# Jumeau numérique

Les tableaux de bord livrés avec le système permettent non seulement de piloter le bras de pelleteuse réel, mais également un jumeau numérique de ce dernier.

Ce jumeau numérique n’est pas un modèle schéma-bloc simplifié mais un simulateur très complet réalisé avec MapleSim, logiciel de modélisation physique multi-domaine. Il intègre les sous-ensembles suivants :

- partie mécanique (importée à partir du modèle volumique SolidWorks) incluant le calcul des forces sur chaque vérin;
- vérins électriques;
- boucles d’asservissement en vitesse et position;
- logiques de commutation entre les différentes phases (initialisation / fonctionnement normal) et les différents types de pilotage (vitesses angulaires / vitesse des vérins / positions angulaires / longueurs des vérins);
- cinématique inverse;
- calcul de trajectoire cartésienne.

Ce modèle est mis en œuvre de la façon suivante :

- le modèle physique multi-domaine réalisé dans MapleSim est généré sous forme d’un composant de cosimulation de type FMU (code C compilé suivant le format standard « Functional Mockup Interface » en version 2.0);
- ce composant est exécuté en temps-réel par le programme Python de gestion du bras de pelleteuse, grâce à la bibliothèque FMPy;
- les positions angulaires calculées par ce simulateur sont utilisées pour animer rendu 3D openGL du bras grâce à la bibliothèque Pyrender.

Enfin, les tableaux de bord de pilotage de ce jumeau numérique permettent de modifier les paramètres suivants :

- paramètres classiques des moteurs électriques des vérins (inertie, constante de couple, résistance, frottement visqueux et frottements secs)
- charge sur le godet : elle correspond à un glisseur sur le godet au point \(K\) de résultante égale à \(-m\,g\,\vec{y}\).

Ceci illustre très bien l’intérêt d’un jumeau numérique, qui se situe entre le système réel et le schéma-bloc simplifié :

- il n’est pas possible de modifier les caractéristiques des moteurs sur le système réel. On peut bien sûr charger le godet sur ce dernier, mais le dépassement des capacités limites de la pelleteuse pourrait détériorer celle-ci;
- on peut modifier les caractéristiques d’un moteur sur un schéma-bloc simplifié d’un seul vérin, mais on ne peut pas voir l’influence sur le système complet lorsqu’il est piloté en cartésien, par exemple;
- le jumeau numérique permet quant à lui :
  - d’avoir une très bonne idée de l’influence de certains paramètres sur le système complet;
  - de modifier des paramètres sans risque, ni pour le matériel, ni pour les opérateurs.

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