L'optimisation énergétique des procédés de fabrication demeure un axe de recherche d'actualité. Dans ce travail, nous proposons deux pistes d'amélioration concernant le procédé de la mise en oeuvre des matières plastiques. L’objectif recherché étant d’assurer la maîtrise du champ de température en tout point à la surface de l’outillage qui doit reproduire un champ consigne donné afin de chauffer un moule ayant une forme complexe. Pour ce faire, nous avons mis en place une stratégie de dimensionnement des sources thermiques des outillages (plateaux chauffants) utilisés dans l’industrie de la transformation des polymères (caoutchouc, plastiques et composites). La démarche retenue s'appuie sur l'hypothèse d'un transfert thermique 1D entre les plateaux chauffants et le moule. Les résultats numériques obtenus illustrent clairement l'intérêt que présente la technique proposée qui réduit le nombre de paramètres à optimiser tout en profitant de la puissance des calculs de type éléments finis. Les résultats montrent que la technique proposée est efficace. De plus, il a été montré que cette technique peut être utilisée pour réduire la consommation d'énergie. La seconde partie de ce travail, quant à elle, concerne l'implémentation d'un algorithme de commande afin de suivre au mieux une consigne de température donnée. Dans cette problématique, nous avons considéré successivement le plateau chauffant qui contient les éléments chauffants, puis le moule vide placé sur le plateau avant de compléter l'étude avec la prise en compte du cas d'un moule dont les empreintes sont remplies de polymère. Basé sur un modèle fin des transferts thermiques dans le système étudié, à la fois multi–entrées multi-sorties, un contrôleur MPC a été développé pour asservir, en temps réel et en boucle fermée, le système considéré. L'asservissement a été d'abord validé sur un banc numérique puis sur le banc expérimental avec des champs de température consigne dynamique et un contrôle au plus près des empreintes. / Energy optimization of manufacturing processes remains an up-to-day research topic. In this work, we propose two strategies of improvement concerning the process of plastic materials thermoforming. The aim underling this study is to ensure an effective control of the temperature field at any point on the surface of the heating tooling in order to deliver the needed energy amount by the mold. In order to do this, we have first implemented a strategy for designing the heating sources of tooling (heating plates) used in the polymer processing industry (rubber, plastics and composites). The approach adopted relies on the hypothesis of a 1D heat transfer between the heating plates and the mold. The numerical results obtained illustrate the advantage of the proposed technique which reduces the number of parameters to be optimized while taking advantage of the power of finite element calculations. The results show that the proposed technique is effective and can be furthermore used to reduce energy consumption. The second part of this work concerns the implementation of a control algorithm in order to follow at best a given temperature setpoint. In this problem, we considered successively the heating plate which contains the heating elements. After that, the study was extended to take into account the presence of an empty mold placed on the plate before completing the investigation by considering the case of a mold whose cavity is filled with a polymer. Based on a fine model of heat transfer in the studied system (heating plates, mold and polymer) and considering both multi-input multi-output, an MPC controller was developed for monitoring, in real time and in closed loop, the system under consideration. The control was validated on both digital and experimental setups with dynamic temperature setpoint fields.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2017NANT4089 |
| Date | 19 December 2017 |
| Creators | Jebara, Moaine |
| Contributors | Nantes, Boillereaux, Lionel, Havet, Michel, Belhabib, Sofiane |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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