CA2231340A1

CA2231340A1 - Procede d'asservissement d'une servovalve pouvant etre asservie en debit et en pression

Info

Publication number: CA2231340A1
Application number: CA 2231340
Authority: CA
Inventors: Philippe Chabbert; Patrick Lorinet; Christian Menard
Original assignee: Individual
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1995-09-08
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 1997-03-13
Also published as: FR2738613B1; WO1997009663A1; US5915401A; FR2738613A1; EP0848844A1

Abstract

Pour l'asservissement d'une servovalve hydraulique à tiroir hydraulique (1) mis en mouvement par un actionneur rotatif (12), impliquant une première boucle (2, 5, 11, 12, 4) d'asservissement du débit en fonction de la mesure de la position angulaire de l'actionneur rotatif et une deuxième boucle (1, 3, 6, 21, 22, 23, 11, 12, 4, 2) d'asservissement à commande variable en fonction de la mesure de la pression, l'invention est caractérisée en ce que la première boucle d'asservissement est une boucle à action proportionnelle dont le gain (Kpa) est constant pour des valeurs de la valeur absolue de l'écart de pression (.epsilon.p) qui sont inférieures à au moins une valeur de seuil, puis varie de manière croissante pour les valeurs de la valeur absolue de l'écart de pression (.epsilon.p) qui sont supérieures audit premier seuil.

Description

P~OC~DE D'ASSERVISSEM~NT D'~NE S~KvuvALVE PO~VANT ETRE
ASS~;KV1~; EN DEBIT E~ EN PRESSION

La présente invention concerne un procedé
d'~sservissement a 'une servovalve qui peut être ~sservie en débit ou en pression. Elle 8 '~pplique notamment aux servovalves hydrauliques utilisées dans des systèmes de ~reinage ou de guidage autom~tique des véhicules.
De telles servovalves comportent un tiroir hydraulique muni de moyen de rappel et mis en mouv.- ~nt par un actionneur rotatif tel qu'un moteur électrique ; les moyens de rappels maintiennent le tiroir dans une position neutre a partir de laquelle le tiroir peut être entraîné en translation dans deux directions opposees pour o~tenir deux positions de travail, correspondant par exemple a la mise sous pression ou a la mise sous bâche du circuit.
De telles servovalves comportent deux boucles d'asservissement : l'une, qui est appelée boucle de contrôle du debit, intervient lorsque la servovalve est destinée a doser un débit et l'autre, qui est appelée boucle de pression, intervient lorsque la servovalve est destinée a contrôler une pression dans un volume, un frein, un verln, etc.
De telles servovalves sont décrites en particulier dans les demandes de brevets francais n~ 92 02843 du 10 mars 1992 et n~ 94 07571 du 21 juin 1994 de la déposante.
Dans cet automatisme, les boucles mettent en oeuvre : un capteur qui mesure la position du moteur lié au tiroir de la servovalve, dans le cas de l'asservissement en debit , un ou deux capteurs de pression qui mesurent la pression dans un ou deux volumes, dans le cas de l'asservissent en pression. Les mesures sont comparées a des consignes de position pour la boucle de débit et de pression pour la ou les boucles de pression.

Pour traiter le sujet de manière optimale, c'est-~-dire en assurant un compromis entre gain, ph~se et sta~ilité des ~sservissements, on utilise le savoir faire des t~chn;ques du domaine de l'~utomatique, qui sont en genéral des boucles d'asservissement, dans lesquelles des fonctions PID (Proportionnelles Intégrales Dérivées) sont mises en oeuvre : traitement du type linéaire.
Dans le cas du controle des boucles de la servovalve, il n'est pas toujours évident d'utiliser une ~- An~e proportionnelle dérivée. La raison en est que pour des petits signaux, il serait nécessaire de donner aux boucles un premier gain et, pour de grands signaux, ~n autre gain. On se heurte alors à une difficulté
particulière, qui consiste à ajouter aux ~r ~n~es du type linéaire, un type particulier de contrôle co ~nde.
Les éléments mécanigues qui poussent à considérer le contrôle com~n~e d'une manière particulière sont liés a l'effet de jet, mais également au fait que le moteur électrique de commande possede une self importante et une inertie ; ceci a pour origine la puissance qu'il doit developper pour contrer les forces generées par l'effet de jet.
De plus, lorsqu'il est necessaire de travailler sur des ecarts de signaux importants, les ~oucles de regulation determinent des niveaux de com~nde en puissance pour le moteur qui sont insuffisants pour que, sur des regimes transitoires, les rapidites optimales soient o~tenues. Il est donc dans ce cas necessaire de proceder a l'adjonction d'un module de commande d'etat, qui determine le courant a appliquer au moteur et, par consequent, le couple a imposer au moteur. La commande de la puissance est realisee dans la partie du materiel constituee par le pont a transistors commandant le moteur et le rapport cycli~ue de commande de ce pont. Le rapport cyclique varie en relation avec les logiciels qui imposent la commande d'etat.

Lorsque le tiroir est actionne, par exemple a partir de s~ position de mise a la bâche, vers sa position de mise sous pression, il traverse une zone morte pour laquelle il n'y a pas de liaison dans les circuits a commander et, par consequent, aucune action du circuit hydraulique n'a lieu. Cette zone morte entraîne une hystér~esis qui diminue les performances en particulier dans le cas d'actionnement de dispositifs tels que des freins.
Le but de l'invention est de pallier les inconvé-o nients précités, not~ ~nt pour améliorer la rapidite dereponse de la servovalve pour des situations transitoires et supprimer les inconvenients dus au passage de la zone morte.
A cet effet, l'invention a pour objet un procedé
d'asservissement d'une servovalve comportant un tiroir muni de moyens de rappel et mis en mouvement par un actionneur rotatif tel qu'un moteur electrique, le dispositif d'asservissement comprenant deux boucles imbriquees, une premiere boucle d'asservissement du debit en fonction de la mesure de la position angulaire de l'actionneur rotatif et une deuxieme boucle d'asservissement a commande variable de la pression en fonction de la mesure de la pression, caracterise en ce que la premiere boucle d'asservissement est une boucle a action proportionnelle dont le gain est constant pour des valeurs de la valeur absolue de l'ecart de position qui sont inferieures a au moins une valeur de seuil, puis varie de maniere croissante pour les valeurs de la valeur absolue de l'ecart de pression qui sont superieures audit premier seuil.

Selon une autre caracteristique de l'invention, dans le cas d'un asservissement en pression, la valeur du gain (Rpa) est une fonction croissante de la capacité du volume de la chambre dont on doit contrôler la pression, la différence entre les gains pour deux volumes donnes etant constante lorsque l'ecart de pression varie.

Selon encore une autre caracteristique de l'invention, dans le cas d'un asservissement en pression, pour des valeurs croissantes de la position ~xt) de l'actionneur rotatif, on ajoute une valeur fixe a la valeur de la consigne de position fournie a la premiere ~oucle d'asservissement A partir du debut du passage d~ns la zone morte et, pour des valeurs decroissantes de la position (xt) de l'actionneur rotatif, la valeur de consigne de position reprend sa valeur initiale a partir du debut du lo passage dans la zone morte.
L'invention a pour principaux avantages qu'elle permet d'utiliser une commande proportionnelle derivee et, par suite, d'obtenir de faibles temps de reponse, en el;~;n~nt les effets dus au passage du tiroir dans la zone morte.
D'autres caracteristiques et avantages de l'invention apparaîtront a l'aide de la description qui suit, faite en regard des dessins annexes qui repre-sentent :
- la figure 1, un schema synoptique du dispositif d'asservissement ;
- la figure 2, une courbe indiquant les differentes valeurs de gain de la premiere boucle d'asservissement ;
- la figure 3, un organigramme de commande de la premiere boucle ;
- la figure 4, un organigramme de commande de la deuxieme boucle ;
- la figure 5, une serie de courbes illustrant la commande de la deuxieme ~oucle.
L'invention est decrite ci-dessous en réference a une servovalve hydraulique, mais il est bien entendu qu'elle peut egalement être mise en oeuvre pour une servovalve pneumatique, moyennant des modifications qui sont a la portee de l'homme de l'art a la lecture de la presente description.

La figure 1 est un schema synoptique d'une servovalve et de son dispositif d'asservissement. La servovalve elle-même est constituee par un tiroir hydraulique 1, commande par un moteur electrique 2 et muni 0 5 de dispositifs de rappel non representes. Le tiroir ~ydraulique 1 c.. ~n-le~ par exemple, la mise 80us pression ou la mise a la bâche d'une cham~re 3.
Le moteur est commande par un dispositif electronique de _ ~nde 4 a modulation de la largeur d'impulsion. Un capteur de position 5 mesure la position angulaire du moteur et un capteur de pression 6 mesure la pression regnant dans la chambre 3.

Une première boucle d'asservissement comporte un ~omp~-ateur 11, qui reçoit une valeur de con~igne de position et la valeur reelle de la position fournie par le capteur 5. Ce comparateur 11 fournit un signal d'ecart de position a un circuit 12 d'asservissement a commande proportionnelle, qui fournit un signal de c ~n~e au dispositif electronique de commande 4, par modulation de largeur d'impulsion. Cette premiere boucle est completee par le moteur 2 et le capteur de position 5.
Cette premiere boucle d'asservissement est imbriquee dans une deuxieme boucle d'asservissement, laquelle comprend une chambre d'utilisation 3 et un capteur de pression 6 dont le signal de sortie est envoye a un dispositif d'asservissement a commande variable 21. Ce dernier fournit un signal de pression corrige a un comparateur 22 qui reçoit par ailleurs une valeur de consigne de pression et fournit un siynal d'ecart de pression a un circuit electronique de commande 23 fournissant un signal de consigne de position au comparateur 11 de la premiere boucle. Cette deuxieme boucle d'asservissement comprend egalement le dispositif d'asservissement 12, le circuit electronique 4, le moteur 2 et le tiroir hydraulique 1.

W O 97/09663 PCTA~R96/01374 Confo~ r ent à l'invention, le circuit d'asser-vissement 12 a action proportionnelle fournit une valeur de gain qui est fonction de la valeur du signal d'écart de pression ~p fournie par le comr~ateur 22. La loi de commande de la valeur du gain est indiquee par la courbe de la figure 2 qui represente la valeur du gain Rpa en fonction de la v~leur de l'ecart de pression ~p qui est egal a la difference entre la pression desiree, qui peut aller jusqu'a 166 bars par exemple, et la pression instantanee mesuree par le capteur 6. Lorsgue l'on commande une mise sous pression de la chambre 3, cet ecart a tout d'abord une valeur elevee, puis il decroît au fur et a mesure que la pression s'etablit dans la chambre d'utilisation 3.
Lorsque l'ecart de pre~sion est inferieur a un certain seuil, en valeur absolue, le gain est maintenu a une valeur constante. Avantageusement le seuil et la valeur du gain constant sont differents pour les valeurs positives et negative~ de l'ecart de pression ~p. Pour les valeurs positives, le seuil S1 est plus eleve mais la valeur du gain R1 est inferieure à la valeur R2 du gain pour les valeurs negatives, le seuil S'1 pour les valeurs negatives etant, en valeur absolue, plus faible que le seuil S1 pour les valeurs positives.
Lorsque la valeur de l'ecart de pression ~p depasse, en valeur absolue, les valeurs de seuil indiquées ci-dessus, la valeur du gain varie de maniere croissante en fonction de la valeur absolue de l'ecart de position, selon une fonction lineaire dans l'exemple represente.
Avantageusement, pour les valeurs negatives de l'ecart de position, on prevoit un deuxieme seuil S'2 superieur au premier seuil S'1 et, a partir de cette valeur de seuil S'2 de la valeur absolue de l'ecart de positio~, le gain varie de maniere lineaire avec une pente plu~
elevee que pour les valeurs comprises entre les deux seuils S'l et s'2 Avantageusement, les valeurs du gain, pour une même valeur absolue de l'écart de position, sont plus elevees pour les valeurs negatives de ce dernier que pour ses valeurs positives.
Dans un exemple de realisation applique a l'asservissement en pression d'un frein d'un vehicule, le seuil positif S1 est égal a 40 bars, les seuils pour les valeurs negatives S'1 et S'2 sont respectivement egaux a 8 et 14 bars, la valeur absolue de la pente de la fonction lo lineaire pour les valeurs positives superieures a 40 bars est egale a 1 ; pour les valeurs negatives compri~es entre 8 et 14 bars en valeur absolue, la valeur absolue de la pente de la fonction lineaire est egale a 0,5, et pour les valeurs negatives superieures a 14 bars en valeur absolue, la pente de la fonction lineaire est egale a 1 comme pour les valeurs positives superieures a 40 bars.
La figure 3 represente l'organigramme de comm~n~e informatique permettant d'obtenir cette loi de variation du gain de la premiere boucle d'asservissement de la position du moteur.
Dans une premiere etape 30, on determine si l'écart de pression ~p est positif ou negatif. Dans le cas ou il est positif, l'ecart de pression est compare a la premiere valeur de seuil S1 dans une etape 31. Tant que cet ecart 2s est superieur a ce seuil, le gain est determine selon une fonction lineaire dans une etape 33, la pente de cette fonction lineaire etant egale a 1. Lorsque l'ecart de pression passe en dessous de cette valeur de seuil, dans l'etape 32 la valeur du gain Kpa a une valeur constante R1.
si le signal d'ecart de pression ~p est negatif, on ~ en calcul tout d'abord la valeur absolue dans une etape 34 puis on la compare au seuil S'1 dans une etape 35 et quand la valeur absolue de l'ecart de pression est inferieure a cette valeur de seuil, le gain Rpa est fixe a la valeur g2 dans une etape 36. Dans le cas contraire, la valeur absolue de l'ec~rt de pression ~p est co~r~ée au deuxieme seuil S'2 dans une étape 37. Si cette valeur absolue est inferieure a ce seuil, on determine dans une étape 38 une premiere fonction lineaire dont la valeur Absolue de la pente est ~gale a 0,5 et, dAns le cAs contraire, on determine, dans une etape 39, une deuxieme fonction lineaire de pente plus elevée dont la vAleur absolue est égale a 1.
8elon une autre caractéristique de l'invention, on effectue une correction de la zone morte afin de supprimer lo la constante de temps introduite par le passage du tiroir dans cette zone morte. On définit une valeur de zone morte ZM qui correspond a la course du tiroir tant que la liaison hydraulique n'est pas établie ; cette zone morte ZM
correspond par exemple à 0,5 mm pour une course totale du tiroir de 4 mm.
Selon l'invention, lorsque la course du tiroir, xt varie de maniere croissante, c'est-a-dire dans la direction de la position de mise sous pression de la chambre 3, des que le tiroir entre dans la zone morte, on ajoute a la consigne de position fournie au comparateur 11 une valeur constante qui est de préférence égale a la valeur de la zone morte précitée ZM, c'est-a-dire 0,5 mm dans l'exemple indiqué. Cette augmentation de la valeur de consigne est maintenue et lorsque la course du tiroir, xt, decroît, 2s c'est-a-dire que ce dernier se dirige vers la position de mise a la ~ache, des que le tiroir atteint la zone morte, l'augmentation de la consigne de position est supprimee et cette derniere reprend sa valeur normale. Ceci est illustre sur l'ordinogramme de la figure 4 qui indique la loi de determination de la consigne de position en fonction de la position du tiroir ou de la position du moteur fournie par le capteur 5, xt.
Dans une premiere etape 40, on determine le signe de variation ~xt de la course du tiroir, chaque signe correspondant a une direction de translation du tiroir. si W O 97/09663 PCTrFR96/01374 cette variation est positive, elle est co~p~ree a la valeur -ZM dans une etape 41 et si la position xt est superieure a cette valeur, dans une etape 42, on ajoute a la valeur de consigne elaboree par le circuit 23 une valeur fixe correspondant a la zone morte ZM.
Si la variation de la position fournie par le capteur ~ est negative, elle est comparee, dans une etape 43, a une valeur egale a ~ZM et tant que la valeur de la position xt est superieure a cette valeur, on effectue la correction de l'etape 42.
Lorsque le tiroir a atteint la zone morte, c~est-a-dire lorsque la position xt est inferieure a ZM, la valeur de consigne de position reprend la valeur elaborée normalement par le circuit 23.

Ceci est illustre par les courbes de la fiyure 5a qui representent en fonction du temps t, pour la courbe 5a, la consigne de position fournie normalement par le circuit 23, pour la courbe 5b, la recopie de la position du moteur, pour la courbe 5c, le debit de la servovalve sans correction de la zone morte, pour la courbe 5d, la correction de la consigne réalisée selon l'invention et pour la courbe 5e, le débit de la servovalve lorsque l'on effectue la correction de la zone morte.

Ces processus d'asservissement sont réalises de maniere numerique par un microprocesseur se trouvant dans le dispositif 21 et mettent en oeuvre un logiciel de commande de la servovalve.

La servovalve selon l'invention peut être utilisée avec des chambres de volumes différents. Il suffit, pour la regulation du gain Rpa, de determiner une valeur de base qui est une fonction croissante du volume de la chambre d'utilisation. Le logiciel est le même et les courbes de la figure 2 correspondant a des pressions differentes sont simplement decalees d'une valeur fixe et s'obtiennent donc par translation parallelement a l'axe des gain~ Rpa.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé d'asservissement d'une servovalve comportant un tiroir (1) muni de moyens de rappel et mis en mouvement par un actionneur rotatif (12) tel qu'un moteur électrique, le dispositif d'asservissement comprenant deux boucles imbriquées, une première boucle (2, 5, 11, 12, 4) d'asservissement du débit en fonction de la mesure de la position angulaire de l'actionneur rotatif et une deuxième boucle (1, 3, 6, 21, 22, 23, 11, 12, 4, 2) d'asservissement a commande variable en fonction de la mesure de la pression, caractérisé en ce que la première boucle d'asservissement est une boucle à action proportionnelle dont le gain (Kpa) est constant pour des valeurs de la valeur absolue de l'écart de pression (.epsilon.p) qui sont inférieures à au moins une valeur de seuil (S1, S'1), puis varie de manière croissante pour les valeurs de la valeur absolue de l'écart de pression (.epsilon.p) qui sont supérieures audit premier seuil (S1, S'1).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour une même valeur de la valeur absolue de l'écart de pression (.epsilon.p), la valeur du gain (Kpa) de la boucle d'asservissement est plus élevée pour la valeur négative dudit écart que pour sa valeur positive.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, lorsque la valeur absolue de l'écart de pression (.epsilon.p) est supérieure audit premier seuil, le gain varie selon une fonction linéaire.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu un premier et un second seuils (S1, S'1) différents pour les valeurs négatives de l'écart de pression (.epsilon.p) et pour ses valeurs positives, sa valeur (S'1) étant plus faible pour les valeurs négatives.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour les valeurs négatives de l'écart de pression (.epsilon.p), le gain (Kpa) varie selon une première fonction linéaire jusqu'à un troisième seuil (S2) de la valeur absolue de l'écart de pression (.epsilon.p), puis selon une deuxième fonction linéaire de plus grande pente.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valeur absolue de la pente de la deuxième fonction linéaire pour les valeurs négatives de l'écart de pression (.epsilon.p) est égale à la pente de la fonction linéaire pour les valeurs positives de l'écart de pression (.epsilon.p).

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la valeur du gain (Kpa) est une fonction croissante de la capacité du volume de la chambre (3) dont on doit contrôler la pression, la différence entre les gains pour deux volumes donnés étant constante lorsque l'écart de pression varie.

8. Procédé d'asservissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans le cas d'un asservissement en pression, pour des valeurs croissantes de la position (xt) de l'actionneur rotatif, on ajoute une valeur fixe à la valeur de la consigne de position fournie à la première boucle d'asservissement à
partir du début du passage dans la zone morte et, pour des valeurs décroissantes de la position (xt) de l'actionneur rotatif, la valeur de consigne de position reprend sa valeur initiale à partir du début du passage dans la zone morte.

9. Procédé d'asservissement selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite valeur fixe correspond au déplacement du tiroir (1) entre sa position neutre de repos et une de ses deux positions de travail.

10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est appliqué à une servovalve hydraulique.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est appliqué à une servovalve pneumatique.