ES2332192T3 - Procedimiento de gestion de un accionamiento de un freno electromecanico, en particular para una aeronave. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de gestión de un accionamiento (7) de un freno electromecánico que comprende un motor eléctrico adaptado para desplazar un empujador (8) enfrente de una pila de discos para aplicar selectivamente un esfuerzo de frenado sobre la pila de discos, el motor eléctrico girando a una velocidad de giro (Omega) bajo una corriente (iq) dada, el procedimiento comprendiendo la etapa de hacer funcionar el accionamiento en un punto de funcionamiento, definido por la velocidad de giro del motor (Omega) y la corriente (i q), que esté contenido en un intervalo de funcionamiento (D'') dado del plano intensidad/velocidad; caracterizado porque el intervalo de funcionamiento (D'') se elige para que presente una frontera (15) que tenga una parte que se extiende sensiblemente según una curva de isopotencia (14) trazada en el plano intensidad/velocidad.
Description
Procedimiento de gestión de un accionamiento de
un freno electromecánico, en particular para una aeronave.
La invención concierne a un procedimiento de
gestión de un accionamiento de un freno electromecánico, en
particular para una aeronave.
Se conocen procedimientos de gestión de un
accionamiento de freno electromecánico que comprenden un motor
eléctrico adaptado para desplazar un empujador frente a una pila de
discos para aplicar selectivamente un esfuerzo de frenado sobre la
pila de discos.
A título de ilustración de un freno de este
tipo, la figura 1 representa, en corte, un freno electromecánico 3
de aeronave montado sobre un eje 2 del tren de aterrizaje de la
aeronave que lleva una llanta 1 (destinada a recibir un neumático
no representado). Un freno de este tipo 3 comprende un tubo de
torsión 4 fijado al eje 2 así como una pila de discos 5 que se
extiende entre el tubo de torsión 4 y la llanta 1. La pila de discos
5 comprende primeros discos (denominados rotores) solidarios al
giro de la llanta 1 y unos segundos discos (denominados estatores)
dispuestos alternativamente con los primeros discos siendo
solidarios al giro del tubo de torsión 4 de forma que no giran con
la llanta. Enfrente de la pila de discos se extiende una corona 6
solidaria del tubo de torsión 4 que lleva accionamientos
electromecánicos 7 encerrando cada uno de ellos un motor eléctrico
(no visible) adaptado para desplazar un empujador 8 enfrente de la
pila de discos 5 para aplicar selectivamente sobre aquella un
esfuerzo de frenado. Un ejemplo de una accionamiento de este tipo
se encuentra por ejemplo en el documento US 2005/039990 A1.
Como se ilustra en la figura 2 que representa el
intervalo de funcionamiento del motor eléctrico de uno de los
accionamientos 7 en el plano intensidad/velocidad, dicho intervalo
de funcionamiento D comprende de forma conocida por sí misma una
frontera delimitada por una parte por una primera recta 10
(inclinada hacia abajo) cuya pendiente depende de las
características y las dimensiones del motor y la altura está fijada
por la elección de una tensión de alimentación del motor, y por
otra parte por una segunda recta 11 (vertical) definida por una
intensidad máxima que no se desea superar en el momento del
funcionamiento del motor, especialmente para proteger los
componentes de potencia asociados al motor.
Los puntos de funcionamiento típicos de los
accionamientos de freno se sitúan por una parte en la proximidad de
la intersección del eje de velocidad y de la primera recta 10, como
el punto de funcionamiento 12, lo que corresponde a una fase de
aproximación del empujador 8 hacia los discos 5 a velocidad rápida
y, por otra parte, a la proximidad de la intersección del eje de
intensidad con la segunda recta 11, como el punto de funcionamiento
13, lo que corresponde a una fase de aplicación de esfuerzo por el
empujador 8 sobre los discos 5.
En general, sobre las aeronaves, la potencia
disponible está limitada e impone a los accionamientos que no
puedan solicitar una potencia superior a la potencia máxima
autorizada P_{máx}, a fin de evitar desacoplar los dispositivos
de protección eléctrica de la aeronave, del tipo de disyuntor.
Esta limitación conduce por lo tanto a definir
un intervalo de funcionamiento D que, en el plano
intensidad/velo-
cidad, se extiende enteramente por debajo de la curva de isopotencia 14 que corresponde a la potencia máxima autorizada P_{máx}.
cidad, se extiende enteramente por debajo de la curva de isopotencia 14 que corresponde a la potencia máxima autorizada P_{máx}.
Esta limitación conduce a una
sub-utilización de los comportamientos del
accionamiento.
La invención tiene por objeto un procedimiento
de gestión que permite aumentar los comportamientos de los
accionamientos de un freno electromecánico, haciendo que la potencia
solicitada no exceda de la potencia máxima autorizada.
De cara a la realización de este objeto, se
propone un procedimiento de gestión de un accionamiento de freno
electromecánico que comprende un motor eléctrico adaptado para
desplazar un empujador enfrente de una pila de discos para aplicar
selectivamente un esfuerzo de frenado sobre la pila de discos, el
procedimiento comprendiendo la etapa de hacer funcionar el motor
eléctrico en un intervalo de funcionamiento dado por un plano de
intensidad/velocidad, el intervalo de funcionamiento estando
elegido según la invención para presentar una frontera que tenga una
parte que se extiende sensiblemente según una curva de isopotencia
trazada en el plano intensidad/velocidad.
Eligiendo como curva de isopotencia una curva
que corresponde a la potencia máxima autorizada P_{máx} (o una
potencia ligeramente inferior), el intervalo así definido permite un
funcionamiento del motor según puntos de funcionamiento que
corresponden a las velocidades o las intensidades más elevadas que
en la técnica anterior, evitando que el motor requiera una potencia
superior a la potencia máxima autorizada.
La invención se comprenderá mejor a la luz de la
descripción que sigue a continuación con referencia a las figuras
de los dibujos adjuntos entre los cuales, además de las figuras 1 y
2 ya presentadas:
- la figura 3 es una figura análoga a la figura
2 que muestra la forma de realización de la invención;
- la figura 4 es un esquema de bloques que
ilustra la retroalimentación del motor eléctrico de uno de los
accionamientos según un modo particular de forma de realización de
la invención que comprende una saturación de posición, una
saturación de velocidad y una saturación de corriente;
- la figura 5 es una vista en detalle del
esquema de bloques de la figura 4 que ilustra la saturación de la
velocidad;
- la figura 6 es una vista en detalle del
esquema de bloques de la figura 4 que ilustra la saturación de la
corriente;
- la figura 7 es un diagrama que ilustra las
evoluciones de un umbral que interviene en las saturaciones
ilustradas en las figuras 5 y 10;
- la figura 8 es un diagrama que ilustra las
evoluciones de un coeficiente que interviene en las saturaciones
ilustradas en las figuras 5, 6 y 10;
- la figura 9 es un diagrama que ilustra las
evoluciones de un coeficiente que interviene en la saturación
ilustrada en la figura 6;
- la figura 10 es una vista en detalle del
esquema de bloques de la figura 4 que ilustra la saturación de la
posición.
\vskip1.000000\baselineskip
Con referencia a la figura 3, la invención
consiste en hacer funcionar el accionamiento mecánico 7 en un
intervalo de funcionamiento D' más grande que el intervalo D
(ilustrado en trazos y puntos). El intervalo D' está limitado por
una primera recta 10', definida por una tensión de alimentación del
motor más importante que aquella que define la primera recta 10 de
la figura 2 y una segunda recta 11' que corresponde a una corriente
máxima más importante que aquella que define la segunda recta 11 de
la figura 2. Por otra parte, y según la invención, el intervalo D'
está delimitado por una parte de frontera 15 que se extiende según
la curva de isopotencia 14 que corresponde a la potencia P_{máx}
(igualmente visible en la figura 2).
El nuevo intervalo de funcionamiento D' permite
el funcionamiento del fraccionador 7 según puntos de funcionamiento
que permiten comportamientos más grandes. Así, el accionamiento 7
puede funcionar en el punto de funcionamiento 12' por lo tanto a
una velocidad más importante que aquella asociada al punto de
funcionamiento 12, o todavía en el punto de funcionamiento 13', por
lo tanto a un par más importante que aquél asociado al punto 13. Sin
embargo, el intervalo D' permanece enteramente por debajo de la
curva de isopotencia 14 que corresponde a P_{máx} de forma que el
funcionamiento del accionamiento en el intervalo de funcionamiento
D' limita la potencia solicitada por el accionamiento 7 a una
potencia por lo menos igual a la potencia máxima P_{máx}.
Habiendo sido expuesto el principio de la
invención, un modo particular de forma de realización de la
invención se detalla a continuación.
Con referencia a la figura 4, el accionamiento
electromecánico 7 es de forma conocida por sí mismo alimentado por
un ondulador 20 que genera tres corrientes alternativas con destino
a las tres fases del motor eléctrico que equipa el accionamiento 7.
El ondulador 20 está alimentado por una fuente eléctrica 21 adaptada
para suministrar una corriente I bajo una tensión V sensiblemente
constante y mandada por una retroalimentación que, a partir de una
consigna de posición angular del motor \overline{\theta} (a la
cual corresponde una posición del empujador enfrente de la pila de
discos), genera un mandato c del ondulador tal que el motor
eléctrico del accionamiento 7 debe ser mandado hasta alcanzar una
posición angular que corresponda a la consigna de posición angular
\overline{\theta}.
La retroalimentación descrita aquí comprende un
bucle en posición, un bucle en velocidad y un bucle en corriente
imbricados unos dentro de los otros.
La consigna de posición angular
\overline{\theta} generada por un calculador de frenado (no
ilustrado) es a continuación sometida a un saturador de posición 22
(que será detallado más adelante en este documento con relación a la
figura 10) dispuesto para limitar la pendiente máxima de la
consigna de posición angular \overline{\theta} (es decir, la
variación de la consigna de posición angular \overline{\theta}
en función del tiempo) a un valor máximo determinado. Esta
saturación filtra las subidas bruscas de la consigna de posición
angular que requieran funcionamientos a potencias importantes.
La salida \overline{\theta}_{sat} del
saturador de posición 22 forma la entrada positiva de un sumador 23
cuya entrada negativa está formada por una medida \theta de la
posición angular del motor del accionamiento 7, que forma así el
bucle de posición.
La salida del sumador 23, es decir el error
\varepsilon_{\theta} = \overline{\theta}_{sat} - \theta,
forma la entrada de un primer PID 24 cuya salida es una consigna de
velocidad \overline{\Omega} de giro del motor (que, a un
coeficiente aproximado, es igualmente una consigna de velocidad del
desplazamiento del empujador). La consigna de velocidad
\overline{\Omega} está sometida a un saturador de velocidad 25
(que
será detallado más adelante en este documento con relación a la figura 5) dispuesto para limitar la consigna de velocidad \overline{\Omega} de forma que el punto de funcionamiento del accionamiento no salga del intervalo D'. La salida \overline{\Omega}_{sat} del saturador de velocidad 25 forma la entrada positiva de un sumador 26 cuya entrada negativa está formada por una medida \Omega de la velocidad de giro del motor del accionamiento 7, formando así el bucle de velocidad.
será detallado más adelante en este documento con relación a la figura 5) dispuesto para limitar la consigna de velocidad \overline{\Omega} de forma que el punto de funcionamiento del accionamiento no salga del intervalo D'. La salida \overline{\Omega}_{sat} del saturador de velocidad 25 forma la entrada positiva de un sumador 26 cuya entrada negativa está formada por una medida \Omega de la velocidad de giro del motor del accionamiento 7, formando así el bucle de velocidad.
La salida del sumador 26, es decir el error
\varepsilon_{\Omega} = \overline{\Omega}_{sat} - \Omega,
forma la entrada de un segundo PID 27 cuya salida es una consigna
de corriente \overline{i}. La consigna de \overline{i}
corriente está sometida a un saturador de corriente 28 (que será
detallado más adelante en este documento con relación a la figura
6) dispuesto para limitar la consigna de corriente \overline{i}
de forma que el punto de funcionamiento del accionamiento no salga
del intervalo D'. La salida \overline{i}_{sat} del saturador de
corriente 28 forma la entrada positiva de un sumador 29 cuya entrada
negativa está formada por una medida i_{q} de la corriente
enviada por el ondulador 20 al motor de accionamiento 7 que forma
así el bucle de corriente. El valor i_{q} se estima de modo
conocido por sí mismo a partir de las amplitudes instantáneas de
tres corrientes de fase generadas por el ondulador
20.
20.
Finalmente, la salida del sumador 29, es decir
el error \varepsilon_{i} = \overline{i}_{sat} - i_{q}, forma
la entrada de un tercer PID 30 cuya salida es el mandato
c.
Con referencia a la figura 5, el saturador de
velocidad 25 comprende primero un primer limitador 40 que limita la
consigna de velocidad \overline{\Omega} de forma que el punto de
funcionamiento corresponde a la consigna de velocidad
(\overline{\Omega}, i_{q}) queda en el intervalo de
funcionamiento D'. Se define un umbral F que depende de la corriente
i_{q} según las modalidades siguientes: la potencia consumida por
el motor de accionamiento 7 sometido a una corriente i_{q} y que
gira a la velocidad \Omega se expresa como P = k_{1} \cdot
\Omega \cdot i_{q} + k_{2} \cdot i_{q}^{2}, en donde el
primer término representa la potencia mecánica desarrollada por el
motor del accionamiento y el segundo término representa las pérdidas
por efecto Joule. La curva de isopotencia 14 tiene, por lo tanto,
por ecuación P_{máx} = k_{1} \cdot \Omega \cdot i_{q} +
k_{2} \cdot i_{q}^{2}, en donde P_{máx} es un parámetro
fijado a priori.
Para una corriente i_{q} dada es suficiente
limitar la consigna de velocidad \overline{\Omega} al umbral F
elegido como sigue:
El umbral F está trazado en la figura 7. El
umbral F sigue la curva de isopotencia P_{máx} hasta el punto en
donde ésta cruza al eje de abcisas, después mantiene el valor nulo.
Sobre la figura 7 se ve el efecto del primer limitador 40 que, para
una corriente i_{q} dada, restablece la consigna de velocidad
\overline{\Omega} al valor \overline{\Omega}' tomado sobre la
curva del umbral F, que coincide con la frontera 15 del intervalo
D'(a trazos en la figura 7), de forma que el punto de
funcionamiento es devuelto al intervalo D'.
Sin embargo, en funcionamiento, puede que los
parámetros que hayan servido para determinar el umbral F
(esencialmente la constante del par k1 y el valor de la resistencia
eléctrica k2) varíen por diversas razones (desgaste,
calentamiento...). Por consiguiente, aunque el limitador 40 funcione
correctamente, la potencia puede, de modo accidental, sobrepasar la
potencia P_{máx}.
Para impedir tales excesos, el saturador de
velocidad 25 comprende un limitador de seguridad 41 que afecta a la
salida \overline{\Omega}' del primer limitador 40 en un
coeficiente G que depende de la corriente I de alimentación del
ondulador 20 según las modalidades siguientes: la potencia consumida
por el ondulador 20 vale P = V \cdot I. Siendo sensiblemente
constante la tensión de alimentación V, la potencia consumida por el
ondulador 20 varía por lo tanto sensiblemente como la corriente de
alimentación I. La potencia P_{máx} corresponde también a una
corriente I_{máx} tal que P_{máx} = V \cdot I_{máx}. El
coeficiente G se escoge entonces, como se ilustra en la figura 8,
de modo que sea igual a 1 mientras la corriente de alimentación I
sea inferior a una corriente de umbral I_{s} (por ejemplo 90% de
la corriente I_{máx}), después disminuye linealmente hacia 0
cuando la corriente de alimentación I alcanza la corriente
I_{máx}.
La salida del saturador de velocidad 25 es
también igual \overline{\Omega}_{sat} = G \cdot
\overline{\Omega}'. Así, si la corriente de alimentación I del
alimentador 20 se aproxima a la corriente I_{máx}, la consigna de
velocidad se ve afectada por un coeficiente que disminuye hacia 0,
de forma que el empujador disminuye la velocidad y la potencia
solicitada disminuye, lo que tiene por efecto alejar la corriente
de alimentación I de la corriente I_{máx}. Así la potencia
consumida no puede sobrepasar la potencia máxima P_{máx}.
Con referencia a la figura 6, el saturador de
corriente 28 comprende un primer limitador 42 que limita la
consigna de corriente \overline{i} a un umbral F^{-1} que
depende de la velocidad \Omega y que se ilustra en la figura 9,
este umbral siendo elegido aquí siendo la función recíproca del
umbral F utilizado para el primer limitador 40 del saturador de
velocidad 25 (gráficamente, el umbral F^{-1} se deduce del umbral
F de la figura 7 si se intercambian mentalmente el eje de abcisas y
el eje de ordenadas).
Sobre la figura 9 se ve el efecto de la
saturación que, para una velocidad \Omega dada, devuelve la
consigna de corriente \overline{i} al valor \overline{i}'
tomado sobre la curva de umbral F^{-1}, que coincide con la
frontera 15 del diagrama de funcionamiento D' (de trazos en la
figura 9) de modo que el punto de funcionamiento (\Omega,
\overline{I}) es devuelto dentro del intervalo D'.
El saturador 28 comprende igualmente un
limitador 43 de seguridad, en todo idéntico al limitador de
seguridad 41 del saturador de velocidad.
Finalmente, con referencia a la figura 10, el
saturador de posición 23 comprende en primer lugar un derivador 44
que estima una derivada temporal \overline{\tau} de la consigna de
posición \overline{\theta}. Después la derivada temporal
\overline{\tau} (que tiene la dimensión de una velocidad angular)
es sometida a un primer limitador 45 en todo idéntico al primer
limitador 40 del saturador 25, que recurre al umbral F y que
suministra en la salida un valor \overline{\tau}'. Este valor es
sometido a un limitador de seguridad 46 en todo idéntico a los
imitadores de seguridad 41 y 43 para proporcionar una derivada
temporal saturada \overline{\tau}_{sat}, que es tratada por un
integrador temporal 47 para proporcionar la consigna de posición
saturada \overline{\theta}_{sat} el punto de funcionamiento
(\overline{\tau}_{sat}, \overline{i}) está entonces en el
intervalo de funcionamiento D'.
La invención no está limitada a lo que acaba de
ser descrito, sino más bien al contrario engloba toda variante que
entre dentro del ámbito definido por las reivindicaciones.
En particular, aunque se haya descrito el
funcionamiento del accionamiento y la forma de realización de la
invención en el primer cuadrante del plano intensidad/velocidad, es
evidente que la invención se puede ampliar a los otros tres
cuadrantes de dicho plano. Así, cada cuadrante presentará una parte
de frontera que se extenderá sensiblemente según una curva de
isopotencia.
Aunque la retroalimentación ilustrada en este
documento pone en práctica una saturación de posición, una
saturación de velocidad y una saturación de corriente, se podrá
satisfacer una puesta en práctica de dos de estas saturaciones,
incluso una sola. En efecto todas tienen por función mantener el
punto de funcionamiento del accionamiento en el intervalo D'. Bien
entendido que, cuantas más saturaciones se prevean, más disminuyen
los riesgos de ver el punto de funcionamiento franquear la frontera
del intervalo D'. Sin embargo, el aumento del número de
saturaciones contribuye a desestabilizar la retroalimentación
introduciendo cada vez retrasos en el bucle de retroalimentación.
Así pues, el número de saturaciones utilizado resultará de un
compromiso entre la disminución del riesgo de que el punto de
funcionamiento se salga del intervalo de funcionamiento D' y la
estabilidad de la retroalimentación.
Aunque los saturadores ilustrados comprenden un
primer limitador cuyo umbral está calculado por medio de funciones
continuas de corriente o de la velocidad medida que proporcionan al
intervalo de funcionamiento una frontera que se acopla
perfectamente a la forma de una curva de isopotencia en el plano
intensidad/velocidad, se podrá construir una frontera que no se
acople perfectamente a la curva de isopotencia, por ejemplo por
medio de una frontera en escalera.
Los saturadores pueden no comprender un
limitador de seguridad, sino se temen los rebasamientos accidentales
y transitorios de potencia más allá de la potencia máxima
autorizada. A este respecto, un medio de disminuir el riesgo de
tales rebasamientos consiste en prever una frontera del intervalo de
funcionamiento del accionamiento que se extienda no sólo según la
curva de isopotencia que corresponde a la potencia máxima autorizada
P_{máx}, sino según una curva de isopotencia que corresponda a un
valor de potencia ligeramente inferior \alpha \cdot P_{máx},
en donde \alpha es inferior a 1 (por ejemplo 90%).
Aunque se haya ilustrado una retroalimentación
de la posición del accionamiento, la invención se aplica igualmente
a una retroalimentación en esfuerzo.
Claims (6)
1. Procedimiento de gestión de un accionamiento
(7) de un freno electromecánico que comprende un motor eléctrico
adaptado para desplazar un empujador (8) enfrente de una pila de
discos para aplicar selectivamente un esfuerzo de frenado sobre la
pila de discos, el motor eléctrico girando a una velocidad de giro
(\overline{\Omega}) bajo una corriente (i_{q}) dada,
el procedimiento comprendiendo la etapa de hacer funcionar el accionamiento en un punto de funcionamiento, definido por la velocidad de giro del motor (\overline{\Omega}) y la corriente (i_{q}), que esté contenido en un intervalo de funcionamiento (D') dado del plano intensidad/velocidad; caracterizado porque el intervalo de funcionamiento (D') se elige para que presente una frontera (15) que tenga una parte que se extiende sensiblemente según una curva de isopotencia (14) trazada en el plano intensidad/velocidad.
el procedimiento comprendiendo la etapa de hacer funcionar el accionamiento en un punto de funcionamiento, definido por la velocidad de giro del motor (\overline{\Omega}) y la corriente (i_{q}), que esté contenido en un intervalo de funcionamiento (D') dado del plano intensidad/velocidad; caracterizado porque el intervalo de funcionamiento (D') se elige para que presente una frontera (15) que tenga una parte que se extiende sensiblemente según una curva de isopotencia (14) trazada en el plano intensidad/velocidad.
2. Procedimiento según la reivindicación 1 en el
que se pone en funcionamiento una retroalimentación que comprende
un bucle de corriente que recibe una consigna de corriente
(\overline{I}), el procedimiento comprendiendo la etapa de saturar
la consigna de corriente (\overline{I}_{sar}) de forma que el
punto de funcionamiento que corresponde a la consigna de corriente
saturada (\overline{I}_{sar}) y a la velocidad de giro (Q) quede
dentro de dicho intervalo de funcionamiento (D').
3. Procedimiento según la reivindicación 1 en el
cual se pone en funcionamiento una retroalimentación que comprende
un bucle de velocidad que recibe una consigna de corriente
(\overline{\Omega}), el procedimiento comprendiendo la etapa de
saturar la consigna de velocidad de forma que el punto de
funcionamiento que corresponde a la consigna de corriente saturada
(\overline{\Omega}_{sar}) y a la corriente (i_{q}) quede dentro
de dicho intervalo de funcionamiento (D').
4. Procedimiento según la reivindicación 1 en el
cual se pone en funcionamiento una retroalimentación que comprende
un bucle de posición que recibe una consigna de posición
(\overline{\theta}), el procedimiento comprendiendo la etapa de
saturar la consigna de posición de forma que el punto de
funcionamiento que corresponde a la derivada
(\overline{\tau}_{sar}) de la consigna de posición saturada
(\overline{\theta}_{sar}) y a la corriente (i_{q}) quede dentro
de dicho intervalo de funcionamiento (D').
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4 en el que el accionamiento está alimentado
por una fuente eléctrica (20), la consigna está multiplicada por un
coeficiente G que es nulo si la potencia es igual o superior a una
potencia máxima autorizada (P_{máx}).
6. Procedimiento según la reivindicación 5 en el
cual la fuente eléctrica (20) está dispuesta para suministrar una
corriente de alimentación (I) bajo una tensión (V) sensiblemente
constante y en la cual se mide la corriente de alimentación (I) y
se compara con una corriente máxima (I_{máx}) que corresponde a la
potencia máxima autorizada (P_{máx}).
Applications Claiming Priority (2)
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