FR2520133A1

FR2520133A1 - Equipement pour la reduction des effets dynamiques dans la commande en rotation d'un element horizontal de grande inertie

Info

Publication number: FR2520133A1
Application number: FR8201128A
Authority: FR
Inventors: Michel Gendrault; Jean Malriq; Jean-Pierre Leclercq; Jacky Pillais
Original assignee: Potain SA
Current assignee: Manitowoc Crane Group France SAS
Priority date: 1982-01-19
Filing date: 1982-01-19
Publication date: 1983-07-22
Also published as: GB2114319A; JPH0341021B2; DE3301091A1; ES518806A0; KR910001852B1; DE3301091C2; ES8402436A1; IT1193603B; GB2114319B; IT8319181A0; KR840003367A; JPS58170396A; GB8301017D0; FR2520133B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA COMMANDE D'UN MOUVEMENT HORIZONTAL DONT LE DEROULEMENT FAIT APPARAITRE DES DEFORMATIONS ELASTIQUES DANS UN SUPPORT OU DANS LA TRANSMISSION. L'APPAREIL COMPORTE QUATRE CIRCUITS ELECTRIQUES ELEMENTAIRES, A SAVOIR: UNE BOUCLE DE REGULATION DU COUPLE MOTEUR, UNE BOUCLE DE REGULATION DE LA VITESSE ABSOLUE DE L'APPAREIL RECEPTEUR, UNE BOUCLE DE VITESSE DIFFERENTIELLE, ET UN CIRCUIT POUR DERIVER LA VITESSE DU MOTEUR M. APPLICATION: COMMANDE D'ORIENTATION POUR LA FLECHE D'UNE GRUE A TOUR TOURNANT DU HAUT; COMMANDE D'APPAREILS DE MANUTENTION.

Description

i La preésente inventbn concerne l'6 quipement servant à commander

l'organe moteur d'un mouvement horizontal, installé de telle sorte qu'il existe, soit un support de réaction élastique, soit une liaison Aastique dans la transmission du mouvement au ré- cepteuro A titres d'exemples non limitatifs, on peut citer quelques mouvements de ce type s a) il peut s'agir de l'un des mouvements horizontaux d'un appareil de levage ( grue, pont roulant, etc) b) dans le cas d'une grue à tour du type dit # tournant du haut", le mit fixe porte à son sommet un mécanisme pour l'orientation de la flèche par rotation autour d'un pivot vertical; l'ensemble de la partie tournante possède une inertie très importante; le mit constitue pour le mécanisme d'orientation, un support de réaction élastique, travaillant à la fois à la compression, à la flexion, et à la torsion; les déformations dynamiques du

mit pendant le pivotement d'orientation de la flèche sont euscep-

tibles de faire apparattre des à-coups de fonctionnemet ou des

réactions inopportunes de la grue.

Ce support de réaction élastique ou cette liaiaon élastique sont la source de phénomènes dynamiques oomplexcs 9 dont

les inconvénients sont multiples, tant sur la condoite e la préci-

sion et l'egonomie du mouvement que sur la tenue et dénp e d im 9 n-

sionnement des pièces o Un ptocédé connu pour réduire ses effete:-úi zamiques consiste à commander 11 o gaie; moteur par un équipement approprié pour que le couple mécanique nécessaire au mouvement soit appliqué

de façon progressive.

Ce procédé présente les incrnvénients suivants: la montée en couple nécessite un temps important; ceci, joint au fait que la déformation du support de réaction élaatique ou do la liaison élastique sous l'action du couple n'est pas franche, a pour conséquence que la mise en mouvement de la partie mobile n'est pas rapide;

la superposition de la déformatiou progressive du support élasti-

que et de la mise en mouvement progressive de la partie mobile provoque un transfert d'énergie et des contraintes oscillatoires gnantes, voire dangereuses dans le support élastique,

il n'existe aucun contrôle du couple appliqué qui peut #tre notam-

ment perturbé en plus ou en moins par des agents extérieurs tels que le vent

l'opérateur n'est pas m&ltre du temps mort avant la mise en mou-

vement de la partie mobile, ce qui crée une conduite désagréa- ble il n'existe auuun contr 8 le de la vitesse de la partie mobile

Dans une variante du procédé, on a ajouté un pi-

lotage du couple moteur par une bouole de régulation de vitesse à partir d'un capteui de vitesse solidaire du support de réaction élastique ou de la liaison élastique o Ce capteur traduit toutes les oscillations du support élastique et introduit des phénomènes

de "pompage I au niveau de la boucle de vitesses, et donc du cou-

ple, phénomènes qui s'ajoutent aux incon 3 énients précit 6 és.

La présente invention a pour but d'éviter ces in-

convénients en assurant la commande de l'oegane moteur du mouvement

à contrôler, par l'intermédiaire d'un équipement électrique, oa-

ractérisé en ce qu'il comprend en combinaison, au moins les quatre circuits élémentaires suivants s

A une boucle de couple comportant les composants nécessai-

res pour la régulation du couple élec o-mcanike fourni pr l'organe mo-

teur par rapport à une consigne de couple défiaie dans chacune des phases de fonctiomnement; B une boucle pour la régulation de la vitesse absolue de la partie mobile du récepteur par rapport au sol, pilotant la boucle de couple en fournissant la consigne de couple pour l'obtention et le maintien de la vitesse affichée manuellement par l'opérateur; C une boucle de vitesse différentielle entre la vitesse absolue de l'élément mobile par rapport au sol et celle de l'organe

moteur pour modifier la consigne de couple, si cette vitesse dif-

férentielle dépasse un seuil prédéterminé, de façon à réduire les à-coups dus à l'énergie cinétique emmagasinée dans le rotor; un circuit dérivateur de la vitesse de l'organe moteur

introduisant la dérivée de la vitesse de cet organe moteur en oppo-

sition à la eonnsigne de couple, afin de stabiliser le comportement

dynamique de l'ensemble.

Suivant une caractérietique supplémentaire de l'in-

vention, la boucle de régulation de la vitesse absolue de la par-

tie mobile du récepteur par rapport au sol, comprend, outre les

moyens nécessaires pour la régulation de la vitesse,et la fourni-

ture de la consigne de couple, des correspondants intermédiaires

corrigeant et adaptant cette consigne, à savoir une rampe introdui-

sant progressivement la consigne de couple, de façon à réduire les effete dynaaiques dus au rattrapage des Jeux du mécanisme, un cir-

cuite de correction de telle sorte que les sollicitations sur le ré-

oepteur soient, en grandeur et en durée, identiques dans une phase d'acoélération et dans une phase de ralentissement, et enfin un dispositif limitant la valeur maximum de la consigne de couple,

Suivant une caractéristique complémentaire de l'in-

vettion, la boucle de régulation de la vitesse absolue de la partie

mobile du récepteur est équipée d'une platine de traitement, permet-

tant d'afficher un couple constant à l'entrée de la boucle de couple tout au long d'une mêne phase d'a célération, de maintien de la

vitesse, ou de ralentissement g cette consigne de couple peut tou-

tefois subir les modifications qui sont dues à la rampe de couple et

au circuit de correction contenus dans cette même boucle de régula-

tion de la vitesse absolue de lapartie mobile du récepteur, ainsi qu'à la bouole de la vitesse différentielle entre la vitesse absolue de l'élément mobile du récepteur et celle de l'organe moteur et aussi au circuit dérivateur de la vitesse de cet organe moteure

Suivant une caractéristique supplémentaire de l'in-

vention, cet équipement peut Stre utilisé pour la commande d'un mo-

teur électrique triphasé, d'un moteur électrique triphasé spécial de faible inertie rotorique, la boucle de vitesse différentielle et le oircui* dérivateur de la vitesse du moteur étant alors réglés en

conséquence ou éventuellement supprimés, ou encore pour la comman-

de d'un organe moteur d'un type quelconque permettant d'& ficher un

couple co*stant avec cet équipement.

Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non li-

mitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'in-

vention. Figure 1 est un schéma synoptique du dispositifo Jigure 2 est un sdéma de principe de ce dispositif

donné à titre d'exemple non limitatif.

bans l'exemple des figures 1 et 2, l'organe moteur est un moteur électrique triphasé x, à rotor bobiné ou à rotor à

cage résistante, commandé à l'aide d'un équipement suivant l'inven-

tiom. Cet 4 qnipement comprend, en combinaison, les quatre circuits élémentaires suivants:

A premièrement, une boucle de régulation du couple mo-

teur composée: a d'une part d'un élément de puissance quatre quadrants d'un type connu, qui permet d'afficher le couple moteur nécessaire, par variation de la tension statorique sur les trois phases à 1 'i

aide des thyristors branchées-dans le circuit du stator, des thy-

risators assurant en outre l'inversion du sens du moteur par per-

mutation de deux phases; b et d'autre part une régulation électronique du couple du moteur en boucle fermée, se composant d'un régulateur de couple et d'un calculateur du couple électromagnétique à partir des tensions

statoriques triphasées et du courant; ce système permet d'affi-

cher un couple défini dans toutes les phases do fonctionnement, notamment lors des phases d'accélération, de ralentissement et

de freinage.

B deuxièmement, une boucle de régulation de la vitesse absolue de la partie mobile du récepteur par rapport au sol, r boucle associée à la régulation de couple précédente S suivant un

node cascade ( pilotage de la boucle de couple par la boucle de vi-

tesse), et comprenant s a d'une part, l'organe dffiobhage de la vitesse désirée X T G Y par commande manuelle de l'opérateur; celui-ci, ayant ainsi affiché la vitesse qu'il désire,l'obtient automatiquement en vitesse réelle de l'6 élment mobile du récepteur, sans aucune autre action de sa part; b d'autre part, un dispositif GY mesurant la vitesse absolue de l'élément mobile par rapport au sol, en s'affranchissant de toute liaison élastique avec la machine, soit par exemple un

capteur à effet gyroscopique ( gyromètre) ou à base d'accélé-

romètre; ce dispositif fournit une tension proportionnelle à k vitesse, positive ou négative suivant le sens du mouvement, tension introduite dans la boucle de vitesse et comparée à la tension de l'organe d'affichage un potentiomètre "" permet d'équilibrer l'information d'affic age avec l'information do ce dispositif de mesure de la vitesse absolue en fonction du type du récepteur et du mouvement concerné ( pré-xréglage en fonotion du récepteur); c d'autre part, un régulateur de vitesse qui commande la boucle -uepuoo -ap a 9-rtqo op n,-at-inoo Ol aub uob-a T op 4 VZ quop lU 1 Unoo up ov OT'L ' ST-& ZQ l'O t(i Eli DPOTP Lal: su-ap lU 1 Rz-a 00 al aaou Tz L a aouvq: -ST 59 X et 0-ab o Tpî 5 mer 4 e &TI TB Cd apzllrleap er,-,toq va op Tilloo j 1 O EeL Tns a T 4 zoo ap ouzoq va op jqp 4 uel d el 4 uo Teugl op ang A Tue ue gs TI Tllu q-se elo a C 1-0 M BOPOTP Bal xvd eluvgsuoo enu -n Ti Tt-rr Ise somtilze seuxoq zue uo Tsa" VI quel) a t 1 r çç el 1 9,Uvqg-OEOO *Uvxnoo ungp uo T Ioel srm 4 LD qq Tov Jvo -el op e 2 evq Q VI auq govq l 8 e edinex q,Faoxro 90 op Od Tou Tad el 8 991 -9 j 9 16 UCT*-nopxe&p ewaoj eur L u O les a up maer sep q J 91 d V Xl * 4 t' r we gangs SGb Twmt P Slajje gai Gj:Tn PZ q robej op 4 ejdnoo op edmrx etm qa:,ed 9 q, tv 4 p O O op 84 u-ozpeb nq cm- J'k 9 U 4110 el X-jj gwig 14 e 4 Rodez un no B Xnq --i 1 Z U',7, au O O e y l"T O d al ,pem U' 'eî op 0: -h -o e eule -E f Z 64,no e O jax

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24; la pente de la rampe est réglable par action sur le poten-

tiomètre 24 ( préréglage en fonction de la machine); le circuit rampe est symétrique par le montage en parallèle des deux diodes D 1 et D 2, oe qui permet d'appliquer unr e consigne aussi bien positive que négative à l'entrée B du circuit rampe; f d'autre part enfin un dispositif de réglage du niveau maximum

de la consigne de couple par préréglage à l'aide du potentio-

mètre,3, afin de ne pas dépasser le couple maximum admissible sur le récepteur;

C troisièmement, mune boucle de la vitesse diff 4 rent Iel-

le entre la vitesse de l'6 14 ment mobile par rapport au sol ( cap-

teur de mesure et par exemple gyromètre G Y) et la vitesse du mo-

teur ( dispositif de détection de vitesse D Y tel une dynamo tachy-

métrique); cette boucle a pour but de réduire les à-coups dynamiques dus à l'énergie cinétique eswagasinée dans le rotor, de façon à ne Jamais dépasser les contraintes admissibles dans les différentes parties du récepteur; pour cela, le signal d'erreur entre les

deux vitesses est affiché et comparé à -au seuil fixe, et une infor-

mation est transmise à la coansigne de couple /,our réduire ou inver-

:er le couple moteur; dans ue fsrme préf 4 e d'exécution, les iodoas ener Z g 5, D g 6 c Onztiét un seuil fixe $ lorsque

la tension au point M, qui traduit 1 Sart entre les vitesses me-

23 'ées G Y et D Y, et qui est traite paar i 'amplificateur C I 9, dépasse pas le seuil 7 ener, le potenti el en P est nul, aucune correetion n'est affi ch 4 e en L au coupla affiché; dans le cas contraire, la tension au point P cro t proportionnellemet au

dessus du seuil et une correction de couple ( diminution ou invez-

slon) est a Utiquée en L; le potentiomètre 2 p f Ixe le seuil de ri-

tesse différentielle et le potentiomètre ú 37 fiçe le gain de l'ac-

tion correctrice; la sommation se fait en insérant un amplifica-

teur sommateur C I 7 entre la rampe et le niveau d'affichage du

couple maxi par le potentiomètre 3 Ainsi, cette action correc-

trice intervient dans les phases de torsion et de détente du support

élastique pour minorer lee effets dynamiques.

quatrièmement, enfin, un circuit dérivateur de la vitesse du moteur, composé du condensateur C 2, du potentiomètre ú 6 et de la résistance Z 25, introduit ia dérivée de la vitesse du moteur en opposition à la consigne de couple, afin de stabiliser

le comportement dynamique de la machine;le potentiomètre 26 per-

met de pondérer cette action correctrice )ans une forme d'exécution particulière, l'organe moteur N est un moteur éleotrique triphasé spécial à cage à faible inrertie Léquipement de commande peut Otre identique à celui qui a été décrit ci-dessus, avec un réglage différent de k boucle de

vitesse différentielle et du circuit dérivateur de la vitesse du mo-

teur Nais ces deux composants peuvent aussi 8 tre éventuellement supprimés, du fait que les effets de l'inertie du rotor du moteur

et des pièces mécaniques du systeème associé, se trouvent suffisam-

ment minorés par le choix d'un moteur à faible inertie.

Wnfin, on, ne sortirait pas du cadre de l'invention

en utilisant tout autre organe moteur permettant d'afficher un cou-

ple constant par cet équipement, comprenant obligatoirement la

boucle de vitesse différentielle et le circuit dérivateur de la vi-

tesse du moteur, ai l'inertie des lrties en rotation de l'organe moteur est importante, avec ou sans ces deux composants si cette

inertie est très faible.

Me m&me, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en associant de toute autre manibre les différente composants de cet équipement poux commander l'organe moteur d'un mouvement horizontal quelconque, Le fonctionnement est le suivant t L'appareil étant au repos, l'opérateur affiche la vitesse désirée Cette vitesse est transmise à travers la bpucle de

vitesse comme consigne de couih, tous les préréglages potentiomé 6-

triques ayant été préalablement exécutés une fois pour toutes, en fonction de la configuration du récepteur o On affiche ainsi une consigne de couple constante et le couple reste ainsi constant par l'action de la boucle de régulation de coulia pendant toute laphase

d'acedlération, sauf corrections éventuelles de la consigne de cou-

ple p W 1 S organes correcteurs, la détection de quadrant étant d'ailleurs inopérante pendant une phase d'accélération:ès que le couple est affiché, la partie fixe de l'appareil prend la position d'équilibre correspondant à ce couple, puis la partie mobile se met

en mouvement et la différence entre la vitesse affichée et la vites-

se instantanée de la partis mobile maintient le niveau de la consig=e de couple tant que la vitesse atteinte n'est pas égale à la vitesse programmée Loreque celle-ci est atteinte, la consigne de couple

decroit jusqu'au niveau d'entretien des cou-

ples résistants.

Inversement, l'appareil étant en mouvement, l'affi-

ohage de la vitesse zéro, par exemple, introduit une nouvelle con- signe de couple La partie mobile est ralentie jusqu'à l'arr Ot par un fonctionnement analogue à celui d'une phase d'accélération, à

ceci près que dans cette phase de ralentissement, le circuit de dé-

tection de quadrant est rendu actif et minore la consigne de couple.

Les avantages de cet équipement par rapport aux sys-

tèmes connus sont les suivants: l'opérateur est absolument mattre de la vitesse réelle de la partie mobile du récepteur, par le seul affichage de la vitesse désirée depuis zéro jusqu'à la vitesse maximum; le niveau de couple est totalement indépendant de l'opérateur et

limité à la valeur admissible par les différentes parties du ré-

cepteur; l'introduction d'un couple constant se traduit par une position d'équilibre quasi-stable du supplert de réaction élastique ou de liaison élastique, et une mise en mouvement rapide de la partie mobile du récepteur, sans temps mort; les oscillations du support de réaction élastique ou de la liaison élastique sont supprimées par l'introduction d'un couple constant et par le soin mis pour réduire les effets dynamiques uec ndaires dus aux Jeux du mécanisme, à l'inertie de l'organe moteur ou à une accélération de l'organe moteur par rapport à la partie mobile du récepteur Il en résulte une mise en mouvement sans à-coups de cette partie mobile, en aime temps qu'une réduction notable de la fatigue du support élastique;

la partie mobile du récepteur est maintenue dans la situation af-

fichée par l'opérateur, malgré toute perturbation éventuelle ap-

portée par un élément extérieur, tel par exemple S 1 e vent, En particulier, cette partie mobile sera maintenue au repos, tout frein ouvert, par action d'un couple exercé par l'organe moteur à l'encontre de l'élément perturbateur, dès lors que celui-ci tendra à créer une mise en vitesse détectée par le dispositif de mesure de la vitesse de l'élément mobile;

le récepteur subit les agmes contraintes dans les phases d'accé-

lération ou de ralentissement et travaille donc de façon homogène.

En conclusion, l'équipement suivant l'invention permet une conduite du récepteur à la fois rapide 1, précoise p agréable e et sire, en laume temps qu'il minimiee la fatigue du

récepteur 11 en résulte en fin do compte uine amélioration de la sé-

curité et de la renta bilité dans l'exploitation de oe récepteur S on m Omne temps que la possibilité d'alléger sa structure*

Claims

REVENDICATIONS

1 Equipement pour la commande de l'organe moteur d' un mouvement horizontal, installé de telle sorte qu'il existe, soit un support de réaction élastique, soit une liaison élastique dans latransmission au récepteur, caractérisé en ce qu Ail comprend en combinaison s A une boucle de couple compos 4 e d'mun élément de puissance quatre quadrants d'un type connu et d'une régulation électronique du couple moteur en boucle fermée se composant elle-même d'un régulateur de couple et d'un calculateur du couple moteur d'un type connu;

B une boucle de régulation de la vitesse absolue de la par-

tie mobile du récepteur par rapport au sol, qui est associée à la précedente, suivant un mode cascade, et lui délivre la consigne de

couple pourl'obtention et le maintien de la vitesse affichée manuel-

lement par l'opérateur; C une boucle de la vitesse différen Uelle entre la vitesse de l'élément mobile par rapport au sol et la vitesse de l'organe moteur

réduisant ou inversant la conggne de couple lorsque cette vitesse dif-

férentielle dépasse un seuil fixe;

D un circuit dérivateur de la vitesse de l'organe moteur cor-

rigeant la consigne de couple par l'indtdc ion de la dérivée de la vitesse de cet organe moteur en opposition à cette consigne, 2 Equipement suivant la revendication t, caractérisé en ce que la boucle de régulation de la vitesse absolue de la partie

mobile du récepteur par rapport au sol, comprend les moyens néces-

saires pour la régulation de la vitesse et la fourniture de la consi-

gne de couple, c'est-à-dire un organe d'affichage de la vitesse dé-

sirée par commande manuelle, un dispositif de mesure de la vitesse

absolue de l'élément mobile par rapport au sol et un régulateur de vi-

tesse fournissant la consigne de couple par le traitement de la compa-

raison entre la vitesse affichée et la vitesse mesurée, mais com-

prend en outre des composants intermédiaires corrigeant cette consigne de couple, à savoir, un circuit de correction de la consigne de

couple suivant qu'il s'agit d'une phased'accélération ou de ralen-

tissement, une rampe insérée dans la consigne de couple et enfin un dispositif limitant la valeur de cette consigne 3 Equipement suivant la revendication 2, caractérisé

en ce que la boucle de régulation de la vitesse absolue de la par-

tie mobile du récepteur par rapport au sol est équipée d'un régula-

tour de vitesse traitant la tension d'erreur entre la vitesse affi-

chée et la vitesse réelle, de façon à afficher un couple constant à l'entrée de la boucle de couple tout au long d'une msme phase d' accélération, demaintien de la vitesse, ou de ralentissement, saut corrections dues à la rampe de couple et aucîrcuit de correction contenus dans cette umen boucle de régulation de la vitesse absolue

de la partie mobile du récepteur, ainsi qu'à la boucle différentiel-

le entre la vitesse absolue de l'élément mobile du récepteur et cel-

le de l'organe motour et aussi au circuit dérivateur de la vitesse

de cet organe moteur.

4 Equipement suivant l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la commande

d'un moteur éleotrique triphasé.

5 Equipement suivant l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la commande d'un moteur éleotrique triphasé spécial, à faible inertie rotorique la boucle de vitesse différentielle et le circuit dérivateur de la vitesse du moteur étant réglés en conséquenoe, ou éventuellement

supprimés.

6 Equipement suivant l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la commande d'un organe moteur d'un type quelconque permettant d'afficher un

couple constant par cet équipement.