FR2810695A1 - Procede de commande d'un volet de papillon motorise - Google Patents

Procede de commande d'un volet de papillon motorise Download PDF

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Abstract

Procédé de commande d'un volet (1) de papillon associé à un mécanisme de rappel par ressort en position entrouverte de secours : on établit un signal (epsilonv) d'erreur de vitesse de déplacement du volet traité par un dispositif correcteur non linéaire proportionnel intégrateur et dérivateur (15) pour commander (4-7) une vitesse de déplacement corrigée; à partir d'un terme intégral traité par le dispositif correcteur (15), un signal compensateur (r0) n'est généré que si la consigne de position franchit la position entrouverte de secours et est extérieure à un intervalle angulaire donné d'action du mécanisme de rappel; on additionne (23), au signal de sortie du dispositif correcteur (15), le signal compensateur (r0) ayant un niveau de tension et un signe tels que sont réduits les dépassements du volet par rapport à sa position de consigne.

Description

PROCEDE DE COMMANDE D'UN VOLET DE PAPILLON MOTORISE
La présente invention concerne des perfection-
nements apportés à la commande d'un volet de papillon contrôlant le débit d'un mélange comburant alimentant un moteur à combustion interne, ce volet de papillon étant associé à un mécanisme de rappel par ressort en position entrouverte de secours (position dite "limp home"), cette commande consistant à établir un signal d'erreur de vitesse de déplacement du volet que l'on traite ensuite avec un dispositif correcteur non linéaire proportionnel intégrateur et dérivateur PID pour finalement commander
une vitesse de déplacement corrigée du volet.
Il est connu d'associer à un volet mobile (en général rotatif) de papillon, d'une part, un actionneur électrique faisant intervenir un moteur électrique (par exemple un moteur couple) commandé par une unité d'asservissement propre à positionner le volet en conformité avec les besoins d'alimentation en comburant exigés à chaque instant par le moteur, et, d'autre part, un mécanisme de rappel par ressort, activé en permanence, et propre à maintenir le volet dans une position angulaire prédéterminée ou position de "secours" permettant, en cas de panne de l'actionneur électrique, de poursuivre le fonctionnement du véhicule en conditions détériorées
(situation dite de "limp home").
A la figure 1 est représenté schématiquement un actionneur électrique de volet de papillon mettant en oeuvre le procédé de l'état de la technique énoncé plus
haut.
Un papillon 1 est monté sur un axe 2 de direction diamétrale qui est entraîné en rotation (double flèche 3)
par un moteur électrique 4 (par exemple un moteur couple).
Le moteur peut être alimenté en courant à rapport cyclique d'ouverture variable délivré par un pont de thyristors 5 qui est connecté à une source continue +V et qui est
commandé par un générateur 6.
Un capteur de position 7 (par exemple un capteur potentiométrique multipiste) est associé fonctionnellement au moteur 4 et/ou au volet 1 et fournit un signal électrique représentatif de la position angulaire instantanée du volet (signal de position effective du
volet).
Après mise en forme et/ou filtrage en 8, le signal de position effective du volet est appliqué à une entrée d'un comparateur 9, lequel reçoit sur son autre entrée un signal de consigne de position (en 10). Le comparateur 9 délivre un signal de sortie Ep représentatif de l'écart entre le signal de position angulaire effective du volet et le signal de consigne de position du volet (sp = signal d'erreur de position du volet) Le signal sp est ensuite traité dans un dispositif 11 à gain proportionnel Kp dont le signal de sortie est, après écrêtage dans un limiteur d'amplitude haute et basse 12, un signal représentant une consigne de vitesse de déplacement du volet, signal de consigne qui est appliqué
à une entrée d'un second comparateur 13.
Par ailleurs le signal de position angulaire effective du volet fourni en 8 est dérivé par des moyens dérivateurs 14 et le signal de vitesse effective de déplacement du volet ainsi obtenu est appliqué à l'autre
entrée du second comparateur 13.
Le second comparateur 13 fournit en sortie un signal cv d'erreur de vitesse de déplacement angulaire du volet. Ce signal d'erreur de vitesse Ev est ensuite traité par un dispositif correcteur non linéaire proportionnel intégrateur et dérivateur (PID) 15 qui
reçoit également le signal de position effective du volet.
Le signal de sortie du dispositif 15 est un signal de commande de correction de vitesse du volet qui, après application en 16 d'une correction fonction de la tension d'alimentation, est appliqué au générateur 6 pour commander le rapport cyclique d'ouverture variable du signal délivré par celui-ci à destination du pont de
thyristors 5.
Avec ce circuit, le moteur 4 est commandé par la
valeur moyenne du signal qui lui est appliqué.
Toutefois, la présence de l'effort élastique du ressort de rappel du mécanisme de secours ("limp home"), qui est appliqué en permanence, perturbe de façon significative le fonctionnement de la commande asservie du volet. Cette perturbation, non linéaire, est sensible notamment pour les positions du volet correspondant à la
plage angulaire du mécanisme de secours.
En particulier, et il ne s'agit pas là d'un moindre inconvénient, chaque fois que le volet doit être déplacé angulairement en traversant la plage d'action du mécanisme de secours, le moteur développe un couple qui est mal adapté en regard des efforts générés par les ressorts de rappel du mécanisme de secours. Cela se traduit par un à-coup brutal de déviation angulaire du volet. Pour fixer les idées, on a représenté à la figure 2 un graphique illustrant une suite de séquences de déplacements angulaires du volet (les déplacements angulaires étant exprimés en pourcentage de la tension d'alimentation en ordonnées et le temps en abscisses), avec des passages de part et d'autre de la position angulaire de secours ("limp home") 19 qui a ici une valeur de l'ordre de 10,25 %. La succession des positions commandées du volet est représentée par la courbe 18 en marches d'escalier. On constate que, quel que soit le sens de la variation commandée de position angulaire du volet, le passage d'un côté à l'autre de la position de secours 19 s'accompagne d'un pic 20 très important (ici de l'ordre
de 6 à 8 % de déviation du volet), se traduisant par un à-
coup de déplacement du volet, et donc par une perturbation
dans l'alimentation du moteur.
Il a certes été proposé diverses solutions pour tenter de compenser l'action perturbatrice du mécanisme de secours sur la commande asservie du volet, telle par exemple la précompensation du couple de rappel préalablement modélisé par un circuit 17 dit "feed forward" (représenté à la figure 1, entre l'entrée 10 du signal de consigne de position et la sortie du dispositif correcteur 15). Toutefois, cette solution se révèle
insuffisante pour compenser efficacement les dépassements.
D'autres solutions ont également été envisagées (volet équipé d'une ouverture obturable, notamment), mais il s'agit là de solutions exclusivement mécaniques qui nécessitent des composants supplémentaires et qui sont
coûteuses.
L'invention a essentiellement pour but de remédier à cet inconvénient de façon simple, peu coûteuse et sans ajout de pièces et, à cet effet, elle propose de perfectionner le procédé de commande énoncé au préambule en faisant en sorte que, conformément à l'invention, à partir du terme intégral traité par le susdit dispositif correcteur, on détermine un signal compensateur qui dépend dudit terme intégral et qui n'est généré que lorsque la consigne de position angulaire du volet est déplacée avec franchissement de la position prédéterminée entrouverte de secours et qu'elle est extérieure à un intervalle angulaire prédéterminé d'action du mécanisme de rappel par ressort encadrant ladite position entrouverte de secours, et on additionne ledit signal compensateur au signal de sortie du dispositif correcteur, ledit signal compensateur ayant un niveau de tension et un signe tels que se trouvent sensiblement réduits les dépassements du volet, dus à la présence du mécanisme de
rappel de secours, par rapport à sa position de consigne.
En pratique, le signal compensateur est préétabli et tenu en mémoire et, avantageusement dans une mise en oeuvre préférée, le signal compensateur est cartographié sur la valeur du terme intégral traité par le dispositif correcteur et est appliqué en fonction du terme intégral traité par le dispositif correcteur, la cartographie des signaux correcteurs/termes intégraux étant effectuée
préalablement de façon expérimentale et tenue en mémoire.
La cartographie est établie expérimentalement, une fois
pour toute, sur chaque type de boîtier papillon motorisé.
Dans un exemple concret de mise en oeuvre, le signal compensateur est généré lorsque la consigne de position angulaire du volet dépasse par exemple d'au moins environ 1/10ème de degré le susdit intervalle angulaire prédéterminé. Grâce aux dispositions proposées par l'invention, on est en mesure de réduire notablement, voire d'annihiler les dépassements de position du volet, et donc de réaliser une commande correcte de déplacement du volet conduisant à
une alimentation normale du moteur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la
description détaillée qui suit d'un mode de réalisation
préféré de l'invention donné uniquement à titre d'exemple
purement illustratif. Dans cette description on se réfère
aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 3 est une représentation schématique, calquée sur celle de l'art antérieur illustré à la figure 1, d'une commande de volet de papillon aménagée conformément à l'invention; et - la figure 4 est un graphique montrant la déviation du volet entraîné à l'aide de la commande de la
figure 3.
On se réfère maintenant à la figure 3 qui reprend le schéma de la figure 1, en conservant les mêmes
références numériques pour désigner les mêmes éléments.
Conformément à l'invention, on met en oeuvre un dispositif 21 qui reçoit le terme intégral traité par le dispositif correcteur PID 15 et qui reçoit également les informations de limites haute et basse d'action du
mécanisme de secours ("limp home") mémorisées en 22.
A partir de ces informations, le dispositif 21 est apte à générer un signal compensateur r0 qui dépend du terme intégral et qui n'est généré que lorsque la consigne de position angulaire du volet est déplacée avec franchissement de la position prédéterminée entrouverte de secours et qu'elle est extérieure aux susdites limites haute et basse, encadrant ladite position de secours,
d'action du mécanisme de rappel par ressort.
Le signal compensateur r0 est alors additionné, dans un sommateur 23, au signal de sortie du dispositif correcteur PID 15. C'est ce signal corrigé qui, après correction en 16 en fonction de la tension d'alimentation, est appliqué au générateur 6 qui commande le pont de thyristors 5 alimentant le moteur 4 d'entraînement du
volet 1.
En pratique, le signal de sortie du dispositif correcteur PID 15 se présente sous la forme d'une succession de paliers de tension. Dans ce cas, le signal compensateur r0 se présente, lui aussi, comme un palier de tension ayant l'amplitude de tension et le signe appropriés pour que, au bout du compte, le dépassement de la position réelle du volet par rapport à la position de
consigne soit compensée aussi exactement que possible.
De façon concrète, le signal compensateur r0 est prédéterminé par des essais préalables et tenu en mémoire en 24, et le dispositif 21 appelle le signal compensateur r0 en fonction du terme intégral qui lui est fourni par le
dispositif correcteur PID 15.
Pour un fonctionnement normal du moteur, la commande corrigée du moteur de déplacement du volet nécessite une multiplicité de valeurs r0 en correspondance avec une multiplicité de termes intégraux traités par le dispositif correcteur PID 15. De ce fait, on procède, préalablement, à l'établissement expérimental d'une cartographie des signaux compensateurs r0 en regard des valeurs des termes intégraux traités par le dispositif correcteur 15, cette cartographie étant effectuée une fois
pour toute pour chaque type de boîtier papillon motorisé.
Puis, en fonctionnement, l'ensemble des signaux compensateurs r0 étant tenus en mémoire en 24, le signal compensateur r0 requis est appelé, en fonction du terme intégral délivré par le dispositif correcteur PID 15, par le dispositif 21 qui joue ainsi la fonction de dispositif sélecteur placé sous la dépendance de données fixes (limites haute et basse d'action du mécanisme de rappel de secours). Pour illustrer les résultats procurés par la mise en oeuvre du procédé de l'invention, on a représenté à la figure 4 la même suite de niveaux de commande qu'à la figure 2 (mais avec une échelle verticale dilatée et une échelle horizontale comprimée). On constate la disparition ou quasi-disparition des dépassements lors des traversées de la position prédéterminée entrouverte de secours ("limp home"). La mise en oeuvre de l'invention permet donc d'obtenir le résultat recherché, à savoir un franchissement sans à-coups de la position de "limp home", en ayant recours à des moyens simples qui ne modifient pas sensiblement les moyens de commande, l'établissement préalable de la cartographie (signaux compensateurs r0/termes intégraux), qui est établie au préalable une fois pour toute pour chaque type de boîtier papillon motorisé, ne constituant pas en soi une contrainte particulière.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1. Procédé de commande d'un volet (1) de papillon contrôlant le débit d'un mélange comburant alimentant un moteur à combustion interne, ce volet de papillon étant associé à un mécanisme de rappel par ressort en position entrouverte de secours, procédé selon lequel on établit un signal (sv) d'erreur de vitesse de déplacement du volet que l'on traite ensuite avec un dispositif correcteur non linéaire proportionnel intégrateur et dérivateur PID (15) pour finalement commander (4-7) une vitesse de déplacement corrigée du volet, caractérisé en ce qu'à partir d'un terme intégral traité par le susdit dispositif correcteur (15), on détermine un signal compensateur (ro) qui dépend dudit terme intégral et cui n'est gcnéré cue lorsque la consigne de position angulaire du volet est déplacée avec franchissement de la position prédéterminée entrouverte de secours et qu'elle est extérieure à un intervalle angulaire prédéterminé d'action du mécanisme de rappel par ressort encadrant ladite position entrouverte de secours, et en ce qu'on additionne (en 23) ledit signal compensateur (ro) au signal de sortie du dispositif correcteur (15) , ledit signal compensateur (r0) ayant un niveau de tension et un signe tels que se trouvent sensiblement réduits les dépassements du volet, dus à la présence du mécanisme de
rappel de secours, par rapport à sa position de consigne.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal compensateur (ro) est préétabli et
tenu en mémoire (24).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal compensateur (ro) est cartographié sur la valeur du terme intégral traité par le dispositif
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correcteur et est appliqué en fonction du terme intégral traité par le dispositif correcteur (15), la cartographie des signaux correcteurs/termes intégraux étant effectuée préalablement de façon expérimentale et tenue en mémoire
(24).
4. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le signal
compensateur (r0) est généré lorsque la consigne de position angulaire du volet dépasse d'au moins environ 1/10ème de degré le susdit intervalle angulaire prédéterminé.
5. Procédé selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il
comprend les étapes consistant à: - détecter (7) la position effective du volet, - comparer (9) le signal de position effective du volet avec une information de consigne de position du volet (10) et en déduire un signal d'erreur de position du volet (sp), - déduire (en 11) du signal d'erreur de position du volet (sp) un signal de consigne de vitesse de déplacement du volet, - déduire (en 14) du signal de position effective du volet un signal de vitesse effective de déplacement du volet, - comparer (13) les signaux de consigne de vitesse et de vitesse effective de déplacement du volet et en déduire le susdit signal d'erreur de vitesse de déplacement du volet ($v), - traiter ledit signal d'erreur de vitesse de déplacement du volet (sv) par le susdit dispositif correcteur non lindaire proportionnel intégrateur et dérivateur (15), il - générer le susdit signal compensateur (ro) et l'additionner (23) au signal de sortie du dispositif correcteur pour obtenir un signal de commande corrigé, - puis utiliser ledit signal de commande corrigé pour commander une vitesse de déplacement
corrigée du volet.
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