FR2966124A1

FR2966124A1 - Systeme de deplacement motorise d'un element mobile, procede de pilotage d'un tel systeme et procede de test d'un tel systeme

Info

Publication number: FR2966124A1
Application number: FR1058486A
Authority: FR
Inventors: Franck Bonny
Original assignee: Sagem Defense Securite SA
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2012-04-20
Anticipated expiration: 2030-10-18
Also published as: BR112013007105A2; CN103201171A; CA2813655C; WO2012052438A3; US9422813B2; WO2012052438A2; RU2531998C1; CN103201171B; CA2813655A1; US20130192453A1; FR2966124B1; EP2630034A2

Abstract

L'invention concerne un système (100) de déplacement motorisé d'un élément mobile (200), comportant au moins deux actionneurs (1, 2) qui sont pourvus chacun de moyens de leur liaison à l'élément mobile et qui sont dimensionnés pour pouvoir manœuvrer seul l'élément mobile, une unité centrale de commande (3) étant reliée aux deux actionneurs pour envoyer à chacun des actionneurs une consigne de position (Pos , Pos ). Selon l'invention, le système comporte des moyens de commande (10,20) pour commander en effort simultanément les deux actionneurs en réponse à la consigne de position adressée à l'un des actionneurs. L'invention concerne également un procédé de pilotage d'un tel système et un procédé de test d'un tel système.

Description

L'invention concerne un système de déplacement motorisé d'un élément mobile par exemple un système de déplacement motorisé destiné au déplacement de surfaces mobiles de vol dans un aéronef, comme les gouvernes.

L'invention concerne également un procédé de pilotage d'un tel système et un procédé de test d'un tel système. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Un exemple de système de déplacement motorisé d'un élément mobile est un système comportant deux actionneurs reliés à l'élément mobile et dimensionnés pour pouvoir manoeuvrer seul l'élément mobile. Le système comporte également une unité centrale de commande qui est reliée aux deux actionneurs pour envoyer à chacun des actionneurs une consigne de position. En service, l'unité de pilotage envoie une consigne de position à l'un des actionneurs dit actionneur principal qui en répondant à la consigne de position va engendrer un effort de déplacement de l'élément mobile. Le second actionneur dit actionneur de secours n'est pas alimenté. En cas de défaillance de l'actionneur principal, l'unité de pilotage envoie une consigne de position à l'actionneur de secours qui va se substituer à l'actionneur principal pour déplacer l'élément mobile. Toutefois, la durée de vie d'un actionneur étant directement liée aux efforts qu'il doit développer, l'actionneur principal s'use rapidement puisqu'il doit manoeuvrer seul l'élément mobile dans des conditions normales de fonctionnement. Il pourrait être prévu, pour cette raison, que chaque actionneur joue alternativement le rôle d'actionneur principal et d'actionneur de secours mais ceci compliquerait la gestion du fonctionnement des actionneurs. Il demeure en outre nécessaire de dimensionner les actionneurs pour pouvoir développer l'effort maximum sur de très longues périodes de sorte que les actionneurs sont relativement lourds et encombrants.

De plus, dans des conditions normales de fonctionnement de l'actionneur principal, l'actionneur de secours est inactif et génère alors un effort au niveau de sa liaison à l'élément mobile qui tend à contrer l'effort développé par l'actionneur principal pour déplacer l'élément mobile. L'actionneur principal doit donc être dimensionné pour pouvoir supporter cet effort résistant sans conséquence sur le déplacement de l'élément mobile. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un système de déplacement motorisé d'un élément mobile obviant au moins en partie aux problèmes précités. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un système de déplacement motorisé d'un élément mobile, comportant au moins deux actionneurs qui sont pourvus chacun de moyens de leur liaison à l'élément mobile et sont dimensionnés pour pouvoir manoeuvrer seul l'élément mobile, une unité centrale de commande étant reliée aux deux actionneurs pour envoyer à chacun des actionneurs une consigne de position. Selon l'invention, le système comporte des moyens de commande pour commander en effort simultanément les deux actionneurs en réponse à la consigne de position adressée à l'un des actionneurs. Grâce aux moyens de commande, l'effort à développer pour déplacer l'élément mobile est réparti entre les deux actionneurs de sorte qu'aucun des deux actionneurs ne soit exagérément plus sollicité que l'autre. En outre, en cas de défaillance de l'un des actionneurs, l'autre actionneur est capable de déplacer seul l'élément mobile. Ainsi, la durée de vie de chaque actionneur est sensiblement identique. De façon avantageuse, l'encombrement et la masse des actionneurs s'avèrent plus faibles que ceux d'actionneurs d'un système de déplacement motorisé de l'art antérieur puisque le dimensionnement en fatigue des actionneurs de l'invention est moins contraignant. Un autre avantage est qu'il y a moins d'échauffement des actionneurs que dans un dispositif de l'art antérieur. L'invention a également pour objet un procédé de pilotage d'un tel système et un procédé de test d'un tel système. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un système de déplacement motorisé d'un élément mobile selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'un système de déplacement motorisé d'un élément mobile selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique d'un système de déplacement motorisé d'un élément mobile selon un troisième mode de réalisation. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures 1 et 2, un système de déplacement motorisé 100 permet ici, dans un aéronef, la transmission d'un mouvement d'un élément de pilotage, comme le manche, à un élément mobile 200, comme une gouverne. Le système de déplacement comporte un premier actionneur 1 et un deuxième actionneur 2. Chaque actionneur 1, 2 comporte ici un moteur électrique, par exemple un moteur sans balais, ayant un arbre de sortie entraînant un ensemble vis-écrou de sorte qu'une rotation de la vis sous l'action du moteur provoque un déplacement linéaire sans rotation de l'écrou. L'écrou de l'ensemble vis-écrou de chaque actionneur 1, 2 permet un attachement de l'actionneur correspondant à l'élément mobile 200. Chaque actionneur 1, 2 est dimensionné pour pouvoir manoeuvrer seul l'élément mobile 200.

Le premier actionneur 1 est associé à un premier capteur 4 pour mesurer un effort exercé par le premier actionneur 1 sur l'élément mobile 200 afin de déplacer ledit élément mobile 200. De la même façon, le deuxième actionneur 2 est associé à un deuxième capteur 5 pour mesurer un effort exercé par le deuxième actionneur 2 sur l'élément mobile 200. Les capteurs 4, 5 sont ici des capteurs d'effort axial intégrés au système 100. Le système 100 comporte également une unité centrale de commande 3 reliée au premier actionneur 1 et au deuxième actionneur 2 de sorte que l'unité centrale de commande 3 puisse adresser à chacun des actionneurs une consigne de position Pos1r Pose. Le système 100 comporte également au moins un capteur de position de l'élément mobile 100 pour mesurer une position réelle de l'élément mobile 200. De préférence, le système 100 comporte deux capteurs de position 6, 7 qui mesurent l'un comme l'autre la position réelle de l'élément mobile 200 pour une redondance plus importante dudit système 100. La mesure effectuée par un premier 6 des deux capteurs de position est donc sensiblement égale à la mesure effectuée par le deuxième 7 des deux capteurs de position, dans des conditions normales de fonctionnement des deux capteurs de position. Si l'un des deux capteurs de position est défaillant, le deuxième capteur de position pourra toujours fournir seul une information représentative de la position de l'élément mobile 200. L'unité centrale 3 est ainsi relié aux deux capteurs de position 6, 7 de l'élément mobile. Ici un premier 6 des deux capteurs de position est intégré au premier actionneur 1 et le deuxième 7 des deux capteurs de position est intégré au deuxième actionneur 2. En référence à la figure 1, selon un premier mode de réalisation, dans des conditions normales de fonctionnement des deux actionneurs 1, 2, l'unité centrale de commande 3 adresse une consigne de position Post uniquement au premier actionneur 1 dit actionneur maître. En cas de défaillance du premier actionneur 1, l'unité centrale de commande 3 s'appuie alors sur le deuxième actionneur 2 dit actionneur esclave pour déplacer l'élément mobile 200. A cet effet, l'unité centrale de commande 3 adresse au deuxième actionneur une consigne de position Pose. Selon l'invention, le système 100 comporte des moyens de commande qui, en service, permettent un pilotage en effort des deux actionneurs 1, 2 simultanément, en réponse à la consigne de position adressée à l'un des actionneurs par l'unité centrale de commande 3. Ici, les moyens de commande comportent un premier et un deuxième organe individuel de pilotage 10, 20 relié respectivement au premier et au deuxième actionneur 1, 2. Les deux organes de pilotage 10, 20 sont également reliés à l'unité centrale de commande 3 aux capteurs d'effort 4, 5 respectivement et aux capteurs de position 6, 7 respectivement. Les organes de pilotage individuels 10, 20 sont agencés dans le système 100 pour pouvoir communiquer entre eux. En service, à partir d'un ordre de déplacement de l'élément mobile 200 provenant d'un des organes de pilotage 10, 20, l'unité centrale de commande 3 génère à destination du premier actionneur 1 une consigne de position Post.

Le premier organe individuel de pilotage 10 traduit alors la consigne de position Post en une consigne d'effort et communique avec le deuxième organe individuel de pilotage 20 de sorte que le premier et le deuxième organe de pilotage 10, 20 génèrent simultanément deux consignes d'effort individuel Eff1r Eff2 à destination respectivement du premier actionneur 1 et du deuxième actionneur 2. Les consignes d'effort individuel Eff1r Eff2 sont calculées pour que le premier et le deuxième actionneur produisent un effort individuel respectivement F1r F2 sur l'élément mobile 200, la somme des efforts individuels F1 + F2 correspondant à un effort total à fournir pour atteindre la consigne de position Post et les efforts F1r F2 étant sensiblement égaux. De préférence, A cet effet, à tout instant du déplacement de l'élément mobile 200, une mesure de la position Posm dudit élément mobile est effectuée simultanément par les capteurs de position 6, 7. A partir de la position mesurée Posm et de la consigne de position Pos1r les deux organes de pilotage individuels 10, 20 déterminent les deux consignes d'effort individuel Eff1r Eff2 en tenant compte d'une erreur entre la consigne de position Post et la position mesurée Posm lorsque les deux actionneurs 1, 2 exercent respectivement les efforts F1 et F2 sur l'élément mobile 200. Par une régulation des efforts individuels F1 et F2 on obtient la somme des efforts individuels F1 + F2 conforme à l'effort total à fournir pour atteindre la consigne de position Pos1r au moins dans des conditions normales de fonctionnement du système 100. De façon avantageuse, l'unité de commande 3 reçoit également la position mesurée Posm de l'élément mobile 200. En cas d'écart entre la consigne de position Post que l'unité de commande 3 a initialement générée et la position mesurée, l'unité de commande 3 pourra modifier la consigne de position Pos1pour réduire ledit écart.

On remarquera que si l'un des deux capteurs de position 6, 7 est défaillant, l'autre capteur de position pourra toujours fournir une information représentative de la position de l'élément mobile 200 à l'unité de commande 3 et à l'un des deux organes individuels de pilotage qui communiquera alors avec l'autre des organes individuels pour partager ladite information. Ici, à tout instant du déplacement de l'élément mobile 200, une mesure de l'effort F1m exercé par le premier actionneur 1 sur l'élément mobile 200 est effectuée par le premier capteur 4. De la même façon, à tout instant du déplacement de l'élément mobile 200, une mesure de l'effort F2m exercé par le deuxième actionneur 2 sur l'élément mobile 200 est effectuée par le deuxième capteur 5. A partir également des efforts mesurés Fim, F2m, le premier et le deuxième organe individuel de pilotage 10, 20 déterminent les consignes d'effort individuel Eff1r Eff2 permettant de diminuer l'erreur entre la consigne de position Post et la position mesurée Posm lorsque les deux actionneurs 1, 2 exercent respectivement les efforts F1 et F2 sur l'élément mobile 200. Il se peut cependant que l'un des actionneurs ne puisse développer qu'un effort limité empêchant de réaliser la consigne d'effort qui lui est demandé. Cette défaillance peut être détectée par le capteur d'effort par exemple. Dans ce cas, un signal de défaillance Déf1r Déf2 est envoyé par le premier actionneur 1 ou le deuxième actionneur 2 concerné à l'organe individuel de pilotage correspondant 10, 20. Les organes de pilotage 10, 20 tiennent alors compte de cette défaillance pour générer des consignes d'effort individuel Eff1r Eff2 permettant de s'approcher au mieux de l'effort total à fournir pour atteindre la consigne de position Post. Selon un mode de réalisation privilégié, le signal de défaillance pourra également être envoyé par l'actionneur concerné à l'unité centrale de commande 3 qui tiendra compte de ce signal pour s'appuyer sur l'actionneur non défaillant afin de déplacer l'élément mobile 200. Si le premier actionneur 1 est défaillant, l'unité centrale de commande 3 s'appuiera sur le deuxième actionneur 2, le système 100 fonctionnant alors de façon identique que lorsque la consigne de position est envoyée au premier actionneur 1. De façon avantageuse, les moyens de commande ainsi agencés dans le système 100 permettent de conserver une programmation de l'unité centrale de commande 3 identique à celle existante dans l'art antérieur. Un autre avantage est que les deux organes individuels de pilotage 10, 20 surveillent l'état des deux actionneurs 1, 2 tout comme l'unité centrale de commande ce qui augmente la fiabilité du système 100. La figure 2 illustre un second mode de réalisation du système de déplacement motorisé selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, les moyens de commande sont directement intégrés dans ladite unité centrale de commande 3. L'unité centrale de commande 3 est alors programmée pour assurer les fonctions des organes individuels de pilotage du premier mode de réalisation. En service, à partir d'un ordre de déplacement de l'élément mobile 200 provenant d'un des éléments de pilotage, comme le manche, l'unité centrale de commande 3 calcule dans un premier temps une consigne de position Post à destination du premier actionneur 1. Dans un deuxième temps, à partir de la consigne de position Pos1r les moyens de commande génèrent simultanément deux consignes d'effort individuel Eff1r Eff2 à destination respectivement du premier et du deuxième actionneur 1, 2. Les consignes d'effort individuel Eff1r Eff2 sont calculées pour que le premier et le deuxième actionneur produisent un effort individuel respectivement FI, F2 sur l'élément mobile 200, la somme des efforts individuels F1 + F2 correspondant à un effort total à fournir pour atteindre la consigne de position Post et les efforts FI, F2 étant sensiblement égaux.

A cet effet, à tout instant du déplacement de l'élément mobile 200, une mesure de la position Posm dudit élément mobile est effectuée par les capteurs de position 6, 7. A partir de la position mesurée Posm et de la consigne de position Pos1r les moyens de commande déterminent les deux consignes d'effort individuel Eff1r Eff2 en tenant compte d'une erreur entre la consigne de position Post et la position mesurée Posm lorsque les deux actionneurs 1, 2 exercent respectivement les efforts F1 et F2 sur l'élément mobile 200. Ici, à tout instant du déplacement de l'élément mobile 200, une mesure de l'effort F1m exercé par le premier actionneur 1 sur l'élément mobile 200 est effectuée par le premier capteur 4. De la même façon, à tout instant du déplacement de l'élément mobile 200, une mesure de l'effort F2m exercé par le deuxième actionneur 2 sur l'élément mobile 200 est effectuée par le deuxième capteur 5. A partir également des efforts mesurés Fim, F2m, les moyens de commande déterminent les consignes d'effort individuel Eff1r Eff2 permettant de diminuer l'erreur entre la consigne de position Post et la position mesurée Posm lorsque les deux actionneurs 1, 2 exercent respectivement les efforts Flet F2 sur l'élément mobile 200. Il se peut cependant que l'un des actionneurs ne puisse développer qu'un effort limité empêchant de réaliser la consigne d'effort qui lui est demandé. Dans ce cas, un signal de défaillance Déf1r Déf2 est envoyé par le premier actionneur 1 ou le deuxième actionneur 2 concerné à l'unité centrale de commande 3 qui tient compte de ce signal pour s'appuyer sur l'actionneur non défaillant afin de déplacer l'élément mobile 200. Si le premier actionneur 1 est défaillant, l'unité centrale de commande 3 s'appuiera sur le deuxième actionneur 2, le système 100 fonctionnant alors de façon identique que lorsque la consigne de position est envoyée au premier actionneur 1.

Quelque soit le mode de réalisation de l'invention, grâce aux moyens de commande, l'actionneur 1, considéré comme l'actionneur maître par l'unité centrale de commande 3, exerce un effort sur l'élément mobile 200 non pas égal à celui demandé dans un premier temps par l'unité centrale de commande 3 mais un effort diminué de l'effort exercé par le deuxième actionneur 2 sur l'élément mobile 200. La durée de vie de l'actionneur 1 s'en trouve ainsi allongée. L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit et englobe toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications. En particulier, on pourra envisager que le système 100 puisse avoir des fonctions supplémentaires au déplacement de l'élément mobile 200. Par exemple, pour le domaine aéronautique, le système 100 selon l'invention peut permettre de réaliser un test des actionneurs directement sur l'aéronef lors des tests de prévol. Le test pourra par exemple se décomposer en deux phases pour tester tour à tour les deux actionneurs 1, 2. Dans une première phase, le test comportera ainsi les étapes de : traduire une consigne de position de l'élément mobile en une consigne d'effort ; à l'aide des moyens de commande, générer la consigne d'effort à destination de l'un des actionneurs dit actionneur maître ; à l'aide des moyens de commande, simultanément à l'étape précédente, à partir d'un profil position/effort résistant et de la consigne de position, générer à destination du deuxième actionneur dit actionneur esclave une consigne d'effort résistant ; mesurer la position de l'élément mobile ; comparer la position de l'élément mobile à la consigne de position.

Dans une deuxième phase, le test comportera exactement les mêmes étapes mais en permutant les rôles d'esclave et de maître des deux actionneurs afin que chaque actionneur à son tour génère un effort résistant.

Le test permettra ainsi d'évaluer tour à tour chaque actionneur pour en déduire leur performance et déceler d'éventuelles défaillances. Par des algorithmes spécifiques d'exploitation de résultats du test, il sera également possible d'anticiper de futures défaillances de ces actionneurs. Bien qu'ici les actionneurs 1, 2 soient des actionneurs linéaires, les actionneurs pourront bien entendu être des actionneurs rotatifs. En outre, bien qu'ici les actionneurs 1, 2 soient des actionneurs électromécaniques, les actionneurs pourront être des actionneurs hydrauliques comme illustré à la figure 3. Bien que le système 100 soit ici illustré comportant deux actionneurs commandés simultanément en effort, on pourra envisager que le système 100 comporte un plus grand nombre d'actionneurs, les moyens de commande commandant alors en effort simultanément l'ensemble des actionneurs en réponse à la consigne de position adressée à l'un des actionneurs. De façon privilégiée, les organes individuels de commande 10, 20 génèrent des consignes d'effort individuel Eff1r Eff2 sensiblement égales pour que le premier et le deuxième actionneur produisent un effort individuel FI, F2 sur l'élément mobile tels que F1 soit sensiblement égal à F2. Il est envisageable que les consignes d'effort individuel soient calculées pour que le premier et le deuxième actionneur produisent un effort individuel respectivement FI, F2 sur l'élément mobile 200, la somme des efforts individuels F1 + F2 correspondant à un effort total à fournir pour atteindre la consigne de position Pos1r sans que nécessairement F1 soit sensiblement égal à F2. Le système de déplacement motorisé 100 sera toutefois moins optimisé : par exemple, la durée de vie de l'actionneur 1 sera moins allongée que lorsque l'actionneur 1 exerce une force F1 sur l'élément mobile sensiblement égale à la force F2 exercée par le deuxième actionneur 2. Si le système de déplacement motorisé 100 ne comporte qu'un capteur de position de l'élément mobile 200, ledit capteur de position sera à la fois relié à l'unité centrale de commande 3 et aux deux organes individuels de pilotage 10, 20 pour le premier mode de réalisation et sera relié à l'unité centrale de commande 3 pour le deuxième mode de réalisation. Bien que dans le premier mode de réalisation, chaque organe individuel de pilotage 10, 20 soit relié à un seul des capteurs de position, les organes individuels de pilotage 10, 20 pourront être reliés chacun aux deux capteurs de position 6, 7.

Claims

REVENDICATIONS1. Système (100) de déplacement motorisé d'un élément mobile (200), comportant au moins deux actionneurs (1,
2) qui sont pourvus chacun de moyens de leur liaison à l'élément mobile et qui sont dimensionnés pour pouvoir manoeuvrer seul l'élément mobile, une unité centrale de commande (3) étant reliée aux deux actionneurs pour envoyer à chacun des actionneurs une consigne de position (Pos1r Pos2), le système étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande (10,20) pour commander en effort simultanément les deux actionneurs en réponse à la consigne de position adressée à l'un des actionneurs. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens de commande sont intégrés à l'unité centrale de commande (
3) . 3. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens de commande sont indépendants de l'unité centrale de commande ( 3) .
4. Système selon la revendication 3, dans lequel les moyens de commande comportent deux organes individuels de pilotage (10, 20) associés chacun à l'un des actionneurs (1, 2), les deux organes de pilotage individuels étant agencés pour communiquer entre eux.
5. Système selon la revendication 1, dans lequel les actionneurs (1, 2) sont des actionneurs électromécaniques.
6. Système selon la revendication 1, dans lequel les actionneurs (1, 2) sont des actionneurs hydrauliques.
7. Procédé de test mis en oeuvre dans un système de déplacement motorisé d'un élément mobile selon la revendication 1, le procédé comportant l'étape de : - traduire une consigne de position de l'élément mobile en une consigne d'effort ; - à l'aide des moyens de commande, générer la consigne d'effort à destination de l'un des actionneurs dit actionneur maître ;à l'aide des moyens de commande, simultanément à l'étape précédente, à partir d'un profil position/effort résistant et de la consigne de position, générer à destination du deuxième actionneur dit actionneur esclave une consigne d'effort résistant ; mesurer la position de l'élément mobile ; comparer la position de l'élément mobile à la consigne de position.
8 Procédé de pilotage simultané en position d'au moins l'un de deux actionneurs (1, 2), chaque actionneur étant dimensionné pour pouvoir manoeuvrer seul un même élément mobile (200), le procédé comportant l'étape de : en réponse à une consigne de position (Pos1r Pose) adressée à l'un des actionneurs dit actionneur maître, mettre en oeuvre une boucle d'asservissement ayant pour entrée la consigne de position et générant simultanément à destination de l'actionneur maître et du deuxième actionneur dit actionneur esclave deux consignes d'effort individuel (Eff1r Eff2) de sorte que chaque actionneur produise un effort individuel (FI, F2) et que la somme des efforts individuels corresponde à un effort total à fournir pour atteindre la consigne de position.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la boucle d'asservissement génère simultanément à destination de l'actionneur maître et de l'actionneur esclave deux consignes d'effort individuel (Eff1r Eff2) pour qu'en outre les deux efforts individuels, produits par les deux actionneurs (1, 2), soient sensiblement égaux.30