FR3039130A1 - Procede et dispositif de gestion automatique d’un actionneur commande par une servo-vanne. - Google Patents
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Abstract
- Procédé et dispositif de gestion automatique d'un actionneur commandé par une servo-vanne. - Le dispositif de gestion automatique (1) d'un actionneur (2) commandé par une servo-vanne (4), comporte un capteur (7) pour mesurer la valeur effective d'un paramètre à la sortie de l'actionneur (2) pour un ordre de commande donné, une unité de calcul (9) pour calculer une valeur théorique dudit paramètre, en appliquant l'ordre de commande à un modèle de performance nominale qui modélise le fonctionnement de l'actionneur (2) présentant une performance nominale, une unité de calcul (10) pour calculer la différence entre la valeur effective mesurée du paramètre et la valeur théorique calculée dudit paramètre, une unité de contrôle (14) pour calculer un gain adapté en fonction de cette différence, et une liaison (15) pour appliquer le gain adapté à la servo-vanne (4) pour qu'elle l'utilise comme valeur de gain, de manière à permettre à l'actionneur (2) de retrouver une performance nominale.
Description
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de gestion automatique d’un actionneur commandé par une servo-vanne.
La présente invention s’applique à tout type d’actionneur, notamment d’un aéronef et en particulier d’un avion de transport. Il peut s’agir, en particulier, d’un actionneur destiné à actionner une surface de contrôle d’un aéronef, telle qu’une gouverne, un volet, un aileron,... A titre d’illustration, il peut s’agir de l’actionneur destiné à commander la gouverne de direction à partir d’un ordre de commande généré par l’actionnement d’un palonnier par un pilote de l’aéronef. L’invention s’applique, plus particulièrement, à un actionneur commandé par une servo-vanne utilisant au moins une valeur d’un gain et recevant un ordre de commande.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
On sait qu’un tel actionneur peut être soumis à une dispersion de performance. La dispersion de performance de l’actionneur est un inconvénient important pour optimiser les performances des lois de commande.
La loi de commande doit être robuste à la performance d’actionneur la plus critique et ceci a pour conséquence de réduire le gain, utilisé par la servo-vanne, comparé à ce qui serait possible avec un actionneur présentant une performance nominale.
Cette situation n’est donc pas optimale.
EXPOSÉ DE L’INVENTION
La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. Elle concerne un procédé de gestion automatique d’un actionneur, ledit actionneur étant commandé par une servo-vanne utilisant au moins une valeur d’un gain et recevant un ordre de commande.
Selon l’invention, le procédé de gestion automatique comporte : - une étape de mesure consistant à mesurer, en temps réel, la valeur effective d’un paramètre à la sortie de l’actionneur pour un ordre de commande donné ; - une première étape de calcul consistant à calculer, en temps réel, une valeur théorique dudit paramètre, en appliquant ledit ordre de commande à un modèle de performance nominale, le modèle de performance nominale modélisant le fonctionnement d’un actionneur présentant une performance nominale ; - une seconde étape de calcul consistant à calculer, en temps réel, la différence entre la valeur effective mesurée du paramètre et la valeur théorique calculée dudit paramètre ; - une étape de contrôle consistant à calculer un gain dit adapté de l’actionneur en fonction de cette différence, le gain adapté étant calculé de manière à permettre à l’actionneur de retrouver le cas échéant une performance nominale lorsque ledit gain adapté est appliqué à la servo-vanne ; et - une étape d’application consistant à appliquer, en temps réel, ledit gain adapté à la servo-vanne pour qu’elle l’utilise comme valeur de gain.
Ainsi, grâce à l’invention, lorsque l’on détecte que la performance de l’actionneur est différente d’une performance nominale (par l’intermédiaire du calcul de la différence entre la valeur effective mesurée et la valeur théorique correspondante), on adapte le gain de la servo-vanne en temps réel (en calculant et en appliquant le gain adapté) pour retrouver la performance nominale, ce qui permet de réduire la dispersion indiquée ci-dessus et de remédier à l’inconvénient précité.
Dans le cadre de la présente invention, on considère que ledit paramètre (dont les valeurs sont prises en compte pour la mise en oeuvre de l’invention) peut être tout paramètre dont une valeur est susceptible d’être mesurée ou déterminée à la sortie de l’actionneur et dont la valeur varie en fonction de la performance effective de l’actionneur.
Avantageusement, ledit paramètre est l’un des paramètres suivants : - un déphasage ; - une dispersion de gain.
Par ailleurs, de façon avantageuse, ledit modèle de performance comprend une fonction de transfert entre l’ordre de commande d’une loi de commande et la position de l’actionneur.
Dans un mode de réalisation particulier, dans lequel le procédé est destiné à adapter le gain d’une servo-vanne d’un actionneur de direction d’un aéronef, afin au moins de réduire le déphasage entre ledit actionneur et la fonction de transfert nominale de l’actionneur, l’étape de contrôle consiste à calculer ledit gain adapté K à l’aide de l’expression suivante :
dans laquelle : - est un gain initial de la servo-vanne ; - ψο est une phase à la sortie du modèle de performance nominale ; - φ est une phase à la sortie de l’actionneur ; et - a est un gain d’adaptation fixant la vitesse avec laquelle le gain adapté K converge vers une valeur souhaitée.
Dans ce mode de réalisation particulier, ladite différence (précitée) correspond à une différence de phases, ladite différence de phases étant calculée à partir de la différence de temps entre le passage à zéro de la sortie de l’actionneur et le passage à zéro le plus proche de la sortie du modèle de performance nominale.
La présente invention concerne également un dispositif de gestion automatique d’un actionneur, ledit actionneur étant commandé par une servo-vanne utilisant au moins une valeur d’un gain et recevant un ordre de commande.
Selon l’invention, le dispositif de gestion automatique comporte : - au moins un capteur configuré pour mesurer, en temps réel, la valeur effective d’un paramètre à la sortie de l’actionneur pour un ordre de commande donné ; - une première unité de calcul configurée pour calculer, en temps réel, une valeur théorique dudit paramètre, en appliquant ledit ordre de commande à un modèle de performance nominale, le modèle de performance nominale modélisant le fonctionnement d’un actionneur présentant une performance nominale ; - une seconde unité de calcul configurée pour calculer, en temps réel, la différence entre la valeur effective mesurée du paramètre et la valeur théorique calculée dudit paramètre ; - une unité de contrôle configurée pour calculer un gain dit adapté en fonction de cette différence, le gain adapté étant calculé de manière à permettre à l’actionneur de retrouver le cas échéant une performance nominale lorsque ledit gain adapté est appliqué à la servo-vanne ; et - une liaison configurée pour appliquer, en temps réel, ledit gain adapté à la servo-vanne pour qu’elle l’utilise comme valeur de gain.
La présente invention concerne également un actionneur, en particulier d’un aéronef, qui est pourvu d’un dispositif de gestion automatique tel que celui spécifié ci-dessus.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES L’unique figure annexée fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Cette figure 1 unique est le schéma synoptique d'un mode de réalisation particulier d’un dispositif de gestion automatique d’un actionneur.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Le dispositif 1 représenté schématiquement sur la figure 1 et permettant d’illustrer l’invention, est un dispositif de gestion automatique d’un actionneur 2.
De façon usuelle, cet actionneur 2 comporte : - un élément mécanique d’actionnement usuel 3 (« ACTUATOR » en anglais) ; et - une servo-vanne 4 (« SERVO-VALVE » en anglais) qui reçoit un ordre de commande via une liaison 5 et qui commande l’élément d’actionnement 3 en fonction de cet ordre de commande, comme illustré par une liaison 6 en traits mixtes. L’élément d’actionnement 3 de type usuel, par exemple un vérin, permet de mouvoir (ou actionner) une pièce mécanique associée (non représentée).
Dans un mode de réalisation préféré, l’actionneur 2 est destiné à actionner une surface de contrôle d’un aéronef, telle qu’une gouverne, un volet, un aileron,... A titre d’illustration, il peut s’agir d’un actionneur destiné à commander la gouverne de direction à partir d’un ordre de commande généré par l’actionnement d’un organe de pilotage par un pilote de l’aéronef, comme précisé ci-dessous.
Pour commander de façon usuelle l’élément d’actionnement 3, la servo-vanne 4 utilise une loi de commande utilisant au moins un gain.
Une telle loi de commande est bien connue de l’homme du métier et n’est pas décrite davantage ci-dessous. Il peut s’agir de toute loi de commande utilisant au moins un gain.
Par ailleurs, l’ordre de commande transmis via la liaison 5 à la servo-vanne 4 de l’actionneur 3 est généré, de façon usuelle, par une unité de génération d’ordre de commande (non représentée) et est reçu de cette dernière. Cette unité de génération d’ordre de commande peut être un élément mécanique, par exemple un palonnier, ou un élément d’un autre type (bouton, écran tactile, ...) qui est susceptible d’être actionné manuellement par un opérateur, tel qu’un pilote d’un aéronef, pour générer un ordre de commande. Il peut également s’agir d’une unité automatique, par exemple un système de pilotage automatique ou un calculateur de commandes de vol, qui détermine automatiquement un ordre de commande.
Selon l’invention, le dispositif de gestion automatique 1 comporte, comme représenté sur la figure 1 : - un capteur 7 (« SENSOR » en anglais) qui est configuré pour mesurer, en temps réel, la valeur effective d’un paramétre à la sortie de l’actionneur 2, comme illustré par une liaison 8 en traits mixtes, et ceci pour un ordre de commande donné (reçu via la liaison 5) ; - une unité de calcul 9 qui est configurée pour calculer, en temps réel, une valeur théorique dudit paramétre, en appliquant ledit ordre de commande (reçu via la liaison 5) à un modèle (« MODEL » en anglais) de performance nominale, le modèle de performance nominale modélisant le fonctionnement de l’actionneur 2 lorsqu’il présente une performance nominale ; - une unité de calcul 10 (« COMPUTATION » en anglais) qui est configuré pour calculer, en temps réel, la différence entre la valeur effective mesurée du paramètre (reçue via une liaison 11 du capteur 7) et la valeur théorique calculée dudit paramètre (reçue via une liaison 12 de l’unité de calcul 9) ; - une unité de contrôle 14 (« CONTROLLER ») qui est reliée par l’intermédiaire d’une liaison 13 à l’unité de calcul 10 et qui est configurée pour calculer un gain dit adapté, en fonction de la différence reçue de l’unité de calcul 10 ; et - une liaison 15 reliant l’unité de contrôle 14 à la servo-vanne 4 qui est configurée pour appliquer, en temps réel, ledit gain adapté (calculé par l’unité de contrôle 14) à la servo-vanne 4 pour qu’elle l’utilise comme valeur de gain.
Selon l’invention, ledit gain adapté est calculé par l’unité de contrôle 14 de manière à permettre à l’actionneur 2 de retrouver, le cas échéant, une performance nominale.
Par conséquent, la sortie du modèle de performance nominale (unité de calcul 9) est comparée à la sortie réelle de l’actionneur 2, et la différence (ou erreur) entre les deux sorties est utilisée par l’unité de contrôle 14 pour adapter le gain de la servo-vanne 4 de l’actionneur 2.
Ainsi, lorsque le dispositif de gestion automatique 1 détecte que la performance de l’actionneur 2 est différente d’une performance nominale (par l’intermédiaire du calcul de la différence entre la valeur effective mesurée et la valeur théorique correspondante), il adapte le gain de la servo-vanne 4 en temps réel (en calculant et en appliquant le gain adapté) pour permettre à l’actionneur 2 de retrouver la performance nominale.
Le dispositif de gestion automatique 1 permet, notamment, de compenser une dispersion de phase dans la réponse de l’actionneur, due à des variations de paramètres importants (pression, température, ou tolérance de fabrication de la servo-vanne par exemple).
Ledit paramètre (dont les valeurs sont prises en compte pour la mise en oeuvre de l’invention) peut être tout paramètre, dont une valeur (qui varie en fonction de la performance effective de l’actionneur 2) est susceptible d’être mesurée (ou déterminée) à la sortie de l’actionneur 2.
Il s’agit donc d’un paramètre qui est critique pour la robustesse de la loi de commande, par exemple le déphasage ou la dispersion de gain de l’actionneur aux fréquences des modes de structure, pour une loi de confort (ou toute loi permettant de contrôler des modes de structure). A titre d’exemple, ledit paramètre peut être l’un des paramètres suivants : - un déphasage ; - une dispersion de gain.
On notera que le modèle de performance nominale de l’actionneur 2 utilisé par l’unité de calcul 9 est connu, et ceci comme une fonction de transfert entre l’ordre de commande de la loi de commande et la position de l’actionneur 2.
Dans un mode de réalisation particulier, permettant d’illustrer la mise en oeuvre de l’invention, le dispositif de gestion automatique 1 est destiné à adapter le gain d’une servo-vanne 4 d’un actionneur de direction d’un aéronef, afin au moins de réduire le déphasage entre ledit actionneur et la fonction de transfert nominale de l’actionneur 2.
Dans ce mode de réalisation particulier, l’unité de contrôle 14 calcule le gain adapté K à l’aide de l’expression suivante :
dans laquelle : - Kq est le gain initial de la servo-vanne ; - ψο est la phase à la sortie du modèle de performance nominale ; - φ est la phase à la sortie de l’actionneur ; et - a est le gain d’adaptation fixant la vitesse avec laquelle le gain adapté K converge vers la valeur souhaitée.
Dans ce mode de réalisation particulier, la différence précitée correspond à une différence de phases, et cette différence de phases est calculée à partir de la différence de temps entre le passage à zéro de la sortie de l’actionneur et le passage à zéro le plus proche de la sortie du modèle de performance nominale, comme précisé ci-après.
Dans ce mode de réalisation particulier, le dispositif de gestion automatique 1 a pour objet d’adapter le gain de la servo-vanne de l’actionneur de direction pour récupérer le déphasage de la fonction de transfert nominale de l’actionneur.
Dans ce mode de réalisation particulier, le calcul de l’erreur de phases (ou déphasage) consiste à compter le nombre de temps d’échantillon entre la sortie du modèle passant par zéro et la sortie de l’actionneur passant par zéro (ou au contraire, dépendant de celui qui est le premier à passer par zéro).
La détection de passage à zéro ne se produit pas toujours pour les deux signaux en séquence. Par exemple, un signal peut passer par zéro, alors que l’autre signal reste à 0+ε , ε étant un écart très faible, et attend l’ordre de commande suivant pour passer par zéro. Dans ce cas, l’erreur de phases calculée est anormalement élevée. Pour remédier à cet inconvénient, l’unité de contrôle 14 comprend un élément de surveillance (non représenté) qui surveille de telles situations et valide le signal d’erreur de phases seulement s’il reste sous un retard de temps maximal prédéfini. L’unité de contrôle 14 comporte également des éléments (non représentés) qui détectent et mémorisent le passage par zéro des signaux respectifs.
En outre, pour supprimer des fréquences basses et hautes qui impactent le calcul d’erreurs de phases, les sorties du modèle de performance nominale et de l’actionneur effectif sont pré-filtrées, respectivement, par un filtre passe-haut de premier ordre et par un filtre passe-bas de second ordre. Ces filtres peuvent être intégrés dans l’unité de contrôle 14.
La réponse de l’actionneur n’est pas très différente d’un filtre passe-bas de premier ordre, dont la constante de temps τ est l’inverse du gain K de la servo-vanne. A une fréquence donnée ω (exprimée en rad/s), la tangente de la phase, pas très différente de la phase elle-même, est ω*τ .
Un simple contrôleur de phase (unité de contrôle 14) qui intègre l’erreur de phases répond comme un filtre de premier ordre qui est garant de la stabilité du contrôleur, avec : - la phase du modèle d’actionneur nominal (φ^, =ω*Χ(, ) ; - φ la phase effective de l’actionneur réel (φ =ω*τ ) ; et - iCf, le gain initial de la servo-vanne
L’équation utilisée par l’unité de contrôle 14 pour calculer le gain adapté K est la suivante (telle que précitée) :
De plus.
Ceci est équivalent à
Un élément de lissage (par exemple à cinq secondes) peut être ajouté pour lisser la réponse de l’unité de contrôle en cas de turbulence et éviter du bruit sur l’entrée de l’actionneur. Ceci a un impact négatif sur la stabilité de l’unité de contrôle, mais permet d’éviter de réduire la durée de vie de l’actionneur.
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Procédé de gestion automatique d’un actionneur, ledit actionneur (2) étant commandé par une servo-vanne (4) utilisant au moins une valeur d’un gain et recevant un ordre de commande, caractérisé en ce qu’il comporte : - une étape de mesure consistant à mesurer, en temps réel, la valeur effective d’un paramétre à la sortie de l’actionneur (2) pour un ordre de commande donné ; - une première étape de calcul consistant à calculer, en temps réel, une valeur théorique dudit paramétre, en appliquant ledit ordre de commande à un modèle de performance nominale, le modèle de performance nominale modélisant le fonctionnement de l’actionneur (2) présentant une performance nominale ; - une seconde étape de calcul consistant à calculer, en temps réel, la différence entre la valeur effective mesurée du paramètre et la valeur théorique calculée dudit paramètre ; - une étape de contrôle consistant à calculer un gain dit adapté de l’actionneur en fonction de cette différence, le gain adapté étant calculé de manière à permettre à l’actionneur (2) de retrouver le cas échéant une performance nominale lorsque ledit gain adapté est appliqué à la servo-vanne (4) ; et - une étape d’application consistant à appliquer, en temps réel, ledit gain adapté à la servo-vanne (4) pour qu’elle l’utilise comme valeur de gain.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit modèle de performance comprend une fonction de transfert entre un ordre de commande d’une loi de commande et la position de l’actionneur (2).
- 3. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit paramètre est l’un des paramètres suivants : - un déphasage ; - une dispersion de gain.
- 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour adapter le gain d’une serve-vanne d’un actionneur de direction d’un aéronef, afin au moins de réduire le déphasage entre ledit actionneur et la fonction de transfert nominale de l’actionneur, caractérisé en ce que l’étape de calcul consiste à calculer ledit gain adapté K à l’aide de l’expression suivante :dans laquelle : - est un gain initial de la servo-vanne (4) ; - est une phase à la sortie du modèle de performance nominale ; - φ est une phase à la sortie de l’actionneur ; et - a est un gain d’adaptation fixant la vitesse avec laquelle le gain adapté K converge vers une valeur souhaitée.
- 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite différence correspond à une différence de phases, ladite différence de phases étant calculée à partir de la différence de temps entre le passage à zéro de la sortie de l’actionneur et le passage à zéro le plus proche de la sortie du modèle de performance nominale.
- 6. Dispositif de gestion automatique d’un actionneur, ledit actionneur (2) étant commandé par une servo-vanne (4) utilisant au moins une valeur d’un gain et recevant un ordre de commande, caractérisé en ce qu’il comporte : - au moins un capteur (7) configuré pour mesurer, en temps réel, la valeur effective d’un paramètre à la sortie de l’actionneur (2) pour un ordre de commande donné ; - une première unité de calcul (9) configurée pour calculer, en temps réel, une valeur théorique dudit paramètre, en appliquant ledit ordre de commande à un modèle de performance nominale, le modèle de performance nominale modélisant le fonctionnement de l’actionneur (2) présentant une performance nominale ; - une deuxième unité de calcul (10) configurée pour calculer, en temps réel, la différence entre la valeur effective mesurée du paramètre et la valeur théorique calculée dudit paramètre ; - une unité de contrôle (14) configurée pour calculer un gain dit adapté en fonction de cette différence, le gain adapté étant calculé de manière à permettre à l’actionneur (2) de retrouver le cas échéant une performance nominale lorsque ledit gain adapté est appliqué à la servo-vanne (4) ; et - une liaison (15) configurée pour appliquer, en temps réel, ledit gain adapté à la servo-vanne (4) pour qu’elle l’utilise comme valeur de gain.
- 7. Actionneur, en particulier pour aéronef, ledit actionneur (2) étant commandé par une servo-vanne (4) utilisant au moins une valeur d’un gain et recevant un ordre de commande, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de gestion automatique (1) tel que celui spécifié sous la revendication 6.
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