FR3057681A1 - Systeme pour l'alimentation et la commande d'actionneurs a commande electrique embarques dans un aeronef - Google Patents

Systeme pour l'alimentation et la commande d'actionneurs a commande electrique embarques dans un aeronef Download PDF

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Abstract

L'invention se situe dans le domaine de l'alimentation et de la commande d'actionneurs électriques (32A, 32B, 32C) embarqués dans un aéronef. Elle concerne en particulier un système d'alimentation et de commande (31) d'une pluralité d'actionneurs à commande électrique embarqués dans un aéronef ainsi qu'un système d'actionnement (30) pour un aéronef comprenant lesdits actionneurs à commande électrique et un système pour leur alimentation et leur commande. Selon l'invention, le système (31) comprend : ▪ P unités d'alimentation électrique (312A, 312B, 312C) chacune apte à générer un signal de puissance pour alimenter un actionneur, ▪ Q unités de commande (311A, 311B, 311C, 311D), chacune configurée pour exécuter au moins un algorithme d'asservissement pilotant un module de puissance d'un actionneur, et ▪ un module de communication réseau (314) connectant chaque unité de commande à un réseau informatique pour communiquer avec chaque actionneur.

Description

DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention se situe dans le domaine de l'alimentation et de la commande d’actionneurs à commande électrique embarqués dans un aéronef. Elle concerne en particulier un système d'alimentation et de commande pour l'alimentation et la commande d'une pluralité d’actionneurs à commande électrique embarqués dans un aéronef ainsi qu'un système d’actionnement pour un aéronef comprenant lesdits actionneurs à puissance électrique et un système pour leur alimentation et leur commande.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les aéronefs comportent de nombreux systèmes embarqués intégrant des pièces mobiles requérant une mise en mouvement. Parmi ces pièces mobiles figurent des éléments de voilure (notamment les ailerons, les volets, les aérofreins), des éléments du train d'atterrissage (par exemple une jambe d'atterrisseur mobile pouvant prendre une position étendue et une position rétractée ou un poussoir d'un frein d'une roue pouvant coulisser en regard d'organes de friction du frein), des éléments permettant de mettre en oeuvre des turbines à géométries variables, des éléments d'une pompe ou d'un mécanisme de dosage de carburant, des éléments d'inverseurs de poussée, des éléments d'un mécanisme de pilotage du pas d'une hélice (par exemple sur hélicoptère ou turbopropulseur), etc.
Depuis le début des années 2000, on utilise de plus en plus d’actionneurs à puissance électrique et à commande électrique, désignés par le terme « actionneurs électriques », pour mettre en mouvement ces pièces mobiles. Tel peut notamment être le cas pour les charges primaires telles que les systèmes de génération électrohydrauliques et la génératrice de démarrage, ainsi que pour les charges secondaires telles que les actionneurs des commandes de vol, l'inverseur de poussée, les freins, le train d'atterrissage, etc. Les avantages de l'utilisation d’actionneurs électriques sont nombreux. Ces actionneurs peuvent en effet être facilement intégrés dans un réseau de distribution électrique au moyen de simples convertisseurs d'énergie électrique. Le réseau de distribution peut présenter une complexité et un poids relativement modérés et peut également présenter des capacités de reconfiguration à l'aide de composants électriques élémentaires (par exemple de simples commutateurs) et relativement légers. En outre, les opérations de maintenance peuvent être réalisées de manière relativement aisée, notamment en comparaison d’actionneurs hydrauliques nécessitant une gestion du fluide hydraulique.
Un actionneur électrique comporte un organe d'actionnement mobile apte à déplacer la pièce mobile et un moteur électrique destiné à entraîner l'organe d'actionnement mobile et donc la pièce mobile. Pour pouvoir alimenter différents actionneurs électriques depuis une unique ligne d'alimentation primaire et commander individuellement chaque actionneur électrique, un boîtier électronique de puissance doit en outre être interposé entre la ligne d'alimentation primaire et chaque actionneur électrique. Le boîtier électronique de puissance comporte en général un premier convertisseur, une unité de commande et un deuxième convertisseur. Le premier convertisseur permet d'alimenter le boîtier électronique à partir du réseau d'alimentation primaire ; l'unité de commande permet de générer un signal de commande permettant de piloter le deuxième convertisseur en fonction d'un signal de consigne ; et le deuxième convertisseur permet de générer l'alimentation du moteur électrique en fonction du signal de commande. Le plus souvent, un actionneur électrique est asservi selon un ou plusieurs paramètres relatifs à cet actionneur. Ces paramètres portent par exemple sur la position de l'organe d'actionnement, une vitesse de l'organe d'actionnement, une force exercée sur lui, une température au niveau de l'actionneur électrique et/ou l'intensité électrique de la ligne d'alimentation du moteur électrique. L'actionneur électrique est alors équipé de capteurs aptes à mesurer les différents paramètres nécessaires à l'asservissement et l'unité de commande est configurée pour implémenter un algorithme d'asservissement selon le signal de consigne et ces différents paramètres. Les paramètres mesurés sont transmis à l'unité de commande sous forme d'un signal de mesure. À titre d'exemple, l'algorithme d'asservissement peut mettre en oeuvre trois boucles d'asservissement imbriquées : une boucle d'asservissement en position, une boucle d'asservissement en vitesse et une boucle d'asservissement en courant.
La nécessité de coupler chaque actionneur électrique à un boîtier électronique conduit à introduire de nombreux composants dans le système d'alimentation et de commande de l'aéronef. En outre, du fait d'un besoin de redondance des systèmes embarqués, au moins deux boîtiers électroniques par pièce mobile peuvent être introduits. II s'ensuit que le système d'alimentation et de commande présente un encombrement et une masse importants. Par ailleurs, chaque actionneur électrique est relié au boîtier électronique par un minimum de huit fils, soit au moins trois fils pour conduire l'alimentation vers le moteur de l’actionneur électrique et au moins quatre fils pour conduire le signal de mesure vers l'unité de commande du boîtier électronique. De même, lorsque plusieurs paramètres sont mesurés pour l'asservissement, le nombre de fils requis augmente également. Le câblage des actionneurs électriques et de leurs boîtiers d'alimentation peut alors devenir relativement complexe. S'ajoutent en outre des difficultés pour maîtriser la compatibilité électromagnétique entre les différents composants.
Une solution pour diminuer le nombre de composants nécessaires à l'alimentation et à la commande d'une pluralité d'actionneurs électriques consiste à mutualiser, dans un même boîtier, les unités de commande et les deuxièmes convertisseurs de plusieurs boîtiers électroniques. Cette solution ne permet toutefois pas de réduire le nombre de connexions nécessaires entre un tel boîtier et les actionneurs électriques.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a ainsi pour objet de proposer une architecture pour l'alimentation et la commande d'une pluralité d'actionneurs électriques qui ne présente pas les inconvénients précités. En particulier, l'invention vise à proposer une architecture permettant de réduire la complexité des connexions entre les actionneurs électriques et les composants assurant leur alimentation et leur commande.
À cet effet, l'invention repose sur un nouveau découpage des fonctions d'alimentation et de commande et sur une mutualisation de certaines fonctions dans une unique architecture, de préférence reconfigurable. En particulier, la fonction de génération de l'alimentation des différentes phases du moteur électrique est intégrée dans l'actionneur électrique (le deuxième convertisseur). On parle alors d'actionneur électrique intelligent ou de moteur intelligent (« smart motor » en anglais). Les fonctions de génération de la puissance et de génération de signaux de commande venant respectivement alimenter et piloter les actionneurs électriques intelligents sont intégrées dans une nouvelle architecture électronique. La communication de données entre les actionneurs électriques intelligents et cette architecture électronique est réalisée par un réseau informatique.
Plus précisément, l'invention a pour objet un système d'alimentation et de commande pour l'alimentation et la commande d'un nombre M d'actionneurs à commande électrique (plus simplement appelés « actionneurs électriques » ou « actionneurs ») dans un aéronef, avec M un entier naturel supérieur ou égal à deux. Chaque actionneur comprend :
un moteur électrique, un module de puissance agencé pour générer un signal d'alimentation du moteur électrique à partir d'un signal de puissance provenant d'une unité d'alimentation électrique (PSU) en fonction d'un signal de commande, des moyens de mesure agencés pour mesurer une grandeur d'asservissement de l'actionneur et pour générer un signal de mesure représentatif de la grandeur d'asservissement, et un premier module de communication réseau connectant le module de puissance et les moyens de mesure à un réseau informatique et étant configuré pour transférer le signal de commande depuis le réseau informatique vers le module de puissance et pour transférer le signal de mesure depuis les moyens de mesure vers le réseau informatique.
Selon l'invention, le système d'alimentation et de commande comprend :
un nombre P d'unités d'alimentation électrique (PSU), avec P un entier naturel supérieur ou égal à un, chaque unité d'alimentation électrique étant apte à générer un signal de puissance pour alimenter le module de puissance d'un ou plusieurs actionneurs, un nombre Q d'unités de commande (CMM), avec Q un entier naturel supérieur ou égal à un, chaque unité de commande étant configurée pour exécuter au moins un algorithme d'asservissement, chaque algorithme d'asservissement étant configuré pour piloter un module de puissance d'un actionneur en mettant en oeuvre une boucle d'asservissement ayant pour signal de retour le signal de mesure dudit actionneur et pour signal de sortie le signal de commande destiné audit actionneur, et un deuxième module de communication réseau connectant chaque unité de commande au réseau informatique et étant configuré pour transférer le signal de mesure de chaque actionneur depuis le réseau informatique vers l'unité de commande configurée pour exécuter l'algorithme d'asservissement pilotant l'actionneur correspondant et pour transférer sur le réseau informatique chaque signal de commande destiné à un actionneur.
Selon une particularité de l'invention, le système d'alimentation et de commande peut comporter, pour un unique module de communication réseau, plusieurs unités d'alimentation électrique et/ou plusieurs unités de commande. De préférence, le système d'alimentation et de commande comporte plusieurs (par exemple au moins trois) unités d'alimentation et/ou plusieurs (par exemple au moins trois) unités de commande.
Une même unité d'alimentation peut alimenter un ou plusieurs actionneurs. En conséquence, le nombre P d'unités d'alimentation électrique peut être inférieur au nombre M d'actionneurs. Par ailleurs, certaines unités d'alimentation électrique peuvent rester inutilisées dans une installation donnée et/ou être prévues en redondance en cas de défaillance. Ainsi, leur nombre P peut être supérieur au nombre M d'actionneurs.
Le système d'alimentation et de commande est de préférence intégré dans un unique boîtier. II forme ainsi une entité physique complète. Le système d'alimentation et de commande comporte de préférence une interface de connexion physique montée sur le boîtier et permettant de connecter le système à l'ensemble des dispositifs avec lequel il interagit. En particulier, l'interface de connexion doit comporter un connecteur réseau permettant de relier le deuxième module de communication réseau au réseau informatique. II s'agit par exemple d'une prise RJ45. L'interface de connexion doit aussi comporter un connecteur de sortie permettant de connecter chaque unité d'alimentation électrique à des câbles d'alimentation raccordés aux modules de puissance des actionneurs.
Chaque module de puissance d'un actionneur peut comprendre au moins un élément de commutation. À titre d'exemple, chaque module de puissance comporte un onduleur. Le module de puissance comporte alors au moins deux éléments de commutation. II en comporte par exemple quatre dans le cas d'un onduleur monophasé formé par un pont en H. Selon une forme particulière de réalisation, chaque algorithme d'asservissement exécuté par une unité de commande est alors configuré pour générer le signal de commande de sorte qu'il soit représentatif d'un rapport cyclique à appliquer à l'élément de commutation ou, le cas échéant, aux éléments de commutation. En d'autres termes, le système d'alimentation et de commande pilote à distance chaque actionneur par l'intermédiaire d'un signal de commande représentant un rapport cyclique. Le passage par cette grandeur présente la particularité de faire réaliser tout le calcul d'asservissement par l'unité de commande du système d'alimentation et de commande, tout en n'impliquant la transmission que d'une seule donnée pour l'ensemble des éléments de commutation. En outre, pendant toutes les périodes pendant lesquelles le moteur électrique doit être alimenté par un même signal d'alimentation, le rapport cyclique reste inchangé et le système d'alimentation et de commande n'a donc aucun signal de commande à transmettre. La quantité de données à transmettre est donc relativement limitée. Par opposition, un signal de commande pilotant directement l'ouverture et la fermeture des éléments de commutation nécessiterait une quantité de données a priori plus importante à transmettre, selon le nombre d'éléments de commutation et surtout en fonction de la fréquence de commutation.
Chaque unité d'alimentation électrique est avantageusement agencée pour adapter le signal fourni par une source d'alimentation primaire à une forme de signal exploitable par le module de puissance d'un actionneur électrique. La source d'alimentation primaire est de préférence commune à l'ensemble des P unités d'alimentation. Typiquement, un aéronef comporte une source d'alimentation primaire délivrant un signal alternatif.
Au moins l'une des unités d'alimentation électrique peut comporter un convertisseur de puissance. De préférence, chacune des unités d'alimentation électrique comporte un convertisseur de puissance. Chaque convertisseur de puissance est par exemple un redresseur.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, chaque unité de commande est agencée pour pouvoir être reconfigurable, de manière à pouvoir exécuter au moins un autre algorithme d'asservissement, différent d'un algorithme d'asservissement pour lequel elle était préalablement configurée. La reconfiguration d'une unité de commande porte par exemple sur la nature des paramètres d'asservissement et/ou sur des paramètres de l'algorithme relatifs à l'actionneur piloté.
Le système d'alimentation et d'actionnement peut comporter, en outre, un nombre P de dispositifs de protection électrique, c'est-à-dire autant de dispositifs de protection électrique que d'unités d'alimentation électrique. Chaque dispositif de protection électrique est connecté à une unité d'alimentation électrique du système et est destiné à être connecté à chacun des modules de puissance alimentés par cette unité d'alimentation électrique. II est ainsi avantageusement connecté entre l'unité d'alimentation électrique et un connecteur de sortie du système d'alimentation et de commande. Chaque dispositif de protection électrique est agencé pour diagnostiquer une anomalie électrique entre l'unité d'alimentation électrique à laquelle il est connecté et le ou les modules de puissance qui y sont connectés, c'est-à-dire le ou les modules de puissance alimentés par l'unité d'alimentation électrique correspondante, et pour couper l'alimentation en cas d'anomalie électrique.
Un dispositif de protection électrique peut consister en un simple disjoncteur. II peut aussi être plus complexe. En particulier, le dispositif de protection électrique peut être agencé pour détecter un court-circuit, une surtension et/ou un courant de surcharge.
Avantageusement, chaque dispositif de protection électrique comprend une unité de commande de puissance à semi-conducteur, connue sous l'expression « Solid State Power Controller » ou SSPC en anglais.
Le système d'alimentation et de commande peut alors comporter, en outre, un réseau de communication interne connectant chaque dispositif de protection à au moins l'une des unités de commande, chaque unité de commande étant configurée pour recevoir une donnée d'état d'un ou plusieurs dispositifs de protection électrique auquel elle est connectée.
La donnée d'état peut notamment être représentative de la détection d'un court-circuit, d'une surtension et/ou d'un courant de surcharge. Plusieurs données d'état peuvent être générées individuellement par un dispositif de protection électrique, de manière à pouvoir renseigner l'unité de commande correspondante de la nature de l'anomalie électrique détectée.
Avantageusement, le réseau de communication interne connecte chaque unité de commande à chacun des P dispositifs de protection électrique. Toute unité de commande peut ainsi être associée à tout couple formé par une unité d'alimentation électrique et un dispositif de protection électrique associé.
Selon un mode de réalisation particulier, le réseau de communication interne comporte un bus, par exemple un bus série.
Au moins une unité de traitement peut être configurée pour exécuter au moins deux algorithmes d'asservissement. Dans ce cas, l'unité de traitement génère au moins deux signaux de commande permettant de piloter deux actionneurs électriques. Le nombre Q d'unités de commande peut ainsi être inférieur au nombre M d’actionneurs électriques. Par ailleurs, certaines unités de commande peuvent rester inutilisées dans une installation donnée et/ou être prévues en redondance en cas de défaillance. Ainsi, leur nombre Q peut être supérieur au nombre M d’actionneurs électriques.
Chaque unité de commande peut être mise en oeuvre dans un processeur, un microprocesseur, un microcontrôleur, un circuit intégré client (ASIC) ou un circuit intégré prédiffusé programmable (FPGA). Dans la mesure où toutes les unités de commande sont intégrées dans une même architecture (un même boîtier), un même composant électronique peut intégrer plusieurs voire toutes les unités de commande.
En outre, le deuxième module de communication réseau peut être intégré dans le même composant électronique que celui intégrant une ou plusieurs unités de traitement.
L'invention a également pour objet un système d'actionnement pour un aéronef comprenant un nombre M d'actionneurs à commande électrique embarqués dans l'aéronef et un système d'alimentation et de commande tel que décrit précédemment. Chaque actionneur comprend :
un moteur électrique, un module de puissance agencé pour générer un signal d'alimentation du moteur électrique à partir d'un signal de puissance provenant d'une unité d'alimentation électrique (PSU) en fonction d'un signal de commande, des moyens de mesure agencés pour mesurer une grandeur d'asservissement de l'actionneur et pour générer un signal de mesure représentatif de la grandeur d'asservissement, et un premier module de communication réseau connectant le module de puissance et les moyens de mesure à un réseau informatique et étant configuré pour transférer le signal de commande depuis le réseau informatique vers le module de puissance et pour transférer le signal de mesure depuis les moyens de mesure vers le réseau informatique.
Dans la mesure où le système d'actionnement comporte M premiers modules de communication réseau et un deuxième module de communication réseau, il intègre au moins en partie le réseau informatique connectant le système d'alimentation et de commande aux actionneurs. Le réseau informatique pourrait aussi être complètement intégré dans le système d'actionnement.
Le réseau informatique repose par exemple sur un protocole de type
Ethernet.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement une architecture de distribution selon l'art antérieur pour l'alimentation et la commande d'un ensemble d'actionneurs à commande électrique dans un aéronef;
- la figure 2 représente de façon plus détaillée un boîtier électronique de l'architecture de distribution représentée sur la figure 1 ;
- la figure 3 représente un exemple de réalisation d'un système d'actionnement de charges selon l'invention pour un aéronef.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La figure 1 représente schématiquement une architecture de distribution selon l'art antérieur permettant d'alimenter et de commander un ensemble d'actionneurs à commande électrique dans un aéronef. L'architecture de distribution 1 comporte un circuit primaire 10 et un circuit secondaire 20.
Le circuit primaire 10 comporte une ligne d'alimentation primaire 11, un boîtier primaire 12, un générateur électrique à fréquence variable 13, une batterie électrique 14, une prise électrique 15, et un commutateur commandé 16. Le boîtier primaire 12 comporte un connecteur d'entrée 12A, des connecteurs de sortie 12B1,12B2, 12B3, 12B4, 12B5, désignés globalement par la référence 12B, une unité de commande 121 et un commutateur matriciel 122. Le commutateur matriciel 122 est un commutateur permettant de relier le connecteur d'entrée 12A à un ou plusieurs connecteurs de sortie 12B. L'unité de commande 121 est configurée pour piloter le commutateur matriciel 122 en fonction de commandes reçues par un ou plusieurs dispositifs externes. Le connecteur d'entrée 12A est connecté à la ligne d'alimentation primaire 11 et chaque connecteur de sortie 12B est connecté (ou est apte à être connecté) à une charge primaire. Le générateur électrique à fréquence variable 13 constitue ainsi une charge primaire. Aucune autre charge primaire n'est représentée sur la figure 1. Une charge primaire peut notamment consister en un compresseur de conditionnement d'air ou un actionneur électromécanique du train d'atterrissage principal. De manière générale, une charge primaire désigne un dispositif électromécanique ne nécessitant qu'un apport ponctuel d'énergie par la ligne d'alimentation primaire 11.
Le générateur électrique à fréquence variable permet de générer un signal primaire apte à alimenter toute l'architecture de distribution 1. La batterie électrique 14 permet de stocker de l'énergie sous forme électrochimique, par exemple pour permettre le démarrage du générateur électrique 13. La prise électrique 15 permet de raccorder le circuit primaire 10 à une source d'énergie extérieure à l'aéronef lorsque l'aéronef est stationné au sol. Le commutateur commandé 16 permet de connecter à la ligne d'alimentation primaire 11 l'une des sources d'énergie choisie parmi le générateur électrique 13, la batterie électrique 14 et la prise électrique 15.
Le circuit secondaire 20 forme un système d'actionnement de charges secondaires de l'aéronef. Une charge secondaire désigne par exemple un actionneur d'une commande de vol, un actionneur d'un inverseur de poussée, un actionneur de freinage ou un actionneur d'un train d'atterrissage avant. Les charges secondaires comportent chacune un actionneur à commande électrique 21A, 21B, 21C, 21D, 21E, 21F. Les actionneurs à commande électrique sont globalement désignés par la référence 21. Chaque actionneur 21 comporte un moteur électrique et un organe d'actionnement. L'organe d'actionnement est entraîné par la partie mobile du moteur électrique. Afin, d'une part, d'adapter la nature du signal primaire à une forme de signal appropriée pour chaque actionneur 21 et, d'autre part, de commander individuellement les actionneurs 21 en fonction de signaux de consigne dédiés, chaque actionneur est connecté à la ligne d'alimentation primaire 11 par l'intermédiaire d'un boîtier électronique de commande 22A, 22B, 22C, 22D, 22E, 22F. Les boîtiers électroniques de commande sont désignés globalement par la référence 22. Chaque boîtier électronique 22 comporte un connecteur d'entrée 221A-221F et un connecteur de sortie 222A-222F. Un boîtier électronique 22 n'alimente et ne commande généralement qu'un seul actionneur 21, ou alors une pluralité d'actionneurs fonctionnant de manière identique. En effet, chaque boîtier électronique 22 n'est agencé pour ne délivrer qu'un seul jeu de signaux pour piloter un moteur électrique, à savoir un seul signal pour un moteur monophasé ou trois signaux pour un moteur triphasé. De plus, afin de protéger, en cas de défaut électrique d'un boîtier électronique de commande ou d'un actionneur 21, le reste du circuit secondaire 20, les boîtiers électroniques de commande 22 sont connectés à la ligne d'alimentation primaire 11 par l'intermédiaire de disjoncteurs 23A, 23B, 23C, 23D, 23E, 23F. Les disjoncteurs sont désignés globalement par la référence 23. Les disjoncteurs 23 sont regroupés au sein de boîtiers secondaires 24A, 24B, désignés globalement par la référence 24. Dans l'exemple de la figure 1, le boîtier secondaire 24A intègre les disjoncteurs 23A, 23B et 23C et le boîtier secondaire 24B intègre les disjoncteurs 23D, 23E et 23F. Chaque boîtier secondaire 24 comporte un connecteur d'entrée 241A, 241B et un connecteur de sortie 242A-244A, 242B-244B pour chaque disjoncteur 23. Chaque disjoncteur 23 est connecté entre un connecteur d'entrée 241A, 241B et l'un des connecteurs de sortie 242A-244A, 242B-244B. Les connecteurs d'entrée 241A, 241B sont chacun connectés à la ligne d'alimentation primaire 11. Le connecteur d'entrée 221A221F de chaque boîtier électronique 22A-22F est connecté à l'un des connecteurs de sortie 242A-244A, 242B-244B des boîtiers secondaires 24. Chaque connecteur de sortie 222A-222F est connecté à un actionneur 21.
La figure 2 représente schématiquement un détail de réalisation du circuit secondaire 20 de la figure 1. En particulier, il détaille sous forme fonctionnelle la composition d'un boîtier électronique 22 et sa connexion en entrée et en sortie. Le boîtier électronique 22 comporte, en plus du connecteur d'entrée 221 et du connecteur de sortie 222, un premier convertisseur 223, une unité de commande 224 et un deuxième convertisseur 225. Le premier convertisseur 223 est connecté en entrée au connecteur d'entrée 221 et en sortie à une entrée du deuxième convertisseur 225. Le deuxième convertisseur 225 est connecté en sortie au connecteur de sortie 222. Le premier convertisseur 223 a pour fonction d'alimenter l'ensemble du boîtier électronique 22. II permet en particulier de fournir un signal de puissance au deuxième convertisseur 225. Le signal primaire fourni par la ligne d'alimentation primaire 11 est généralement un signal alternatif. Le premier convertisseur 223 remplit alors un rôle de redresseur. Le moteur électrique de l'actionneur 21 est généralement alimenté par un signal d'alimentation alternatif. Le deuxième convertisseur 225 remplit alors un rôle d'onduleur. En outre, afin de pouvoir commander une vitesse de rotation du moteur électrique, le deuxième convertisseur 225 est commandé par l'unité de commande 224. L'unité de commande reçoit un signal de consigne et pilote des éléments de commutation du deuxième convertisseur 225. La commande du moteur est généralement réalisée par une modulation en largeur d'impulsion.
La figure 3 représente un exemple de réalisation d'un circuit secondaire selon l'invention. Le circuit secondaire 30 forme un système d'actionnement de charges secondaires d'un aéronef. Le circuit secondaire 30 comporte un système d'alimentation et de commande 31, trois actionneurs à commande électrique 32A, 32B, 32C, et une ligne de transmission 33.
Le système d'alimentation et de commande 31 est avantageusement intégré dans un unique boîtier. II peut aussi être appelé boîtier secondaire, dans la mesure où il est également destiné à se connecter entre la ligne d'alimentation primaire 11 et les actionneurs électriques. Cependant, ce boîtier secondaire 31 se différencie nettement des boîtiers secondaires 24 de la figure 1. Le système d'alimentation et de commande 31 comporte trois connecteurs de sortie 31A, 31B, 31C, un connecteur d'entrée 31D et un connecteur réseau 31E. Le connecteur d'entrée 31D est destiné à être connecté à la ligne d'alimentation primaire 11. Le système d'alimentation et de commande 31 comporte en outre quatre unités de commande 311A, 311B, 311C, 311D, trois unités d'alimentation électrique 312A, 312B, 312C, trois dispositifs de protection électrique 313A, 313B, 313C et un module de communication réseau 314. Plus généralement, un système d'alimentation et de commande 31 selon l'invention peut comporter un nombre P d'unités d'alimentation électrique 312, de dispositifs de protection électrique 313 et de connecteurs de sortie 31, et un nombre Q d'unités de commande 311. Les nombres P et Q peuvent être identiques ou différents. Ils sont par exemple compris entre trois et douze. Chaque unité de commande 311 est connectée en réseau au module de communication réseau 314. Chaque unité d'alimentation électrique
312 est connectée en entrée au connecteur d'entrée 31D et en sortie à une entrée de l'un des dispositifs de protection électrique 313. Chaque dispositif de protection électrique
313 est connecté en sortie à l'un des connecteurs de sortie 31A, 31B, 31C. En outre, chaque dispositif de protection électrique 313 est connecté en réseau au module de communication réseau 314.
Chaque unité d'alimentation électrique 312 est apte à générer un signal de puissance pour alimenter le module de puissance d'un ou plusieurs actionneurs à commande électrique 32. En l'occurrence, les unités d'alimentation électrique 312A, 312B, 312C sont chacune apte à générer un signal de puissance pour l'un des actionneurs à commande électrique 32A, 32B, 32C, respectivement. Chaque unité d'alimentation électrique 312 comporte par exemple un redresseur, de manière à délivrer un signal de puissance continu.
Chaque dispositif de protection électrique 313 est agencé pour diagnostiquer une anomalie électrique entre l'unité d'alimentation électrique 312 à laquelle il est connecté et le ou les modules de puissance qui y sont connectés et pour couper l'alimentation en cas d'anomalie électrique. Autrement dit, les dispositifs de protection électriques 313 permettent d'isoler des actionneurs à commande électrique 32 de la ligne d'alimentation primaire 11. Avantageusement, les dispositifs de protection électrique 313 sont constitués par des unités de commande de puissance à semiconducteurs, appelées « Solid State Power Controller» en anglais. Les dispositifs de protection électrique 313 peuvent être connectés aux unités de commande 311 afin de leur transférer une ou plusieurs données d'état, représentatives d'un état des dispositifs de protection électrique. La connexion entre les dispositifs de protection électrique 313 et les unités de commande 311 peut s'appuyer sur le réseau formé entre les unités de commande 311 et les actionneurs à commande électrique 32 ou être réalisée par des moyens de communication indépendants. Dans ce dernier cas, la connexion peut être réalisée au moyen d'un bus série.
Chaque unité de commande 311 est configurée pour exécuter au moins un algorithme d'asservissement, chaque algorithme d'asservissement étant configuré pour piloter un module de puissance 324A, 324B, 324C d'un actionneur électrique 32A, 32B, 32C en mettant en œuvre une boucle d'asservissement ayant pour signal de retour un signal de mesure de cet actionneur 32 et pour signal de sortie un signal de commande destiné à cet actionneur 32. L'algorithme d'asservissement peut mettre en œuvre une unique boucle d'asservissement ou plusieurs boucles d'asservissement imbriquées. À titre d'exemple, un algorithme d'asservissement peut mettre en œuvre une première boucle d'asservissement en position, une deuxième boucle d'asservissement en vitesse et une troisième boucle d'asservissement en courant. Chaque algorithme d'asservissement est exécuté en prenant en considération un signal de consigne reçu depuis une unité de commande externe via le module de communication réseau 314. Selon une particularité de l'invention, chaque unité de commande 311 ne pilote pas directement les éléments de commutation d'un module de puissance 324, mais génère un signal de commande permettant de les piloter indirectement, via une unité de pilotage 325 interne à l'actionneur électrique 32. De préférence, ce signal de commande est représentatif d'un rapport cyclique à appliquer par les éléments de commutation. Ainsi, même lorsque plusieurs éléments de commutation doivent être pilotés de manière non simultanée, un même signal de commande permet généralement de les commander. Tel est notamment le cas lorsque les éléments de commutation sont pilotés avec un décalage de phase, par exemple dans un onduleur triphasé. En fonction de ses capacités de traitement, chaque unité de commande peut exécuter un ou plusieurs algorithmes d'asservissement, soit un ou plusieurs actionneurs à commande électrique 32. II convient de noter que les unités de commande 311 et les unités d'alimentation électrique 312 sont complètement découplées les unes des autres. En particulier, chaque unité de commande 311 peut piloter un actionneur 32 alimenté par n'importe laquelle unité d'alimentation électrique 312. Elle peut également piloter des actionneurs à commande électrique 32 alimentés par différentes unités d'alimentation électrique 312. Une unité de commande est par exemple mise en oeuvre sous forme logicielle dans un processeur ou dans un microcontrôleur. De préférence, elle est reconfigurable, de manière à pouvoir exécuter un algorithme d'asservissement différent. Elle peut alors piloter différemment un même actionneur ou un autre actionneur.
Le module de communication réseau 314 permet de connecter chaque unité de commande 311 et chaque dispositif de protection électrique 313 à un réseau informatique. En particulier, il est configuré pour transférer sur le réseau informatique chaque signal de commande destiné à un actionneur électrique 32. II est également configuré pour transférer un signal de mesure provenant d'un actionneur 32 vers l'unité de commande configurée pour exécuter l'algorithme d'asservissement pilotant cet actionneur 32. Le module de communication réseau 314 peut aussi être configuré pour assurer la communication de données entre les unités de commande 311 et les dispositifs de protection électrique 313. Ces données concernent par exemple les données d'état des dispositifs de protection électrique 313. Le module de communication réseau 314 comporte par exemple un commutateur réseau ou un routeur. De manière générale, le réseau doit permettre d'adresser individuellement chaque unité de commande 311, chaque actionneur 32 et, le cas échéant, chaque dispositif de protection électrique 313.
Chaque actionneur 32 comporte un connecteur de puissance 321, un connecteur de données 322, un module de puissance 323 comprenant un convertisseur de puissance 324 et une unité de pilotage 325, un moteur électrique 326, des moyens de mesure 327 et un module de communication réseau 328. De préférence, le connecteur de puissance 321, le connecteur de données 322, le module de puissance 323, le moteur électrique 326, les moyens de mesure 327 et le module de communication réseau 328 sont intégrés dans le corps de l’actionneur 32. Le connecteur de puissance 322 est destiné à être connecté à l'un des connecteurs de sortie 31A, 31B, 31C. Le convertisseur de puissance 324 est connecté en entrée au connecteur de puissance 321 et en sortie au moteur électrique 326. L'unité de pilotage 325 est connecté au convertisseur de puissance 324 pour piloter ses éléments de commutation en fonction d'un signal de commande reçu d'une unité de commande 311. Le module de communication réseau 328 permet de connecter l'unité de pilotage 325 et les moyens de mesure de chaque actionneur 32 au réseau informatique via le connecteur de données 322. En particulier, il est configuré pour transférer le signal de commande approprié depuis l'unité de commande 311 vers l'unité de pilotage 325 et pour transférer un signal de mesure généré par les moyens de mesure 327 vers cette même unité de commande 311.
Les moyens de mesure 327 de chaque actionneur 32 permettent de mesurer une ou plusieurs grandeurs d'asservissement associées à l’actionneur 32 en question et de générer un signal représentatif de ces grandeurs d'asservissement. Ce signal représentatif est alors utilisé par une unité de commande 311 pour exécuter un algorithme d'asservissement pilotant l’actionneur. Les moyens de mesure comportent par exemple un ampèremètre, un capteur de position et/ou un capteur de température.
Le convertisseur de puissance 324 de chaque actionneur 32 est agencé pour transformer le signal de puissance délivré par un connecteur de sortie 31A, 31B, 31C en un signal d'alimentation apte à alimenter le moteur électrique 326 en fonction d'un signal de commande. Lorsque le signal de puissance est un signal continu et que le moteur électrique est un moteur à courant alternatif, le convertisseur de puissance 324 est alors un onduleur.
L'unité de pilotage 325 de chaque actionneur 32 est agencée pour piloter les éléments de commutation du convertisseur de puissance 324. Elle reçoit le signal de commande comportant par exemple une donnée représentative d'un rapport cyclique, et détermine les instants de commutation de chacun des éléments de commutation. Ainsi, le pilotage du convertisseur de puissance 324 est en quelque sorte réalisé en deux étapes, une première étape étant réalisée au niveau d'une unité de commande 311 et une deuxième étape étant réalisée dans l'unité de pilotage 325.
Le module de communication réseau 328 de chaque actionneur 32 est configuré pour pouvoir communiquer avec le module de communication réseau 314 du système d'alimentation et de commande 31. De manière générale, le réseau doit permettre d'adresser individuellement chaque unité de pilotage 325 et chacun des moyens de mesure 327. II doit permettre l'échange de données entre chaque unité de commande 311, chaque unité de pilotage 325 et chacun des moyens de mesure 327. Le réseau repose par exemple sur un protocole de type Ethernet. Bien entendu, d'autres protocoles peuvent être utilisés. La ligne de transmission 33 est adaptée au protocole utilisé.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système d'alimentation et de commande pour l'alimentation et la commande d'un nombre IVI d'actionneurs à commande électrique (32A, 32B, 32C) dans un aéronef, avec IVI un entier naturel supérieur ou égal à deux, chaque actionneur comprenant :
    un moteur électrique (326A, 326B, 326C), un module de puissance (323A, 323B, 323C) agencé pour générer un signal d'alimentation du moteur électrique à partir d'un signal de puissance provenant d'une unité d'alimentation électrique (312A, 312B, 312C) en fonction d'un signal de commande, des moyens de mesure (327A, 327B, 327C) agencés pour mesurer une grandeur d'asservissement de l'actionneur et pour générer un signal de mesure représentatif de la grandeur d'asservissement, et un premier module de communication réseau (328A, 328B, 328C) connectant le module de puissance et les moyens de mesure à un réseau informatique et étant configuré pour transférer le signal de commande depuis le réseau informatique vers le module de puissance et pour transférer le signal de mesure depuis les moyens de mesure vers le réseau informatique, le système (31) comprenant :
    un nombre P d'unités d'alimentation électrique (312A, 312B, 312C), avec P un entier naturel supérieur ou égal à un, chaque unité d'alimentation électrique étant apte à générer un signal de puissance pour alimenter le module de puissance d'un ou plusieurs actionneurs, un nombre Q d'unités de commande (311A, 311B, 311C, 311D), avec Q un entier naturel supérieur ou égal à un, chaque unité de commande étant configurée pour exécuter au moins un algorithme d'asservissement, chaque algorithme d'asservissement étant configuré pour piloter un module de puissance d'un actionneur en mettant en oeuvre une boucle d'asservissement ayant pour signal de retour le signal de mesure dudit actionneur et pour signal de sortie le signal de commande destiné audit actionneur, et un deuxième module de communication réseau (314) connectant chaque unité de commande au réseau informatique et étant configuré pour transférer le signal de mesure de chaque actionneur depuis le réseau informatique vers l'unité de commande configurée pour exécuter l'algorithme d'asservissement pilotant l'actionneur correspondant et pour transférer sur le réseau informatique chaque signal de commande destiné à un actionneur.
  2. 2. Système selon la revendication 1 dans lequel, chaque module de puissance (323A, 323B, 323C) d'un actionneur (32A, 32B, 32C) comprenant au moins un élément de commutation (324A, 324B, 324C), chaque algorithme d'asservissement exécuté par une unité de commande est configuré pour générer le signal de commande de sorte qu'il soit représentatif d'un rapport cyclique à appliquer à l'élément de commutation.
  3. 3. Système selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel au moins l'une des unités d'alimentation électrique (312A, 312B, 312C) comporte un convertisseur de puissance.
  4. 4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque unité de commande (311A, 311B, 311C, 311D) est agencée pour être reconfigurable, de manière à pouvoir exécuter au moins un autre algorithme d'asservissement, différent d'un algorithme d'asservissement pour lequel elle était préalablement configurée.
  5. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le deuxième module de communication (314) est agencé pour pouvoir être reconfiguré, de manière à modifier l'unité de commande vers laquelle est transféré le signal de mesure d'un actionneur.
  6. 6. Système selon l'une des revendications précédentes comprenant, en outre, un nombre P de dispositifs de protection électrique (313A, 313B, 313C), chaque dispositif de protection électrique étant connecté à une unité d'alimentation électrique (312A,
    312B, 312C) du système (31) et étant destiné à être connecté à chacun des modules de puissance (323A, 323B, 323C) alimentés par ladite unité d'alimentation électrique, chaque dispositif de protection électrique étant agencé pour diagnostiquer une anomalie électrique entre l'unité d'alimentation électrique à laquelle il est connecté et le ou les modules de puissance qui y sont connectés et pour couper l'alimentation en cas d'anomalie électrique.
  7. 7. Système selon la revendication 6, dans lequel chaque dispositif de protection électrique (313A, 313B, 313C) comprend une unité de commande de puissance à semi-conducteurs.
  8. 8. Système selon l'une des revendications 6 et 7 comprenant, en outre, un réseau de communication interne connectant chaque dispositif de protection électrique (313A, 313B, 313C) à au moins l'une des unités de commande (311A, 311B, 311C, 311D), chaque unité de commande étant configurée pour recevoir une donnée d'état d'un ou plusieurs dispositifs de protection électrique auquel elle est connectée.
  9. 9. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une unité de commande (311A, 311B, 311C, 311D) est configurée pour exécuter au moins deux algorithmes d'asservissement.
  10. 10. Système d'actionnement pour un aéronef comprenant un nombre M d’actionneurs à commande électrique (32A, 32B, 32C) embarqués dans l'aéronef et un système d'alimentation et de commande (31) selon l'une des revendications précédentes, chaque actionneur comprenant :
    un moteur électrique (326A, 326B, 326C), un module de puissance (323A, 323B, 323C) agencé pour générer un signal d'alimentation du moteur électrique à partir d'un signal de puissance provenant d'une unité d'alimentation électrique (312A, 312B, 312C) en fonction d'un signal de commande, des moyens de mesure (327A, 327B, 327C) agencés pour mesurer une grandeur d'asservissement de l'actionneur et pour générer un signal de mesure représentatif de la grandeur d'asservissement, et un premier module de communication réseau (328A, 328B, 328C) connectant le
    5 module de puissance et les moyens de mesure à un réseau informatique et étant configuré pour transférer le signal de commande depuis le réseau informatique vers le module de puissance et pour transférer le signal de mesure depuis les moyens de mesure vers le réseau informatique.
    10
  11. 11. Système d'actionnement selon la revendication 10, dans lequel le réseau informatique repose sur un protocole de type Ethernet.
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