Brevet FR2112073A1 — publié le 19720616

La présente invention concerne et a essentiellement pour objet un dispositif d'asservissement de position, du type à système de réglage à action proportionnelle en boucle fermée pour la commande automatique assistée d'au moins un organe de réglage d'une machine ou d'un système quelconque au moyen d'un servo-moteur électrique associé ou analogue, ainsi que les diverses applications et utilisations résultant de sa mise en oeuvre et les ensembles, systèmes, machines, appareils, équipements et installations pourvus de tels dispositifs. On sait qu'un servo-mécanisme est un système de commande asservie ou auto-contrôlé dans lequel un dispositif de détection d'erreur compare la grandeur de sortie du système à la grandeur de référence appliquée à l'entrée pour déterminer si cette grandeur de sortie se trouve ou non à la valeur désirée. Lorsqu'elle ne l'est pas, c'est-à-dire en cas d'écart entre ces deux valeurs, le détecteur d'erreur crée ou émet un signal qui est amplifié et appliqué à un dispositif correcteur d'erreur qui ramène la grandeur de sortie à la valeur désirée. Un tel système comporte donc généralement une boucle de contre-réaction servant à comparer la grandeur réglée, contrôlée, commandée ou de sortie à la valeur de référence ou de consigne.On peut ainsi ajuster la grandeur réglante, qui dépend de l'organe de réglage, à la valeur exactequi convient pour stabiliser la grandeur réglée malgré l'effet de perturbations externes. I1 arrive fréquemment que la grandeur contrôlée ou de sortie soit une position mécanique d'un organe de réglage dans l'espace et il arrive qu'une machine, pourvue de circuits de commande pneumatique, comporte un organe de réglage tel que par exemple un levier, une soupape, vanne ou valve ou un registre au moyen abturateur analogue conçu pour hêtre actionné normalement par un-moteur électrique. L'invention a principalement pour but de supprimer l'inconvénient ou la difficulté précitée en créant un dispositif applicable à la réalisation de la commande automatique d'une machine ou d'un organe de réglage et permettant la commande d'un moteur électrique quelconque au moyen d'une pression modulée d'air comprimée. Ce dispositif nécessite alors obligatoirement un moyen de freinage. En conséquence pour résoudre ce problème, le dispositif conforme à l'invention se caractérise par une chaîne de servo-mécanismes à amplificateur de puissance électrique,.contrôlé par au moins un circuit de transmission pneumatique formant une portion amont de la boucle directe et la boucle de contre-réaction combinées, la dite portion amont contenant au. moins un organe pilote pneumatique et des moyens formant relais glectropneumatiques actionnant ledit amplificateur, ainsi que de préférence par un moyen de freinage automatique de l'équipage mobile du moteur et/ou de l'organe de réglage précité. Selon une autre caractéristique de l'invention, la portion amont de la boucle directe précitée comporte un appareil de manoeuvre pour télécommande manuelle par affichage d'une valeur de consigne, formant le signal. d'entrée variable sélectivement en fonction du temps par modulation de la pression pneumatique, de préférence sensiblement constante, d'alimentation dudit disposiez par une source de fluide gazeux comprimé, et le pilote précité est un régulateur pneumatique à réglage proportionnel ou asservi qui est relié d'une part à une source de fluide comprimé et d'autre part, en série audit appareil de manoeuvre et aux relais électropneumatiques précités tandis que la boucle de contre-réaction pour correction d'erreur est montée, de façon connue en soi, en dérivation entre ledit régulateur et l'organe de réglage précité et comprend un capteur de déplacement à signal de sortie pneumatique formant organe directeur décelant et mesurant la position instantanée actuelle de l'équipage mobile précité, ledit capteur étant relié d'une part par son coté de sortie pneumatique audit régulateur et d'autre part par son côté d'entrée pneumatique à ladite source de fluide comprimé. Le moteur électrique précité, actionnant-l'organe de réglage, est généralement piloté par au moins un contacteur-inverseur él ^- trique ou analogue et selon encore une autre caractéristique de l'invention, ledit. contacteur-inverseur constitue l'amplificateur de puissance précité tandis que les deux relais électropneumatiques précités sont-reliés en parallèle au régulateur précité et constitués chacun par un manostat formant interrupteur manométrique, l'en- semble constituant ainsi un commutateur-interrupteur électrique à commande pneumatique à trois positions, dont deux positions- actives, connectées respectiverent audit contacteur-inverseur pour actionner celui-ci et une position inactive ou neutre. Ce système présente l'avantage remarquable de permettre la réalisation d'un asservissement de position sans aucun amplificateur spécifique proprement dit, ni électronique, ni pneumatique. Etant donné que la commande de l'organe de réglage s'effectue suivant le principe par tout ou rien comme dans un système de régulation à réglage flottant, c'est le contacteur-inverseur électrique du moteur électrique qui assure la fonction d'amplification. Le moteur électrique peut ainsi, en cas de besoin, être de forte puissance et par ailleurs être constitué par un modèle courant disponible dans le commerce. L'exigence d'un freinage automatique peut être satisfaite soit par l'emploi d'un moteur électrique formant moteur-frein, soit par le fait que le frein existe déjà sur la machine à laquelle est associé l'organe de réglage à asservir. Dans le premier cas, la commande du frein peut être réalisée, d'une façon connue en soi, très simplement en choisissant, pour moteur électrique précité, un moteur à courant alternatif polyphasé avec rotor à cage ou analogue, susceptible d'être freiné par injection de courant continu dans l'une des phases, par exemple par décharge d'un condensateur préalablement chargé de préférence au moyen d'un redresseur sec à très faible débit ou intensité ou analogue. Selon une variante, également connue en soi, le rotor du moteur électrique peut être freiné au moyen d'un déplacement longitudinal ou axial dudit rotor, provoqué par l'attraction magnétique du stator de moteur. A cet effet, le rotor et le stator préadSnt généralement une configuration conique ou analogue. Le système d'asservissement conforme à l'invention comporte donc, d'une façon connue en soi, un appareil de mesure ou directeur qui traduit la grandeur mesurée par le déplacement d'un organe, ainsi qu'un pilote qui transforme ce déplacement en une impulsion appliquée au servo-moteur, lequel convertit à son tour l'impulsion reçue en une action mécanique sur l'organe de réglage précité. Le système considéré utilise en fait le principe du réglage flottant consistant à faire commander, par l'appareil de mesure, un pilote ou relais qui ne comporte qu'une position neutre.En dehors de cette position neutre, le pilote actionne le servo-moteur qui déplace l'organe de réglage dans le sens convenable, de sorte que le régime permanent s'établit quand le pilote occupe la position neutre qui correspond à une valeur fixe du facteur à régler, de sorte que l'organe de réglage peut n'occuper pratiquement par exemple que deux positions: ouverture ou fermeture complète. Be pilote commande donc généralement deux relais qui mettent respectivement l'organe de réglage dans la position de marche ou d'arrêt. La fermeture complète précitée peut être remplacée par une ouverture minimale régla, ge par tout ou peu). Par extension, en combinant convenablement plusieurs réglages par tout ou peu, on peut obtenir le réglage par paliers. Le dispositif conforme à l'invention offre cependant l'avantage de supprimer le pompage inhérent aux systèmes à réglage flot- tant, mais en contrepartie la valeur de réglage n'est plus fixe.Ce dispositif est donc extrêmement simple, d'un fonctionnement efficace et sûr, d'une construction économique, d'une grande fiabilité et ne nécessite pratiquement aucun entretien ni aucune surveillance. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, en se reportant au dessin schématique annexé, donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, dans lequel la figure unique représente le schéma d'un circuit de servocommande d'une soupape ou vanne de réglage de vapeur sur un groupe turbo-réducteur de propulsion marine. Selon l'exemple de réalisation représenté sur la figure, l'organe de réglage, constitué par la vanne précitée qui n'a pas été représentée, est actionné par un arbre ou une tige de commande 1 à mouvement réversible, de préférence rotatif et formant la sortie de puissance du système d'asservissement.A cet effet, l'arbre 1 est actionné au moyen d'un groupe moto-réducteur-frein 2 d'un type courant, comportant par exemple un moteur électrique asynchrone triphasé ordinaire 7 accouplé à un réducteur de vitesse 4 dont l'arbre de sortie 5 .entrasse en rotation l'arbre 1 par l'intermé- diaire d'une transmission à engrenage ou analogue 6.CiSe transmismon se compose par exemple d'une roue dentée 7 montée sur l'arbre 5 et engrenant avec un pignon ou une vis sans fin 8 solidaire de l'arbre 1. La position relative actuelle de l'arbre 1, qui forme la grandeur réglée ou de sortie, peut etre définie par la position angulai re de l'arbre 5 laquelle est reperable avantageusement au moyen d'une came ou analogue 9 coaxialement solidaire en-rotation de l'arbre 5. Cette came agit sur un capteur de déplacement 10 formant organe mesureur ou directeur du système d'asservissement. L'organe 10 est avantageusement constitué par un détendeur pneumatique ou analogue commandé avantageusement par un poussoir à galet palpeur, suiveur ou tâteur 11 maintenu constamment en contact avec le contour ou profil périphérique actif de la came 9. Le c8té amont ou d'entrée du détendeur 10 est relié par une conduite 12 à une source d'alimentation en air comprimé à pression de préférence sensiblement constante Pa.L'ensemble 9-10 est conçu de façon que la pression de sortie Pm du détendeur 10, qui constitue la pression de mesure, soit sensiblement proportionnelle à la position angulaire de l'arbre de sortie 5 du groupe moto-réducteur 2. Be servo-moteur électrique 3, qui constitue l'organe correcteur d'erreur, est connecté au réseau ou secteur de distribution de courant alternatif triphasé U1 dont deux phases sont connectées chacune en série avec un contact interrupteur électrique faisant partie d'un contacteur - inverseur électrique 13 se composant par exemple de deux contacteurs de commande 13a, 13b actionnant respectivement les contacts interrupteurs. Ces contacts sont normalement ouverts dans leur position de repos, c'est-à-dire que les bobines des contacteurs ne sont pas excitées. Un circuit électrique auxiliaire U2 est branché sur les contacteurs 13a et 13b dont les bobines ou solénoïdes de commande élec tromagnétique sont connectés en pwSllèle respectivement par les conducteurs 14, 15 entre les deux lignes d'alimentation principales 16, 17 de ce circuit auxiliaire. Le chiffre de révérence 18 désigne l'appareil de télécommande constitué avantageusement par un manodétendeur ou analogue dont le côté amont ou d'entrée est relié par une tuyauterie 19 à la source d'alimentation en air comprimé Pa. Ce manodétendeur est monoeuvrable au moyen d'une manette 20 par l'intermédiaire par exemple d'une came ou analogue reliée à ladite manette. L'appareil de commande,18 est conçu de telle façon que la pression d'air de sertie Pcw qui constitu la valeur de consigne de la chaine d'asservissement, soit proportionnelle à la position de la manette 20 qui, dans l'exemple représenté, est mobile angulairement par pivotement. Les côtés aval ou de sortie de l'appareil de commande 18 et du détendeur 10 sont reliés respectivement par des tuyauteries 21 et 22 aux côtés opposés du régulateur pneumatique 23 à action proportionnelle. Cet appareil, dUn modèle usuel est réglé de telle sorte que, si la pression de mesure Pm est égale à la pression de consigne, la pression de sortie P8 du régulateur est égale à une pression de référence PO. Si la pression de consigne Pc varie en s'écartant de la pression de mesure Pm dans le sens croissant ou décroissant, la pression de sortie Ps varie, dans le même sens, d'une quantité proportionnelle à la valeur absolue de l'écart entre la pression ae consigne Pc et la pression de mesure Pm. Autrement dit quand Pc devient respectivement supérieure ou inférieure à Pm Ps augmente on diminue proportionnellement à la différence à (Pc - Pm). Le régulateur a une entrée A reliée au moyen d'une conduite 24 et par l'intermédiaire d'un détendeur d'alimentation 25 à la source de fluide comprimé Pa. Ce détendeur 25 permet d'ajuster la pression d'alimentation PA du régulateur 23 conformément aux spécifications de son constructeur. Par ailleurs, le régulateur 23 a sa sortie Ps reliée par une conduite 26 à un contacteur manométrique formant commutateur-interrupteur électrique 27 constitué notamment par deux manostats ou analogues 27a,2Tb cozus soi, dont les entrées pneumatiques sont ainsi reliées en parallèle au régulateur 23 par la conduite 26.Ces manostats sont connectés électriquement en parallèle entre les conducteurs 16 et 17 en étant connectés respectivement en série avec les bobines des contacteurs 13a et 13b par les conducteurs 14 et 15. L'agencement,ie hanchement électrique et pneumatique ainsi yL;ti le réglage des manostats suttels que si la pression de sortie Ps régulateur devient supérieure à la pression de référence Po précitée le contact du manostat 27a se ferme etcs la pression Ps devient inférieure à PO,le contact du manostat 27b se ferme. Quand ces deux pressions sont égales Ps = PO, les contacts des deux manostats restent ouverts. Le fonctionnement de ce système est alors le suivant: si l'on suppose que, pour une position prédéterminée de la manette 20 donc pour un affichage donné de la pression de consigne Pc, la pression de consigne Pc est égale à la pression de mesure Pms le système est en équilibre car la pression de sortie Ps du régulateur 23 est alors égale à la pression de référence Po, de.sorte que les contacts des deux manostats 27 sont ouverts. Les circuits auxiliaires d'alimentation des bobines des contacteurs 13a et 13b sont donc interrompus et ces bobines ne sont pas excitées, de sorte que les contacts de ces contacteurs sont ouverts. Le moteur électrique 3 n'est donc pas alimenté et est immobilisé, ainsi que l'équipage mobile 1, 5 associé, par le frein incorporé. Si l'on déplace alors la manette 20 de façon à afficher un pression de consigne Pc supérieure à la pression de mesure Pm, le contact du manostat 27a se ferme, en fermant ainsi le circuit d'excitation de la bobine du contacteur 13a lequel se ferme alors en mettant le moteur électrique 3 sous tension. Ce dernier démarre alors dans un sens de marche déterminé en entraînant un équipage mobile constitué en particulier par les arbres 5 et 1. Le capteur de déplacement 10 étant sensible ou réagissant aux déplacements relatifs de l'équipage mobile précité du fait qu'il est relié mécaniquement à ce dernier par le galet Il en contact roulant avec la came 9, cette dernière déplace le galet Il conformément au sens de rotation du moteur 3, dans un sens tel que la pression de mesure Pm, fournie par le détendeur 10, augmente.Quand cette pression de mesure Pm est de nouveau égale à la pression de consigne Pc le régulateur 23 revient à sa position d'équilibre correspondant à Ps = Po, de sorte que le contact du manostat 27a s'ouvre en provoquant l'arrêt du moteur 3 par déclenchement du contacteur 13a dont le contact s'ouvre; le système a ainsi atteint son nouvel état d'équilibre. Si au contraire on déplace la manette 20 dans le sens inverse par rapport à sa position initiale pour diminuer la pression de consigne Pc en dessous de la valeur initiale considérée, notamment Pm, la pression de sortie Ps du régulateur devient inférieure à la pression de référence Po, ce qui provoque la fermeture du contact du manostat 27b, et par suite l'excitation de la bobine du contacteur 13b .Ce dernier s'enclenche en fermant son contact de mise sous tension du moteur 3, de sorte que celui-ci démarre en sens inverse du sens de rotation précédent, de façon à provoquer une diminution de la pression de mesure Pm jusqu'à ce que l'égalité entre les pressions respectivement de consigne Pc et de mesure Pm soit de nouveau rétablie, d'où résultent l'ouverture du contact du manostat 27b, donc le déclenchement du contacteur 13b et l'arrêt concomitant du moteur 3 ainsi que de l'équipage mobile qu'il entraine. A titre purement indicatif, on peut avoir par exemple les valeurs de pression suivantes : Pa = 7 bar A = 3,7 bar Pc = 0,5 à 3,5 bar Pm = 0,5 à 3,5 bar. Pien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens cons. tuant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'asservissement de position, du type à système de réglage à action proportionnelle en boucle fermée pour la commande automatique assistée d'au moins un organe de réglage d'une machine au moyen d'un servo-moteur électrique associé, caractérisé par une chaine de servo-mécanismes à amplificateur de puissance électrique, contrôlé par au moins un circuit de transmission pneumatique formant une portion amont de la boucle directe et la boucle de contre-réaction corsjnée, ladite rtinnamont contenant au moins un organe pilote pneumatique et des moyens formant relais électropneumatiques, ainsi que de préférence par un moyen de freinage automatique de l'équipage mobile dudit moteur et/ou.dudit organe de réglage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion amont de la boucle directe précitée comporte un appareil de manoeuvre pour télécommande manuelle par affichage d'une valeur de consigne, formant ie signal d'entrée variable sélectivement en fonction du temps par modulation de la pression pneumatique de préférence sensiblement constante d'alimentation dudit dispositif par une source de fluide gazeux comprimé et le pilote précit.é est un régulateur pneumatique à réglage proportionnel ou asservi qui est relié d'une part à une source de fluide comprimé et d'autre part en série audit appareil de manoeuvre et aux relais électropneumatiques précités, tandis que la boucle dé contre-réaction pour correction d'erreur est montée, en dérivation entre ledit régulateur et l'organe de réglage précité et comprend un capteur de déplacement à signal de sortie pneumatique, formant organe directeur décelant et mesurant la position instantanée actuelle de l'équipage mobile précité, ledit capteur étant relié d'une part par son côté de sortie pneumatique audit régulateur et d'autre part par son côté d'entrée pneumat--:que à ladite source de fluide comprimé. 3. Dispositif selon la revendication 2, du type à moteur électrique piloté par au moins un contacteur-inverseur électrique, caractérisé en ce que ledit contacteur-inverseur constitue l'amplificateur de puissance précité, tandis que les deux relais électropneumatique s précités sont reliés en parallèle au régulateur précité et constitués chacun par un manostat formant interrupteur mano métrique, l'ensemble constituant ainsi un commutateur-interrupteur électrique à commande pneumatique à trois positions dont deux positions actives connect & respectivement audit contacteur-inverseur pour actionner celui-ci , et une position inactive ou neutre 4.Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'appareil de manoeuvre précité est constitué par un manodétendeur dont le côté amont ou d'entrée est relié par une conduite à la source de fluidgazeux comprimé précité et dont le côté aval ou de sortie est relié par une conduite au côté correspondant du rX gulateur pneumatique précité. 5. Dispositif selon. la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le capteur de déplacement précité est constitué par un détendeur dont le côté amont ou d'entrée est rélié par une conduite à la source de fluide gazeux comprimé précitée et dont le côté aval ou de sortie est relié par une conduite au côté correspondant du régulateur pneumatique précité, ledit détendeur étant relié mécaniquement à l'équipage mobile précité, de façon à être sensible aux déplacements relatifs de ce dernier, la liaison mécanique consistant de préférence en un poussoir à galet palpeur ou élément tâteur analogue actionnant ledit détendeur et en contact roulant permanent avec une came solidaire en rotation de la partie tournante dudit équipage mobile. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le régulateur précité a sa sortie reliée en parallèle aux entrées pneumatiques des deux manostats précités qui sont chacun connectés électriquement en série avec un contacteur commandant le démarrage du moteur dans un sens de marche, chaque ensemble forme par un manostat et son contacteur associé, étant connecté en pa- rallèle entre les lignes d'un circuit électrique auxiliaire. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, ca ractérisé en ce que le moteur électrique précité est un moteur à courant alternatif polyphasé à rotor à cage, susceptible d'entre freiné par injection de courant continu dans l'une des phases, par exemple par décharge d'un condensateur préalablement chargé de préférence au moyen d'un redresseur sec à très faible débit. b. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le freinage du rotor de moteur électrique précité à rotor et stator coniques au moyen d'un déplacement longitudinal dudit rotor provoqué par l'attraction magnétique dudit stator.