Brevet FR2158124A1 — publié le 19730615

La présente invention concerne des perfectionnements aux système de servocommandes hydromécaniques et a trait, plus particulièrement, à ceux du type bilatéral aans lesquels il est dit usage d'un distributeur unique pour assurer le déplacement d'un organe commandé en réponse au déplacement correspondant d'un organe de commande et pour retransmettre au dit organe de commande une fraction de l'effort développé par l'organe commandé, l'effort retransmis étant de sens opposé à celui de l'effort initialement appliqué par le dit organe de commande. Un système de servocommande bilatéral à distributeur unique comprend un orgasme de commande, un distributeur hydraulique, un servomoteur de sortie et un organe commandé. L'organe de commande applique à l'entrée du distributeur un faible signal mécanique d'entrée qui adonne lieu alors à l'apparition d'une pression différentielle à sa sortie. Cette pressiondifférentielle est appli quée au servomoteur de sortie qui provoque alors le déplacement de l'organe commandé. Le déplacement de cet organe est utilisé, après réduction d'amplitude, à l'entrée du distributeur de manière à réduire le signal mécanique d'entrée.Un tel système comporte également un servomoteur pilote soumis à la même pression différentielle que le servomoteur de sortie, ce dit servomoteur pilote étant toutefois réalisé de manière à développer à sa sortie un effort réauit. Ce servomoteur se trouve disposé entre l'organe de commande et organe commandé. Il se trouve couplé hydrauliquement en parallèle avec le servomoteur de sortie. Des dispositions sont prises pour que le servomoteur pilote développe un effort appliqué à l'organe de commande dans un sens opposé à celui du déplacement qui a déterminé l'application d'une force à l'organe commandé. Dans un tel système le moment d'inertie de l'ensemble du mécanisme associé à l'organe commandé est important vis-à-vis du moment d'inertie du mécanisme associé à l'organe de commande. Il en résulte qu'il est nécessaire de mettre en oeuvre un gain de puissance élevé au niveau du aistributeur afin de pouvoir disposer d'une puissance de sortie importante en réponse à une faible puissance ci'entrée. Les systèmes à ;;ain élevé nécessitent une stabilisation dans la gamme de fréquence à l'intérieur de laquelle ils doivent travailler. son cnséquence, les relations de gain et de phase dans la boucle de organe commandé sont établies de manière à éviter l'apparition d'une réaction positive au-dessus d'un certain niveau afin d'empêcher l'apparition d'oscillations ou d'instabilités dans la boucle. Lorsque la boucle de l'organe commandé présente ces caractéristiques, la boucle de l'organe de commande comprenant le servomoteur pilote et le distributeur pose un problème en ce sens que le distributeur a un gain élevé et la phase de fonctionnement du servomoteur pilote est telle qu'elle donne lieu à une réaction positive entre la sortie et l'entrée dudit distributeur.Evidemment, une telle situation conduit à l'apparition d'instabilités dans la boucle du servomoteur pilote, ces instabilités se matérialisant par l'apparition d'auto-oscillations. La présente invention a pour objet la mise en oeuvre de moyens simples destinés à prévenir l'apparition des oscillations et instabilités sus-mentionnées. Différents autres objets et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se référant à la figure jointe en annexe. L'organe de commande IO pivote autour d'un axe solidaire d'une chappe il faisant partie du bâti de commande L'axe longitudinal I2 de l'organe de commande est normalement confondu avec un axe de référence I3. Un organe commandé I5 est articulé à l'une de ses extrémités autour d'une chappe I6 faisant partie du bâti de l'organe commandé ; l'autre extrémité de cet organe. est susceptible de développer un effort destiné à la commande d'organes récepteurs quelconques. L'axe longitudinal de cet organe commandé est normalement confondu avec un axe de référence I4.Cet ensemble est complété par un distributeur hydromécanique IS susceptible de se présenter sous forme d'un dispositif à commande de pression ou d'un ciispositif à commande de débit, un servomoteur hydraulique de sortie I9 et un servomoteur hydraulique pilote 20. Un doigt I7 mobile par rapport au cylindre 21 commande le distributeur I8. L'une des extrémités de l'organe de commande 10 est articulée à l'extrémité du doigt I7, l'autre extrémité de cet organe de commande étant manoeuvrée par la main de 11 opérateur. Le distributeur I comporte deux orifices de sortie 22 et 23 entre lesquels une pression dilférentielle s'établit lorsque le doigt I7 se déplace par rapport au cylindre 21. Le distributeur 18 est alimenté par un fluide sous pression au moyen d'une bâche d'alimentation reliée à des orifices d'arrivées de fluide sous pression 24 et 25 portant la référence 3, et à des orifices d'évacuation 26 portant la référence H.Le distributeur représenté sur la figure est un dispo- sitif à commande de pression de type classique ; les détails de son fonctionnement seront exposés ci-après. Le servomoteur de sortie I9 comprend un cylindre 30 à l'in- térieur duquel se déplace un piston 31. Deux orifices 32 et 33 disposés à chacune des extrémités du cylindre 30 permettent le passage du fluide destiné à faire mouvoir le piston dans une direction ou dans l'autre. nn d'autres termes, les déplacements du piston 31 à l'intérieur Qu cylindre 30 résultent de l'application d'une pression différentielle entre les orifices 32 et 33. Le cylindre 30 est solidaire du bâti de l'organe commandé sur lequel est fixée la chappe 16. La tige de piston 34 attaque l'organe commandé 15 en un point intermédiaire situé entre ses deux extrémités. L'orifice 32 du cylindre 30 est mis en communication avec l'orifice 35 du servomoteur pilote 20 au moyen d'une canalisation 36.De même, uné canalisation 38 assure la mise en communication de l'orifice 33 du cylindre 30 avec l'orifice 37 du servomoteur pilote 20. Les déplacements de l'organe commandé I5 sont partiellement retransmis au support de l'organe de commande ll par l'intermédiaire d'une timonerie 39. Cette timonerie 39 est réalisée de manière que les déplacements ae l'organe commandé I5 réagissent sur le support de l'organe de commande ll en vue de réduire les signaux mécaniques appliqués à l'entrée du distributeur I8.Lorsque l'organe de commande 10 est manoeuvré de telle sorte que son axe longitudinal I2 soit déplace par rapport a l'axe de référen- ce 13, l'organe commandé 15 se trouve également déplacé en raison de l'action exercée par le distributeur I agissant à la manière d'un amplificateur. n d'autres termes, l'effort apiqué à l'organe ae commande 10 se trouve amplifié, de sorte que l'organe commandé 15 puisse effectuer un travail mécanique mettent en jeu un effort beaucoup plus important. Les déplacements cie l'axe 9 de l'organe commande I5 vis-a-vis de l'axe de e reférence I1 sont retransmis par une chaîne de réaction au distriouteur 18, de sorte que les dits déplacements correspondcnt à ceux du levier de com mande IO. Pour abtenir la mise en oeuvre d'efforts importants à la sortie du servomoteur 19, en réponse à la mise en oeuvre de ignaux mécaniques faibles appliqués à l'entre du distributeur, il est nécessaire de disposer d'un distributeur présentant un ain élevé. je tels gains conduisent à l'apparition d'instabilités dans la boucle de l'organe commandé. La stabilisation de cette boucle impose que les relations de phase et d'amplitude dans la chaîne de réaction soient telles qu'elles ne permettent pas l'apparition d'oscillations parasites et ce, compte-tenu de la fréquence normale de fonctionnement du système. Dans les systèmes tels que celui venant d'être considéré, il est souvent souhaitable qu'une partie de l'effort de sortie soit retransmise à l'organe de commande afin que l'opérateur puisse sentir physiquement l'effort développé par l'organe commandé. De tels systèmes sont dits à fonctionnement bilatéral en raison de la mise en oeuvre de moyens de réaction. A cette fin, il est fait usage d'un servomoteur pilote 20. Celui-ci se compose d'un cylindre 40 a l'intérieur duquel se déplace un piston 41. Ce cylindre comporte à ses extrémités des orifices 35 et 37 dnt il a été question précédemment. Une timonerie 42 assure la mise en liaison mécanique du cylindre 40 avec un point intermédiaire de l'or- gane commandé I5. La tige de piston 43 solidaire du piston 41 attaque organe de commande 10 en un point intermédiaire. Le cylindre 40 du servomoteur pilote 20 est mis en liaison mécanique avec celui du distributeur 18 par l'intermédiaire d'une timonerie 44. Les éléments mécaniques 40 et 43 du servomoteur pilote 20 sont orientés vis-a-vis de l'organe commandé, d'une part, et de l'or- gane de commande, d'autre part, et la pression appliquée au servomoteur de sortie I9 se trouve également appliquée aux orifices du cylindre pilote 40 de telle manière que l'effort appliqué par le servornoteur pilote 20 à l'organe de commande 10 soit réduit par rapport à l'effort développé par l'organe commandé I5 et lui soit opposé.Il doit être noté que l'effort développé par le servomoteur 19 pourra être par exemple plusieurs centaines de fois supérieur à l'effort appliqué par la timonerie 39 à l'organe de commande 10. Bien que la réduction d'effort dans la chaîne de réaction soit par exe1aple de l'ordre de 1 à 100, l'effort appliqué par le servomoteur pilote 2G ne se trouve pas réduit dans le même rapport. En conséquence, les gains élevés mis en oeuvre conduisent généralement à des instabilités apparaissant dans la boucle du servomoteur pilote.Dans la boucle de ce servomoteur, l'amplitude et la phase des signaux sont telles qu'ils tendent à entretenir des oscillations c ans une bande de fré quences correspondant précisément à celle de fonctionnement du système. Selon l'invention, des moyens sont prévus pour réduire le débit du fluide dans l'une des canalisations 35 ou 38 ou dans les deux à la fois, lesdites canalisations assurant l'interconection du servomoteur de ortie 19 et du servomoteur pilote 20.Cette réduction de débit est, réalisée pratiquement à l'aide d'orifices 45 et 16 dont les sections de passage peuvent être modifiées, comme l'indiquent de façon symbolique les flèches figurant sur le de:sin. es orifices agissent comme des amortisseurs dans la boucle pilote, ce qui a pour effet de modifier l'amplitude et la phase de signaux de réaction provenant de la sortie du distributeur et appliqués à l'entrée du servomoteur pilote 20 ; ceci permet e e stabiliser la boucle dans la gamme de fréquence dans laquelle elle doit fonctionner.La réduction de débit dans les canalisations 35 et 38 aAit de telle sorte que l'impédance mécanique d'entrée du distributeur se trouve réduite vis-à-vis de l'impédance totale de sortie vue entre la sortie et les entrées du distributeur à travers la boucle de réac- tion, ce qui a pour effet de réduire l'amplitude des signaux de réaction et de modifier leur phase de -orte que l'apparition et l'entretien d'oseillations ne puiesent se produire à l'intérieur de la plage de fréquences de fonctionnement de la boucle pilote. Cependent l'impédance présentée par les orifices ne doit pas être trop importente afin de ne pes introduise un retard dans le trans @@sion des efforts de pressions entre le servomoteur de sortie 19 et le servomoteur pilote 20. Lorsqu'une telle impédence se trouve enagérément augmentée, il se proüuit un retard entre l'epparition se l'effort aéveloppe par l'erg ne commendé 13 et le moment où l'orgene de comrande 10 résgit. Un tel fonctionnement ne permet pes l'oltesir avec la rapidité voalue la retrenreission à l'erga ne de commande d'une réplique fi@èle de l'effort appliqué. Le istributeur 18 comprend un cylindre 21 renfermant un orgene de cistribution 51 constitué par une tige de piston 52 sur laquelle sont fixés trois pistons 53, 54 et 55 limitant des chambres intermédiaires 56 et 57 d'une part, ainsi que deux chambres d'extrémité 58 et 59 d'autre part. Le cylindre 21 comporte, colle il a été indiqué précédemment, deux orifices d'arrivée 24 et 25, un orifice d'évacuation 26 ainsi que deux orifices de sortie 21 et 23. n position de repos de l'organe de aistribution 51, les orifices d'arrivée 24 et 25 ainsi que l'orifice d'évacuation 26 se trouvent respectivement masqués par les pistons 54, 55 et 53. Les orifices de sortie 22 et 23 se trouvent mis alors respectivement en liaison avec les chambres intermédiaires 56 et 57.-Des ressorts de centrage 61 et 62 se trouvent disposés dans chacune des chambres a'extrémité 58 et 59. Le ressort 61 se trouve disposé entre la pièce dtextrésrsité 63 et le piston 54, le ressort 62 étant ae même disposé à l'intérieur de la chambre d'extrémité 59 entre la pièce d'extrémité 64 et le piston 55. Entre la pièce d'extrémité 63 et le ressort 61 se trouve disposée une pièce d'attaque 65 présentant un épaulement s1 engageant à l'intérieur du ressort 61.Cette pièce d'attaque est susceptible d'être déplacée sous la commande du doigt I7 mobile à l'extrémité de l'organe de commande 10. Similairement, une plaque 69 se trouve disposée à l'extré- mité du ressort de centrage 62, cette plaque étant placée sous la dépendance d'une vis pointeau de réglage 66. Cette vis permet d'ef fectl er un réglage fin destiné à assurer, en position de repos, le centrage de l'organe de distribution 51 à l'intérieur du cylindre 56, cette position de repos correspondant à l'absence d'application d'efforts sur l'organe de commande 10 et, en conséquence, sur le doigt de commande I7. Une canalisation 67 permet l'application d'une réaction négative entre la chambre intermédiaire 56 et la chambre d'extrémité 58. La canalisation 68 joue le même role visà-vis de la chambre intermédiaire 57 et de la chambre d'extrémité 59. Lorsque l'organe de distribution se trouve en position de repos, les pressions régnant au droit des orifices de sortie 22 et 23 sont étales. Le déplacement vers la droite du doigt I7 a pour effet de comprimer le ressort 61 qui tend alors à déplacer vers la droite l'organe de distribution 5I, ce qui permet l'application à l'orifice de sortie 23 du fluide sous pression provenant de l'orifice 25. Par la canalisation représentée sur la figure, ce fluide sous pression se trouve appliqué par l'orifice 33 à l'extrémité droite du cylindre Du du servomoteur I9. Le fluide se trouvant dans la partie gauche de ce cylindre peut être évacué par l'orif i- ce 22 vers l'orifice d'évacuation 26.L'utilisation de la réaction négative permet de convertir une soupape à commande de débit en une soupape à commande de pression de sorte qu'en réponse à un déplacement d'entrée il apparaisse une pression différentielle de sortie. L'invention est particulièrement applicable aux systèmes faisant usage de soupapes hyaromcaniques à commande de pression. La présente invention peut être en particulier mise en oeuvre avec des appareils tels que des manipulateurs. Un appareil de cegenre comprend un organe de commande et un organe commandé associs chacun à un support particulier. Le support de l'organe commandé est mobile autour d'un premier axe vertical. Le support de l'organe de commande se trouve monté sur celui de l'organe commandé et est mobile autour d'un second axe vertical. Le déplacement en azimuth de l'organe de commande autour du second axe vertical et par rapport au support de l'organe commandé détermine un déplacement correspondant du support dudit organe commandé.De tels déplacements sont mis en oeuvre gracie à un système de servocommande comprenant un distributeur mont sur le support de l'organe de commande et un servomoteur destiné à déplacer le support de l'organe commandé en azimuth ; il est également prévu un servomoteur pilote destiné à appliquer un effort entre le support de l'organe commandé et le support de l'organe de commande. Une came montée sur le support de l'organe commandé et dont la périphérie attaque le doigt de commande du distributeur provoque un déplacement de ce dernier, lorsque le support de l'organe de commande se déplace vis-à-vis du support de organe comdé. Le déplacement en azimuth de l'organe de commande autour de son axe vertical détermine un déplacement du dot t de commande du distributeur, ce dernier agissant alors sur le servomoteur de l'organe commandé de manière à donner lieu à un déplacement correspondant en azimuth du support de l'organe comrnand. Grâce aux moyens de réaction matérialisés par un coupla e mécanique du support de l'organe de commande et du support de l'organe commandé et en raison des liaisons de fluide mises en oeuvre entre le servomoteur de l'organe commandé et celui de l'organe de commande, il apparaît une réaction de force reportée sur ledit organe de commande. REVENDICATIONS I.- Système de servocommande hydromécanique caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison : un organe de commande dont l'axe est confondu avec un premier axe de référence ; un organe comman dé dont l'axe est confondu avec un second axe de référence ; un un organe de distribution hydromécanique comportant un circuit d'entrée de signaux mécaniques et deux orifices de ortie de fluide, ledit organe de commande étant mécaniquement couplé au dit circuit d'entrée en vue de lui appliquer des signaux mécaniques d'entrée ;; un servomoteur de sortie comportant une paire a ' orifices d'entrée de fluide ainsi qu'une paire d'éléments mécaniques de sortie, chacun des orifices de sortie de fluide du distributeur étant raccordé à l'un (les orifices d' entrée de fluide dudit servomoteur de sortie; ledit organe commandé étant mécanitiuement couplé, d'une part à ladite paire d'éléments mécaniques de sortie du servomoteur de sortie, et, d'autre part, au circuit d'entrée du distributeur de telle sorte que lorsqu'un signal mécanique d entrée provenant de l'organe de commande est appliqué au dit circuit d'entrée, une fraction ctu signal mécanique de sortie, issu de l'organe commandé, soit retransmise au circuit d'entrée dans un sens opposé à celui dudit signal mécanique d'entrée, ce signal mécanique d'entrée donnant lieu à la production à partir du servomoteur de sortie d'un signal de sortie mécanique se matérialisant par un changement d'orientation de l'axe dudit organe commandé vis-à-vis du second axe de référence et ce, en réponse au changement d'orientation de l'axe de l'organe de commande vis-à-vis du premier axe de réf érence ; un servomoteur pilote comportant une paire d'orifices d'entrée de fluiae ainsi qu'une paire d'éléments mécaniques de sortie, chacun desdits orifices d'entrée étant raccordé à l'un des orifices de sortie du distributeur hydromécanique, l'un desdits éléments mécaniques de sortie étant raccordé au moyen d ' une articulation à l'organe de commande, et l'autre tant raccordé à l'organe commandé, de sorte que l'effort de sortie développé par ledit organe commandé soit retransmis après réduction d'amplitude à l'organe de commande et ce, dans un sens tendant à s'opposer au déplacement duait organe de commande, déplacement doutant lieu à l ' application d'un signal mécanique d'entrée au circuit d'entre du distributeur, et se matérialisant par le déplacement de l'organe commandé, le système étant tel que l'inertie de l'organe comandé soit notable- ment supérieure à celle de l'organe de commande et Rue le gain du distributeur hydromecanique soit importent ue s rte que la mise en jeu d'une faible puissance mecanique d'entrée se trauuise par la mise en jeu d'une importante puissance hydromécanique de sortie et des moyens d'amortissement comprenant des impédances hydromécaniques sur les jonctions établies entre les orifices de sortie du distributeur hydromécanique et ceux d'entrée du servomoteur pilote, ces moyens étant prévus pour réduire l'amplitude du signal mécanique de sortie dudit servomoteur pilote, ce signal étant appliqué au cirait d'entrée dudit distributeur hydrodynamique, une telle disposition permettant de prévenir l'apparition d'auto-oscillations dans la chaine de réaction comprenant le, distributeur hydromécanique et le servomoteur pilote, la voleur desdites impédances hydrodynaniques étant toutefois insuffisante pour introduire un retard appréciable dans la transmission à l'organe de commande de l'effort appliqué par l'organe commandé. 2.- Système de servocommande hydromécanique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les impédances hydrodynamiques sont constituées par des orifices de section réduite. 3. Système de servocommande hydromécanique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les impédances hydromécaniques sont constituées par une paire d'orifices de section réduite interposé chacun entre un orifice d'entrée du servomoteur pilote et l'orifice correspondant du servomoteur de sortie. 4.- Système de servocommande hydromécanique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le distributeur est un tif à commande de pression. 5.- Système de servocommande hydromécanique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le servomoteur pilote est constitué par un servomoteur hydraulique linéaire.