Brevet FR2172146A1 — publié le 19730928

L'invention se rapporte à un régulateur à entrainement hydraulique auxiliaire au moyen duquel il est possible de régler, conformément à toute fonction de régulation imposée par les circonstances, une grandeur quelconque, par exemple, une vitesse de rotation, une pression, un débit, etc. C'est le type d'application qui détermine si l'on doit employer, pour résoudre le problème, un régulateur proportionnel ou un régulateur proportionnel intégral et s'il faut prévoir par exemple l'introduction de grandeurs perturbatrices. Une telle introduction de grandeurs perturbatrices sera expliquée dans l'exemple de la régulation d'une vitesse de rotation. Tous les processus qui apparaissent par exemple dans la régulation d'une vitesse de rotation peuvent etre transposés, par analogie, aux cas d'autres variables régulées. C'est pourquoi on décrira le principe de l'invention et tous les processus correspondants en considérant l'exemple de la régulation d'une vitesse de rotation. Dans la régulation de la vitesse de rotation de groupes générateurs de courant électrique, on exige souvent que la vitesse de rotation soit maintenue constante indépendamment de la charge en régime permanent. Un régulateur proportionnel intégral à plage proportionnelle nulle est nécessaire dans ce cas. Si un tel groupe générateur de courant électrique doit etre mis en parallèle sur un second groupe, cela n'est possible que si au moins un régulateur est du type proportionnel ou du type proportionnel intégral à plage proportionnelle durable. Avec deux régulateurs du type proportionnel intégral à plage proportionnelle nulle, la répartition des charges ne serait pas possible. De telles installations oscilleraient, c'est-à-dire que la charge serait transférée continuellement d'un groupe à l'autre. Un régulateur proportionnel est nécessaire pour la régulation de moteurs de véhicules dont la vitesse de rotation en marche à vide ést régulée et dont la vitesse de rotation maximale doit être limitée. Pour les valeurs de la vitesse comprises entre la valeur inférieure correspondant à la marche à vide et la valeur maximale, la régulation du débit d'injection du moteur est effectuée par le régulateur. Dans le cas de groupes générateurs de courant électrique, il peut être nécessaire, en outre, de réduire l'amplitude de suroscillation par l'introduction de grandeurs perturbatrices. Pour cela, la charge électrique est mesurée et, lors d'une variation de celle-ci, le débit d'injection est corrigé avant que la variation de la charge ne provoque celle de la vitesse de rotation. Lors du fonctionnement automatique d'installations, des appareils de contrôle supplémentaires sont connectés au dispositif régulateur de telle sorte que toute l'installation est mise en panne lors de l'apparition d'un incident. Dans la régulation de la vitesse de rotation de moteurs à combustion interne, il peut y avoir, par exemple, un controle de la température de l'eau de refroidissement, de la pression de l'huile du moteur, de la pression d'injection, de la température des gaz d'échappement, etc. Le but de l'invention consiste, pour la résolution des problèmes susmentionnés et pour les types d'applications précités, en un dispositif régulateur pouvant être employé universellement indépendamment de la variable à réguler et pouvant être adapté à toute condition imposée moyennant des modifications mineures. Dans les régulateurs connus à entraenement hydraulique auxiliaire, le réglage de la valeur de consigne est effectué globalement dans l'équipage de mesure imposé par les circonstances. I1 est aussi courant d'obtenir l'asservissement pour la plage proportionnelle dans le système de mesure par l'organe de réglage de la valeur de consigne, par exemple le ressort du système de mesure. On connais également des régulateurs du type à régulation proportionnelle intégrale dans lesquels la commande de retour élastique agit sur le système de mesure correspondant. Dans ces régulateurs, le système de mesure est incorporé au régulateur, de sorte qu'il n'est pas possible, par exemple, de remplacer un système mécanique de mesure de vitesse de rotation par un système de mesure électrique ou électronique ou par un système de mesure de pression. L'incorporation de systèmes de mesure dans le régulateur présente l'inconvénient majeur qu'un contrôle du fonctionnement des différents éléments constitutifs, par exemple la commande de retour, ne peut se faire facilement, de sorte que l'on ne peut éliminer les défauts du régulateur qu'au prix de grandes difficultés et d'une perte de temps correspondante. Selon l'invention, le système de mesure est incorporé sous forme de bloc fonctionnel complètement indépendant. De même, la partie hydraulique est également un bloc fonctionnel indépendant qui peut fonctionner indépendamment de l'instrument de mesure employé. La commande de retour forcé de même que la commande de regur élastique sont incorporées à la partie hydraulique et n'ont aucune liaison mécanique avec le système de mesure. Tout mouvement du servo-moteur est directement transmis au distributeur par des bielles de retour élastique ou forcé. L'organe de réglage de la valeur de consigne est lui-aussi installé dans la partie hydraulique.Le réglage à la valeur de consigne s'effectue suivant le principe de la division de la course du système de mesure, c'est-àdire qu'une petite fraction seulement de la course globale (grandeur de réglage) du système de mesure est utilisée pour la régulation d'une valeur de consigne. La partie restante de la course du système de mesure est employée pour le réglage de la valeur de consigne. On décrira ci-après l'invention en se référant au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un graphique représentant la variation de la vitesse de rotation en fonction de la déviation du système de mesure ; sur cette figure, on a indiqué les plages de déviation partielles suivantes S1 correspondant à la régulation à la vitesse de rotation minimale; S2 correspondant à la régulation à une vitesse de rotation moyenne; S3 correspondant à la régulation à la vitesse de rotation maximale; - la figure 2 illustre, au moyen d'un régulateur de vitesse de rotation, la mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 3 est une représentation d'ensemble du régulateur - la figure 4 est un diagramme - la figure 5 est une variante pour installations automatiques ; et - la figure 6 est un schéma d'une variante des tringles d'asservissement. L'arbre moteur du régulateur entrains une pompe à engrenages 1 (figure 2) qui est équipée de soupapes de retenue et qui est donc indépendante du sens de rotation. La pompe à engrenages envoie de l'huile dans l'accumulateur de liquide sous pression (2 et 3). L'accumulateur de liquide sous pression 3 comporte un orifice de trop-plein au moyen duquel la pression maximale est limitée. L'huile comprimée est envoyée également à un distributeur (7 et 8) et à la chambre supérieure d'un servo-moteur 4. Le servomoteur comprend un piston différentiel dont la face supérieure est toujours soumise à la pression totale de l'huile. Le servo-moteur actionne l'arbre de régulation 15 et les bielles de retour (10 et 12).Les bielles de retour comportent les moyens permettant de régler la vitesse de rotation 9 par soulèvement ou abaissement du manchon de distribution 7 d'un distributeur et -de régler la plage de régulation proportionnelle 11 par variation continue du rapport de démultiplication a/b. On peut modifier le rapport de démultiplication a/b de manière à l'annuler, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de commande de retour forcé. Dans ce cas, la plage de régulation proportionnelle est nulle elle-aussi et le régulateur maintient la vitesse constante en régime permanent, indépendamment de la charge. Les bielles de retour 14 sont actionnées par l'arbre de régulation 15 pour la commande de retour élastique. La commande de retour élastique peut être réglée par modification du rapport de démultiplication de mouvement d/c au moyen d'un levier 13.Lors d'un déplacement du servo-moteur, le piston d'asservissement 5 déplace le piston asservi 6 et, par conséquent, le manchon de distribution 7 du distributeur. Pendant ce déplacement, le ressort de l'élément élastique 19 est tendu. Ceci signifie qu'il apparait une surpression ou dépression sous les pistons 5 et 6. Cette variation de pression s'amortit ensuite à travers un conduit étranglé 18 de sorte que l'élément élastique 19 ainsi que le manchon de distribution 7 reprennent leurs positions initiales. Le système de mesure 16 est entrainé par la pompe à engrenages 1 par l'intermédiaire d'un accouplement 17 élastique amorti à l'huile. La figure 2 illustre le régime permanent, c'est-à-dire le fonctionnement de la machine à vitesse constante. Lorsque la charge diminue, la vitesse de rotation augmente immédiatement. Les masselottes du système de mesure 16 s'écartent, soulevant le tiroir 8. Par les lumières de commande, l'huile comprimée parvient à la face inférieure du piston différentiel du servo-moteur 4. Etant donné que la surface de la face inférieure du piston est plus grande que celle de la face supérieure, la force antagoniste s'exerçant sur la face supérieure est surmontée, de sorte que le piston s'élève et fait tourner l'arbre de régulation 15 dans le sens de la réduction du débit d'injection. En même temps, le piston 5 est tiré vers le haut par le levier 14 d'asservissement du piston 5. Le piston 6 suit le mouvement en descendant, le manchon de distribution 7 est soulevé et les lumières de commande seront de nouveau fermées si la vitesse de rotation augmente. Au cours du déplacement d'asservissement, le ressort de l'organe élastique a été déprimé. I1 règne, sous les pistons 5 et 6, une dépression qui s'amortit à travers l'ouverture étranglée de l'ajutage 18, de sorte que le piston 6 s'élève et que, par conséquent, le manchon de distribution 7 descend.Ceci réduit encore un peu le débit d'injection, les masselottes de l'équipage de mesure 16 se rapprochent, le manchon de distribution 7 et le tiroir 8 reviennent dans leurs positions initiales et la machine tourne de nouveau à vitesse constante. Ces processus sont valables dans le cas où la plage de régulation proportionnelle est nulle. Si on établit, par réglage, une plage de régulation proportionnelle, la commande de retour forcé entre en action. Dans ce cas, le manchon de distribution 7 est soulevé davantage par les bielles de retour forcé (10 et 12), et le manchon de distribution 7 et le tiroir 8 viennent dans des positions de repos situées au-dessus de leurs positions initiales et la machine tourne à une vitesse accrue en correspondance avec la plage de régulation proportionnelle. La figure 1 illustre graphiquement les cycles de déplacement I du tiroir 8 et II du manchon de distribution 7 pour le réglage de la vitesse à sa valeur moyenne. Les cycles de déplacement sont représentés d'une manière idéalisée. En, réalité, il s'agit d'un régime oscillatoire amorti. Dans le cas d'un accroissement de la charge, les processus se déroulent par analogie dans le sens opposé. La figure 3 représente la structure d'ensemble du régulateur. Le régulateur peut avoir une structure modulaire. Le bloc d'entrainement 20, l'unité de commande 21, le panneau avant 22 et le système de mesure 23 sont des éléments autonomes. Si le régulateur est employé pour la régulation d'une vitesse de rotation, il est entraîné directement par le moteur. Dans une autre application, le dispositif d'entralnement est pourvu en outre d'un moteur d'entrainement. I1 ressort des figures 2 et 3 que l'équipage de mesure est un élément complètement séparé et qu'il peut donc se présenter sous forme d'un système compteur de vitesse mécanique, électrique ou électronique, ou bien sous forme d'un système de mesure de pression, de débit, etc. Après enlèvement de l'équipage de mesure, les éléments du bloc hydraulique deviennent accessibles. Par des réglages manuels du distributeur, on peut contrôler les fonctions de tous les éléments du bloc hydraulique sur le banc d'essai du régulateur. Puisque le dispositif de réglage de la valeur de consigne, de meme que les commandes de retour forcé et élastique sont installées dans le bloc de commande (21), le réglage du système de mesure peut s'effectuer de manière à offrir une possibilité d'adaptation optimale du régulateur aux conditions imposées. La figure 4 représente trois exemples de courbes de réglage correspondant à un régulateur de vitesse de rotation. La courbe I illustre un réglage effectué couramment avec des moteurs de bateaux. Avec ce réglage, on obtient une plage de régulation proportionnelle qui dépend de la vitesse de rotation, c'est-a-dire qui s'élargit fortement quand la vitesse de rotation diminue. En particulier, dans le cas de bateaux propulsés par deux moteurs, un tel élargissement important de la plage de régulation proportionnelle est absolument nécessaire,- puisque ce n'est que de cette manière qu'une répartition parfaite de la charge est possible. Selon la courbe II, on obtient une plage étroite de régulatiob proportionnelle également pour une faible vitesse de rotation. Ce réglage est surtout nécessaire dans le cas de la propulsion de bateaux par des hélices à pas variable. La courbe III illustre le réglage du régulateur en régime limite de fonctionnement dans la plage de régulation en marche à vide. Ce réglage est employé en règle générale dans les systèmes de propulsion des locomotives et des véhicules. Dans des gammes de valeurs de vitesses de rotation indifférentes, le débit d'injection est réglé au moyen du dispositif de réglage de la valeur de consigne. On réalise ces modifications, dans le cas présent, avec le système de mesure mécanique, simplement en remplaçant les ressorts transversaux. Pour la surveillance d'installations automatiques, il est prévu, selon l'invention, un clapet à commande électromagnétique qui est monté sur le régulateur. La figure 5 illustre la disposition. Lorsque le clapet 24 est mis en action, l'installation est arrêtée immédiatement indépendamment du réglage du dispositif de réglage de la valeur de consigne et de la position du tiroir. Quand le clapet est mis en action, le conduit reliant le distri buteur (7 et 8) au servo-moteur 4 est obturé et, en même temps, de l'huile comprimée est envoyée à la chambre inférieure du servomoteur 4, lequel place alors l'arbre de régulation 15 dans la position zéro. Dans un régulateur de vitesse de rotation, les appareils de contrôle peuvent être branchés par exemple pour le contrôle de la pression d'huile, de la température de l'huile, de la pression de l'air de charge, etc. En outre, ce dispositif peut servir à l'arrêt d'urgence. La figure 2 représente le régulateur comme régulateur proportionnel intégral. Conformément à l'invention, la commande de retour forcé aussi bien que la commande de retour élastique agissent directement sur le distributeur. La figure 6 représente les bielles de retour du régulateur lorsque celui-ci est réalisé sous forme de régulateur proportionnel et qu'il est pourvu d'un dispositif pour l'introduction de grandeurs perturbatrices. Un levier différentiel 25 supplémentaire est fixé au levier d'asservissement 10 et est actionné par l'organe 26 de réglage de la valeur de consigne et par le servo-moteur du dispositif pour l'introduction de grandeurs perturbatrices 27. Si, par exemple, la charge d'un groupe générateur de courant est modifiée, le manchon de distribution 7 est déplacé immédiatement par le servo-moteur 27 du dispositif pour l'introduction de grandeurs perturbatrices, de sorte que le débit d'injection du moteur est modifié par le servo-moteur 4 du régulateur avant que ne se produise la variation de la vitesse de rotation du système de mesure de vitesse de rotation due à la variation de charge. REVENDICATIONS 1. Régulateur à entrainement hydraulique auxiliaire pour - la régulation de grandeurs quelconques, par exemple vitesse de rotation, pression, débit, etc., caractérisé en ce qu'il a une structure modulaire telle que le système de mesure (23) est un élément autonome interchangeable et peut etre adapté aux conditions imposées par toute variable qui se présente, sans modification du bloc hydraulique du dispositif de réglage de la valeur de consigne et des commandes de retour forcé et élastique. 2. Régulateur à entrainement hydraulique auxiliaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on peut, après avoir enlevé l'équipage de mesure, contrôler facilement, par réglage manuel, le fonctionnement des autres éléments du régulateur et localiser ainsi facilement des dérangements. 3. Régulateur à entrainement hydraulique auxiliaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une petite fraction seulement de la plage de déviation totale de l'instrument de mesure correspondant au réglage à une valeur de consigne déterminée est utilisée pour la régulation, et que la plage de déviation restante est employée pour le réglage de la valeur de consigne. 4. Régulateur à entrainement hydraulique auxiliaire selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le réglage à la valeur de consigne se fait directement par le distributeur et non pas par le système de mesure. 5. Régulateur à entratnement hydraulique auxiliaire selon les revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce que la commande de retour forcé, de même que la commande de retour élastique se produisent directement par le distributeur. 6. Régulateur à entrainement hydraulique auxiliaire, destiné en particulier à la régulation d'une vitesse de rotation, selon les revendications 1, 3, 4 et 5, caractérisé en ce que l'on obtient, au moyen du réglage du système de mesure, une variation dépendant de la valeur de consigne, de la plage de régulation proportionnelle, et en ce que cette variation de plage peut être réglée. 7. Régulateur à entrainement hydraulique auxiliaire, en particulier pour la régulation d'une vitesse de rotation, selon les revendications 1 et 6, caractérisé en ce outil ne peut être transformé en régulateur de régime limite en marche à vide qu'exclusivement par réglage de l'équipage de mesure. 8. Régulateur à entratnement hydraulique auxiliaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un clapet de commande électromagnétique auquel peuvent être reliés des appareils de contrôle pour le contrôle automatique d'installations et au moyen duquel le fonctionnement de l'installation peut être arrêté. 9. Régulateur à entratnement hydraulique auxiliaire selon les revendications 1, 3, 4, 5 et 6, caractérisé en ce que l'introduction de la grandeur perturbatrice peut se faire en parallèle sur le réglage de la valeur de consigne, directement par le distributeur.