Brevet FR2406246A1 — publié le 19790511

La présente invention concerne les procédés et dispositifs de regulation de pression dans un habitacle situé dans un espace où règne une pression variable. Elle trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, constitué par la régulation de pression dans une cabine ou une soute d'aéronef. Les avions de transport-de passagers doivent évidemment etre munis d'un dispositif de régulation de la pression dans la cabine, permettant de soustraire les passagers aux variations importantes de. la pression ambiante. I1 faut tout à la fois éviter de soumettre les passagers a une pression trop faible et à une vitesse de variation de la pression trop élevée. Dans la pratique, les dispositifs doivent être conçus pour répondre à des lois de variation type'qui peuvent dépendre du plan de vol (et qui sont alors affichées par le pilote avant le décollage) et, dans certains cas, de la pression externe. I1 existe de;à de nombreux dispositifs de régulation de pression destinés à atteindre ce resultat. Ces dispositifs comportent une ou plusieurs vannes d'admission ou d'échappement d'air dans l'habitacle. On connait des dispositifs dont la vanne ou chaque vanne est commandée par des circuits pneumatiques, par un distributeur pneumatique piloté par un moteur électrique attaque par des circuits electroniques, ou par un moteur éec- trique commandé par des circuits électroniques. Dans la plupart des cas, la vanne ou les vannes sont placées dans l'échappement d'air de l'atmosphère et la cabine est alimentée en permanence en air comprimé a pression variable provenant du compresseur des moteurs de propulsion. Dans les systèmes entièrement électriques existants, la vanne est actionnée soit par un moteur a courant continu, soit par un moteur à courant alternatif diphasé pilote par un circuit électronique qui élabore le signal de commande à partir de l'erreur entre la pression dans la cabine et/ou sa vitesse de variation et la pression et/ou la vitesse de variation de cette pression à maintenir dans l'enceinte. I1 est évidemment nécessaire de disposer alors d'une information sur la position de la soupape et d'une information sur sa vitesse. Ce qui implique la présence d'organes capteurs sur chaque soupape. Ces dispositifs présentent de nombreux inconvénients. Les moteurs continus ou alternatifs utilisés ont des vitesses de rotation élevées, ce qui implique la présence d'un réducteur de rapport élevé qui augmente l'inertie, les retards a la commande, les jeux au renversement, et diminue la stabilité des performances. Etant donné que le signal de commande est généralement élabore en courant continu pour faciliter le traitement du signal, l'emploi d'un moteur alternatif pour commander la vanne necessiteune transformation courant continu/courant alternatif puis une démodulation en phase et en amplitude d'un signal tachymetrique pour retrouver une information sur la vitesse de rotation en courant continu, ce qui complique les circuits, diminue leur fiabilite et dégrade l'information.Si on essaie d'écarter ce problème en utilisant un moteur a courant continu, on se heurte à une autre difficulté : la durée de vie d'un tel moteur est limitée en raison de l'usure des balais. Enfin, un dernier inconvénient, lorsque le dispositif comporte plusieurs vannes, réside dans les difficultes d'équilibrer toutes les vannes, le coefficient de proportionnalite des capteurs de position pouvant varier d'une vanne à l'autre. La présente invention vise à fournir un procédé et un dispositif de régulation de pression à commande entièrement electrique ne présentant pas l'inconvénient des systèmes cidessus définis. Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé de regulation de la pression absolue qui regne dans un habitacle alimente en permanence en gaz, notamment respirable, situe dans un espace où règne une pression variable et relié à cet espace par une vanne d'echappement réglable, et/ou de la vitesse de variation de cette pression, suivant lequel on mesure la pression qui règne dans ledit habitacle a l'aide d'un capteur fournissant un signal électrique représentatif de la pression que l'on applique a un circuit de traitement, caractérisé en ce que le signal est traité pour fournir des impulsions de courant continu qui sont appliquées a un moteur pas a pas de commande de la vanne, de sorte que les mouvements et la vitesse de la vanne dependent uniquement du nombre et de la fréquence des impulsions. On sait qu'un moteur pas à pas, qui sera nécessairement au moins triphasé, est déplacé par pas angulaires egaux, fixes dans l'un ou l'autre des sens de rotation, lorsque ces enroulements statiques reçoivent des impulsions de courant d'amplitude déterminée. Une logique de commutation associée au moteur permet de déterminer le sens de rotation de celui-ci par échelonnement convenable des impulsions. Aussi longtemps que le couple resistant applique au moteur ne dépasse pas une valeur limite, le nombre de pas élémentaires d'avance du moteur et la vitesse de celui-ci sont determines uniquement par le nombre d'impulsions appliquées et par la fréquence de ces impulsions, respectivement. Les avantages ainsi obtenus apparaissent immediatement le réducteur peut être écarté ou du moins simplifié, car les vitesses de rotation du moteur pas à pas peuvent être faibles. Il n'existe plus de seuil de démarrage. La commande est linéaire. La réponse instantanée du moteur élimine les retards à la commande, ce qui permet d'éviter la présence de circuits de compensation de ce retard. I1 n'est plus nécessaire d'avoir un ou des capteurs de position et/ou de vitesse de la vanne. La vanne peut être mise en place de façon très précise. L'absence de balais se traduit par une grande longévité du moteur. Si plusieurs soupapes sont utilisées, leur équilibrage s'effectue automatiquement car, pour une impulsion de commande, les différents moteurs pas à pas d'un même type avancent de façon synchrone d'un pas angulaire identique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un dispositif qui en constitue un mode particulier de realisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique du dispositif, destiné à régler la pression qui règne dans une cabine d'avion par action sur une vanne d'échappement, - la figure 2 est un schéma du convertisseur tension/ fréquence et du modulateur du dispositif de la figure 1, - les figures 3a, 3b et 3c montrent trois modes possibles de commande du moteur de vanne du dispositif de la figure 1. On supposera dans ce qui suit que le dispositif est destiné a régler la pression qui règne dans la cabine 10 d'un avion qui comporte une alimentation Il d'air en provenance du compresseur d'un turboréacteur et un échappement 12 muni d'une vanne 13 réglable. Le dispositif comporte un capteur 14 fournissant un signal électrique fonction de la pression dans la cabine à un circuit 15 d'élaboration d'un signal d'erreur. Ce signal d'erreur pourra être fonction de la pression seule, de la pression et de sa vitesse de variation, et être linéaire ou, en général, plus complexe. En particulier, le circuit 15 pourra comporter un réseau PID destiné à assurer la stabilite. La vanne d'echappement 13 est commandée par un moteur pas a pas 17 qui sera au moins triphasé, en général triphasé ou tétraphasé. I1 sera souvent avantageux d'utiliser une régulation de pression par asservissement de vitesse d'ouverture ou de fermeture de la vanne 13, ce qui signifie que l'on donnera a la vanne 13 une vitesse de déplacement d'autant plus importante que l'erreur sera grande et qui s' annulera lorsque l'erreur est nulle. Ce type de commande impose de transformer la tension d'erreur en un signal de commande a fréquence fonction directe de l'erreur. Dans ce but, le dispositif de la figure 1 comporte un convertisseur tension-fréquence 16 attaque par le circuit 15 qui génère les impulsions a une fréquence proportionnelle à la tension d'erreur sur l'une de deux sorties correspondant a des erreurs de sens opposé. Le convertisseur 16 attaque un modulateur 18 qui commande à son tour le moteur pas à pas 17. I1 est nécessaire de laisser subsister une possibilité de commande manuelle de la vanne. Dans ce hut, le dispositif de la figure 1 comporte un oscillateur à commande manuelle 19 et un modulateur 20 permettant également d'attaquer le moteur 17. Dans le mode de réalisation illustré en Fig. 2, le convertisseur tension-fréquence 16 comporte un integrateur d'entrée 21 qui, en reponse a un signal d'entrée continu, fournit une rampe de pente proportionnelle à la tension d'entrée qui est appliquée a l'entrée de deux comparateurs 22 et 23 munis d'entrées 24 d'affi chage d'un seuil. Lorsque la tension variable fournie par l'inté- grateur 21 arrive au seuil, dans un sens ou dans l'autre, le comparateur correspondant bascule et fournit sur sa sortie un créneau en même temps qu'il remet a zero I'intégrateur 21. On réalise ainsi un système qui fournit les impulsions à une fréquence proportionnelle à la tension d'erreur.Pour éviter d'appliquer des impulsions de comman -de lorsque la vanne est en fin de course soit dans le sens de l'ouverture, soit dans le sens de la fermeture, chacun des comparateurs n'attaque le modulateur 18 que par l'intermédiaire d'une porte ET 25 dont l'autre entrée n'est plus alimentée dès fin de course dans le sens de l'ouverture ou de la fermeture, suivant le cas. Le modulateur 18 montré en figure 2 comporte un compteur en anneau 26 dont le râle est de distribuer, alternativement et selon un ordre déterminé, les impulsions d'entrée sur trois sorties 27, 28 et 29 correspondant aux trois enroulements du moteur 17, que l'on supposera triphasé. Il va sans dire que, si le moteur était tetraphasé, le compteur en anneau devrait être modifié en conséquence. Sur chaque sortie du modulateur est interposé un circuit de puissance 30 destiné à porter les impulsions au niveau nécessaire et un circuit d'anti-résonance 31 dont le râle est d'écarter l'inconvénient de certains moteurs pas à pas, qui ont un comportement aléatoire lorsqu'ils sont attaqués par des impulsions à une fréquence particulière, dite de résonance. Les circuits de puissance 30 peuvent être de constitution classique et comporter essentiellement un amplificateur à transistors. Le râle et le fonctionnement du circuit antirésonance seront maintenant décrits en faisant référence aux figures 3a, 3b et 3c. Les lignes 27, 28 et 29 de la figure 3a montrent l'échelonnement dans le temps des signaux fournis par les sorties 27, 28 et 29 du compteur en anneau 26. Chacune des sorties fournit des signaux dont le rapport cyclique est de un tiers et qui se placent pendant les intervalles de temps ou aucune des deux autres sorties n'est alimentée. Comme on l'a vu plus haut, a la frequence de rgsonance'du moteur 17, un tel type de commande risque de ne pas donner des résultats satisfaisants. Pour écarter ce risque, il est nécessaire de prévoir un certain recouvrement des impu-lsions appliquées aux différents enroulements statoriques. Dans le mode de réalisation illustré en figure 3b, chacun des circuits antirêsonance est prévu pour allonger légèrement la durée de l'impulsion fournie par le compteur en anneau sur la sortie correspondante. Le risque de comportement aleatoire du moteur 17 peut être écarté avec une duree d'allongement dt largement inférieure a la longueur t des impulsions. Cet allongement peut être obtenu à l'aide de circuits antirésonance comportant essentiellement chacun un réseau RC. Dans le mode de réalisation dont le fonctionnement est illustré en figure 3c, deux des phases sont alimentées en même temps. Cette solution permet d'atteindre le même résultat que la précédente, au prix d'une consommation électrique un peu plus élevée. D'autres variantes encore sont possibles. On peut par exemple commander le moteur 17 avec, alternativement, une phase et deux phases alimentées, suivant un mode qu'on peut qualifier de trois phases, six temps. L'invention ne se limite evidemment pas au mode particulier de réalisation qui a eté représenté et décrit'a titre d'exemple. Elle s'applique quelle que soit la loi de variation de pression ou de vitesse de pression à réaliser. Elle est utilisable qu'il y ait une ou plusieurs vannes 13 et que celles-ci soient placées sur l'admission ou sur l'échappement. Le circuit d'élaboration du signal d'erreur peut etre d'un type quelconque, à condition qu'il fournisse un signal continu dont l'amplitude est repré-sentative de celle de l'erreur et qu'il fournisse une indication sur le signe de l'erreur. REVENDICATIONS 1. Procéde de régulation de la pression absolue qui règne dans un habitacle alimenté en permanence en gaz, situé dans un espace ou règne une pression variable et relié à cet espace par une vanne d'échappement réglable et/ou de la vitesse de variatipn de cette pression, suivant lequel on mesure la pression qui règne dans ledit habitacle à l'aide d'un capteur fournissant un signal électrique représentatif de la pression que l'on applique à un circuit de traitement, caractérise en ce que le signal est traité pour fournir des impulsions de courant continu qui sont appliquées à un moteur pas à pas de commande de la vanne, de sorte que les mouvements et la vitesse de la vanne dépendent uniquement du nombre et de la fréquence des impulsions. 2. Dispositif de régulation de la pression absolue qui règne dans un habitacle situé dans un espace ou règne une pression variable, muni de moyens d'alimentation permanente en gaz, et d'au moins une vanne d'echappement audit espace, et/ou de la vitesse de variation de cette pression absolue, dispositif comprenant des moyens capteurs sensibles à la pression absolue qui règne dans l'habitacle et fournissant un signal électrique représentatif de cette pression à un circuit de traitement du signal et de commande de la vanne ou des vannes, caracterisé en ce que la vanne ou chaque vanne est munie d'un moteur pas à pas alimenté par ledit circuit de traitement et de commande en impulsions de courant continu, les mouvements et la vitesse d'ouverture ou de fermeture de la vanne ou de chaque vanne étant déterminés respectivement par le nombre et la fréquence des impulsions de courant continu émises par le circuit. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisée en ce qu'il comporte plusieurs ensembles identiques constitués chacun d'une vanne d'échappement et d'un moteur. 4. Dispositif suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que, l'habitacle étant constitué par la cabine d'un avion, il est alimenté à pression variable par de l'air prélevé sur le compresseur d'au moins un moteur propulsion de l'avion. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le circuit de traitement et de commande en impulsions comporte un circuit d'élaboration d'un signal d'erreur dont l'amplitude est représentative de celle de l'erreur, un convertisseur tension/fréquence et un modulateur d'alimentation du moteur. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le convertisseur tension/frequence comporte un intégrateur attaquant deux comparateurs symetriques dont la sortie attaque une entrée de remise â zéro de l'intégrateur. 7. Dispositif suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le modulateur comporte un compteur en anneau présentant un nombre de sorties égal à celui du nombre de phases du moteur et attaquant les enroulements statoriques du moteur par l'intermédiaire de circuits de puissance. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que chaque amplificateur de puissance est précédé d'un circuit antirésonance. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le moteur pas à pas est triphasé ou tetraphasé.