Brevet FR2484106A1 — publié le 19811211

La présente invention concerne le domaine de l'asservis- sement de dispositifs de manoeuvre de charges, ou autres, ou de dispositifs de distribution, et a pour objet un convertisseur courant-débit à réponse rapide destiné à cet effet. Actuellement, les problèmes d'asservissement, tant pneumatique qu'hydraulique, de dispositifs de manoeuvre, ou de dispositifs de distribution, sont rendus possibles par l'utili- sation de convertisseurs dans lesquels, à une grandeur d'entrée électrique.donnée doit correspondre une pression ou un débit proportionnel. Dans de tels convertisseurs courant-débit sont généralement utilisés deux paramètres, à savoir, la pression d'alimentation, et la section de passage. le débit d'air, ou l'interruption de ce débit, en direction du récepteur peuvent être réalisés, soit au moyen de vannes à fonctionnement analogi- que du type robinet, permettant une variation à l'infini du débit entre un maximum et un minimum, soit au moyen de vannes à fonc- tionnement logique du type électrovanne dont le débit est total ou nul suivant la position. li'utilisation de vannes motorisées permet une manoeuvre de charge, par exemple pour un déplacement, très précise, le- débit pouvant ttre réglé par étranglement au moyen d'un moteur électrique agissant par l'intermédiaire d'un réducteur sur la vanne. Cependant, ce mode d'asservissement présente un temps de réponse relativement long ayant pour conséquence une inertie im- portante, de sorte qfue les variations brutales, de débit sont pratiquement irréalisables. Il est également connu de réaliser un asservissement sensiblement analogique d'un dispositif de manoeuvre, ou de dis- tribution, à partir d'électrovannes, qui sont des distributeurs logiques. A cet effet, plusieurs électrovannes ayant des débits différents, donc des diamètres de passage différents, sont regrou- pées en un groupe de distribution permettant l'obtention de plusieurs débits variant avec la ou les électrovannes utilisées. Cependant, le nombre de vitesses de manoeuvre possibles est direc- tement fonction du nombre d'électrovannes employées, de sorte que pour une conversion relativement fine des débits, et donc des vitesses, le groupe de distribution devient relativement important, chaque électrovanne étant généralement suivie d'un étrangleur réglableo Pour la manoeuvre d'une charge sur un parcours linéaire, par exemple au moyen d'un vérin commandé par une électrovanne, l'interruption du déplacement du vérin, donc de son alimentation par l'électrovanne est commandée par un contact de fin de course actionné par la charge. Cependant, lorsque la charge agit sur le contact de fin de course, elle est douée d'une certaine vi- tesse et présente donc une certaine inertie due à sa masse, de sorte qu'elle dépasse sa position d'arrêt déterminée par ledit contact de fin de course. Il est donc nécessaire d'avancer le contact de fin de course- pour anticiper l'arrêt de la charge. Un tel règlage empirique donne de bons résultats en laboratoire, mais ne peut être utilisé dans la pratique du fait des fluctua- tions possibles de la masse de la charge, ou de la pression dta- limentation. Une manoeuvre avec arrêt précis est possible en utilisant au moins deux électrovannes pour chaque sens de dépla- cement, à savoir une grosse électrovanne pour les déplacements rapides d'approche, et une petite électrovanne ou une électro- vanne étranglée pour un arrêt précis à très petite vitesse. Cepen- dant, notamment dans le cas d'un déplacement en va-et-vient, le dispositif d'asservissement devient relativement encombrant, et le règlage des contacts de fin de course devient difficile. Il est possible d'obvier à cet inconvénient en remplaçant les contacts de fin de course par des capteurs analogiques de déplacement, qui donnent à tout moment une indication de position du mobile à déplacer sous forme d'une information électrique. La commande automatique des électrovannes est alors réalisée au moyen d'un amplificateur opérationnel différentiel, qui effectue la différence entre une information électrique de consigne corres- pondant à la position requise du mobile et une information élec- - trique provenant du capteur de position, correspondant à la posi- tion réelle instantanée du mobile. En présence d'un écart plus ou moins important entre les valeurs-de consigne et de position réel- le, la sortie de l'amplificateur commande, dans un sens de dépla- cement ou dans l'autre, l'une ou plusieurs des électrovannes con- cernées afin de manoeuvrer le vérin en vue d'une réduction dudit écart, cette manoeuvre s'effectuant automatiquement, même en pré- sence d'effets parasites extérieurs, Toutefois, ce mode d'asservissement entièrement électro- nique, en dehors du fait qu'il est relativement onéreux, ne permet pas d'obtenir un grand nombre de vitesses de manoeuvre, et occasionne ainsi un battement lors de la manoeuvre. lia présente invention a pour but de pallier les inconvé- nients des dispositifs d'asservissement connus. Elle a, en effet, pour objet un convertisseur courant- débit à réponse rapide, notamment pour l'asservissement de dis- positifs de manoeuvre de charges, ou autres, ou de dispositifs de distribution, caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par une ou plusieurs électrovannes de même type à fréquence de commutation rapide, commandées chacune par un organe de commande électronique, et raccordées par leur orifice d'entrée à un réservoir d'énergie, et par l'un.de leurs orifices de sortie à un organe de manoeuvre de charge, tel qu'un vérin, par un cap- teur de position relié mécaniquement à l'organe de manoeuvre, et dont la sortie est reliée à un comparateur dont l'autre entrée est connectée à un organe donneur de signal de consigne, ce com- parateur fournissant une tension qui est fonction directe de la différence entre valeur de consigne et valeur réelle, par un géné- rateur de dents de scie relié à un détecteur de seuil connecté sur la sortie du comparateur, et qui compare le signal issu du générateur de dents de scie avec celui issu du comparateur, et, dans le cas de plusieurs électrovannes, d'une part, par un circuit de déphasage pour chaque électrovanne supplémentaire, et, d'autre part, par un siège de créneaux à rapport cyclique. Conformément à une caractéristique de l'invention, l'élec- trovanne à fréquence de commutation rapide ne comporte pas de spire de Frager, ni de tube amagnétique étanche, et est pourvue d'un noyau allégé, l'enroulement de cette électrovanne étant sur- dimensionné et suralimenté, par une alimentation à découpage donnant des impulsions sensiblement carrées, par l'intermédiaire de l'organe de commande électronique affecté à ladite électrovanne. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné - à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: la figure 1 est un schéma par blocs d'un dispositif conforme à l'invention, et la figure 2 est un schéma explicatif du facteur de marche. Conformément à l'invention, et comme le montre, à titre d'exemple, la figure 1 des dessins annexés, le convertisseur courant-débit à réponse rapide pour l'asservissement de disposi- tifs de manoeuvre de charges, ou autres, est essentiellement constitué par des électrovannes 1 et 2 à fréquence de commutation rapide commandées respectivement par des organes de commande électroniques 3 et 4, par un réservoir d'énergie 5, tel qu'un réservoir à air comprimé, relié à l'orifice d'entrée des élec- trovannes 1 et 2, par un organe de manoeuvre de charge, tel qu'un vérin 6, relié à un orifice de sortie de chaque électrovanne 1 et 2, par un capteur de position 7 relié mécaniquement au vérin 6, par exemple à sa tige de piston, par un comparateur 8 relié, par ses entrées, respectivement à la sortie du capteur de position 7 et à la sortie dtun organe 9 donneur de signal de consigne, par un générateur de dents de scie 10 relié à un détecteur de seuil 11, dont l'autre entrée est reliée à la sortie du comparateur 8, par un circuit 12 de déphasage de l'électrovanne 2 et de son organe de commande 4, et par un siège C de créneaux à rapport cycliqueo Chaque électrovanne 1 et 2 est avantageusement dépourvue de la spire de Frager, et son noyau est allégé et ne coulisse pas dans un tube amagnétique étanche, qui constituerait un frein ma- gnétique, de sorte que ledit noyau peut 8tre déplacé plus rapide- ment et qu'il présente une inertie moindre. Le débit des électrovannes 1 et 2 peut 8tre varié par variation de leur facteur de marche, c'est-à-dire en les faisant fonctionner pendant un invervalle de temps déterminé, puis en les laissant au repos pendant un autre intervalle de temps. Ainsi, en réalisant un cycle marche-arrét de même durée, le facteur de marche est de 50 %, et le débit moyen de l'électrovanne est égal à 50 % du débit maximum. Jusqu'à présent cette variation possible du débit était cependant accompagnée de pulsationssensibles de l'organe de manoeuvre de charge, du fait que les temps de commu- tation étaient relativement longs. Les électrovannes 1 et 2 selon l'invention permettent de pallier cet inconvénient du fait qu'elles présentent une fréquence de commutation élevée, de l'or- dre de 100 Hz, et que leur enroulement, qui est surdimensionné, - est suralimenté, en transitoire, par l'tintermédiaire des organes de commande électroniques 3 et 4, par une alimentation à décou- page donnant des impulsions sensiblement carrées, donc un front de montée rapide favorisant un mouvement rapide du noyau. En effet, il est nécessaire d'alimenter les électro- vannes 1 et 2 au moyen d'une alimentation à découpage délivrant des impulsions sensiblement carrées, de manière à favoriser la croissance rapide du courant, donc du champ magnétique, au sein de ces électrovannes, sans provoquer trop de pertes fer. En outre, du fait de l'augmentation de la fréquence, la cadence de commutation augmente, et les vibrations peu sensibles qui subsistent sont annihilées du fait de l'inertie du vérin, En fonctionnement avec une électrovanne 3 voies- 2 positions, pour un facteur de marche voisin de 50 %, et une fréquence élevée, le vérin et la charge restent stationnaires. Si le facteur de marche augmente, le vérin sort à une vitesse qui s'accroit avec le fac- teur de marche, tandis que si ce dernier diminue en dessous dé %, le vérin sous charge rentre à une vitesse qui s'accroit en correspondance avec la diminution dudit facteur de marche. La figure 2 représente un cycle de fonctionnement d'une électrovanne. En considérant qu'un tel cycle s'étende sur 0,02 seconde, et que dans ce cycle l'électrovanne travaille à pleine puissance pendant 0,01 seconde, c'est-à-dire pendant la moitié du cycle, et soit au repos pendant l'autre moitié, le débit moyen de l'électrovanne sur le cycle sera de 50 %, lt'électrovanne présentera donc un facteur de marche de 50 %. Bien entendu, les explications ci-dessus ne tiennent pas compte des diverses pertes mécaniques, le facteur de marche pouvant légèrement varier autour de la valeur prédéterminées Ce facteur de marche est règlé à partir de la valeur de consigne issue de l'organe 9 et de la valeur de position issue du capteur 7 par le comparateur 8, et la fréquence de fonctionne- ment des électrovannes 1 et 2 est donnée par le générateur de dents de scie 10 préalablement ajusté. 2 2484106 les pulsations ou vibrations résiduelles subsistantes peuvent être éliminées, conformément à l'invention, par la pré- vision de plusieurs électrovannes montées en parallèle, dont les entrées et les sorties sont reliées ensemble, mais dont les orga- nés de commande électroniques 3 et 4 présentent un décalage à - l'alimentation égal à --, n représentant le nombre d'électro- n vannes utilisées, et ce décalage est obtenu grâce à un circuit de déphasage 12 équipant chaque électrovanne supplémentaire. Conformément à une caractéristique de l'invention,..dans le cas de l'asservissement de dispositifs de manoeuvre, la ou les électrovannes utilisées sont du type 3 voies - 2 positions, chacune de ces électrovannes pouvant être remplacée par un montage équivalent de deux électrovannes du type 2 voies - 2 positions, l'une étant normalement ouverte et l'autre normalement fermée. Selon une autre caractéristique de l'invention, dans le cas de l'asservissement de dispositifs de distribution, la ou les électrovannes utilisées sont du type 2 voies - 2 positions. Le fonctionnement du dispositif représenté aux dessins annexés s'effectue de la manière suivante: Lors de la-mise en marche du dispositif, le capteur 7 déli- vre une valeur de position réelle qui est transmise au compara- teur 8, qui fournit une tension, qui est fonction directe de la différence entre une valeur dé consigne donnée par l'organe 9 et la valeur de position. Cette tension est comparée dans le dé- tecteur de seuil 11 avec les dents de scie fournies par le géné- rateur 10, et le signal de sortie du détecteur 11 est transmis, comme signal de commande, à l'organe 3 de commande de l'électro- vanne 1, et, après passage par le circuit de déphasage 12, à l'or- gane 4 de commande de l'électrovanne 2, le point C étant le siège de créneaux à rapport cyclique issus du détecteur 11. Conformément à une caractéristique de l'invention, il est également possible de réduire les pulsations ou vibrations, sans augmenter la fréquence d'alimentation des électrovannes, en multi- pliant celles-ci par n. et si le débit doit rester constant, en 35.réduisant leur diamètre de passage par \n. - Il est également possible, selon une autre caractéristique de l'invention, de réaliser une conversion courant-gros débit en 2 2484106 reliant un vérin, commandé par la ou les électrovannes du con- vertisseur, au tiroir de commande d'un gros distributeur. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser un con- vertisseur courant-débit à réponse très rapide, permettant l'as- servissement très précis de dispositifs de manoeuvre de charges, ou autres, tels que, notamment des boîtes de vitesse semi- automatiques de tracteurs routiers, et dont les vannes sont très simples et peuvent être facilement remplacées en cas de défaut. En outre, le dispositif présente une grande souplesse de fonc- tionnement, et une variation rapide du facteur de marche entre 0 et 100 % est facilement réalisable, en particulier grâce aux électrovannes à noyau allégé. Enfin, le dispositif conforme à l'invention est très fiable, les vannes fonctionnant très bien dans une plage de température s'étendant de - 202 C à + 80 a, et les circuits électroniques, qui sont relativement simples, pouvant être déplacés pour leur protection, En outre, grâce aux électrovannes conformes à l'invention, et à la variation du facteur de marcher il est possible de réali- ser l'asservissement de dispositifs de distribution, par exemple de liquides ou de gaz, notamment dans le domaine de la chimie, en vue de la réalisation de mélanges de fluides, ou autres, avec un grand degré de précision, le capteur de position étant alors rem- placé, par exemple, par un débitmètre. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté au dessin annexé. Des modifica- tions restent possibles, notamment du point de vue de la constitu- tion des divers éléments, ou par substitution d'équivalents techni- ques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'inven- tion. -REVENDICATIONS- 1. Convertisseur courant-débit à réponse rapide, notam- ment pour l'asservissement de dispositifs de manoeuvre de charges, ou autres, ou de dispositifs de distribution, caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par une ou plusieurs élec- trovannes (1, 2) à fréquence de commutation rapide, commandées chacune par un organe de commande électronique (3, 4) et raccor- dées par leur orifice d'entrée à un réservoir d'énergie (5), et par l'un de leurs orifices de sortie à un organe de manoeuvre de charge, tel qu'un vérin (6), par un capteur de position (7) relié mécaniquement à l'organe de manoeuvre (6), et dont la sortie est reliée à un comparateur (8) dont l'autre entrée est connectée à un organe (9) donneur de signal de consigne, ce comparateur (8) fournissant une tension qui est fonction directe de la différence entre valeur de consigne et valeur réelle, par un générateur de dents de scie (10) relié-à un détecteur de seuil (11) connecté sur la sortie du comparateur (8), et qui compare le signal issu du générateur de dents de scie (10) avec celui issu du comparateur (8), et, dans le cas de plusieurs électrovannes, d'une part, par un circuit de déphasage (12) pour chaque électrovanne supplémen- taire (2), et, d'autre part, par un siège (C) de créneaux à rapport cyclique 2. Convertisseur, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque électrovanne (1, 2) à fréquence de commutation rapide ne comporte pas de spire de Frager, ni de tube magnétique étanche, et est pourvue d'un noyau allégé, et son enroulement est surdimensionné et est suralimenté par une alimentation à découpage donnant des impulsions sensiblement carrées, par l'intermédiaire de l'organe de commande électronique (3, 4) affecté à ladite élec- trovanneo 3. Convertisseur, suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que chaque électrovanne présente une fréquence de commutation de l'ordre de 100 Hz. 4. Convertisseur, suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que, dans le cas d'utilisation de plusieurs électrovannes (1, 2), les organes de commande électro- niques (3, 4) affectés à ces dernières présentent un décalage à l'alimentation égal à 2_ n représentant le nombre d'électro- vannes utilisées n 5. Convertisseur, suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que, dans le cas d'utilisation de plusieurs électrovannes, leurs pulsations ou vibrations peu- vent être réduites, sans augmentation de la fréquence d'alimen- tation, en multipliant les électrovannes par n, et si le débit doit rester constant, en réduisant leur diamètre de passage par /n, n étant égal au nombre d'électrovannes utilisées. 6. Convertisseur, suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que, dans le cas de l'asservis- sement de dispositifs de manoeuvres, la ou les électrovannes (1-2) utilisées sont du type 3 voies - 2 positions, chacune de ces électrovannes pouvant être remplacée par un montage équiva- lent de deux électrovannes du type 2 voies - 2 positions, l'une étant normalement ouverte et l'autre normalement ferméeo 7. Convertisseur, suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que, dans le cas de l'asservisse- ment de dispositifs de distribution, la ou les électrovannes utilisées sont du type 2 voies - 2 positions. 8. Convertisseur, suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que, pour la conversion courant- gros débit, un vérin commandé par une ou plusieurs électrovannes est relié au tiroir de commande d'un gros distributeur0