Brevet FR2477736A1 — publié le 19810911

La présente invention concerne un dispositif d'asservissement d'un organe mobile pour réguler une grandeur variable suivant la position de l'organe mobile. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif du type comportant un circuit de commande recevant une information de mesure et une information de consigne relatives à ladite grandeur et délivrant un signal de commande fonction de l'écart entre ces informations à un moteur entraînant l'organe mobile. Un domaine particulier, mais non limitatif, d'application de l'invention est celui des installations de climatisation, notamment pour véhicules automobiles, dans lesquelles la température à réguler est variable en fonction de la position d'un volet placé dans le circuit d'air de climatisation. Une installation connue de ce type comprend des volets de répartition et d'orientation de l'air de climatisation dont le positionnement est assuré par un arbre à cames solidaire du rotor d'un servo-moteur. La régulation du rotor est réalisée par une boucle de ré- gulation recevant un signal fonction de l'écart entre mesure et consigne et un signal fonction de la position angulaire de l'arbre du servo-moteur. Un de ces signaux est aussi utilisé pour commander la vitesse d'un moteur entraînant un ventilateur assurant la circulation de l'air de climatisation. Une telle installation est relativement complexe et, surtout, a un prix de revient assez élevé. Aussi, par rapport à cet état de la technique, le but visé par l'invention est de fournir un dispositif d'asservissement dont le coût soit aussi faible que possible tout en conservant un fonctionnement aussi satisfaisant que possible. Ce but est atteint avec un dispositif du type défini en tête de la présente description, dispositif dans lequel, conformément à l'invention, le signal de commande est formé de cycles successifs de période fixe déterminée au cours desquels ce signal est dans un premier et dans un second état pendant respectivement une première et une seconde durée qui different l1une de l'autre d'une quantité proportionnelle à l'écart entre informations de mesure et de consigne,dans la limite de ladite période, et le moteur est entraîné dans un sens ou dans l'autre selon-que le signal de commande est dans le premier ou le second état. Le dispositif d'asservissement conforme à l'invention est donc essentiellement caractérisé par le fait qu'il s'agit d'un dispositif simple à action proportionnelle puisque le déplacement moyen de l'organe mobile est proportionnel à l'écart entre valeurs de mesure et consigne. Lorsque cet écart est nul, le moteur est, au cours de chaque période du signal de commande, déplacé à la même vitesse et pendant la même durée suc cessivement dans un sens et dans l'autre ; son déplacement moyen est donc alors nul. Une caractéristique du dispositif d'asservissement conforme à l'invention consiste dans le fait que le moteur est en permanence en mouvement dans un sens ou dans l'autre. Ceci ne constitue pas un inconvénient inacceptable dans la mesure où le changement de sens de rotation se fait à un rythme relativement peu élevé, par exemple si la fréquence du signal de commande ne dépasse pas quelques Hz, voire 10 ou même 20 Hz. D'autres particularités et avantages du dispositif conforme à l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après à titre indicatif mais non limitatif en référence aux dessins annexés qui illustrent - figure 1 : une vue très schématique d'une installation de climatisation utilisant un dispositif d'asservissement conforme à l'invention, - figure 2 : une vue plus détaillée du circuit électronique du dispositif d'asservissement de la figure 1, et - figure 3 : des courbes illustrant les formes d'onde de signaux en différents points du circuit représenté sur la figure 2. L'installation illustrée par la figure 1 est destinée par exemple à la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile. L'air de climatisation est amené dans l'habitacle par une conduite 10 à laquelle sont raccordées une conduite 11 d'alimentation en air frais exterieur et une conduite 12 d'alimentation en air réchauffé par les calories produites par le moteur du véhicule. Un volet de mixage 13 est monté au niveau du raccord entre les conduites 10, 11 et 12. La position angulaire du volet 13 définit les sections de passage entre les conduites 11 et 10 d'une part et entre les conduites 12 et 10, d'autre part. La température de l'air de climatisation est donc fonction de la position du volet 13. Le volet 13 est monté directement sur l'arbre de sortie d'un moteur à courant continu 14 commandé par un circuit 15. Le circuit de commande 15 reçoit des signaux Vc et Vm représentatifs des températures respectivement de consigne et mesurée e sortie du groupe de chauffage de l'habitacle, et produit un signal de commande Vs aux bornes du moteur 14. Le signal Vc est une tension continue dont l'amplitude est fonction de la température désirée dans le groupe de chauffage et qui est produite par exemple par réglage d'un potentiomètre effectué manuellement par l'utilisateur. Le signal Vm est une tension continue dont l'amplitude est fonction de la température réelle dans le groupe de chauffage et qui est produite par un capteur de température par exemple du type à thermistance. Le circuit 15 (figure 2) comporte un amplificateur opérationnel 16 recevant les signaux Vm et Vc respectivement sur ses entrées inverseuse et non inverseuse et par l'intermédiaire de résistances R1 et R3. La sortie de l'amplificateur 16 est rebouclée sur son entrée inverseuse par l'intermédiaire d'une résistance R2 tandis qu'une tension de référence Vr est appliquée sur l'entrée non inverseuse à travers une résistance R4. En conférant aux résistances R1 à R4 des valeurs telles que R2/R1 = R4/R3 = G, on obtient en sortie de l'amplificateur 16 un signal Va dont l'amplitude est une fonction linéaire de l'écart entre valeur de consigne et valeur mesurée puisque Va = Vr + G (Vc - Vm) Un générateur 17 produit un signal Vb en dents de scie dont l'amplitude varie entre deux valeurs extrêmes Vbl et Vb2 et dont la valeur moyenne est égale à Vr: Vbl + Vb2 = 2 Vr. Les tensions Va et Vb sont comparées au moyen d'un comparateur 18 qui produit un signal Vd positif lorsque Vb > Va et nul si VbVa. Les formes d'ondes des signaux Vb et Vd sont illustrées sur la figure 3 successivement pour Vc = > Vm, Vc = Vm, Vc ( Vm. On constate que le signal Vd se présente sous forme d'impulsions rectangulaires Id de fréquence fixe Fb égale à celle du signal Vb et de rapport cyclique Rc invariable suivant les valeurs respectives de Vc et Vm. Dans l'exemple illustré, le rapport cyclique Rc , c'est à-dire le quotient entre durée Td et période Tb des impulsions Id, est inférieur, égal ou supérieur,à 50 % selon que Vc est supérieur, égal ou inférieur à Vm. Le signal Vd est utilisé pour appliquer entre la première et la deuxième borne du moteur une différence de potentiel Vs (fig. 2 et 3) ayant la valeur +V pendant la durée Td des impulsions Id et la valeur opposée -V pendant la durée T - Td des intervalles entre impulsions ï. Le moteur 14 tourne alors à la même vitesse alternativement dans un sens et dans l'autre au cours de cycles successifs de période Ta. Si Vc = Vm, le moteur 14 tourne pendant des durées égales dans un sens et dans l'autre et la position moyenne du volet 13 est inchangée. Par contre si Vc > Vm ou si Vc ( Vm, le moteur tourne plus dans un sens que dans l'autre et la position angulaire moyenne du volet 13 varie pour modifier les quantités respectives d'air frais et d'air chaud dans l'air de climatisation en vue de rétablir l'équilibre entre Vc et Vm. On notera que la différence entre les durées Td et Tb - Td est proportionnelle à l'écart entre Vc et Vm dans la limite de la période Tb. En effet, si Va est supérieure à Vb2 ou inférieure à Vbl, le signal Vd est positif ou nul en permanence et le moteur tourne continuellement dans un sens ou dans l'autre jusqu'à ce que la tension Va revienne dans la plage définie par Vbl et Vb2. Un mode particulier de réalisation du circuit permettant d'élaborer le signal Vs est illustré sur la figure 2. Un comparateur 19 reçoit les tensions Va et Vb pour élaborer le signal ?d positif si Va > Vb et nul Si Va C Vb. Le signal Vd est le complémentaire de celui fourni par le comparateur 18. Les signaux Vd et Vd sont appliqués aux en-. trées d'un circuit 20 de type bascule bistable. Les signaux Vd et Vd sont reçus sur les bases de deux mêmes transistors T1, T2 de type NPN dont les émetteurs sont reliés à la masse (potentiel nul) par deux mêmes résistances respectives R1, R2 et dont les collecteurs sont reliés à une borne de potentiel +V par deux circuits série identiques formés de résistances respectivement Rll-R12 et R21-R22. Deux résistances identiques R3, R4 sont connectées aux bornes du moteur. La résistance R3 est reliée à la borne +V par la liaison collecteur-émetteur d'un transistor Tll de type PNP et à la masse par la liaison collecteur-émetteur d'un transistor T22 de type NPN. La résistance R4 est reliée à la borne +V par la liaison collecteur-émetteur d'un transistor T21 de type PNP semblable au transistor Tll et à la masse par la liaison collecteur-émetteur d'un transistor 112 de type NPN semblable au transistor T22. Les bases des transistors Tll et T21 sont reliées aux points communs entre les résistances R11, R12 et-R21, R22 tandis que les bases des transistors T12 et T22 sont reliées aux émetteurs des transistors T1 et T2. Des diodes semblables Dll, DS2, D21, D22 sont branchées en parallèle sur les trajets respectifs émetteur-collecteur des transistors Tll, T12, T21 et T22. Le fonctionnement du circuit symétrique 20 décrit ci-dessus est 1d suivant. Les transistors Til et T12 font fonction d'interrupteurs branchés respectivement entre une première borne du moteur et la borne +V et la seconde borne du moteur et la masse. Inversement, les transistors T21 et T22 font fonction d'interrupteurs branches respectivement entre la seconde borne du'moteur et la borne +V et entre la première borne du moteur et la masse. Le blocage ou le déblocage des deux transistors Tell, T12 e s t c o m m a n d é suivant que le transistor T1 est bloqué ou non, c 'est-a-dire suivant que la tension Vd eSt à un niveau positif ou nul. De la même façon, le blocage ou le déblocage des deux transistors T21, T22 est commandé suivant que le transistor T2 est bloqué ou non, c'est-à-dire suivant que la tension Vd est à un niveau positif ou nul. I1 s'ensuit que le potentiel +V est appliqué entre la première et la seconde borne ou entre la seconde et la première borne du moteur 13 selon que la tension Vd ou la tension Vd est positive, c'est-a-dire selon que la tension Vd est positive ou nulle. Le dispositif d'asservissement décrit ci dessus permet de réaliser, avec un minùnuui de csants électroniques et mécaniques un asservissement à action proportionnelle puisque la différence entre les durées pendant lesquelles le moteur est alimenté pour tourner dans un sens et dans l'autre est proportionnelle à l'écart entre les valeurs de consigne et de mesure. Comme indiqué plus haut, la fréquence Fb est choisie relativement basse pour ne pas nuire à la durée de vie du moteur. Toutefois, cette fréquence ne doit pas être trop faible pour éviter que les battements du volet de mixage se traduisent par des variations sensibles de la température de l'air de climatisation. Une fréquence de quelques Hz convient parfaitement. Dans le cas envisagé de la climatisation d'un habitacle de véhicule automobile, la température engendrée par le groupe de chauffage peut varier brusquement (par suite, par exemple, d'un changement du régime du moteur tel qu'accélération ou décélération ou des conditions de roulage telles que montées ou descentes prolongées) du fait de la quasiinexistence d'inertie thermique. Ces variations influencent bien sûr le fonctionnement de l'asservissement mais n entraînent pas d'inconvénientparticulier dans la mesure où le moteur est de toute façon en permanence entraîné en rotation. I1 n'en serait 8videmment pas de même dans le cas d'asservissement de position classique Bien entendu, diverses modlfications ou adjonctions pourront être apportées au mode de réalisation décrit ci-avant d'un dispositif d'asservissement conforme à l'invention sans pour cela sortir du cadre de protection défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'asservissement d'un organe mobile pour réguler une grandeur variable suivant la position de l'organe mobile, dispositif comportant un circuit de commande recevant une information de mesure et une information de consigne relatives à ladite grandeur et délivrant un signal de commande fonction de l'écart entre ces informations à un moteur entraînant l'organe mobile, caractérisé en ce que le signal de commande est formé de cycles successifs de période fixe déterminée au cours desquels ce signal est dans un premier et dans un second état pendant respectivement une première et une seconde durée qui diffèrent l'une de l'autre d'une quantité proportionnelle à l'écart entre informations de mesure et de consigne, dans la limite de ladite période, et le moteur est entraîné dans un sens ou dans l'autre selon que le signal de commande est dans le premier ou le second état. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande comprend un circuit pour élaborer un premier signal dont l'amplitude est une fonction linéaire de l'écart entre informations de mesure et de consigne, un générateur pour élaborer un second signal ayant une forme d'onde en dents de scie et dont la valeur moyenne est égale à la valeur du premier signal lorsque ledit écart est nul et un circuit comparateur produisant un signal ayant un premier état ou un second état selon que ledit second signal est supérieur ou non audit premier. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit de commande comporte deux premiers circuits interrupteurs branchés respectivement entre une première borne du moteur et une première borne d'alimentation et entre une seconde borne du moteur et une seconde borne d'alimen tation, deux seconds circuits interrupteurs branchés respectivement entre la première borne du moteur et la seconde borne d'alimentation et entre la seconde borne du moteur et la première borne d'alimentation, et des moyens pour commander soit la fermeture des premiers circuits interrupteurs, soit la fermeture des seconds circuits interrupteurs pour alimenter le moteur soit sous une tension égale à la différence de potentiel entre la première et la seconde borne d'alimentation, soit sous la tension opposée. 4. Installation de climatisation d'un véhicule automobile, installation comportant un organe mobile pour faire varier les sections de passage respectives d'air frais et d'air chaud dont le mélange constitue l'air de climatisation, caractérisée en ce que l'organe mobile est asservi au moyen d'un dispositif se lon l'une des revendications précédentes.