Brevet FR2494785A1 — publié le 19820528

La présente invention concerne une commande électro-hydraulique à servo-valve dans laquelle la charge subit des efforts extérieurs, ou des perturbations extérieures, causant une variation de la grandeur de sortie de l'asservissement sans pour autant qu'il y ait une variation de la valeur de consigne.Elle concerne également un asservissement comprenant une telle commande. On rappellera, dans son principe qu'un asservissement appelé aussi servo-mécanisme ou système asservi, définit un système de commande dont le but est de mesurer la valeur de la grandeur de sortie, de comparer cette valeur à la valeur dite de consigne ou valeur souhaitée et d'agir sur la commande pour annuler la différence pouvant exister entre la valeur souhaitée et la valeur obtenue. La définition précédente s'applique aussi bien à la régulation qui a pour but le maintien (consigne constante) de la valeur de sortie à une valeur fixe, qu'au système asservi proprement dit dans lequel la valeur de sortie est astreinte à suivre rapidement et avec précision les variations d'une valeur de consigne variable. D'une façon générale, les asservissements peuvent contrôler la plupart des grandeurs physiques que ce soient les mouvements, forces, pressions, températures, courants et tensions électriques. Cependant dans le cadre de la présente invention il s'agit d'asservissements destinés à la commande et au contrôle de charges mécaniques, quant à leurs position, vitesse, effort, pression, et plus particulièrement d'asservissements électrohydrauliques dans la mesure ou la rapidité, la précision et la puissance sont demandées. C'est le cas par exemple de l'asservissement de grandes antennes de communications spatiales. La figure 1 représente sous la forme d'un schéma comment est réalisée la commande électrohydraulique utilisant une servo-valve relevant de l'art antérieur, c'est-à-dire telle qu'elle est appliquée à l'asservissement en position ou vitesse de grandes antennes de communications spatiales, bien que cette application ne doive pas être considérée comme limitative. Sur le schéma on a référencé par 1 la charge dont la position est repérée par un capteur 2, par 3 la servo-valve - dans laquelle la partie 4 représente le tiroir de distribution dont la position est déterminée par la valeur du courant qui parcourt les bobines du moteur couple associé 5. On sait qu'en se déplaçant, le tiroir de la servo-valve découvre des orifices de passage mettant en communication la pression de service PS donnée par un groupe de pression 6, vers un des orifices dit d'utilisation 01, l'autre 02 agissant en retour. Ce réservoir basse pression (bâche) 7 d'huile est relié à ces orifices. La servo-valve est d'autre part mise en communication avec un moteur hydraulique 9 qu'elle commande proportionnellement au débit qu'elle délivre. En 10 on a repéré un amplificateur électronique, en 11 un réseau correcteur, en 12 l'organe donnant la valeur de consigne. La sortie de l'asservissement est donnée par S. Un réducteur 13 est inséré entre le moteur hydraulique 9 et la charge mécanique 1. En fonctionnement, la servo-valve 3 est soumise à une pression de service P5 constante appliquée sur son entrée correspondante. La position de la charge 1 est repérée par le capteur 2 qui délivre un signal électrique qui est comparé au signal de consigne délivré par l'organe 12 ; la comparaison est effectuée ici par l'ensemble des circuits inverseur 14 et additionneur 15. Le signal résultant passe dans un circuit correcteur 11 et est appliqué à l'amplificateur 10 qui commande la servo-valve 1. Lorsque la charge 1 subit des efforts extérieurs, la différence de pression ss P qui s'établit aux bornes du moteur hydraulique 9 résulte de la différence entre la pression de service P5, constante et la chute de pression ss p dans la servovalve.Normalement l'asservissement contre-balance les effets de l'effort extérieur appliqué à la charge en créant, au niveau du moteur hydraulique 9 un effort de sens opposé. De fait, dans ces conditions la pression de service PS doit être telle qu'elle puisse assurer à la servo-valve le débit nécessaire et créer aux bornes du moteur 9 une chute de pression AP capable de vaincre les efforts extérieurs supportés par la charge.Ainsi, pour compenser les efforts ou perturbations extérieurs importants, l'asservissement doit disposer d'une puissance très importante, entratnant alors, dans le fonctionnement courant de l'asservissement, c'est-à-dire en l'absence de ces efforts extérieurs, une dissipation de la chute de pression ss P destinée à vaincre les effets, en chaleur, dans la servo-valve. Il en résulte que la solution actuellement utilisée de disposer normalement d'une puissance très supérieure à ce qui est nécessaire pour pouvoir "répondre" aux efforts extérieurs que peut subir la charge, est gourmande en puissance et mal adaptée. D'un autre côté, si on ne prévoit pas cette puissance excédentaire, lors de l'apparition d'un effort extérieur important, l'asservissement ne pourra répondre de façon correcte, et le signal de sortie sera erronné ce qui est toujours à éviter et souvent inacceptable. L'invention a précisément pour but d'éviter les inconvénients qui viennent d'être signalés et se propose d'y rémédier en adaptant automatiquement la pression de service aux efforts à vaincre Suivant l'invention, une commande électro-hydrauliqueà servo-valve dans laquelle l'information de position de la charge commande le déplacement du tiroir de la servo-valve de façon à mettre ladite servo-valve en communication avec un groupe de pression établissant une certaine pression de service P5, créant aux bornes d'un moteur hydraulique connecté en sortie de la servo-valve une différence de pression commandant son mouvement, est caractérisée par le fait que la pression de service P'S est variable, délivrée par une pompe commandée par un système électro-hydraulique auxiliaire lui-même commandé par la différence de pression créée aux bornes du moteur hydraulique connecté à la charge, quand celle subit un effort extérieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat- tront au cours de la description d'un exemple de réalisation donné à l'aide de la figure 2, la figure 1 représentant une réalisation de Part antérieur. Comme cela a été dit dans l'introduction à la présente description, le but de l'invention est, dans une commande hydraulique à servo-valve, d'adapter la valeur de la pression de service appliquée à la servo-valve aux efforts instantanés que subit la charge, efforts pouvant être quelquefois très importants, mais non répétitifs ou du moins stils sont répétitifs, relativement peu fre- quents, ce qui ne justifie pas, eu égard aux pertes, la mise à disposition d'une puissance nettement excédentaire en fonctionnement normal. La figure 2 représente la commande hydraulique à servo-valve qui, suivant l'invention, est à pression de service dite auto-adaptative. Cette figure 2 reprenant en partie la figure 1, les éléments communs portent les mêmes références. Suivant l'invention donc, la commande hydraulique comporte de façon connue, une boucle d'asservissement, telle que décrite à l'appui de la figure 1 et qui comprend, à partir de la servo-valve 3, avec son tiroir 4, son réservoir (bâche) 7, son moteur couple 5 de commande, un moteur hydraulique 9, suivi d'un réducteur 13 de la charge 1, soumise aux efforts extérieurs pouvant être importants, d'un capteur 2 de la position de la charge, d'un inverseur 14, d'un additionneur 15, connecté à l'organe 12 donnant la valeur de consigne, d'un réseau correcteur 11 et de l'amplificateur électronique 10.La pression de service PS ntest plus donnée par un groupe de pression délivrant une pression constante, mais par un système à pression variable comportant par exemple une pompe à débit variable associée à une boucle de régulation de la pression de cette pompe. Sur la figure 2, on a donc, suivant Invention le réservoir 7 connecté à une pompe 17 à débit variable, contrôlée par une commande hydraulique 18, un accumulateur oléopneumatique 24 connecté à la servo-valve 3. La commande électro-hydraulique 18 est disposée dans une boucle comportant un capteur de pression 23, connecté à un premier circuit d'addition 22, connecté lui-même à un second circuit d'addition 19 par l'intermédiaire d'un inverseur 20. L'additionneur 19 qui est connecté à la commande électro-hydrau lique 18 est également connecté à un élément de référence 21. Aux bornes de sortie de la servo-valve se trouve un capteur de pression différentiel 28, connecté à un filtre passe-bas 29 suivi d'un mélangeur 27 et d'un inverseur 26 connecté au premier additionneur 22. Un dispositif de compensation de gain est inséré entre le réseau correcteur 11 et l'amplificateur 10, il est connecté également au capteur de pression 23. De plus, on prévoit une source 30 d'informations extérieures connectée au mélangeur 27. Le fonctionnement de la commande par servo-valve, suivant l'invention est donné dans ce qui suit. La pression de service P'S a priori variable existant dans la conduite 31 reliant la pompe 17 à débit variable à la servo-valve 3, on mesure la différence de pression A P' apparaissant aux bornes de la servo-valve et du moteur hydraulique 9 à l'aide du capteur différentiel de pression 28. Le signal électrique délivré par le capteur 28 est filtré dans le filtre passe-bas 29 qui en élimine les. éléments dus à des fluctuations rapides ; ce signal filtré représentatif de la différence de pression t P' aux bornes du moteur hydraulique 9 est ensuite retranché par les circuits inverseur 26 et additionneur 22, du signal représentatif de la pression de service P'S appliquée à la servo-valve et mesurée par le capteur de pression 23. La sortie de l'additionneur 22 délivre donc un signal P'5 - 25P' qui représente la chute de pression dans la servo-valve soit 6 P'. Cette chute de pression mesurée est comparée à une référence donnée par l'élément 21 qui délivre une valeur autour de laquelle cette chute de pression doit se maintenir. Cette comparaison est effectuée par l'intermédiaire des circuits inverseur 20 et additionneur 19, ce dernier délivrant au circuit de commande électro-hydraulique 18 un signal représentatif de l'écart entre la référence 21 et la chute de pression dans la servo-valve. Le circuit 18 commande de la sorte le débit de la pompe 17 connectée au réservoir 6 en fonction de l'écart ci-dessus. La pompe 17 est connectée à l'orifice de pression OP de la servo-valve 3 par le conduit 31, l'accumulateur oléo-pneumatique 24 qui est connecté en dérivation étant destiné à filtrer les fluctuations de pression. Le système constitué par les éléments 17, 24, 31, 23, 22, 21 et 19 doit être considéré comme une boucle de régulation qui tend à annuler l'écart entre la consigne 21 et le signal issu de 22 qui est lui-même représentatif de la chute de pression sP' dans la servo-valve.Ainsi lorsque A P' pression aux bornes de la servo-valve varie en fonction de la charge 1, gap' chute de pression dans la servo-valve, est maintenue dans des limites raisonnables, une limite inférieure suffisamment élevée pour assurer un fonctionnement correct de la servo-valve et une limite supérieure suffisamment faible pour que l'échauffement soit acceptable. On notera que les variations de la pression P'5 suivant, comme on l'a vu, la différence de pression apparaissant aux bornes de sortie de la servo-valve 3 en réponse aux modifications de la position de la charge 1, entraînées par l'application à la charge d'efforts extérieurs, entraînent des variations de gain dans la boucle principale de la commande hydraulique. Pour compenser ces variations qui peuvent provoquer une destabilisation, on dispose dans cette boude principale, entre le réseau correcteur 11 et Pamplificateur électronique 10, un dispositif de compensation 25 qui réagit au signal issu du capteur de pression 23. On a ainsi décrit une commande électrohydraulique à servovalve à pression de service auto-adaptative, c'est-à-dire dans laquelle la pression de service, qui dans les réalisations de l'art antérieur, était constante, varie suivant les efforts extérieurs appliqués à la charge. On notera que cette commande hydraulique comporte une boucle principale d'asservissement et une boucle que l'on peut appeler secondaire chargée de réguler la pompe à débit variable délivrant le fluide à la pression de service adaptée à l'effort instantané appliqué. Etant donné que dans les asservissements hydrauliques du type décrit dans ce qui précède, le temps de réponse peut ne pas être négligeable, il est apparu utile de prévoir une commande, générale ment-extérieure, qui permettent d'anticiper la réponse de la charge. Une information extérieure est délivrée par le circuit 30, information de même nature que celle délivrée par le capteur différentiel de pression 28. Cette information est introduite, par l'intermédiaire d'un mélangeur 27 dans le circuit de commande de la commande hydraulique 18, après le filtre passe bas 29. Cette information en particulier peut être liée à un dispositif de mesure des efforts extérieurs supportés par la charge. La présence du mélangeur 27 permet d'assurer la combinaison à la fois des informations extérieures et de l'information du capteur de pression différentiel. L'asservissement qui a été décrit est utilisable dans tout système d'asservissement de position dont la charge est lentement variable, c'est-à-dire dont les variations peuvent être de l'ordre de quelques secondes. Une utilisation particulière dans ce cadre est à signaler, l'asservissement des grandes antennes de communications spatiales. Celles-ci en effet peuvent être soumises à des efforts extérieurs, qui, s'ils peuvent être prévus, ne sont pas constants et pas toujours répétitifs. Ces efforts sont en particulier dus à l'action du vent, action qui doit être compensée. Dans ce cas d'ailleurs, l'information extérieure que l'on peut utiliser peut précisément être liée à la mesure de la vitesse du vent sur un site. Un autre effort extérieur particulier qui soit également être compensé est celui provoqué par le renversement d'une antenne de poursuite à monture site, gisement, lors de son passage au zénith. Dans ces applications on notera par ailleurs, que les asservissements sont utilisables, indépendamment, pour l'axe site ou l'axe gisement. REVENDICATIONS 1. Commande électro-hydraulique à servo-valve dans laquelle l'information de position de la charge commande le déplacement du tiroir de la servo-valve de façon à mettre ladite servo-valve en communication àvec un groupe de pression établissant une certaine pression de service, créant aux bornes d'un moteur hydraulique connecté en sortie de la servo-valve une différence de pression commandant son mouvement, caractérisée par le fait que la pression de service P'S est variable, délivrée par une pompe (17) commandée par un système électro-hydraulique auxiliaire (18, 19, 20, 22, 26, 27, 29, 28) lui-même commandé par la différence de pression A P' créée aux bornes du moteur hydraulique (9) connecté à la charge (1) quand celle subit un effort extérieur. 2. Commande électro-hydraulique suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le groupe de pression est constitué d'une pompe à débit variable (17) commandée par un circuit de commande électro-hydraulique (18) inséré dans une boucle de régulation de la pompe à débit variable (17) comportant un accumulateur oléo- pneumatique (24) agissant sur la pression (P's) de service appliquée à la servo-valve (3), et un capteur de pression (23) mesurant cette pression de service (pus) 3.Commande électro-hydraulique suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que le circuit (28) de mesure de la différence de pression (n P') aux bornes communes de sortie de la servo-valve (3) et d'entrée du moteur hydraulique (9) est connecté, à travers un filtre passe-bas (29) et un inverseur (26), à un premier circuit additionneur (22) inséré dans la boucle de régulation de la pompe à débit variable (17), connecté au capteur de pression (23). 4. Commande électro-hydraulique à servo-valve suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que la boucle de régulation est connectée par un second circuit additionneur (19) à un circuit (21) donnant une valeur de référence pour la chute de pression ( P dans la servo-valve, établissant une valeur autour de laquelle la chute de pression mesurée, délivrée par le circuit additionneur (22) va fluctuer légèrement, ledit second circuit additionneur (19) étant connecté directement au circuit de commande électro-hydraulique (18) de la pompe à débit variable (17). 5. Commande électro-hydraulique à servo-valve suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le système électrohydraulique auxiliaire de contrôle du débit de la pompe (17) comporte, connecté au circuit de mesure (28) de la différence de pression (d P') aux bornes communes de la servo-valve (3) et du moteur hydraulique (9), un circuit mélangeur (27) connecté à un circuit (30) capable de délivrer une information extérieure soit du type prévisible, soit de type de celle engendrée par l'application d'un effort extérieur sur la charge (1), cette information extérieure étant disponible soit avant la manifestation de celle engendrée par l'effort extérieur considéré, soit concommittante. 6. Commande électro-hydraulique suivant l'une des revendications 2, 3 ou 4, caractérisée par le fait que la boucle d'asservissement principale comportant la charge (1), un capteur de position (2) de ladite charge, un circuit de comparaison (14-15) de ladite position avec une valeur de consigne délivrée par un circuit (12), un réseau correcteur (11) et un amplificateur électronique (10) connecté à la servo-valve (3), comporte en outre, un circuit de compensation du gain (25) connecté entre le réseau correcteur (11) et l'amplificateur (10), et commandé par le capteur de pression (23) de la boucle de régulation de la commande de la pompe à débit variable (17), ledit circuit de compensation du gain (25) compensant les variations de gain de la boucle principale dues aux variations de la pression de service (P'5) appliquée à la servo-valve. 7. Commande électro-hydraulique à servo-valve suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle s'applique à tout système d'asservissement en position dont la charge est lentement variable, système dans lequel la charge est plus particulièrement une antenne de communications spatiales, et les efforts extérieurs sont créés par le vent. 8. Commande électro-hydraulique à servo-valve suivant la revendication 7, caractérisée par le fait qu'elle-s'applique au moment du renversement d'une antenne de poursuite de satellite lors du passage au zénith dudit satellite. 9. Asservissement de position à charge lentement variable comprenant une commande électro-hydraulique à servo-valve suivant l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 8.