Brevet FR2575288A1 — publié le 19860627

Procédé pour la détermination d'un couple de résistance exercé par un moteur sur une charge en rotation L'invention concerne un procédé pour la détermination d'un couple de résistance agissant sur une charge en rotation dans lequel est formé le quo- tient différentiel de la vitesse angulaire dans le temps à partir de mesures du régime, le quotient dif- férentiel est multiplié par un facteur proportionnel au couple d'inertie total et la valeur obtenue est -déduite d'un couple moteur correspondant à un paramè- tre de fonctionnement instantané mesurable. Dans bien des cas, il est souhaitable que le couple s'exerçant sur des axes en rotation soit re- levé par des techniques de mesure pour obtenir une in- formation sur les conditions de charge de l'instant. A ce sujet, divers dispositifs de mesure ont été révé- lés, par exemple l'application des extensomètres à fil d'acier sur l'arbre en rotation, qui permettent de dé- terminer le couple à partir de la tension de torsion. Souvent, le couple ne peut être déterminé ou ne l'est que dans des conditions très difficiles au moyen des mé- thodes connues parce que, par exemple, l'arbre en que- stion n'est pas accessible ou parce que les appareils de mesure utilisés ne sont pas suffisamment robustes. Dans un procédé connu du type mentionné au début dans la demande de brevet allemand ac- cessible au public (DE-OS 27 02 981) le courant d'in- duit d'un moteur à courant continu est mesuré et est multiplié par une constante, et on obtient un signal qui correspond au couple maximum à exitation maximum du champ. Lorsque les conditions de fonctionnement des moteurs changent fréquemmenton obtient par cette mé- thode des valeurs relativement imprécises et sur d'au- tres moteurs, comme les moteurs à combustion interne, par exemple, ce procédé n'est pas du. tout applicable. Afin de pouvoir surveiller les performan- ces d'un moteur à combustion, un procédé a été révélé -dans la demande de brevet allemand acces- sible au public (DE-OS 31 03 648) pour la détermina- tion du couple moyen dans lequel la durée entre deux valeurs de seuil du régime est déterminée par un essai d'accélération et de décélération. Le couple moyen peut être calculé avec une formule connue à partir de i5 ces durées. Le couple instantané qui dans bien des cas nrésente de l'intérêt, ne peut; cependant, pas être déterminé par cette méthode. Le but de l'invention est de créer un procédé et un dispositif qui permettent de manière simple et fiable de déterminer avec grande précision le couple instantané e x e r c é par un moteur sur une charge en rotation. Ce but peut être atteint au moyen d'un procédé du type cité plus haut dans lequel, selon 1' invention, l'évolution du couple moteur est d'abord mémorisée dans une mémoire en fonction du paramètre de fonctionnement mesurable, par exemple le régime, le courant du moteur sur des moteurs électriques ou la pression d' aspiration dans des machines à combustion, ensuite le couple moteur instantané est extrait de la mémoire pour être affiché. Le procédé selon l'invention offre l'avan- tage que la mesure de régimes à intervalles successifs suffit pour déterminer le couple de résistance. La me- sure du régime peut toujours être effectuée de manière analogique selon des méthodes connues même dans des conditions difficiles. Dans un procédé pour la détermination d'un couple de résistance exercé par un moteur électrique sur une charge en rotation, dans lequel le régime est mesuré à intervalles prédéterminés, il est utile de multiplier le premier régime mesuré par un premier facteur de pondération et le deuxième régime mesuré par un deuxième facteur de pondération, de soustraire le deuxième régime pondéré ainsi obtenu du premier ré- gime pondéré et d'ajouter à la différence ainsi obtenue une constante correspondant au couple moteur au régime zéro. Ce procédé part de l'hypothèse que la dépendance du couple moteur électrique d'un moteur électrique par rapport au régime peut être représentée dans de nombreux cas avec une précision suffisante sous forme d'une droite, ce qui permet de supprimer l'utilisation d'une mémoire de courlescaractéristi- ques. Pour simplifier le procédé, il peut être utile d'effectuer la multiplication de régimes succes- sifs mesurés par le facteur de pondération au moyen d' un comptage d'impulsions à fréquence de pulsations - proportionnelle au régime pendant les périodes de comptage dont la durée est proportionnelle au facteur de pondération. Une configuration avantageuse pour l'ap- plication du procédé selon l'invention se distingue par le fait que la sortie d'un transmetteur de régime est raccordé à l'entrée d'un commutateur, dont les deux sorties sont raccordées aux entrées de deux mé- moires tampons, un rythmeur étant prévu, qui est adap- té pour émettre des signaux rythmés et dont les sor- ties sont raccordées à l'entrée de commande du commu- tateur et aux entrées de commande des deux mémoires, que les sorties des mémoires axuquelles on peut accé- dér alternativement sont raccordées aux deux entrées d'un premier soustracteur, qu'un diviseur est prévu dont une entrée est raccordée à la sortie du soustrac- teur et dont l'autre entrée reçoit un signal du ryth- meur, qu'une mémoire de courbes caractéristiques est prévue dans laquelle est mémorisée l'évolution du cou- ple moteur en fonction d'un paramètre de fonctionne- ment, par exemple le régime, et dont l'entrée d'accès reçoit ledit paramètre de fonctionnement, la valeur instantanée du couple moteur étant disponible à la sortie de la mémoire de courbes caractéristiques et qu' un deuxième soustracteur est prévu dont la première entrée est raccordée à la sortie de la mémoire de cour- bes caractéristiques et dont la deuxième entrée est raccordée à la sortie du diviseur. Dans un dispositif de cette configuration dans lequel le moteur est un moteur électrique, il peut être utile de prévoir un capteur de courant mo- teur dont la sortie est connectée à l'entrée de la mé- moire de courbes caractéristiques. Dans une configuration adaptée à l'execu- tion d'un procédé modifié comme ci-dessus, on prévoit que la sortie d'un transmetteur de régime est raccor- dée à l'entrée d'un commutateur dont les deux sorties sont raccordées aux entrées de deux mémoires tampons, - un rythmeur adapté pour émettre des signaux rythmés étant affecté au commutateur et aux mémoires tampons, que deux multiplicateurs sont prévus dont les premiè- res entrées sont raccordées chacune & une sortie des mémoires tampons et dont les deuxièmes entrées reçoi- vent un signal correspondant a un premier et-à un deu- xième facteur de pondération, que les sorties des mul- tiplicateurs sont reliées aux deux entrées d'un sous- tracteur et qu'un additionneur est prévu dont une en- trée est reliée à la sortie du soustracteur et dont 1' autre entrée reçoit un signal correspondant au facteur constant. Dans ce système il peut être utile que le transmetteur de régime comprenne un générateur d'im- pulsions connu en soi et un compteur d'impulsions en aval de ce dernier, commandé par le rythmeur. L'invention, y compris ses avantages et caractéristiques ultérieurs est expliquée de manière plus détaillée à l'aide d'exemples d'exécution qui sont illustrés par des dessins. La Fig. 1 montre par un diagramme la dépendance du couple électrique et du courant d'un moteur électrique par rapport au régime, la Fig. 2 montre une configuration selon l'invention pour la détermination du couple de résistance dans une re- présentation schématique, et la Fig. 3 -montre une dispo- sition selon l'invention pour la détermination du couple de résistance. L'invention part-de l'hypothèse qu'un rap- port fixe peut être indiqué en général entre le couple moteur d'un moteur et un paramètre de fonctionnement mesurable de ce moteur. Fig. 1 montre par l'exemple d' un moteur électrique la dépendance du couple moteur élec- trique Mel vis-à-vis du régime n. Le diagramme représente, par ailleurs, l'évolution du courant du moteur I par rapport au régime. On voit qu'au paramètre de fonc- tionnement du moteur, facile à relever par des tech- niques de mesure, à savoir le courant ou le régime, correspond clairement un couple électrique Mel déter- miné. La même observation peut être faite, par analo- 2575Z88 gie, pour d' autres moteurs, tels que des moteurs à conbustion interne ou des moteurs hydrauliques dans lesquels le couple moteur peut être affecté, par exem- ple, à la pression d'aspiration ou à la pression hy- draulique. Fig. 2 est une représentation schématique d'un moteur électrique 1 dont le moteur 2 entraîne par l'intermédiaire d'un arbre 3 une charge en rotation 4. Le courant I amené au moteur 1 peut être mesuré au moyen d'un capteur de courant 5, le régime n du moteur peut être mesuré au moyen d'un transmetteur de régime b. L'objet de l'invention est la détermina- tion du couple de résistance ML transmis par l'inter- médiaire de l'arbre 3 à la charge 4. Pour les couples qui se produisent, on peut indiquer l'équation sui- vante: ML = Mel - R R Dans cette équation: Mel. signifie le couple électrique qui entraîne le moteur, l'accélération angulaire, R le couple d'inertie des masses en rotation. Dans l'équation (l)'Mel est connu sur la base des caractéristiques de moteur lorsqu'on connaît le régime. R est une constante du système et y peut être dérivé à partir d'une mesure de régime y = =_5_. -(2) dt Comme le montre l'exemple d'exécution, cette opération peut être.effectuée par la mesure de deux valeurs de régime nl, n2 dans un intervalle At et la division successive: dn = n2 -n (3) dt At Pour cette raison, le dispositif selon la Fig. 2 possède un commutateur 7 dont l'entrée est rac- cordée au transmetteur de régime et dont les sorties sont conduites vers les entrées de mémoires tampons 8, 9. Aussi bien lecommutateur 7 que les mémoires tampons 8, 9 sont commandés par un rythmeur 10. Ainsi il est possible, à intervalles prédéterminés, de mesurer le régime et de diviser la différence entre ces valeurs par l'intervalle. Par exemple, à un moment déterminé, le régime n1 est mesuré et mémorisé dans la mémoire 9. Après la période At, le régime n2 est mesuré et mémo- risé dans la mémoire 8. Les valeurs n2, n1 sont ame- née à un soustracteur 11, qui forme la différence (n2 - nl). La sortie du soustracteur 11 est raccordée à une des entrées du diviseur 12, l'autre entrée du di- viseur 12 reçoit du rythmeur 10 un signal en fonction du temps At de sorte qu'à la sortie du diviseur se trouve le signal (n2 - nl)/At, le cas échéant multi- plié par le facteur n/30. Dans une mémoire 13 est mémorisée la courbe caractéristique Mel en fonction du régime n ou en fonction du courant du moteur I. Ainsi apparaît à la sortie de la mémoire 13 un signal Mel qui correspond au courant moteur I relevé par le capteur de courant , ou au régime n relevé par le transmetteur de régime 6. La sortie de] mémoire 13 est connectée à une en- trée d'un deuxième soustracteur 14 dont l'autre entrée est raccordée à la sortie du diviseur 12. Ainsi appa- raît à la sortie du soustracteur 14 le signal ML = Mel -e - y R à calculer. La Fig. 1 comporte une droite qui repré- sente approximativement l'évolution du couple électri- que Mel pour une plage de régime déterminée, ce qui permet de représenter le couple électrique: C Me = C -.- n (t) (4) el nc si n = n2, on obtient avec les équations (1) et (3): M=C+n I _ C /t L30 ntn -2 3 ') (5) Si l'intervalle de mesure At est maintenu constant, on peut écrire l'équation (5) comme suit: ML = C+ n1k1 - n2k2 (5') avec 1 k = (-A) (6) 1 3--O ait et k2 (6) Partant de cette présentation simplifiée, le couple de résistance peut être déterminé à l'aide du dispositif représenté en Fig. 3. D'après la Fig. 3, un générateur d'impul- sions 15 est disposé sur l'arbre 3 ou sur une-autre partie en rotation -du dispositif moteur 1 - charge 14 qui fournit des impulsions de la manière 1 9 connue et dont la fréquence de pulsations est propor- tionnelle au régime. La sortie du générateur est rac- cordée à l'entrée d'un compteur 16 qui est commandé par un rythmeur 17. Ce compteur 16 compte pendant une durée déterminée les impulsions dont le nombre est une mesure pour le régime. La sortie du compteur 16 est reliée à l'entrée d'un commutateur 18. Il est à noter endroit que la détermination du régime peut se faire aussi différemment, par exemple, de manière analogi- que, comme représentée en Fig. 2. Les deux sorties du commutateur 18 sont raccordées aux entrées des mémoires tampons 19, 20 qui, tout comme le commutateur 18, sontcommandées par le rythmeur 17. Le commutateur 18 et les mémoires 19, sont commandés de manière à ce que les régimes nl, n2 etc. mesurés à intervalle àtsoientalternativement mémorisés dans les mémoires 19, 20 et soient ensuite disponibles aux sorties des mémoires. Les sorties des mémoires 19, 20 sont reliées chacune à une des entrées de deux multiplicateurs 21, 22. Les autres entrées re- çoivent des signaux qui correspondent aux constantes kl1 et k2 selon l'équation (6). Les sorties des multiplicateurs 21, 22 auxquels apparaissent les produits nlk1 et n2k2 sont connectées aux deux entrées d'un soustracteur 23. A la sortie du soustracteur 23 apparaît, par conséquent, le signal (nlk1 - n2k2) qui est communiqué a une des en- trées d'un additionneur 24 dont l'autre entrée reçoit un signal correspor.aanL à la constante C dans l'équa- tion (4) ou (5) de sorte qu'à la sortie de l'addition- neur apparaît le signal ML qui était à déterminer et qu'un apparail d'affichage 25 ou un appareil semblable reçoit. Revendications: 1. Procédé pour la détermination d'un couple de résistance exercé par un moteur sur une charge en ro- tation, dans lequel est formé le quotient différentiel de la vitesse angulaire dans le temps à partir de me- sures du régime, le quotient est multiplié par un fac- teur proportionnel au couple d'inertie total et la va- leur obtenue est déduite d'un couple moteur correspon- dant à un paramètre de fonctionnement instantané mesu- rable caractérisé en ce que d'abord l'évolution du couple moteur en fonction du paramètre de fonctionne- ment mesurable, par exemple le régime, le courant du moteur en cas de moteurs électriques ou la pression d' aspiration en cas de moteurs à combustion interne est mémorisée dans une mémoire et.qu'ensuite le couple. moteur de l'instant est extrait de la mémoire pour être affiché. 2. Procédé pour la détermination d'un couple de résistance exercé par un moteur électrique sur une charge en rotation, dans lequel les régimes sont mesu- rés à intervalles prédéterminés, caractérisé en ce que le premier régime mesuré est multiplié par un premier facteur de pondération, que le deuxième régime est multiplié par un deuxième facteur de pondération, que le deuxième régime pondéré ainsi obtenu est soustrait du premier régime pondéré et qu'à la différence ainsi obtenue est additionnée une constante correspondant au couple moteur au régime zéro. 3. Procédé selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que la multiplication des régimes mesurés successivement par les facteurs de pondération est ef- fectuée par le comptage d'impulsions à fréquence de pulsation proportionnelle aux régimes pendant les pé- riodes de comptage dont la durée est proportionnelle aux facteurs de pondération. 4. Dispositif pour I'application du procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le transmetteur de régime (6) est raccordé à l'entrée d' un commutateur (8) et les deux sorties de celui-ci aux entrées de deux mémoires tampons (8, 9), un rythmeur (10) étant prévu qui est adapté pour émettre des si- gnaux rythmés (At) et dont les sorties sont raccordées à l'entrée de commande du commutateur (7) et aux en- trées de commande des deux mémoires (8, 9), que les sorties des mémoires (8, 9) auxquelles on peut accéder alternativement sont raccordées aux deux entrées d'un premier soustracteur (11), qu' un diviseur (12) est prévu dont.une des entrées est raccordée à la sortie du soustracteur (11) et dont l'autre entrée reçoit un signal (At) du rythmeur (10), qu'une mémoire de courbes caractéristiques (13) est prévue dans laquelle l'évo- lution du couple moteur (Mel) est mémorisée en fonc- tion d'un paramètre de fonctionnement mesurable, par exemple, le régime (n) et dont l'entrée d'accès reçoit ce paramètre de fonctionnement, la valeur du couple moteur de l'instant apparaissant à la sortie de la mé- moire de courbescaractéristiques (13), et qu'un deu- xième soustracteur (14) est prévu dont la première en- trée est raccordée à la sortie de la mémoire de courbes caractéristiques (13) et dont la deuxième entrée est reliée à la sortie du diviseur (12). 5. Dispositif selon la revendication 4 dans laquelle le moteur est un moteur électrique caractéri- sé en ce qu'un capteur de courant du moteur (5) est prévu dont la sortie est raccordée à l'entrée de la mémoire de courbes caractéristiques (13). 6. Dispositif pour l'application du procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la sortie d'un transmetteur de régimes (15, 16) est rac- cordé à l'entrée d'un commutateur (18) dont les deux sorties sont raccordées aux entrées de deux mémoires tampons (19, 20), un rythmeur (17) étant affecté au commutateur (18) et aux mémoires tampons (19, 20) et étant adapté pour émettre des signaux rythmés (At), que deux multiplicateurs (21, 22) sont prévus dont les premières entrées sont raccordées chacune à une sortie des mémoires tampons (19, 20) et dont les deux entrées reçoivent un signal (kl, k2) correspondant à un pre- mier et à un deuxième facteur de pondération, que les sorties du multiplicateur sont raccordées aux deux en- trées d'un soustracteur (23) et qu'un additionneur (24) est prévu dont une entrée est raccordée à la sor- tie du soustracteur (23) et dont l'autre entrée reçoit un signal (C) correspondant à un facteur constant. 7. Dispositif selon la revendication 6 ca- ractérisé. en ce que le transmetteur de régimes com- porte un générateur d'impulsions (15) connu en soi et un compteur d'impulsions (16) en aval du générateur d'impulsion, qui est commandé par le rythmeur (17).