Brevet FR2588101A1 — publié le 19870403

PROCEDE D'ASSERVISSEMENT ET DISPOSITIF COMPORTANT UNE BOUCLE D'ASSERVISSEMENT L'invention concerne un procédé d'asservissement et un dispositif comportant une boucle d'asservissement notamment une boucle d'asservissement ne disposant pas toujours de mesure des valeurs asservies. Le dispositif, selon la présente invention, s'applique par exemple au dispositif de freinage de l'avion permettant de faire diminuer jusqu'à l'arrêt la vitesse de l'avion sans provoquer le blocage des roues. Le dispositif d'asservissement du type connu comporte des actionneurs, des capteurs et des moyens de traitement de signal. Le dispositif d'asservissement est destiné à maintenir une grandeur physique aussi proche que possible d'une valeur ou d'une suite de valeurs évoluant dans le temps appelées valeurs de consigne. Ces valeurs par exemple un courant, une tension, une fréquence, une vitesse, un déplacement, une accélération sont générées par l'actionneur. La valeur réellement obtenue est mesurée par le capteur. Le dispositif de traitement de signal calcule l'amplitude de l'action à mettre en oeuvre pour obtenir la valeur désirée. Certains capteurs, comme par exemple les dynamos ou les alternateurs tachymétriques, fournissent des résultats de mesure dont la fréquence d'échantillonnage est une fonction de la valeur mesurée. Une dynamo tachymétrique fournit, par exemple, 150 impulsions par tour. De telles dynamos sont utilisées notamment pour mesurer la vitesse de rotation de roues. A faible vitesse, le temps pendant lequel on ne dispose pas de mesure de la vitesse augmente. Le dispositif objet de la présente invention permet d'éliminer les inconvénients du dispositif de type connu dus au manque d'information sur la valeur asservie. Le dispositif objet de la présente invention permet de recons tituer par le calcul une valeur de mesure de valeurs asservies, quand celles-ci ne sont pas disponibles, d'après les dernières valeurs disponibles. Les valeurs calculées permettent un fonctionnement sans à-coup et oscillation de la boucle d'asservissement. L'invention a principalement pour objet un procédé d'asservissement en boucle fermée d'une grandeur physique à une valeur de consigne élaborant par le calcul une valeur physique de substitution quand la valeur physique n'est pas mesurable, caractérisé par le fait qu'au moment où une nouvelle valeur physique est mesurée, on utilise la dernière valeur de substitution pour le calcul de l'asservissement et l'on passe à la nouvelle valeur mesurée de façon continue. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ciaprès et des figures annexées données comme des exemples non limitatifs parmi lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure 2 est un organigramme illustrant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Sur la figure 1, on peut voir un exemple de réalisation d'un dispositif d'asservissement à boucle fermée selon l'invention. Le dispositif illustré est un dispositif de freinage par exemple un dispositif de freinage d'avion. Lors de l'atterrissage un avion, au moment de toucher le sol, a une vitesse supérieure à la vitesse de décrochage. Ensuite pour terminer l'atterrissage l'avion doit pouvoir s'arrêter le plus rapidement possible. La décélération est obtenue par renversement du flux des moteurs, par l'augmentation de la traînée aérodynamique et/ou par freinage des roues du train d'atterrissage. Les possibilités de freinage des roues 1 du train d'atterrissage sont limitées par l'adhérence desdites roues à la piste d'atterrissage. Notamment en cas de mauvaise conditions météorologiques l'adhérence diminue. Le freinage trop intensif risque de provoquer un blocage des roues 1 du train d'atterrissage de l'avion.Le blocage des roues 1 du train d'atterrissage de l'avion risque d'entraîner un accident et provoque systèmatiquement une usure anormale des pneumatiques des roues 1 du train d'atterrissage de l'avion. Sur la figure 1, on peut voir un exemple de réalisation du dispositif de freinage des roues 1 du train d'atterrissage de l'avion selon l'invention. Sur la figure 1 une seule roue I a été représentée. La roue 1 est couplée mécaniquement à un dispositif 2 de mesure de vitesse. Le dispositif 2 de mesure de vitesse est par exemple une dynamo tachymétrique. Le dispositif de mesure de vitesse 2 est relié à des moyens de traitement d'information 18 par une ligne 3. Dans l'exemple illustré la ligne 3 est une ligne analogique faisant partie du faisceau de câble de transmission d'information ou d'énergie. Un tel faisceau est appelé faisceau avion. Avantageusement les moyens de traitement d'information 18 comportent des moyens 4 d'isolation galvanique du faisceau d'avion. Les moyens 4 d'isolation galvanique comportent par exemple un transformateur. Le transformateur est optimisé pour améliorer l'immunité aux parasites du dispositif de traitement d'information 18. Les moyens de traitement d'information 18 comportent des moyens permettant de déterminer la vitesse de rotation de la roue 1. Par exemple en liaison avec une dynamo ou un alternateur tachymétrique 2, le dispositif de traitement d'information 18 comporte un compteur 9 relié à une horloge 10. Le nombre d'impulsions par unité de temps permet de déterminer la vitesse de rotation de la roue de l'avion. Le comptage des impulsions provenant de trois roues freinées est réalisé par exemple par un circuit vendu par la Société MOTOROLA sous la référence 6840. La sortie du compteur 9 est reliée à un calculateur 11. Le calculateur 11 détermine les ordres à donner au système de freinage 16 de la roue 1 de l'avion pour obtenir un freinage efficace sans blocage de la roue 1. Avantageusement le calculateur 11 est un calculateur numérique.Ainsi le dispositif 18 de traitement d'information comporte un convertisseur analogiquenumérique 5 placé par exemple à la sortie des moyens d'isolation galvanique 4. De même, la sortie du calculateur 11 est reliée à un convertisseur numérique-analogique 13 permettant de commander directement le système de freinage 16. Dans un exemple de réalisation on, utilise le microprocesseur vendu par la Société MOTOROLA sous la référence 68000 pour réaliser le calculateur 11. Dans l'exemple de réalisation du dispositif selon l'invention comportant des alternateurs tachymétriques 2 la conversion du signal alternatif en signaux logiques par exemple logique dite TTL est effectuée par un convertisseur 5 comportant un comparateur vendu dans le commerce sous la référence LM 139. Avantageusement le dispositif de traitement d'information 18 comporte un filtre passe-bas permettant d'améliorer l'immunité aux bruits du dispositif. Dans une première variante de réalisation du dispositif selon l'invention, un filtre analogique est monté à la sortie du dispositif d'isolation galvanique 4. Dans une seconde variante de réalisation du dispositif selon l'invention, un filtre numérique est monté à la sortie du convertisseur analogique-numérique 5. Avantageusement le dispositif selon l'invention comporte un circuit d'hystérésis 7 permettant d'éliminer les signaux ayant une très rapide variation dans le temps. Avantageusement le circuit d'hystérésis 7 est relié à un circuit antirebond 8 permettant un fonctionnement sans à-coup du dispositif de freinage. Dans un exemple de réalisation on utilise pour le circuit antirebond le circuit vendu par la Société MOTOROLA sous la référence MC 14490. Le calculateur 11 reçoit par une ligne 12 des informations concernant la vitesse de l'avion et la vitesse des autres roues de l'avion. Le dispositif 18 de traitement d'information est relié par la ligne 14 à une première entrée 19 d'une servovalve 15 du système de freinage 16. La servovalve 15 comporte d'autre part une seconde entrée 17. La servovalve 15 permet, sur commande électrique présente à l'entrée 17 d'augmenter la pression d'un circuit de freinage. L'augmentation de la pression d'un circuit de freinage provoque un contact mécanique entre, par exemple, un disque métallique solidaire de la roue et des plaquettes de frein. Le frottement entre le disque et les plaquettes provoque la conversion de l'énergie cinétique de l'avion en énergie calorifique. Le signal de commande présente sur la première entrée 19 de la servovalve 15 permet d'abaisser la pression fournie par la servovalve 15 au circuit de freinage afin d'éviter un blocage des roues. Le dispositif objet de la présente invention est facilement adaptable au système de freinage actuellement mis en oeuvre par exemple sur des avions. Avantageusement, le calculateur 1 1 est un calculateur numérique comportant un programme structuré. Le programme principal comprend un sous programme d'initialisation des paramètres de la boucle d'asservissement suivi par un sous programme d'asservissement. Le programme d'asservissement en lui-même comporte un sous programme de détermination des vitesses, un sous programme de calcul du courant envoyé sur l'entrée 19 de la servovalve 15. Dans une variante de réalisation du dispositif selon l'invention, le programme comporte des sous programmes de correction permettant de tenir compte des configurations de chaque freinage. Le calcul de sous programme des corrections d'erreurs et du calcul du courant sont de type connu. Par contre, le sous programme de détermination des vitesses permet d'obtenir des performances supérieures à celles du dispositif de type connu. L'organigramme de ces sous programmes est illustré sur la figure 2. La vitesse est déterminée de façon classique, pour les vitesses de l'avion importantes, par exemple supérieures à lOmis. Pour la vitesse inférieure à ce seuil, on risque de ne pas avoir suffisamment d'information avec des dynamos tachymétriques fournissant 150 impulsions par tour de roue. Le calculateur Il teste périodiquement si la vitesse de l'avion est supérieure à lOmis. Si oui, l'acquisition de la vitesse est faite de manière classique. Si non, le calculateur détermine une nouvelle vitesse par le calcul, par exemple en utilisation d'interpolation linéaire. La prédiction de la vitesse est effectuée par exemple toutes les 5ms. Pour la vitesse inférieure à IOm/s la mesure réelle des vitesses effectuées par le comptage des impulsions délivrées par la dynamo tachymétrique pendant un temps de m périodes, m est par exemple égal à 10.Une des originalités du dispositif selon l'invention consiste dans le fait que, au temps correspondant à la mesure réelle de la vitesse de roue freinée, on utilise en tant que vitesse de roue freinée la vitesse prédite. A la période d'échantillonnage suivante on utilise comme vitesse de roue freinée la vitesse de roue freinée augmentée d'un incrément. L'incrément est, par exemple égal à la différence des deux vitesses de roue prédites successives, divisée par le nombre de périodes d'échantillonnage entre deux acquisitions de vitesse de roues freinées. Ainsi on supprime les discontinuités dans la vitesse de roue freinée utilisée dans les calculs. Dans une réalisation du dispositif selon l'invention, la période d'échantillonnage, est égale à Sms ; l'acquisition de la vitesse de roue est à effectuer tous les 0,05s. Sur la figure 2 on a utilisé les abréviations qui suivent: T : instant d'échantillonnage; Va : vitesse avion à l'instant considéré; Vr(T) : vitesse de la roue à l'instant T PV : drapeau logiciel petite vitesse de roue; NBPEVR : nombre de fois 0,005 s entre chaque acquisition de V r NBPEVA : nombre de fois 0,005 s entre chaque acquisition de V a NBPEVR 1: compteur de périodes d'échantillonnage NBPEVAO : compteur de périodes d'échantillonnage; PTM : compteur programmable; V' r : vitesse des roues freinées estimée. Le sous programme commence en 21. On va en 22. En 22 on teste l'absence de drapeau logiciel de petite vitesse. Si oui (22): On va en 23. En 23 on teste si la vitesse de roue freinée est inférieure à un seuil prédéterminé, par exemple noms. Si oui (23): On va en 26. En 26, on met le drapeau de petite vitesse et on initialise le compteur NBPEVR1 à la valeur 1. On va en 27. En 27 on programme le compteur programmable avec le programme de petite vitesse. On va en 28. Si non (23): On va en 25. En 25 on relance l'acquisition de vitesse de roue freinee. On va en 28. En 28 on teste si la vitesse de roue freinée est inférieure à la vitesse de l'avion. Si oui (28): On va en 34. Si non (28): On va en 32. En 32 on force la valeur de roue freinée à être égale à la valeur de l'avion. On va en 34. En 34 on calcule la valeur d'un incrément égal à la différence de la vitesse de la roue freinée à la dernière période d'échantillonnage et de la vitesse de la roue freinée à la période d'échantillonnage précédente. On va en 35. En 35 on met la valeur de la vitesse de roue freinée à la dernière période d'échantillonnage dans la mémoire corres pondant à la vitesse de la roue freinee à la période d'échantillonnage précédente. On va en 52. Si non (22): On va en 24. En 24 on teste si le compteur NBPEVR1 est différent de NBPEVR. Si oui (24): On va en 42. En 42 on calcule la valeur estimée de la vitesse de roue freinée égale à la valeur estimée de la roue freinée augmentée de l'incrément. On va en 43. En 43 on teste si la valeur de la vitesse estimée de roue freinée est inférieure à la vitesse de l'avion. Si oui (43): On va en 44. En 44 on teste si la vitesse estimée de la roue freinée est positive. Si oui (44): On va en 48. Si non (44): On va en 46. En 46 on force la valeur estimée de la vitesse de la roue freinée à être égale à 0. On va en 48. Si non (43): On va en 45. En 45 on force la valeur estimée de la vitesse de la roue freinée à être égale à la vitesse de l'avion. On va en 48. En4 8 on augmente lavaleurducompteurNBPEVR 1 d'une unité. On va en 52 Si non (24): On va en 29. En 29 on met à zéro le compteur NBPEVRI. On va en 30. En 30 on effectue la mesure de la vitesse de la roue freiné. On va en 31. En 31 on fait le calcul de la vitesse estimée de la roue freinée. Par exemple la vitesse estimée de la roue freinée est égale à 2,5 la vitesse de la roue freinée à l'instant T-001 s - 1,5 la vitesse de la roue freinée à l'instant T - 0,03 s. On va en 33. En 33 on calcule une nouvelle valeur de la vitesse estimée de roue freinée égal à la vitesse estimée de roue freinée augmentée de la valeur de l'incrément. On va en 38. En 38 on teste si la valeur estimée de la vitesse de roue freinée est inférieure à la vitesse de l'avion. Si oui (38): On va en 36. En 36 on vérifie si la vitesse estimée et la vitesse de roue freinée est positive. Si oui (36): On va en 40. Si non (36): On va en 37. En 37 on force la valeur de la vitesse estimée à être égale à 0. On va en 40. Si non (38): On va en 39. En 39 on force la valeur de la vitesse estimée de roue freinée de l'avion à être égale à la vitesse de l'avion. On va en 40. En 40 on calcule la valeur de l'incrément. L'incrément est par exemple égal à la différence entre la vitesse estimée de roue freinée à l'instant T + 0,05 et la vitesse estimée de roue freinée à l'instant T divisée par la valeur du compteur NBPEVR. On va en 41. En 41 on teste si la vitesse de roue freinée à l'instant T 0,01s est inférieure à un seuil pré-déterminé, par exemple égal à lOmis. Si oui (41): On va en 47. En 47 on relance l'acquisition d'une valeur de la vitesse de roue freinée. On va en 48. Si non (41): On va en 49. En 49 on enlève le drapeau de petite vitesse. On va en 50. En 50 on programme le compteur programmable PTM pour le programme des grandes vitesse. On va en 51. En 51 on relance l'acquisition de la valeur de la vitesse de roue freinée. On va en 52. En 52 on revient au programme principal. Le programme principal calcule les courants nécessaires à un freinage efficace correspondant aux vitesses de roues freinées déterminées par le sous programme. Cette détermination est effec tuee de façon classique. -~ Le compteur programmable PTM détermine la vitesse des roues freinées pour les petites vitesses en comptant le nombre d'impulsions dans un intervalle de temps donné, par exemple tous les 0,05s. Pour les grandes vitesses, par exemple, supérieures à lOmis, le compteur PTM détermine la vitesse des roues freinées en mesurant le temps écoulé entre deux impulsions successives. Dans l'exemple de réalisation du dispositif selon l'invention la vitesse de consigne que l'on essaye d'obtenir pour l'avion est égale à 0,87 x la vitesse de l'avion. Avantageusement le dispositif selon l'invention permet le blocage de roues de l'avion en fin de freinage pour obtenir un arrêt complet de l'avion. Par exemple le dispositif selon l'invention teste si la vitesse de l'avion est inférieure à 5 mis. Si oui le dispositif selon l'invention n'empêche plus le blocage des roues. Avantageusement, au moment de la détection du fait que la vitesse de l'avion est inférieure à 5 ms le dispositif selon l'invention fournit à l'entrée 19 de la servovalve 15 une rampe de courant décroissante. Ainsi on évite des à-coups. L'homme du métier adapte l'organigramme illustré sur la figure 2 au calculateur 11, à son système d'exploitation, au caractéristiques électriques de la servovalve 15 et du convertisseur analogique-numérique 13. Pour la clarté de la figure 1 seule une seule roue 1 a été représentée. Dans un première variante de réalisation le dispositif selon l'invention chaque roue 1 freinée de l'avion est reliée à un dispositif de traitement d'information 18. Dans une seconde variante de réalisation toutes les roues freinées de l'avion sont reliées à un dispositif de traitement d'information unique par l'intermédiaire de leur ligne de transmission 3. Dans ce cas le dispositif de traitement d'information 18 comporte autant de systèmes d'isolation galvanique 4, de convertisseur analogique-numérique et des compteurs 9 que de roues freinées et/ou que de groupes de roues devant avoir la même vitesse. L'invention s'applique principalement au dispositif de freinage de roues d'avion. L'invention s'applique notamment au dispositif de freinage d'avions militaires disposant de radars leur permettant de connaître avec une grande précision la vitesse réelle de l'avion. Le dispositif s'applique aussi au dispositif de freinage d'avions par exemple civils ne comportant pas de radar ou autre dispositif susceptible de leur fournir la vitesse de l'avion. Dans ce cas il est avantageux d'utiliser le dispositif de détermination de la vitesse de l'avion décrit dans le brevet français nO 2 488 000. Le dispositif selon la présente invention s'applique aussi à tout système de freinage par exemple au freinage de voiture automobile. Plus généralement le dispositif selon l'invention s'applique à tout système d'asservissement en boucle fermée devant faire varier une quantité physique avec des périodes de temps où les résultats des mesures des valeurs obtenues ne sont pas disponibles. REVENDICATIONS 1. Procédé d'asservissement en boucle fermée d'une grandeur physique à une valeur de consigne élaborant par le calcul une valeur physique de substitution quand la valeur physique n'est pas mesurable, caractérisé par le fait qu'au moment où une nouvelle valeur physique est mesurée, on utilise la dernière valeur de substitution pour le calcul de l'asservissement et l'on passe à la nouvelle valeur mesurée de façon continue. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le procédé d'asservissement utilise pour le traitement d'information un calculateur (11) numérique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que dans les périodes d'échantillonnage suivant la mesure de la valeur réelle, on utilise pour le calcul de la valeur de consigne la valeur de substitution augmentée de la différence entre la valeur de substitution suivante et la valeur de substitution présente divisée par le nombre de périodes d'échantillonnage depuis la mesure réelle de la grandeur physique. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que c'est un procédé de freinage. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le procédé de freinage est un procédé de freinage des roues (1) d'un avion évitant leur blocage. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait qu'une fois les vitesses très faibles atteintes l'asservissement s'arrête entraînant un blocage de roues permettant l'arrêt ou le maintien à l'arrêt de l'avion.