Brevet FR2726333A1 — publié le 19960503

L'invention a pour objet un dispositif de transmission d'énergie de commande mécanique, notamment du type comprenant une servo-valve électro-hydraulique destinée à commander un élément tel que, par exemple, un vérin hydraulique à double effet. La figure 1 ci-jointe illustre une servo-valve électro-hydraulique comprenant essentiellement un distributeur hydraulique 1 à tiroir linéaire commandé par un moteur électrique rotatif (non représenté) dont l'axe 2 entraîne un levier 3 dans un mouvement oscillant d'amplitude limitée autour de l'axe 2, comme cela est indiqué par la flèche F. Une rotule 4, fixée à l'extrémité du levier 3 opposée à l'axe 2, entraîne une chape 5 liée au tiroir 6 du distributeur hydraulique 1. Un dispositif de recopie de position (non représenté), lié au moteur électrique, permet le pilotage de la servo-valve. Dans le cas d'une servo-valve à quatre voies, comme celle représentée à la figure 1, le fluide hydraulique sous haute pression arrive par l'orifice 7 et le retour au réservoir s'effectue par les orifices 8a et 8b. Les orifices 9a et 9b sont en communication avec l'organe à commander, par exemple les deux chambres d'un vérin hydraulique à double effet (non représenté). Un module électronique pilote le moteur électrique en fonction d'un signal de consigne correspondant, par exemple, à une position donnée du vérin. Ce module agit sur la servo-valve de manière à annuler l'écart entre le signal de consigne et le signal fourni par un capteur donnant la position réelle du vérin. Les sections de passage du fluide hydraulique dans le distributeur 1 doivent être adaptées au débit maximal nécessaire. Si l'on désire augmenter le débit, il faut augmenter les sections de passage du fluide, ce qui entraîne l'accroissement du diamètre du tiroir 6, ainsi que de sa course, car le diamètre des différents orifices est lui aussi augmenté. Il en résulte d'abord un accroissement des efforts nécessaires pour déplacer le tiroir, par suite de son inertie et des forces et frottements agissant sur lui. Il en résulte également une augmentation importante de la puissance, et donc de la taille, du moteur électrique assurant son déplacement: les circuits électroniques de puissance commandant le moteur électrique deviennent alors très délicats et très onéreux à réaliser. Pour résoudre ce problème, on a proposé des servo-valves à deux étages: un étage pilote génère deux pressions de fluide hydraulique qui sont envoyées respectivement aux deux extrémités d'un tiroir hydraulique, appelé "tiroir de puissance", lui-même en équilibre entre deux ressorts. L'écart des pressions générées par l'étage pilote détermine donc la position de ce tiroir hydraulique et, partant, celle de l'organe hydraulique à commander. Cependant, le tiroir de puissance est soumis à des forces parasites telles que les frottements, le collage hydraulique ou des forces d'inertie, ce qui nuit à la précision de l'asservissement. La figure 2 illustre un étage pilote de type connu pour ce genre d'application, dit "à buse palette". Une conduite 10 munie d'un étranglement 11 débouche dans une conduite 12 dont une extrémité 13 est en forme de buse et dont l'autre extrémité débouche dans une chambre 14 à l'intérieur de laquelle se déplace un piston 15. Une palette 16 est fixée à l'une 17 de ses extrémités tandis que son extrémité libre 18 se trouve à proximité immédiate de l'orifice de la buse 13. Un ressort 19 pousse la palette en direction de la buse 13 tandis qu'un électro-aimant, dont la bobine 20 se trouve en regard d'une masse métallique 21 solidaire de la palette, sollicite cette dernière en sens inverse: la force agissant sur la palette 16 est donc déterminée par l'action conjuguée du ressort 19 et de l'électro-aimant. Enfin, les mouvements de la palette sont amortis par un piston 22, qui en est solidaire et se déplace à l'intérieur d'un cylindre 23: en effet, comme on le verra ci-dessous, du liquide sort en permanence de la buse 13, de sorte que la palette 16 se trouve dans une chambre remplie de liquide. Le dispositif de la figure 2 fonctionne de la manière suivante: Du liquide sous pression arrive dans la conduite 10, passe à travers l'étranglement 11 et parvient dans la conduite 12. Le jet de liquide sous pression sortant de la buse 13 agit sur la palette 18 et l'écarte plus ou moins en fonction de l'effort agissant sur celle-ci. La distance entre l'extrémité 18 de la palette et l'orifice de la buse 13 détermine la pression du liquide dans la conduite 12 et donc dans la chambre 14, ce qui détermine la force exercée sur le piston 15. Comme du liquide sort en permanence de la buse 13, celle-ci débouche dans une chambre fermée afin de pouvoir récupérer et recycler le liquide. Au lieu d'agir sur un piston tel que celui représenté à la figure 2, le liquide peut agir sur une extrémité d'un tiroir hydraulique, un système semblable agissant sur l'autre extrémité du tiroir. La position de ce dernier est déterminée par les pressions envoyées respectivement à chacune de ses extrémités, donc en fonction du courant envoyé aux bobines des électro-aimants. Si les dispositifs à buse-palette permettent d'obtenir un asservissement à fréquence élevée, ils présentent cependant un certain nombre d'inconvénients. Tout d'abord, la fréquence de réponse diminue fortement avec le débit. De plus, le fait que le liquide sorte en permanence par la buse 13 entraîne une consommation importante de celui-ci et nécessite une filtration très poussée pour éviter l'obturation de la buse. Enfin, si de tels dispositifs sont utilisés couramment dans les installations industrielles et en aéronautique, ils sont d'un coût élevé et nécessitent beaucoup de soin pour leur mise en place. L'invention a pour but d'éliminer ces inconvénients en proposant un dispositif de transmission d'énergie de commande mécanique utilisant une servo-valve qui permette un grand débit tout en restant simple et peu coûteux. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de transmission d'énergie de commande mécanique à un organe donné, comprenant un étage de puissance commandé par un étage pilote ainsi que des moyens de régulation, caractérisé en ce que l'étage de puissance est piloté en position. Selon d'autres caractéristiques de ce dispositif: - l'étage pilote et/ou l'étage de puissance comprend un distributeur hydraulique à tiroir linéaire - l'étage pilote comprend un distributeur hydraulique à faible débit ou premier distributeur et l'étage de puissance un distributeur hydraulique à grand débit ou deuxième distributeur; - le premier distributeur est un distributeur à quatre voies dont les deux orifices d'utilisation sont reliés respectivement à deux chambres prévues aux extrémités du deuxième distributeur, permettant ainsi de faire varier le volume de fluide hydraulique contenu dans ces chambres; - le deuxième distributeur comprend un capteur de position indiquant la position de son tiroir;; - ledit capteur de position comprend une tige solidaire du tiroir du deuxième distributeur et colinéaire à celui-ci et pénétrant dans un dispositif de mesure de position; - le dispositif de mesure de position comprend un curseur frottant sur la piste d'un potentiomètre ou un capteur magnétique utilisant le principe d'un transformateur linéaire à réluctance variable; - le premier et/ou le deuxième distributeur comprend des moyens de rappel de son tiroir dans une position prédéterminée; - lesdits moyens de rappel comprennent au moins un ressort agissant sur une extrémité du tiroir; - le tiroir du premier distributeur est actionné par un moteur tel qu'un moteur électrique rotatif; - les moyens de régulation comprennent: : un capteur d'état fournissant un signal représentatif de l'état de l'organe à commander; un premier correcteur de signal pour mettre ce signal sous une forme compatible; des moyens tels qu'un premier comparateur pour calculer l'erreur entre le signal de commande et ce signal transformé; des moyens pour déterminer le déplacement nécessaire du tiroir de l'étage de puissance pour annuler cette erreur; et - des moyens pour déterminer le déplacement nécessaire du tiroir de l'étage pilote pour provoquer le déplacement du tiroir de l'étage de puissance; - les moyens pour déterminer le déplacement nécessaire du tiroir de l'étage de puissance comprennent: le capteur précité de position de ce tiroir; un correcteur pour mettre le signal donné par ce capteur sous une forme compatible; et des moyens tels qu'un deuxième comparateur pour calculer l'erreur entre ce signal corrigé et celui fourni par le premier comparateur; - les moyens pour déterminer le déplacement nécessaire du tiroir de l'étage pilote comprennent: un capteur de position fournissant un signal représentatif de la position de ce tiroir; un correcteur pour mettre ce signal sous une forme compatible; et des moyens tels qu'un troisième comparateur pour calculer l'erreur entre ce signal corrigé et le signal fourni par le deuxième comparateur; - un amplificateur est associé à l'un au moins desdits comparateurs afin d'amplifier le signal donné par ce comparateur; - ledit capteur de position est un capteur de la position du tiroir de l'étage pilote; - le tiroir de l'étage pilote étant actionné par un moteur rotatif qui lui est mécaniquement lié, ledit capteur de position est un capteur de la position du moteur. L'expression "mettre sous une forme compatible" utilisée ici signifie que l'on met les signaux sous une forme permettant de les comparer et de déterminer des déplacements à partir de cette comparaison alors que les signaux délivrés directement par les capteurs sont de natures différentes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif connu de transmission d'énergie de commande mécanique comprenant une servo-valve à tiroir linéaire; - la figure 2 est une vue schématique illustrant un étage pilote du type à buse palette; - la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un dispositif selon l'invention; et - la figure 4 est un schéma bloc illustrant les moyens de régulation du dispositif objet de l'invention. Si l'on se reporte à la figure 3, on voit que le dispositif de l'invention se compose d'un étage de puissance, portant la référence générale 24, constitué d'un distributeur hydraulique 24a à tiroir linéaire à grand débit, donc de forte section de tiroir, et d'un étage pilote, portant la référence générale 25, essentiellement constitué d'un distributeur hydraulique à tiroir linéaire à faible débit, donc de petites dimensions. On entend par distributeur à grand débit un distributeur dont le tiroir a un diamètre supérieur à 10 mm. A titre d'exemple, on utilise couramment dans les installations industrielles des distributeurs dont le tiroir a un diamètre de 30 mm et les orifices un diamètre de 15 mm, ce qui permet d'obtenir un débit d'environ 1500 litres par minute sous une pression de 160 bars. On notera toutefois que, si ces débits sont très importants, ils ne passent que pendant des durées très faibles, de l'ordre d'une fraction de seconde. Dans le mode de réalisation préféré, le distributeur de l'étage pilote 25 est commandé par un moteur électrique rotatif et il est identique à celui de la figure 1. L'étage de puissance 24 comporte un tiroir hydraulique 26 coulissant dans une chemise 27 elle-même située à l'intérieur d'un corps 28. Des bouchons 29 assurent l'étanchéité aux deux extrémités du corps 28. Un capteur de position 30, monté sur l'un des bouchons 29, permet de connaître à tout instant la position du tiroir 26. Ce capteur peut être par exemple constitué d'une tige 31 solidaire du tiroir 26 et colinéaire à celui-ci et pénétrant à l'intérieur d'un dispositif de mesure de position 31a, qui peut se trouver à l'extérieur du distributeur 24a. Ce dispositif peut par exemple être constitué d'un curseur solidaire de la tige et frottant sur la piste d'un potentiomètre ou d'un capteur magnétique utilisant le principe d'un transformateur linéaire à réluctance variable. De tels dispositifs sont connus en soi et n'ont pas à être détaillés ici. Eventuellement, on peut prévoir deux ressorts 32a, 32b en appui d'une part sur les extrémités du tiroir 26 et d'autre part sur les bouchons 29 pour rappeler le tiroir dans une position de repos prédéterminée lorsqu'aucune commande n'est exercée par l'étage pilote 25. On remarquera que le ressort 32b s'appuie sur une rondelle 33 en contact avec l'un des bouchons 29 et à travers laquelle passe la tige 31 du capteur 30. Dans le cas où ce dernier ne doit pas être immergé, comme sur la figure 3, on pourra prévoir une étanchéité à ce niveau, pour éviter toute fuite de liquide de la chambre 40. On notera encore ici que le distributeur 1 de l'étage pilote 25 peut lui aussi être équipé d'un ressort de rappel 34 agissant sur l'extrémité du tiroir 6 opposée à la chape 5 (figure 1). Dans le mode de réalisation représenté, le ressort 34 est monté sur une tige 35 solidaire du tiroir et s'appuie d'une part sur le bouchon 36 fermant le distributeur de ce côté et, d'autre part, sur une rondelle 37 en contact avec le tiroir à la base de la tige 35. Eventuellement, on peut prévoir dans le bouchon 36 un trou borgne 38 pour recevoir la tige 35. Si l'on se reporte à nouveau à la figure 3, on voit que les chambres 39 et 40, situées aux extrémités du corps 28, sont reliées respectivement aux sorties d'utilisation 9a et 9b du distributeur 1 par des conduites 41 et 42. Ainsi, l'étage pilote peut envoyer du fluide dans les chambres 39,40 ou en retirer et donc déplacer le tiroir 26. L'étage de puissance 24 reçoit la haute pression hydraulique par l'orifice 43 et communique avec le réservoir sans pression par les orifices 44a et 44b tandis que les orifices 45a et 45b communiquent avec l'organe à commander. On va maintenant décrire la régulation du dispositif objet de l'invention en référence au schéma synoptique de la figure 4 où l'on retrouve l'étage pilote 25, constitué essentiellement du distributeur 1 commandé par le moteur électrique 46 et d'un capteur de position 47 du moteur 46, ainsi que l'étage de puissance 24 constitué essentiellement du distributeur hydraulique 24a et du capteur de position 30 qui lui est mécaniquement lié. On a également représenté sur la figure 4 l'organe à commander, qui est ici un actionneur hydraulique 48 auquel est associé un capteur 49 de recopie de sont état: par exemple, si l'actionneur 48 est un vérin hydraulique, le capteur 49 pourra être un capteur de position si le vérin est commandé en position, un capteur d'effort si le vérin est commandé en effort, un capteur de pression si le vérin est commandé en pression, ou un capteur de débit si le vérin est commandé en débit, ou bien encore être remplacé par un signal résultant d'un calcul prenant en compte des valeurs issues de différents capteurs. La commande de l'actionneur 48 avec le dispositif objet de l'invention se fait de manière suivante: Le capteur 49 donne un signal représentatif de l'état réel de l'actionneur. Ce signal est envoyé à un correcteur de signal 49a qui le met sous une forme compatible, c'est-à-dire, comme expliqué plus haut, sous une forme qui le rende exploitable par les moyens de calcul de l'installation, notamment pour le comparer à d'autres signaux. Ce signal corrigé 50 est envoyé à un premier comparateur 51 qui calcule la différence ou erreur entre le signal de commande 52 et le signal 50. Ce signal d'erreur est amplifié par un amplificateur 53 et envoyé au comparateur 54 qui reçoit par ailleurs un signal 55 donné par le capteur 30 à travers un correcteur de signal 30a et représentatif de la position du tiroir du distributeur 24a. Le comparateur 54 calcule l'écart entre le signal d'erreur reçu de l'amplificateur 53 et le signal 55, ce qui permet de déterminer le déplacement nécessaire du tiroir du distributeur 24a pour annuler l'erreur sur l'état de l'actionneur 48 car la relation entre la position du tiroir du distributeur 24a et l'état de l'actionneur est connue ou déterminée par des essais préalables. Le signal d'erreur donné par le comparateur 54, après avoir été amplifié par l'amplificateur 56, est envoyé à un comparateur 57 qui calcule la différence avec un signal 58 donné, à travers le correcteur 47a, par le capteur 47 de position du tiroir de l'étage pilote. On notera ici que le capteur 47 peut être un capteur de la position du moteur puisque le tiroir lui est mécaniquement lié. Après amplification par l'amplificateur 59, le signal correspondant est envoyé au moteur électrique 46 pour faire tourner celui-ci et déplacer le tiroir du distributeur 1 de la quantité voulue: en effet, de même que précédemment, les relations entre les déplacements du tiroir du distributeur 24a et ceux du tiroir du distributeur 1 d'une part, les déplacements du tiroir du distributeur 1 et ceux du moteur 46 d'autre part, sont connues. On comprend donc que, par boucles successives, on peut amener et maintenir l'actionneur 48 à l'état correspondant à celui du signal de commande 52. Le dispositif de l'invention présente des avantages particulièrement intéressants dus essentiellement au fait que l'étage de puissance est commandé en position. Tout d'abord, il n'y a pas d'autre consommation de fluide hydraulique que celle nécessaire au déplacement du tiroir du distributeur 24a, et il n'y a donc pas de consommation hydraulique parasite. De plus, le pilotage en position permet de s'affranchir de tous les efforts parasites agissant sur le tiroir et d'avoir un asservissement précis car la position du tiroir est le paramètre directement utile. Dans les servo-valves classiques où le tiroir de l'étage de puissance est commandé en pression, sa position ne peut être déterminée de façon précise car elle est la résultante des différents efforts agissant sur lui: forces engendrées par les pressions sur les extrémités du tiroir, ressorts de rappel, mais aussi forces de frottement et forces parasites diverses. Par ailleurs, les déplacements du tiroir 26 du distributeur 24a peuvent être, si nécessaire, très rapides car ceux du tiroir 6 du distributeur 1 de l'étage pilote peuvent l'être aussi, ce qui permet d'envoyer momentanément une pression très élevée dans l'une ou l'autre des chambres 39 et 40. D'autre part, en choisissant judicieusement la géométrie des distributeurs, on peut obtenir une zone morte importante en position centrale des tiroirs, ce qui élimine tout risque de fuite en position de repos. Enfin, comme il n'y a pas de système délicat tel qu'un système à "buse-palette", la fabrication d'un tel dispositif est aisée et il n'est pas nécessaire de prévoir une filtration poussée du fluide hydraulique de l'installation. Enfin, il est bien entendu que l'invention ne se limite pas au seul mode de réalisation décrit et représenté, mais qu'elle en couvre au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transmission d'énergie de commande mécanique à un organe donné (48), comprenant un étage de puissance (24) commandé par un étage pilote (25) ainsi que des moyens de régulation, caractérisé en ce que l'étage de puissance (24) est piloté en position. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage pilote (25) et/ou l'étage de puissance (24) comprend un distributeur hydraulique à tiroir linéaire. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étage pilote (25) comprend un distributeur hydraulique à faible débit ou premier distributeur (1) et l'étage de puissance un distributeur hydraulique à grand débit ou deuxième distributeur (24a). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier distributeur (1) est un distributeur à quatre voies dont les deux orifices d'utilisation (9a,9b) sont reliés respectivement à deux chambres (39,40) prévues aux extrémités du deuxième distributeur (24a), permettant ainsi de faire varier le volume de fluide hydraulique contenu dans ces chambres. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le deuxième distnbuteur (24a) comprend un capteur de position (30) indiquant la position de son tiroir (26). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit capteur de position (30) comprend une tige solidaire du tiroir (26) du deuxième distributeur (24a) et colinéaire à celui-ci et pénétrant dans un dispositif de mesure de position. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de mesure de position comprend un curseur frottant sur la piste d'un potentiomètre ou un capteur magnétique utilisant le principe d'un transformateur linéaire à réluctance variable. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le premier et/ou le deuxième distributeur comprend des moyens de rappel de son tiroir dans une position prédéterminée. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de rappel comprennent au moins un ressort (32a, 32b, 34) agissant sur une extrémité du tiroir. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le tiroir (6) du premier distributeur (1) est actionné par un moteur tel qu'un moteur électrique rotatif. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que les moyens de régulation comprennent: - un capteur d'état (49) fournissant un signal représentatif de l'état de l'organe à commander (48); - un premier correcteur de signal (49a) pour mettre ce signal sous une forme compatible (50); - des moyens tels qu'un premier comparateur (51) pour calculer l'erreur entre le signal de commande (52) et ce signal transformé (50); - des moyens pour déterminer le déplacement nécessaire du tiroir de l'étage de puissance (24) pour annuler cette erreur; et - des moyens pour déterminer le déplacement nécessaire du tiroir de l'étage pilote (25) pour provoquer le déplacement du tiroir de l'étage de puissance (24). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens pour déterminer le déplacement nécessaire du tiroir de l'étage de puissance (24) comprennent: - le capteur précité (30) de position de ce tiroir; - un correcteur (30a) pour mettre le signal donné par ce capteur sous une forme compatible (55); et - des moyens tels qu'un deuxième comparateur (54) pour calculer l'erreur entre ce signal corrigé (55) et celui fourni par le premier comparateur (51); 13.Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens pour déterminer le déplacement nécessaire du tiroir de l'étage pilote (25) comprennent: - un capteur de position (47) fournissant un signal représentatif de la position de ce tiroir; - un correcteur (47a) pour mettre ce signal sous une forme compatible (58); et - des moyens tels qu'un troisième comparateur (57) pour calculer l'erreur entre ce signal corrigé (58) et le signal fourni par le deuxième comparateur (54); 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'un amplificateur (53,56,59) est associé à l'un au moins desdits comparateurs (51,54,57) afin d'amplifier le signal donné par ce comparateur. 15. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit capteur de position (47) est un capteur de position du tiroir de l'étage pilote. 16. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que, le tiroir de l'étage pilote étant actionné par un moteur rotatif (46) qui lui est mécaniquement lié, ledit capteur de position est un capteur de la position du moteur.