Brevet FR2734394A1 — publié le 19961122

COMMANDE D'AMPLITUDE DE TXEXBIEMENT La présente invention concerne de façon générale la commande d'un circuit d'actionnement d'électro-aimant et plus particulièrement un procédé et un appareil pour commander le signal de tremblement d'un circuit d'actionnement d'électro-aimant. Des actionneurs à électro-aimant convertissent une énergie électrique en un déplacement mécanique. Ces dispositifs peuvent être utilisés dans une large gamne de dispositifs et d'applications incluant des appareils domestiques et des équipements de terrassement. Des actionneurs à électro-aimant présentent souvent des problèmes de frottement statique et d'hystérésis qui réduisent l'efficacité et la vitesse de réponse du système. De façon générale, quand du courant est appliqué à un électro-aimant de type linéaire, une armature se déplace dans l'électro-aimant ou une armature se déplace à l'extérieur de l'électro-aimant selon la structure particulière de ltélectro-aimant. Le frottement statique est plus élevé quand 1' armature est au repos que quand elle est mobile. Ainsi, quand l'armature est au repos, il existe un certain retard entre l'instant où le signal de commande d'électro-aimant est reçu et le moment où il se produit un déplacement mécanique effectif car les forces magnétiques doivent dépasser la force de frottement avant qu'il ne se produise un déplacement mécanique.Le frottement statique produit un résultat indésirable appelé hystérésis. Pour supprimer ou réduire les effets de ce type de problème, il est connu d'appliquer un signal de tremblement au signal de commande réel de certains actionneurs à électro-aimant. De cette façon, l'actionneur à électro-aimant est constamment en déplacement de faible amplitude. Un exemple d'un tel circuit de commande d'électro-aimant est décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique NO 4 546 403 de Nielson. Nielson, comme dans le cas d'autres circuits à électro-aimant connus, enseigne seulement l'application d'un signal de tremblement à fréquence unique qui ne peut être modifiée. Avec une fréquence unique, la quantité réelle de l'amplitude du tremblement variera selon le signal de commande. Nielson ne dit pas commuent contrôler l'amplitude de tremblement pour la maintenir à un niveau optimal constant. L'amplitude du tremblement provoqué par une excitation à rapport cyclique variable d'un électro-aimant à action proportionnelle n'est pas constante. Elle varie avec l'amplitude du courant commandé. Dans certains cas, ce changement d'amplitude de tremblement n'est pas acceptable en raison du haut niveau de performances requis. Dans d'autres cas, il est souhaitable de faire varier l'amplitude du tremblement en réponse à des paramètres qui affectent la quantité optimale de tremblement, tels que la température du fluide hydraulique ou la quantité d'utilisation d'un électro-aimant particulier. En outre, pour économiser de l'espace de rangement et des coûts de production, il est souhaitable d'utiliser un circuit d'actionnement générique capable de fonctionner avec divers types d'électro-aimants. Toutefois, il peut y avoir une quantité différente de tremblement optimal pour chaque type d'électroaimant à utiliser avec le circuit de commande générique. Il serait donc avantageux de prévoir un circuit de commande commun tel que le tremblement puisse être contrôlé pour correspondre à la quantité optimale pour chaque électro-aimant particulier et en conséquence à des conditions de fonctionnement de machine qui ont un impact sur le fonctionnement de l'électro-aimant. La présente invention évite les inconvénients des circuits de commande connus en prévoyant un appareil et un procédé de commande de la fréquence et donc de l'amplitude de tremblement du signal commandant un actionneur à électro-aimant. La présente invention vise à pallier un ou plusieurs des problèmes ci-dessus associés à des circuits de commande d'électro-aimant connus. Selon un aspect de l'invention, il est prévu un appareil de commande du tremblement dans un actionneur à électroaimant. L'appareil comprend un microprocesseur pour fournir un signal de commande en courant, un moyen de production de fréquence pour produire un signal de commande en fréquence en réponse à un paramètre de tremblement, et un moyen de commande d'électro-aimant pour produire un signal d'entrée d'actionneur à électro-aimant dont la fréquence est fonction du signal de commande de fréquence et dont l'amplitude est fonction de l'amplitude du signal de commande en courant. Selon un second aspect de l'invention, il est prévu un procédé de commande de tremblement dans un actionneur à électroaimant. Le procédé comprend les étapes consistant à produire un signal de commande en courant, à produire un signal de commande en fréquence en réponse à un paramètre de tremblement, à mesurer un paramètre de tremblement, à produire un signal d' entrée d'actionneur à électro-aimant dont la fréquence est fonction du signal de commande en fréquence et dont l'amplitude est fonction de l'amplitude du signal de commande en courant, et à fournir le signal d'entrée d'actionneur à électro-aimant à l'actionneur à électro-aimant. L'invention comprend également d'autres caractéristiques et avantages qui apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation détaillé faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation préféré de circuit d'actionneur à électro-aimant la figure 2 est un schéma d'un mode de réalisation d'un oscillateur à commande en tension ; et la figure 3 est un schéma d'un autre mode de réalisation d'un oscillateur à commande en tension. Les figures 1 à 3 représentent de façon schématique un mode de réalisation d'un circuit d'actionneur à électro-aimant. Un signal de commande en courant d'amplitude présélectionnée est fourni de façon comnandable et un paramètre de tremblement est mesuré et un signal de paramètre de tremblement est fourni en réponse au paramètre de tremblement. Les signaux de commande en courant et de commande en fréquence sont reçus et un signal d'entrée d'actionneur à électro-aimant est produit en réponse aux signaux reçus. La fréquence du signal d'entrée d'actionneur est fonction de la fréquence du signal de commande en fréquence reçu et l'amplitude du signal d'entrée d'actionneur est fonction de l'amplitude du signal de commande en courant reçu. Le signal d'entrée d'actionneur à électro-aimant est fourni à l'actionneur à électro-aimant et l'actionneur est commandé en réponse à ce signal d'entrée d'actionneur à électro-aimant reçu. Des exemples de paramètres de tremblement qui peuvent être utilisés pour commander l'actionneur à électro-aimant sont, par exemple, la température de fluide hydraulique, l'utilisation de l'actionneur à électro-aimant, un code d'identification qui correspond à un type prédéterminé d'actionneur à électro-aimant et d'autres paramètres qui apparaîtront à l'homme de l'art. Commue le représente la figure 1, un mode de réalisation préféré de la présente invention comprend un microprocesseur 10 qui produit un signal de commande en courant et un moyen de production de fréquence 14 qui fournit le signal de commande en fréquence en réponse au paramètre de tremblement. Ces signaux sont fournis au moyen de commande d'électro-aimant 11 qui est connecté au microprocesseur 10, au moyen de production de fréquence 14 et à l'actionneur à électro-aimant 24. En réponse, le moyen de commande d'électro-aimant 11 détermine un signal d'entrée d'actionneur à électro-aimant qui est fourni à l'actionneur à électro-aimant 24 et commande l'actionneur à électroaimant comme cela sera décrit ci-après. Le microprocesseur 10 produit un signal de commande en courant. Le signal de commande en courant est fourni à l'entrée positive d'un premier amplificateur différentiel 12. La sortie du premier amplificateur différentiel 12 est la différence intégrée entre le signal de commande en courant et un signal représentant le courant dans l'électro-aimant à partir d'un second amplificateur différentiel 18. La sortie du premier amplificateur différentiel 12 est fournie à l'entrée positive d'un comparateur 16. La sortie du moyen de production de fréquence 14, une forme d'onde triangulaire, est fournie à l'entrée négative du comparateur 16. Deux modes de réalisation différents du moyen de production de fréquence 14 sont illustrés en figures 2 et 3 et seront décrits plus en détail ci-après. La sortie du comparateur 16 est le signal d'entrée de l'actionneur à électro-aimant et est un signal en créneaux. Le signal d'entrée de l'actionneur à électro-aimant est fonction de la fréquence du moyen de production de fréquence 14 et de l'amplitude du signal de commande en courant produit par le microprocesseur 10. Le signal d'entrée d'actionneur à électroaimant est fourni à un circuit de décalage de tension 20. Le circuit de décalage de tension 20 décale, c'est-àdire surélève, le signal d'entrée d'actionneur à électro-aimant au niveau de tension convenable pour mettre en oeuvre un circuit 22 de commutateur de puissance. La sortie du circuit 22 de commu- tateur de puissance est connectée à l'actionneur à électro-aimant 24 et fournit le signal d'entrée d'actionneur à électro-aimant à l'actionneur à électro-aimant 24. Le moyen de commande d'électro-aimant 11 comprend en outre des diodes roue libre 25, 26 qui sont connectées en paral lèle avec l'actionneur à électro-aimant 24. Les diodes roue libre 25, 26 fournissent un trajet de courant de décharge pour empêcher la survenance de pics de tension élevée. En outre, une protection à portes 28 est connectée aux bornes du circuit de corrrrtutateur de puissance 22. La protection à portes 28 protège le circuit de comimutateur de puissance 22 d'un dépassement de sa tension maximum spécifiée. Un circuit de miroir de courant 30 est connecté à une première résistance de détection de courant 32. Le miroir de courant 30 fournit un signal de sortie à l'entrée positive du second amplificateur différentiel 18 qui réagit à l'amplitude du courant circulant dans la résistance de détection de courant 32 quand le circuit de commutateur de puissance 22 est passant. Une seconde résistance de détection de courant 34 est connectée aux diodes roue libre 25, 26. Le point de raccordement de la seconde résistance de détection de courant 34 et des diodes roue libre 25, 26 est connecté au second amplificateur différentiel 18.La seconde résistance de détection de courant 34 fournit un signal à l'entrée négative du second amplificateur différentiel 18 qui répond à l'amplitude du courant circulant dans la seconde résistance de détection de courant 34 quand le circuit de commutateur de puissance est bloqué. Dans le cas du mode de réalisation du moyen de production de fréquence 14 de la figure 2, le microprocesseur 10 calcule et fournit un signal de commande de tremblement. Le signal de commande de tremblement peut correspondre à divers paramètres de tremblement. Par exemple, il peut exister une plage de signaux de commande de courants différents pour un actionneur à électro-aimant particulier. Pour chaque signal de commande de courant différent, un paramètre de tremblement correspondant peut être associé à la fréquence nécessaire pour réaliser la température de tremblement optimale pour ce signal de commande de courant particulier. De même, le circuit de commande peut être utilisé pour actionner divers types d'actionneurs à électro-aimant. La quanti té optimale de tremblement peut être différente pour chaque type d'électro-aimant. En conséquence, le paramètre de tremblement peut correspondre à un code d'identification d'un type particulier d'actionneur à électro-aimant. Le paramètre de tremblement peut également correspondre à l'une quelconque de diverses conditions de fonctionnement qui auraient un impact sur la quantité souhaitée de tremblement. Par exemple, au cours du fonctionnement d'un actionneur à électroaimant, une certaine usure prend place. La quantité appropriée de tremblement peut varier quand l'usure de l'actionneur à électroaimant augmente. Ainsi, le paramètre de tremblement pourrait être sensible à la durée d'utilisation de l'actionneur à électroaimant. D'autres exemples de conditions de fonctionnement qui peuvent avoir un impact sur la quantité de tremblement désirée comprennent la température du fluide hydraulique, les conditions atmosphériques, et la quantité de salissure dans l'actionneur à électro-aimant. La figure 2 représente un mode de réalisation du moyen de production de fréquence 14. Comme cela a été décrit ci-dessus, le microprocesseur 10 produit un signal de commande de tremblement qui correspond à un paramètre de tremblement particulier. Le signal de tremblement est intégré par un intégrateur différentiel 36 dans le signal de commande de fréquence résultant. Le signal de commande de fréquence résultant a la forme d'une onde triangulaire. L'entrée négative de l'intégrateur différentiel 36 est connectée en série avec un premier commutateur 40 et une première résistance 44. Une deuxième résistance 46 et une troisième résistance 48 sont connectées en série entre le point de raccordement de la sortie du microprocesseur 10 et du premier coninutateur 40 et la masse. Les résistances 44, 46, 48 sont sélectionnées de sorte que la valeur de résistance de la première résistance 44 est égale à la valeur de résistance équivalente en parallèle de la deuxième résistance 46 et de la troisième résistance 48. L'entrée positive de l'intégrateur différentiel 36 est connectée au point de raccordement de la deuxième résistance 46 et de la troisième résistance 48 de sorte que le réseau résistif forme un diviseur de tension. La sortie de l'intégrateur différentiel 36 est le signal de commande en fréquence et est fournie à un circuit comparateur 38. Le circuit comparateur 38 est connecté à un second commutateur 42. L'autre borne du second commutateur 42 est connectée entre le premier commutateur 40 et la première résistance 44. Quand le premier commutateur 40 est fermé, le second commutateur 42 est ouvert et quand le second commutateur 42 est fermé, le premier commutateur 40 est ouvert. Quand le premier commutateur 40 est fermé, toute la tension d'entrée du signal de commande de tremblement en provenance du microprocesseur 10 est appliquée à l'entrée négative de l'intégrateur différentiel 36 et, en raison de la fonction de diviseur de tension réalisée par les résistances 46, 48, seule la moitié de la tension d'entrée du signal de commande de tremblement est appliquée à 1' entrée positive de l'intégrateur différentiel 36. En conséquence, la sortie de l'intégrateur différentiel 36 intègre le signal vers le bas, c'est-à-dire que le niveau de tension diminue au cours du temps. Le signal est intégré vers le bas jusqu'à ce qu'il atteigne un certain niveau prédéterminé. A ce stade, le circuit logique comparateur 38 commute la configuration de commutateur de sorte que le second commutateur 42 est fermé et que le premier commutateur 40 est ouvert. Quand le premier commutateur 40 est ouvert, la tension appliquée à l'entrée négative de l'intégrateur différentiel est nulle. Toutefois, la moitié de la tension d'entrée est encore appliquée à l'entrée positive de l'intégrateur différentiel 36. En conséquence, l'intégrateur différentiel intègre le signal vers le haut, c'est-à-dire que le niveau de tension augmente au cours du temps. Le signal est intégré vers le haut jusqu'à ce qu'il atteigne un niveau prédéterminé. A ce stade, le circuit comparateur 38 commute la configuration des comnutateurs de sorte que le premier commutateur 40 est fermé et le second commutateur 42 est ouvert. Le signal de commande de fréquence résultant a la forme d'une onde triangulaire. Les amplitudes des pentes de l'onde triangulaire vers le haut et vers le bas sont égales en raison du fait que chaque trajet a la même valeur de réseau R-C. La figure 3 représente un autre mode de réalisation du moyen de production de fréquence 14. Ce mode de réalisation fonctionne de façon similaire à ce qui a été décrit en relation avec la figure 2. Le mode de réalisation de la figure 3 n'utilise pas plusieurs commutateurs. Au lieu de cela, il y a un commutateur vers la masse. En conséquence, le circuit peut être réalisé de façon moins coûteuse. Toutefois, le mode de réalisation de la figure 3 ne produira pas de signal de commande de fréquence dans lequel les valeurs des pentes vers le haut et vers le bas sont égales. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le microprocesseur 10 produit un signal de commande de tremblement qui correspond à un paramètre de tremblement particulier. Le signal de commande de tremblement est intégré par l'intégrateur différentiel 36 en le signal de commande de fréquence résultant. Le signal de commande résultant a la forme d'une onde triangulaire. L'entrée négative de l'intégrateur différentiel 36 est connectée en série avec une première résistance 44 et une quatrième résistance 43. Une deuxième résistance 46 et une troisième résistance 48 sont connectées en série entre le point de raccordement de la sortie du microprocesseur 10 et de la quatrième résistance 43 et la masse. L'entrée positive de l'intégrateur différentiel 36 est connectée au point de raccordement de la deuxième résistance 46 et de la troisième résistance 48 de sorte que le réseau résistif forme un diviseur de tension. La sortie de l'intégrateur différentiel 36 est le signal de commande en fréquence et est fournie à un circuit comparateur 38. L'étage de sortie du circuit comparateur 38 est un dispositif à drain ouvert et est connecté au point de raccordement des première et quatrième résistances 43, 44. En fonction nement, le signal de commande de tremblement en provenance du microprocesseur 10 est appliqué à l'entrée négative de l'intégrateur différentiel 36, et la moitié de la tension du signal de commande de tremblement est appliquée à l'entrée positive de l'intégrateur différentiel 36. Avec une tension plus élevée sur l'entrée négative, l'intégrateur différentiel 36 intègre vers le bas jusqu'à un niveau prédéterminé. A ce stade, le circuit comparateur 38 changera d'état et le point de raccordement des première et quatrième résistances 43 et 44 sera court-circuité à la masse.La tension appliquée à l'entrée négative de l'intégrateur différentiel 36 est maintenant nulle. Toutefois, la moitié de la tension d'entrée est encore appliquée à l'entrée positive de l'intégrateur différentiel 36. En conséquence, l'intégrateur différentiel intègre le signal vers le haut jusqu'à ce qu'il atteigne un certain niveau prédéterminé. En revenant sur la figure 1, certains aspects du fonctionnement du moyen de commande d'électro-aimant seront décrits plus en détail. Le circuit de décalage de tension 20 comprend un premier transistor 50, un deuxième transistor 52 et un troisième transistor 54. Le circuit de décalage de tension 20 surélève le signal d'entrée de l'actionneur à électro-aimant au niveau de tension convenable pour mettre en oeuvre le circuit de commuta- teur de puissance 22. En particulier, quand le comparateur 16 produit un niveau logique "1", le troisième transistor 54 est "passant" et les premier et deuxième transistors 50 et 52 sont "bloqués". Quand le comparateur 16 produit un "0" logique, le troisième transistor 54 est bloqué et les premier et deuxième transistors 52 et 50 sont "passants", amenant la sortie du premier transistor 50 à monter au niveau B++. Le circuit de commutateur de puissance 22 comprend des premier et second coimmutateurs 56, 58 MOSEET de type à enrichissement à canal N. Le circuit de commutateur de puissance 22 connecte et déconnecte respectivement l'actionneur à électroaimant 24 en réponse à la sortie du circuit de décalage de tension 20. Quand le premier transistor 50 est tiré vers le niveau de tension B++, les grilles des premier et second coerniita- teurs MOSEET 56, 58 sont tirées à un potentiel élevé et de la puissance est fournie à l'actionneur à électro-aimant 24. En fonctionnement, le moyen de commande d'électroaimant 11 fonctionnera pour maintenir un niveau de courant dans l'actionneur à électro-aimant 24 à l'intérieur de limites prescrites du courant désiré en plus de régler la fréquence de tremblement désirée. Le moyen de commande d'électro-aimant 11 interagira avec le premier amplificateur différentiel 12 qui est alimenté par un signal qui répond à l'amplitude du courant dans l'actionneur à électro-aimant 24 pour maintenir le niveau de courant dans l'actionneur à électro-aimant à l'intérieur de limites prescrites. Le circuit de commande d'électro-aimant selon la présente invention est utilisé pour commander avec précision un actionneur à électro-aimant 24 qui lui-même fixe la position d'un tiroir de vanne hydraulique proportionnelle à commande électronique vers une position prédéterminée. Le paramètre de tremblement fournit les informations nécessaires pour déterminer la fréquence pour obtenir l'amplitude de tremblement optimale. Le moyen de production de fréquence 14 produit le signal de commande de fréquence qui est sensible au paramètre de tremblement et correspond à l'amplitude de tremblement optimale. Le signal de commande en courant produit une référence au premier amplificateur différentiel 12, indicative d'une position désirée du tiroir de vanne. Le moyen de commande d'électroaimant 11 fonctionne pour fournir à l'actionneur à électro-aimant 24 un signal d'entrée à une fréquence qui est fonction de la fréquence du signal de commande de fréquence et à une amplitude qui est fonction de l'amplitude du signal de commande en courant reçu. D'autres aspects, objets et avantages de la présente invention apparaîtront à l'houle de l'art à la lecture de la description, des dessins et des revendications ci-après. REVENDICkTIONS 1. Appareil de commande du tremblement d'un actionneur à électro-aimant (24), comprenant un microprocesseur (10) adapté à produire un signal de commande en courant un moyen de production de fréquence (14) pour produire un signal de commande en fréquence en réponse à un paramètre de tremblement ; et un moyen (11) de commande d'électro-aimant pour produire un signal d'entrée d'actionneur à électro-aimant dont la fréquence est fonction du signal de commande en fréquence et dont l'amplitude est fonction du signal de commande en courant, le moyen de commande d'électro-aimant étant électriquement connecté au microprocesseur et au moyen de production de fréquence et pouvant être connecté à l'actionneur à électro-aimant (24). 2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le paramètre de tremblement est sensible au signal de commande en courant. 3. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le paramètre de tremblement est sensible à la température d'un fluide hydraulique. 4. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le paramètre de tremblement est sensible à la durée d'utilisation de l'actionneur à électro-aimant. 5. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le paramètre de tremblement est un code d'identification. 6. Appareil selon la revendication 5, dans lequel le code d'identification correspond à un type prédéterminé d'actionneur à électro-aimant. 7. Procédé de commande de tremblement dans un actionneur à électro-aimant comprenant les étapes suivantes produire un signal de commande en courant d'amplitude prédéterminée mesurer un paramètre de tremblement produire un signal de commande en fréquence en réponse au paramètre de tremblement produire un signal d'entrée d'actionneur à électroaimant dont la fréquence est fonction du signal de commande en fréquence et dont l'amplitude est fonction de l'amplitude du signal de commande en courant ; et fournir le signal d'entrée d'actionneur à électroaimant à l'actionneur à électro-aimant. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le paramètre de tremblement est sensible au signal de commande en courant. 9. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le paramètre de tremblement est sensible à la température d'un fluide hydraulique. 10. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le paramètre de tremblement est sensible à la durée d'utilisation de l'actionneur à électro-aimant. 11. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le paramètre de tremblement est un code d'identification. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le code d'identification correspond à un type prédéterminé d'actionneur à électro-aimant.