Brevet FR2738613A1 — publié le 19970314

La présente invention concerne un procedé d'asservissement d'une servovalve hydraulique qui peut être asservie en débit ou en pression. Elle s'applique notamment aux servovalves hydrauliques utilisées dans des systèmes de freinage ou de guidage automatique des véhicules. De telles servovalves comportent un tiroir hydraulique muni de moyen de rappel et mis en mouvement par un actionneur rotatif tel qu'un moteur électrique ; les moyens de rappels maintiennent le tiroir dans une position neutre â partir de laquelle le tiroir peut être entraine en translation dans deux directions opposées pour obtenir deux positions de travail, correspondant par exemple a la mise sous pression ou à la mise sous bâche du circuit. De telles servovalves comportent deux boucles d'asservissement : l'une, qui est appelée boucle de contrôle du débit, intervient lorsque la servovalve est destinée à doser un débit et l'autre, qui est appelée boucle de pression, intervient lorsque la servovalve est destinée à contrôler une pression dans un volume, un frein, un vérin, etc. De telles servovalves sont décrites en particulier dans les demandes de brevets français n 92 02843 du 10 mars 1992 et n 94 07571 du 21 juin 1994 de la déposante. Dans cet automatisme, les boucles mettent en oeuvre : un capteur qui mesure la position du moteur lié au tiroir de la servovalve, dans le cas de l'asservissement en débit ; un ou deux capteurs de pression qui mesurent la pression dans un ou deux volumes, dans le cas de l'asservissent en pression. Les mesures sont comparées !à des consignes de position pour la boucle de débit et de pression pour la ou les boucles de pression. Pour traiter le sujet de manière optimale, c'est-â- dire en assurant un compromis entre gain, phase et stabilité des asservissements, on utilise le savoir faire des techniques du domaine de l'automatique, qui sont en général des boucles d'asservissement, dans lesquelles des fonctions PID (Proportionnelles Intégrales Dérivées) sont mises en oeuvre : traitement du type linéaire. Dans le cas du contrôle des boucles de la servovalve, il n'est pas toujours evident d'utiliser une commande proportionnelle dérivée. La raison en est que pour des petits signaux, il serait nécessaire de donner aux boucles un premier gain et, pour de grands signaux, un autre gain. On se heurte alors à une difficulté particulière, qui consiste à ajouter aux commandes du type linéaire, un type particulier de contrôle commande. Les éléments mécaniques qui poussent à considérer le contrôle commande d'une manière particulière sont liés à l'effet de jet, mais également au fait que le moteur électrique de commande possède une self importante et une inertie ; ceci a pour origine la puissance qu'il doit développer pour contrer les forces générées par l'effet de jet. De plus, lorsqu'il est nécessaire de travailler sur des écarts de signaux importants, les boucles de régulation déterminent des niveaux de commande en puissance pour le moteur qui sont insuffisants pour que, sur des régimes transitoires, les rapidités optimales soient obtenues. Il est donc dans ce cas nécessaire de procéder à l'adjonction d'un module de commande d'état, qui détermine le courant à appliquer au moteur et, par conséquent, le couple à imposer au moteur. La commande de la puissance est réalisée dans la partie du matériel constituée par le pont à transistors commandant le moteur et le rapport cyclique de commande de ce pont. Le rapport cyclique varie en relation avec les logiciels qui imposent la commande d'état. Lorsque le tiroir est actionné, par exemple à partir de sa position de mise à la bâche, vers sa position de mise sous pression, il traverse une zone morte pour laquelle il n'y a pas de liaison dans les circuits à commander et, par conséquent, aucune action du circuit hydraulique n'a lieu. Cette zone morte entrain une hystérésis qui diminue les performances en particulier dans le cas d'actionnement de dispositifs tels que des freins. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités, notamment pour ameliorer la rapidité de réponse de la servovalve pour des situations transitoires et supprimer les inconvénients dus au passage de la zone morte A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'asservissement d'une servovalve hydraulique comportant un tiroir hydraulique muni de moyens de rappel et mis en mouvement par un actionneur rotatif tel qu'un moteur électrique, le dispositif d'asservissement comprenant deux boucles imbriquées, une première boucle d'asservissement du débit en fonction de la mesure de la position angulaire de l'actionneur rotatif et une deuxième boucle d'asservissement à commande variable de la pression en fonction de la mesure de la pression, caractérise en ce que la première boucle d'asservissement est une boucle à action proportionnelle dont le gain est constant pour des valeurs de la valeur absolue de l'écart de position qui sont inférieures à au moins une valeur de seuil, puis varie de maniere croissante pour les valeurs de la valeur absolue de l'écart de pression qui sont supérieures audit premier seuil. Selon une autre caractéristique de l'invention, dans le cas d'un asservissement en pression, la valeur du gain (Kpa) est une fonction croissante de la capacité du volume de la chambre dont on doit contrôler la pression, la différence entre les gains pour deux volumes donnés étant constante lorsque l'écart de pression varie. Selon encore une autre ' caractéristique de l'invention, dans le cas d'un asservissement en pression, pour des valeurs croissantes de la position (xt) de l'actionneur rotatif, on ajoute une valeur fixe à la valeur de la consigne de position fournie à la première boucle d'asservissement à partir du début du passage dans la zone morte et, pour des valeurs décroissantes de la position (xt) de l'actionneur rotatif, la valeur de consigne de position reprend sa valeur initiale à partir du debut du passage dans la zone morte. L'invention a pour principaux avantages qu'elle permet d'utiliser une commande proportionnelle dérivée et, par suite, d'obtenir de faibles temps de réponse, en éliminant les effets dus au passage du tiroir dans la zone morte. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés qui représentent - la figure 1, un schema synoptique du dispositif d'asservissement - la figure 2, une courbe indiquant les différentes valeurs de gain de la première boucle d'asservissement - la figure 3, un organigramme de commande de la première boucle - la figure 4, un organigramme de commande de la deuxième boucle - la figure 5, une série de courbes illustrant la commande de la deuxième boucle La figure 1 est un schéma synoptique d'une servovalve et de son dispositif d'asservissement. La servovalve elle-même est constituee par un tiroir hydraulique 1, commandé par un moteur électrique 2 et muni de dispositifs de rappel non représentés.Le tiroir hydraulique 1 commande, par exemple, la mise sous pression ou la mise à la bâche d'une chambre 3. Le moteur est commandé par un dispositif electronique de commande 4 à modulation de la largeur d'impulsion. Un capteur de position 5 mesure la position angulaire du moteur et un capteur de pression 6 mesure la pression régnant dans la chambre 3. Une première boucle d'asservissement comporte un comparateur 11, qui reçoit une valeur de consigne de position et la valeur réelle de la position fournie par le capteur 5. Ce comparateur 11 fournit un signal d'écart de position à un circuit 12 d'asservissement à commande proportionnelle, qui fournit un signal de commande au dispositif electronique de commande 4, par modulation de largeur d'impulsion. Cette première boucle est complétée par le moteur 2 et le capteur de position 5. Cette première boucle d'asservissement est imbriquée dans une deuxième boucle d'asservissement, laquelle comprend une chambre d'utilisation 3 et un capteur de pression 6 dont le signal de sortie est envoyé à un dispositif d'asservissement à commande variable 21. Ce dernier fournit un signal de pression corrigé à un comparateur 22 qui reçoit par ailleurs une valeur de consigne de pression et fournit un signal d'ecart de pression à un circuit électronique de commande 23 fournissant un signal de consigne de position au comparateur ll de la première boucle. Cette deuxième boucle d'asservissement comprend également le dispositif d'asservissement 12, le circuit électronique 4, le moteur 2 et le tiroir hydraulique 1. Conformément à l'invention, le circuit d'asservissement 12 à action proportionnelle fournit une valeur de gain qui est fonction de la valeur du signal d'écart de pression E fournie par le comparateur 22. La loi de p commande de la valeur du gain est indiquée par la courbe de la figure 2 qui représente la valeur du gain K en pa fonction de la valeur de l'écart de pression e qui est égal p à la différence entre la pression désirée, qui peut aller jusqu'à 166 bars par exemple, et la pression instantanée mesurée par le capteur 6. Lorsque l'on commande une mise sous pression de la chambre 3, cet écart a tout d'abord une valeur élevée, puis il décroît au fur et à mesure que la pression s'établit dans la chambre d'utilisation 3. Lorsque l'écart de pression est inférieur à un certain seuil, en valeur absolue, le gain est maintenu à une valeur constante. Avantageusement le seuil et la valeur du gain constant sont différents pour les valeurs positives et négatives de l'écart de pression E . Pour les valeurs p positives, le seuil S1 est plus elevé mais la valeur du gain K1 est inférieure à la valeur K2 du gain pour les valeurs negatives, le seuil S'1 pour les valeurs negatives etant, en valeur absolue, plus faible que le seuil S1 pour les valeurs positives. Lorsque la valeur de l'écart de pression e p dépasse, en valeur absolue, les valeurs de seuil indiquées ci-dessus, la valeur du gain varie de manière croissante en fonction de la valeur absolue de l'écart de position, selon une fonction linéaire dans l'exemple représenté. Avantageusement, pour les valeurs négatives de l'écart de position, on prévoit un deuxième seuil supérieur au premier seuil S'1 et, à partir de cette valeur de seuil S'2 de la valeur absolue de l'écart de position, le gain varie de manière linéaire avec une pente plus élevée que pour les valeurs comprises entre les deux seuils S'1 et S'2. Avantageusement, les valeurs du gain, pour une même valeur absolue de l'écart de position, sont plus élevées pour les valeurs négatives de ce dernier que pour ses valeurs positives. Dans un exemple de réalisation appliqué à l'asservissement en pression d'un frein d'un véhicule, le seuil positif S1 est égal à 40 bars, les seuils pour les valeurs négatives S'1 et S'2 sont respectivement égaux à 8 et 14 bars, la valeur absolue de la pente de la fonction linéaire pour les valeurs positives supérieures à 40 bars est égale à 1 ; pour les valeurs négatives comprises entre 8 et 14 bars en valeur absolue, la valeur absolue de la pente de la fonction linéaire est egale à 0,5, et pour les valeurs négatives supérieures à 14 bars en valeur absolue, la pente de la fonction linéaire est égale à 1 comme pour les valeurs positives supérieures à 40 bars. La figure 3 représente l'organigramme de commande informatique permettant d'obtenir cette loi de variation du gain de la première boucle d'asservissement de la position du moteur. Dans une première etape 30, on détermine si l'écart de pression Ep est positif ou négatif. Dans le cas où il est positif, l'écart de pression est comparé à la première valeur de seuil S1 dans une etape 31. Tant que cet écart est supérieur à ce seuil, le gain est déterminé selon une fonction linéaire dans une étape 33, la pente de cette fonction linéaire étant égale à 1. Lorsque l'écart de pression passe en dessous de cette valeur de seuil, dans l'étape 32 la valeur du gain K a une valeur constante K1. pa Si le signal d'écart de pression E est négatif, on p en calcul tout d'abord la valeur absolue dans une étape 34 puis on la compare au seuil S'1 dans une étape 35 et quand la valeur absolue de l'écart de pression est inférieure à cette valeur de seuil, le gain K est fixe à la valeur K2 pa dans une etape 36. Dans le cas contraire, la valeur absolue de l'écart de pression E p est comparée au deuxième seuil dans une étape 37. Si cette valeur absolue est inférieure à ce seuil, on determine dans une étape 38 une première fonction linéaire dont la valeur absolue de la pente est égale à 0,5 et, dans le cas contraire, on détermine, dans une étape 39, une deuxième fonction linéaire de pente plus élevée dont la valeur absolue est égale à 1. Selon une autre caractéristique de l'invention, on effectue une correction de la zone morte afin de supprimer la constante de temps introduite par le passage du tiroir dans cette zone morte. On définit une valeur de zone morte ZM qui correspond à la course du tiroir tant que la liaison hydraulique ntest pas établie ; cette zone morte ZM correspond par exemple à 0,5 mm pour une course totale du tiroir de 4 mm. Selon l'invention, lorsque la course du tiroir, xt varie de manière croissante, c'est-à-dire dans la direction de la position de mise sous pression de la chambre 3, des que le tiroir entre dans la zone morte, on ajoute à la consigne de position fournie au comparateur 11 une valeur constante qui est de préférence égale à la valeur de la zone morte précitée ZM, c'est-à-dire 0,5 mm dans l'exemple indique. Cette augmentation de la valeur de consigne est maintenue et lorsque la course du tiroir, xt, décroît, c'est-à-dire que ce dernier se dirige vers la position de mise à la bâche, dès que le tiroir atteint la zone morte, l'augmentation de la consigne de position est supprimée et cette dernière reprend sa valeur normale. Ceci est illustré sur l'ordinogramme de la figure 4 qui indique la loi de détermination de la consigne de position en fonction de la position du tiroir ou de la position du moteur fournie par le capteur 5, xt. Dans une première étape 40, on determine le signe de variation Axt de la course du tiroir, chaque signe correspondant à une direction de translation du tiroir. Si cette variation est positive, elle est comparée à la valeur -ZM dans une étape 41 et si la position xt est supérieure à cette valeur, dans une étape 42, on ajoute à la valeur de consigne élaborée par le circuit 23 une valeur fixe correspondant à la zone morte ZM. Si la variation de la position fournie par le capteur 5 est négative, elle est comparée, dans une étape 43, à une valeur égale à +ZM et tant que la valeur de la position xt est supérieure à cette valeur, on effectue la correction de l'étape 42. Lorsque le tiroir a atteint la zone morte, c'est-àdire lorsque la position xt est inférieure à ZM, la valeur de consigne de position reprend la valeur élaborée normalement par le circuit 23. Ceci est illustré par les courbes de la figure 5a qui représentent en fonction du temps t, pour la courbe 5a, la consigne de position fournie normalement par le circuit 23, pour la courbe 5b, la recopie de la position du moteur, pour la courbe 5c, le débit de la servovalve sans correction de la zone morte, pour la courbe 5d, la correction de la consigne réalisée selon l'invention et pour la courbe 5e, le débit de la servovalve lorsque l'on effectue la correction de la zone morte. Ces processus d'asservissement sont realisés de manière numérique par un microprocesseur se trouvant dans le dispositif 21 et mettent en oeuvre un logiciel de commande de la servovalve. La servovalve selon l'invention peut hêtre utilisée avec des chambres de volumes différents. Il suffit, pour la régulation du gain K de déterminer une valeur de base qui est une fonction croissante du volume de la chambre d'utilisation. Le logiciel est le même et les courbes de la figure 2 correspondant à des pressions différentes sont simplement décalées d'une valeur fixe et s'obtiennent donc par translation parallèlement à l'axe des gains K pa REVENDICATIONS 1. Procéde d'asservissement d'une servovalve hydraulique comportant un tiroir hydraulique (1) muni de moyens de rappel et mis en mouvement par un actionneur rotatif (12) tel qu'un moteur électrique, le dispositif d'asservissement comprenant deux boucles imbriquées, une première boucle (2, 5, 11, 12, 4) d'asservissement du débit en fonction de la mesure de la position angulaire de l'actionneur rotatif et une deuxième boucle (1, 3, 6, 21, 22, 23, 11, 12, 4, 2) d'asservissement à commande variable en fonction de la mesure de la pression, caractérisé en ce que la première boucle d'asservissement est une boucle à action proportionnelle dont le gain (Kpa) est constant pour des valeurs de la valeur absolue de l'écart de pression (p) qui sont inferieures à au moins une valeur de seuil (sol, S'l), puis varie de manière croissante pour les valeurs de la valeur absolue de l'écart de pression (p) qui sont supérieures audit premier seuil (S1, S'1) 2. Procedé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour une même valeur de la valeur absolue de l'écart de pression (ex), la valeur du gain (Kpa) de la boucle d'asservissement est plus élevée pour la valeur négative dudit écart que pour sa valeur positive. 3. Procedé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour les valeurs de la valeur absolue de l'écart de pression (Ep) supérieures audit premier seuil, le gain varie selon une fonction linéaire. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu un premier et un second seuils (S1, S'1) différents pour les valeurs négatives de l'écart de pression (Ep) et pour ses valeurs positives, sa valeur (S'1) étant plus faible pour les valeurs négatives. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que, pour les valeurs négatives de l'écart de pression (p), le gain (Kpa) varie selon une première fonction linéaire jusqu'à un troisième seuil (S2) de la valeur absolue de l'écart de pression (E p), puis selon une deuxième fonction linéaire de plus grande pente. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valeur absolue de la pente de la deuxième fonction linéaire pour les valeurs négatives de l'écart de pression (p) est égale à la pente de la fonction linéaire pour les valeurs positives de l'écart de pression (E p). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracterisé en ce que la valeur du gain (Kpa) est une fonction croissante de la capacité du volume de la chambre (3) dont on doit contrôler la pression, la difference entre les gains pour deux volumes donnés étant constante lorsque l'écart de pression varie. 8. Procédé d'asservissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans le cas d'un asservissement en pression, pour des valeurs croissantes de la position (xt) de l'actionneur rotatif, on ajoute une valeur fixe à la valeur de la consigne de position fournie à la première boucle d'asservissement à partir du début du passage dans la zone morte et, pour des valeurs décroissantes de la position (xt) de l'actionneur rotatif, la valeur de consigne de position reprend sa valeur initiale à partir du début du passage dans la zone morte. 9. Procédé d'asservissement selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite valeur fixe correspond au déplacement du tiroir (1) entre sa position neutre de repos et une de ses deux positions de travail.