Brevet FR2851057A1 — publié le 20040813

DESCRIPTION L'invention se rapporte à un procédé de compensation d'hystérésis d'éléments d'actionnement entraînés par des actionneurs lors du changement du sens de déplacement, en particulier de soupapes à clapet dans des systèmes de conditionnement d'air. Les dispositifs du type mentionné ci-dessus visent à compenser l'hystérésis 5 d'éléments d'actionnement entraînés par des actionneurs lors du changement du sens de déplacement, d'o il résulte qu'un écart de position -l'hystérésis- est provoqué par l'élasticité du système total en particulier un jeu mécanique des composants participant au déplacement et la déformation élastique de l'élément d'actionnement, du boîtier et de l'actionneur. La demande concerne en particulier des soupapes à clapet dans des systèmes 10 de conditionnement d'air, d'o il résulte qu'une position mécanique unique égale pour chaque sens de déplacement est affectée à chaque position commandée (position électrique). Le degré élevé de précision requis pour le déplacement des soupapes à clapet ne peut être assuré que si le système de commande prend réellement la position mécanique 15 désirée. Pour cela, il est nécessaire de compenser le jeu se produisant lorsque le sens de déplacement de la soupape à clapet est modifié. C'est le but des procédés et des dispositifs qui suivent de résoudre des problèmes comparables. Des procédés similaires pour considérer l'erreur d'hystérésis lors de la commande 20 du système d'entraînement de balayage d'un microscope électronique ont été utilisés dans les brevets des Etats-Unis 5 646 403 et 5 780 853. Ce système d'entraînement de balayage est réalisé en utilisant des tiges filetées et des moteurs pas à pas. La commande micrométrique est réalisée par une mémoire d'erreur de calage. La valeur d'hystérésis déterminée est mémorisée dans cette mémoire et prise en compte durant la commande du 25 moteur. Les déplacements dans différentes directions sont également mémorisés. Le brevet des Etats-Unis 6 085 044 traite également de la commande d'entraînement d'un dispositif optique et du procédé approprié de la commande d'entraînement. Dans ce cas, des composants pour la mémorisation du sens d'entraînement et la détermination de la position du composant entraîné, sont utilisés. Si 30 la position réelle s'écarte de la position précédemment mémorisée, l'écart du déplacement est également mémorisé. Le brevet des Etats-Unis 4 042 869 décrit un autre procédé de compensation d'hystérésis. Lors du changement du sens du déplacement de l'élément d'actionnement, une compensation d'hystérésis est exécutée. Lorsqu'elle est pilotée par un moteur pas à pas, la position de l'élément d'actionnement est vérifiée après chaque pas, jusqu'à ce que 5 l'élément d'actionnement commence à se déplacer également. Des éléments d'actionnement présentant des systèmes d'entraînement automatiques ou commandés manuellement sont prévus. Dans le brevet des Etats-Unis 3 560 830, un système de commande pour le positionnement d'éléments de machine est décrit, lequel est capable de compenser le jeu 10 de raccordements mécaniques en liaison avec un certain nombre d'ordres d'entrée prédéterminés. Il comprend un système d'entraînement de moteur, un générateur d'impulsions, un premier et second contrôleurs, dont l'entrée est reliée à la sortie du générateur d'impulsions et dont la sortie est reliée au système d'entraînement. Le premier contrôleur transmet les impulsions du générateur d'impulsions au système d'entraînement 15 pour positionner les éléments de machine. Le second contrôleur transmet les impulsions du générateur d'impulsions au système d'entraînement pour compenser l'hystérésis dans l'élément de machine. En outre, le système comprend un comparateur de directions pour comparer la composante de direction de l'ordre d'entrée à la composante de direction de l'ordre d'entrée immédiatement précédent. Le comparateur de directions est relié aux 20 entrées des premier et second contrôleurs. Le comparateur de direction active le premier contrôleur, lorsque les composantes de direction sont égales, et active le second contrôleur, lorsque les composantes de direction sont opposées. De façon correspondante, le second contrôleur réalise une compensation d'hystérésis. Un système de compensation d'erreur de commande numérique, qui associe une 25 erreur de position précédemment mesurée à la valeur ordonnée du déplacement, est décrit dans le brevet des Etats-Unis 4 251 761. En particulier, il est utilisé lors du changement entre des mouvements vers l'avant et vers l'arrière. Dans l'ensemble, les solutions de l'état de la technique ont en commun qu'elles ne peuvent pas fournir une solution facile à réaliser pour la compensation d'hystérésis 30 désirée de l'entraînement de la soupape à clapet dans des systèmes de conditionnement d'air. En outre, la description de la demande dans le domaine des systèmes de conditionnement d'air nécessite de considérer les conditions spéciales de cette demande et la nécessité associée des contrôles d'erreur de calage. La demande, en outre, ne doit pas être limitée à des moteurs pas à pas en tant que systèmes d'entraînement, mais doit 35 comprendre différents types de systèmes d'entraînement d'actionneurs. En outre, les procédés utilisés jusqu'à présent génèrent le plus souvent différentes courbes de commande, en fonction du sens précédent de déplacement de l'élément d'actionnement. C'est de ce fait un but de l'invention que de développer un procédé permettant que la compensation d'hystérésis des éléments d'actionnement lors du changement du sens de 5 déplacement du système d'entraînement des soupapes à clapet dans le système de concentration soit réalisée par des actionneurs, d'o il résulte qu'une position mécanique unique égale pour chaque sens de déplacement est affectée à chaque position de commande (position électrique). Conformément à la présente invention, il est réalisé à cet effet un procédé de 10 compensation d'hystérésis d'éléments d'actionnement entraînés par des actionneurs, d'o il résulte qu'en raison de l'élasticité du système total, en particulier du jeu mécanique dans les composants participant au déplacement et de la déformation élastique de l'élément d'actionnement, du boîtier et de l'actionneur, un écart de position -l'hystérésis- se produit, procédé utilisé en particulier avec des soupapes à clapet dans des systèmes de 1 5 conditionnement d'air, d'o il résulte qu'une position mécanique unique égale pour chaque sens de déplacement est affectée à chaque position commandée (position électrique), caractérisé en ce que: - le procédé de compensation d'hystérésis est uniquement utilisé si l'élément d'actionnement n'est pas entraîné vers une position finale, - le procédé de compensation d'hystérésis est uniquement utilisé si lactionneur a précédemment changé le sens de déplacement, - après un changement de sens de déplacement, le nombre de pas de compensation de l'actionneur qui correspond à l'hystérésis du système total est réalisé à la valeur d'hystérésis, et, uniquement ensuite les pas de commande de l'élément d'actionnement changeant la position dans le nouveau sens de déplacement sont comptés pour déterminer la position mécanique réelle de l'élément d'actionnement. En particulier, au cours du déplacement, lorsqu'une position finale est atteinte, cette position finale est déterminée. La détermination de la position finale peut être réalisée pour assurer que la compensation d'hystérésis est uniquement utilisée à des positions entre les deux positions finales. De façon préférée, la valeur d'hystérésis est prédéterminée et la compensation d'hystérésis est régulée. La valeur d'hystérésis est mesurée en continu de nouveau et la 35 compensation d'hystérésis est commandée ou contrôlée. La valeur réelle de l'hystérésis est avantageusement déterminée au moyen de capteurs. Ainsi, le problème précité est résolu grâce au procédé ci-dessus de compensation d'hystérésis d'éléments d'actionnement lorsqu'un écart de position, c'est-à-dire l'hystérésis, 5 se produit lors du changement du sens de déplacement lors d'un entraînement par des actionneurs. Ceci est provoqué par l'élasticité du système total, en particulier le jeu mécanique des composants participant au déplacement et la déformation élastique de l'élément d'actionnement, du boîtier et de l'actionneur. Le procédé est particulièrement utilisé avec des soupapes à clapet dans des systèmes de conditionnement d'air, d'o il 10 résulte qu'une position mécanique unique égale pour chaque sens de déplacement est affectée à chaque position de commande (position électrique). Le procédé de compensation d'hystérésis est uniquement utilisé, si l'élément d'actionnement n'est pas entraîné vers une position finale. L'ordre de commande doit se rapporter à une position intermédiaire. En outre, le procédé de compensation d'hystérésis conforme à l'invention n'est utilisé qu'après un changement du sens de déplacement de l'actiomneur. Si les deux exigences mentionnées ci-dessus sont satisfaites, le nombre de pas de compensation qui correspondent à la valeur de l'hystérésis est réalisé par l'actionneur après le changement du sens de déplacement. Précisément, cette valeur de déplacement 20 est commandée, laquelle correspond à la valeur de l'hystérésis. Seulement ensuite les pas de commande de l'élément d'actionnement changeant la position dans le nouveau sens de déplacement sont comptés pour déterminer la position réelle. Durant le déplacement, la position finale est déterminée pour assurer que la compensation d'hystérésis est uniquement réalisée dans des positions entre les deux 25 positions extrêmes. Aux positions finales elles-mêmes, d'autres procédés pour assurer un positionnement exact prennent la place de la compensation d'hystérésis. Les avantages qui suivent sont offerts par le procédé conforme à l'invention: - la position mécanique exacte de la soupape à clapet est commandée, - chaque soupape à clapet est commandée individuellement, 30 le système est souple. Dans ce qui suit, l'invention est illustrée au moyen d'exemples d'un mode de réalisation non limitatif et en faisant référence aux figures annexées, lesquelles représentent: La figure 1: un organigramme du procédé de compensation d'hystérésis, 35 La figure 2: un élément d'actionnement après le déplacement dans le sens A-B, La figure 3: un élément d'actionnement après le déplacement dans le sens B-A qui suit un déplacement précédent dans le sens A-B et la représentation de Phystérésis H, La figure 4: un élément d'actionnement après le déplacement dans le sens B-A qui suit un déplacement précédent dans le sens A-B et une représentation de I'hystérésis H après la compensation d'hystérésis, La figure 5: schéma de mouvement représentant les imprécisions du positionnement provoquées par Ihystérésis. La figure 1 représente, grâce à un organigramme, la compensation d'hystérésis, ou la décision de son utilisation, respectivement, lors de la mise en oeuvre de la commande 10 de l'actionneur. Les étapes individuelles du procédé sont représentées. - Etape 1 le procédé débute après que le moteur s'est arrêté. - Etape 2 si un nouvel ordre de commande est délivré, le procédé passe à l'étape 3, si ce n'est pas le cas, le programme s'arrête immédiatement. - Etape 3: si le sens de déplacement de l'ordre réel est opposé à celui du sens de 15 déplacement précédent, on passe à l'étape 4, si ce n'est pas le cas, on passe à l'étape 5. - Etape 4: l'ajout du nombre prédéterminé de pas correspondant à la valeur d'hystérésis dans le nouveau sens, sans considérer ce nombre de pas lorsque la position réelle de l'élément d'actionnement est déterminée. - Etape 5: la poursuite avec la séquence de pas normale de la commande de 20 l'actionneur pour déplacer l'élément d'actionnement, correspondant à l'ordre d'origine pour déplacer l'élément d'actionnement. Ces pas sont ensuite comptés pour déterminer la position réelle de l'élément d'actionnement. La figure 2 représente l'élément d'actionnement durant ou après un déplacement dans le sens A-B, c'est-à-dire s'écartant de la position finale A0 (100 %). L'actionneur 2 25 est représenté. Conformément à un mode de réalisation avantageux de l'invention, cet actionneur est conçu pour être un moteur pas à pas. Les composants agencés entre l'actionneur 2 et l'élément d'actionnement 1 traversé par le flux de force provoquent un jeu. Ceci résulte en une hystérésis H lorsque le sens du déplacement est modifié, c'est-à-dire une différence entre la position angulaire de l'élément d'actionnement, ca, 30 (position mécanique) et la position angulaire de l'actionneur, (XA, (position électrique). La figure 3 représente l'état dans lequel la différence entre la position angulaire de l'élément d'actionnement ces (position mécanique) et la position angulaire de l'actionneur, UCA, (position électrique) est observée sous la forme de l'hystérésis H. Sur la figure 4, la compensation d'hystérésis devient efficace en considérant 35 l'hystérésis H. avant que l'élément d'actionnement n'ait pris la position mécanique requise. Le schéma de la figure 5 est un schéma de mouvement qui représente les imprécisions du positionnement provoquées par ihystérésis. Le graphique Sidéal représente l'évolution idéale telle que représentée par le logiciel de commande de l'actionneur sans considérer une compensation d'hystérésis quelconque. En pratique, cependant, il existe 5 une hystérésis à l'intérieur de la quantité Y après que le sens de déplacement a été modifié. Dans le cas X, l'élément d'actionnement se déplace de AO à BO (100 % après 0 de la position mécanique). Ensuite, le système d'entraînement s'arrête, et un changement du sens de déplacement suit. Mais au lieu de revenir sur le trajet idéal en direction de la position d'extrémité AO, l'élément d'actionnement reste dans la position mécanique 10 atteinte. L'actionneur se déplace du nombre de pas (Y) qui correspondent à la valeur d'hystérésis. L'actionneur exécutant ce déplacement, la position électrique change et il résulte une différence entre les positions mécanique et électrique de la valeur d'hystérésis. Uniquement après que l'actionneur a réalisé le nombre de pas qui correspondent à la valeur d'hystérésis, l'élément d'actionnement commence à se déplacer dans la direction 15 AO, le déplacement Z sur le schéma. Le logiciel de ce fait commande l'actionneur par rapport au graphe Skomp, d'o il résulte que l'hystérésis a déjà été considérée et compensée, de sorte que la superposition du déplacement requis de l'élément d'actionnement et de l'hystérésis est représentée. Le procédé de compensation d'hystérésis est uniquement utilisé si l'élément 20 d'actionnement n'est pas entraîné vers une position finale. L'ordre de commande doit de ce fait se rapporter à une position intermédiaire, par exemple 40 %, à condition que les positions finales soient désignées par 0 et 1 00 % respectivement. De même, le procédé de compensation d'hystérésis conforme à l'invention est uniquement utilisé si l'actionneur a précédemment exécuté un changement du sens du 25 déplacement. Ceci est le cas s'il existe une séquence d'ordres pour atteindre les positions angulaires 40 %-45 %-30 %, qui comprennent un changement de sens du déplacement. Les ordres pour atteindre les positions angulaires 40 %-45 %-50 % n'impliquent aucun changement de sens de déplacement et aucune compensation d'hystérésis n'est utilisée. Dans un mode de réalisation, la valeur d'hystérésis pour le système est définie et la 30 compensation d'hystérésis est régulée de façon correspondante. Dans l'autre cas, la valeur d'hystérésis est mesurée en continu de nouveau et la compensation d'hystérésis est commandée de façon correspondante. Des capteurs mesurent la valeur réelle de l'hystérésis. En liaison avec la compensation d'hystérésis, différentes stratégies sont appliquées en combinaison ou bien indépendamment, pour assurer une fonction précise sans anomalie de l'élément d'actionnement. Celles comprennent: - la stratégie de démarrage à froid de l'actionneur, - le calibrage de l'élément d'actionnement, - l'identification de situations qui impliquent l'arrêt de l'actionneur, - la détermination des positions finales de l'élément d'actionnement, - la compensation du jeu de l'élément d'actionnement lorsqu'une position finale a été atteinte, - la stratégie de démarrage jusqu'à ce que le couple nominal nécessaire ait été atteint. Ces procédés sont utilisés en liaison avec le procédé conforme à l'invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point 15 de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de compensation d'hystérésis d'éléments d'actionnement (1) entraînés par des actionneurs (2), d'o il résulte qu'en raison de l'élasticité du système total, en particulier du jeu mécanique dans des composants participant au déplacement et de la déformation élastique de l'élément d'actionnement (1), du boîtier et de l'actionneur (2), un 5 écart de position- l'hystérésis- se produit, utilisé en particulier avec des soupapes à clapet dans des systèmes de conditionnement d'air, d'o il résulte qu'une position mécanique unique égale pour chaque sens de déplacement est affectée à chaque position commandée (position électrique), caractérisé en ce que - le procédé de compensation d'hystérésis est uniquement utilisé si l'élément d'actionnement (1) n'est pas entraîné vers une position finale (AO, BO), - le procédé de compensation d'hystérésis est uniquement utilisé si l'actionneur (2) a précédemment changé le sens de déplacement, - après un changement de sens de déplacement, le nombre de pas de compensation 15 de l'actionneur (2) qui correspond à l'hystérésis du système total, est réalisé à cette valeur d'hystérésis et - uniquement ensuite les pas de commande de l'élément d'actionnement (1) changeant la position dans le nouveau sens de déplacement sont comptés pour déterminer la position mécanique réelle de l'élément d'actionnement (1). 20 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au cours du déplacement, lorsqu'une position finale est atteinte, cette position finale est déterminée. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la détermination de la 25 position finale est réalisée pour assurer que la compensation d'hystérésis est uniquement utilisée à des positions entre les deux positions finales. 4. Procédé selon l'une des revendications l à 3, caractérisé en ce que la valeur d'hystérésis (H) est prédéterminée et la compensation d'hystérésis est régulée. 30 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la valeur d'hystérésis est mesurée en continu de nouveau et la compensation d'hystérésis est commandée. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valeur réelle de l'hystérésis est déterminée au moyen de capteurs.