Brevet FR2963948A1 — publié le 20120224

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne le domaine général de l'aéronautique. En particulier, l'invention se rapporte à la commande d'une turbomachine d'un moteur d'aéronef. Typiquement, le fonctionnement d'une turbomachine est régulé par une unité électronique de commande, qui met en oeuvre une boucle de régulation principale pour asservir le régime de la turbomachine à un régime de consigne fonction de la poussée souhaitée, par action sur le débit de carburant amené à la chambre de combustion. L'unité électronique de commande met également en oeuvre des boucles de régulation secondaires pour des équipements à géométrie variable de la turbomachine. Par "équipement à géométrie variable", on entend ici un équipement dont la dimension, la forme, la position et/ou la vitesse est ou sont susceptible(s) d'être modifiée(s) en fonction d'événements détectés ou de paramètres définis, pour agir sur le fonctionnement de la turbomachine. Des exemples d'équipements à géométrie variable sont des vannes de décharge d'air du compresseur (à ouverture variable), des aubes fixes de compresseur à angle de calage variable, des aubes de turbine dont le jeu au sommet est variable, etc. La commande électrique de l'actionneur d'un équipement à géométrie variable est susceptible d'être affectée par une panne. Pour éviter qu'une telle panne entraîne une dégradation de fonctionnement de la turbomachine, la commande de l'actionneur est généralement réalisée de manière duale, c'est-à- dire selon deux voies indépendantes. En pratique, l'actionneur est commandé par une première voie, dite voie active, et lorsqu'une défaillance est détectée la commande est commutée sur une seconde voie. Plus précisément, les défaillances des deux voies sont représentées par des mots de santé et la commutation de voies est effectuée lorsque le mot de santé de la voie active est plus élevé que le mot de santé de la voie passive. Ainsi, l'unité électronique de commande de la turbomachine est amenée à effectuer, en temps réel, de nombreuses opérations. Outre la mise en oeuvre de la boucle de commande principale, elle doit, pour chaque actionneur, mettre en oeuvre la boucle de régulation secondaire, effectuer une surveillance des voies de commande et, en cas de défaillance, effectuer la commutation de voies. Pour être capable d'effectuer en temps réel ces nombreuses opérations, l'unité électronique de commande doit utiliser une période d'horloge temps réel (période HTR) suffisamment élevée. Par exemple, une valeur typique de la période HTR de l'unité électronique de commande est 15 ms. La figure 1 représente un exemple de déroulement de la commutation de voies, en fonction du temps. L'unité électronique de commande effectue les fonctions de détection d'une défaillance, mise à jour des mots de santé, comparaison des mots de santé et commutation, de manière périodique, selon une horloge temps réel de période HTR. Sur la figure 1, une défaillance apparaît sur la voie active à l'instant t1, pendant la période HTRO. Dans l'exemple représenté, l'instant ti est postérieur à l'exécution de la fonction de détection d'une défaillance de la période HTRO, et la défaillance n'est donc pas détectée pendant la période HTRO. Ensuite, à l'instant t2 de la période HTR1 suivante, la défaillance est détectée. Pour éviter des fausses détections provoquées par exemple par des phénomènes transitoires, le mot de santé de la voie active n'est pas mis à jour directement après l'instant t2. Au contraire, comme représenté, la défaillance doit être présente pendant n HTR (n étant un nombre entier), avant d'être confirmée à l'instant t3 de la période HTR2. En réponse à la confirmation de l'instant t3, le mot de santé de la voie active est mis à jour à l'instant t4. Ensuite, à l'instant t5, les mots de santé des deux voies sont comparés et la décision de commuter les voies est prise. Les instants t4 et t5 sont inclus dans la même période HTR2 que l'instant t3. Les n périodes HTR et la période HTR2 correspondent à un temps de confirmation de la défaillance Tconfirm- En réponse à la décision de commuter les voies, la voie passive est connectée à l'instant t6 de la période HTR3 et devient la nouvelle voie active, puis à l'instant t7 de la période HTR4 suivante, l'ancienne voie active est déconnectée et devient la voie passive. Le décalage d'une période HTR entre la connexion de la nouvelle voie active et la déconnexion de l'ancienne voie active permet d'avoir toujours au moins une voie active, et donc de limiter l'impact de la commutation sur la commande de l'actionneur. Par ailleurs, en cas de problème dans le déroulement de la commutation, ce décalage permet de se retrouver au pire dans une situation « active/active » et d'éviter une situation « passive/passive ». On constate donc que la durée écoulée entre l'instant t1 d'apparition de la défaillance et l'instant t7 où la commutation est effectuée est de 3 HTR + Tconfirm. Dans le cas non représenté où l'instant t1 est antérieur à l'exécution de la fonction de détection d'une défaillance de la période HTRO, la défaillance peut être détectée pendant la période HTRO et la durée entre l'apparition de la défaillance et la commutation est alors de 2 HTR + Tconfirm- Ainsi, la durée pour effectuer une commutation est 2 ou 3 HTR + Tconfirm, c'est-à-dire 30 ms ou 45 ms + Tconfrm pour une période HTR de 15 ms. Une telle durée de commutation peut avoir une influence sur le fonctionnement de la turbomachine. Or, il est souhaitable que la commutation de voies soit effectuée avec le minimum d'impact sur le fonctionnement de la turbomachine. Objet et résumé de l'invention L'invention a pour but de fournir un système de commande d'une turbomachine, qui ne présente pas au moins certains des inconvénients de l'art antérieur précité. En particulier, un but de l'invention est de limiter l'impact d'une commutation de voies sur le fonctionnement de la turbomachine. A cet effet, l'invention propose un système de commande pour turbomachine, la turbomachine incluant au moins un premier actionneur et un deuxième actionneur d'équipements à géométrie variable, ledit système de commande comprenant une unité électronique principale incluant des moyens aptes à déterminer au moins une consigne de commande pour le premier actionneur et au moins une consigne de commande pour le deuxième actionneur, caractérisé en ce qu'il comprend une première unité électronique secondaire reliée audit premier actionneur et incluant : - des moyens de régulation bi-voies aptes à déterminer un signal de commande pour ledit premier actionneur, en fonction de ladite au moins une consigne de commande pour le premier actionneur et d'une voie sélectionnée, - des moyens de surveillance apte à détecter une défaillance de ladite voie sélectionnée, et - des moyens de commutation aptes à commuter entre ladite voie sélectionnée et une voie passive en réponse à la détection d'une défaillance par lesdits moyens de surveillance. Grâce à ces caractéristiques, les différentes opérations nécessaires à la commande de la turbomachine sont réparties entre l'unité électronique principale et au moins la première unité électronique secondaire. En particulier, le rôle de la première unité électronique secondaire, associée au premier actionneur, est de mettre en oeuvre la régulation du premier actionneur, de surveiller les voies de commandes du premier actionneur et de commuter les voies, si nécessaire. Le nombre d'opérations à effectuer par la première unité électronique secondaire est donc limité, ce qui permet une commutation plus rapide. Par exemple, dans le cas où l'unité électronique secondaire exécute un programme d'ordinateur selon une horloge temps réel, un nombre d'opérations réduit permet d'utiliser une période d'horloge temps réel HTR plus faible. Or, comme expliqué en introduction, la durée de commutation de voies dépend de la période HTR. Une période HTR plus faible permet une commutation plus rapide et donc un impact limité sur le fonctionnement de la turbomachine. Selon un mode de réalisation, le système de commande comprend une deuxième unité électronique secondaire reliée audit deuxième actionneur et incluant : - des moyens de régulation bi-voies aptes à déterminer un signal de commande pour ledit deuxième actionneur, en fonction de ladite au moins une consigne de commande pour le deuxième actionneur et d'une voie sélectionnée, - des moyens de surveillance apte à détecter une défaillance de ladite voie sélectionnée, et - des moyens de commutation aptes à commuter entre ladite voie sélectionnée et une voie passive en réponse à la détection d'une défaillance par lesdits moyens de surveillance. La première unité électronique secondaire peut comprendre une mémoire dans laquelle est mémorisé un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour réaliser au moins en partie lesdits moyens de régulation, lesdits moyens de surveillance et lesdits moyens de commutation, et un processeur apte à exécuter ledit programme d'ordinateur en utilisant une horloge temps réel de période inférieure à 15ms. Avantageusement, la période d'horloge temps réel est inférieure à 10 ms. Par exemple, la période d'horloge temps réel est 7,5 ms ou 3ms. Selon un mode de réalisation, ladite au moins une consigne de commande pour le premier actionneur comprend une première consigne de commande pour une première voie de commande du premier actionneur et une deuxième consigne de commande pour une deuxième voie de commande pour le premier actionneur, ledit système de commande incluant un premier bus et un deuxième bus, ladite unité électronique principale étant apte à envoyer ladite première consigne de commande à ladite première unité électronique secondaire par le premier bus et à envoyer ladite deuxième consigne de commande à ladite première unité électronique secondaire par le deuxième bus. Corrélativement, l'invention propose un procédé de commande d'une turbomachine incluant au moins un premier actionneur et un deuxième actionneur d'équipements à géométrie variable, ledit procédé de commande comprenant une étape de détermination d'au moins une consigne de commande pour le premier actionneur et d'au moins une consigne de commande pour le deuxième actionneur, ladite étape de détermination étant effectuée par une unité électronique principale, caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape de régulation bi-voies incluant la détermination d'un signal de commande pour ledit premier actionneur, en fonction de ladite au moins une consigne de commande pour le premier actionneur et d'une voie sélectionnée, - une étape de surveillance destinée à détecter une défaillance de ladite voie sélectionnée, et - en réponse à la détection d'une défaillance, une étape de commutation entre ladite voie sélectionnée et une voie passive, ladite étape de régulation, ladite étape de surveillance et ladite étape de commutation étant effectuées par une première unité électronique secondaire reliée audit premier actionneur. Selon un mode de réalisation, la première unité électronique secondaire comprend une mémoire dans laquelle est mémorisé un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour effectuer au moins en partie ladite étape de régulation, ladite étape de surveillance et ladite étape de commutation, et un processeur apte à exécuter ledit programme d'ordinateur, ledit procédé de commande comprenant une étape d'exécution dudit programme d'ordinateur en utilisant une horloge temps réel de période inférieure à 15ms. Avantageusement, la période d'horloge temps réel est inférieure à 10 ms. Selon un mode de réalisation, ladite étape de détermination comprend la détermination d'une première consigne de commande pour une première voie de commande du premier actionneur et d'une deuxième consigne de commande pour une deuxième voie de commande pour le premier actionneur, le dit procédé de commande comprenant : - une étape d'envoi de ladite première consigne de commande de l'unité électronique principale à ladite première unité électronique secondaire par un premier bus, et - une étape d'envoi de ladite deuxième consigne de commande de l'unité électronique principale à ladite deuxième unité électronique secondaire par un deuxième bus. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 représente un exemple de déroulement de la commutation de voies, en fonction du temps ; et - la figure 2 représente un système de commande pour turbomachine, selon un mode de réalisation de l'invention. Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 2 représente un système de commande 100 pour une turbomachine, dans son environnement. Le système de commande 100 comprend une unité électronique principale, ci-après UEP 1, une première unité électronique secondaire, ci-après UES 2, et une deuxième unité électronique secondaire, ci-après UES 102. Le système de commande 100 comprend également un bus 3 et un bus 4 permettant à l'UEP 1 de communiquer avec les UES 2 et 102. La turbomachine comprend notamment un actionneur 5 relié à PUES 2 et un actionneur 105 relié à PUES 102, pour actionner des équipements à géométrie variable de la turbomachine. Par exemple, l'actionneur 5 est un actionneur des aubes fixes de compresseur à angle de calage variable (actionneur VSV pour « Variable Stator Valve ») et l'actionneur 105 est un actionneur de vannes de décharge d'air du compresseur à ouverture variable (actionneur VBV pour « Variable Bleed Valve »). Bien entendu, la turbomachine peut comprendre d'autres actionneurs (non représentés) et d'autres unités électroniques secondaires correspondantes. L'actionneur 5 comprend une servovalve 19, commandée par un courant électrique provenant de PUES 2, et un actionneur hydraulique 20. Le courant alimentant la servovalve 19 est mesuré par un capteur 17. La position de l'actionneur hydraulique 20 est mesurée par des capteurs 18, par exemple des capteurs de type LVDT (pour « Linear Variable Differential Transformer»). La servovalve 19 peut être commandée par une première ou une deuxième une voie de commande, désignées respectivement A et B sur la figure 2. L'UEP 1 présente l'architecture matérielle d'un ordinateur. Elle comprend des moyens pour déterminer plusieurs consignes de commande afin d'adapter le fonctionnement de la turbomachine. Notamment, l'UEP 1 peut déterminer : une consigne de commande pour la voie A de l'actionneur 5, une consigne de commande pour la voie B de l'actionneur 5, une consigne de commande pour la voie A de l'actionneur 105 et une consigne de commande pour la voie B de l'actionneur 105. L'UES 2 comprend un module de régulation 6 pour la voie A, un module de régulation 7 pour la voie B, une interface de communication 8 pour la voie A, une interface de communication 9 pour la voie B, un module de commutation 10 pour la voie A, un module de commutation 11 pour la voie B, un module de surveillance 12, une interface 13, un commutateur 14 pour la voie A et un commutateur 15 pour la voie B. L'interface 13 est une interface bi-voies fonctionnant de manière indépendante pour la voie A et la voie B. Le module de régulation 6 met en oeuvre une boucle de régulation pour déterminer la valeur d'un signal de commande pour commander la servovalve 19 par la voie A, en fonction de la consigne de commande pour la voie A de l'actionneur 5 reçue de l'UEP 1 par l'intermédiaire du bus 3 et de l'interface de communication 8, et d'une mesure de position provenant des capteurs 18 et de l'interface 13. De manière correspondante, le module de régulation 7 met en oeuvre une boucle de régulation pour déterminer la valeur d'un signal de commande pour commander la servovalve 19 par la voie B, en fonction de la consigne de commande pour la voie B de l'actionneur 5 reçue de l'UEP 1 par l'intermédiaire du bus 4 et de l'interface de communication 9, et d'une mesure de position provenant des capteurs 18 et de l'interface 13. Le module de surveillance 12 a pour fonction de détecter une défaillance des voies de commande A et B, en fonction du courant mesuré par le capteur 17 et des positions mesurées par les capteurs 18, de confirmer une détection de défaillance et, en cas de confirmation, de mettre à jour des mots de santé pour la voie A et/ou la voie B, ainsi que de décider une commutation de voies en fonction des mots de santé déterminés. Les modules de commutation 10 et 11 ont pour fonction de commander la commutation respectivement des commutateurs 14 et 15, lorsqu'une commutation est décidée par le module de surveillance 12. L'UES 2 présente l'architecture matérielle d'un ordinateur et inclut notamment un processeur, une mémoire morte et une mémoire vive. Les modules de régulations 6 et 7, les modules de commutations 10 et 11 et le module de surveillance 12 décrits précédemment sont réalisés sous la forme d'un programme d'ordinateur mémorisé dans la mémoire morte et exécuté par le processeur en utilisant la mémoire vive. Ce programme d'ordinateur est exécuté par répétition des fonctions de régulation, de surveillance et de commutation selon une horloge temps réel de période HTR. Le fonctionnement de PUES 2 est le suivant. Sur la figure 2, le commutateur 14 est fermé et le commutateur 15 est ouvert. Autrement dit, la voie A est connectée (voie active) et la voie B est déconnectée (voie passive), et la servovalve 19 est commandée par la voie A de PUES 2. Lorsqu'une défaillance survient sur la voie A, elle est détectée puis confirmée par le module de surveillance 12, qui décide de commuter les voies A et B. Ainsi, le module de commutation 11 ferme le commutateur 15 pour connecter la voie B, puis le module de commutation 10 ouvre le commutateur 14 pour déconnecter la voie A. La servovalve 19 est alors commandée par la voie B de PUES 2. Le déroulement entre l'apparition de la défaillance et la commutation des voies A et B est le même que celui décrit en introduction en référence à la figure 1. La durée de commutation est donc également de 2 ou 3 HTR + Tconfirm. Cependant, comme PUES 2 doit uniquement mettre en oeuvre les fonctions de régulation, surveillance et commutation pour l'actionneur 5, le nombre d'opérations à effectuer en temps réel par PUES 2 est limité. L'UES 2 peut donc utiliser une période HTR plus faible, par exemple de 7,5 ms ou 3ms. La durée maximale de commutation (3 HTR + Tconfirm) est alors de 22,5 ms + Tconfirm ou 9 ms + Tconfirm, ce qui est à comparer avec les 45 ms + Tconfirm de l'art antérieur. Les modules de régulation 6 et 7 constituent des moyens de régulation bi-voies au sens de l'invention. Le module de surveillance 12, les modules de commutations 10 et 11 et les commutateurs 14 et 15 constituent des moyens de surveillance et des moyens de commutations au sens de l'invention. Le fonctionnement et la structure de PUES 102 et de l'actionneur 105 correspondent à ceux décrit précédemment pour PUES 2 et l'actionneur 5, et ne seront donc plus décrits en détail. Sur la figure 2, les éléments correspondants sont désignés par des références correspondantes, augmentées de 100. Brièvement, l'actionneur 105 comprend une servovalve 119, un actionneur hydraulique 120, un capteur 117 et des capteurs 118. VUES 102 comprend un module de régulation 106, un module de régulation 107, une interface de communication 108, une interface de communication 109, un module de commutation 110, un module de commutation 111, un module de surveillance 112, une interface 113, un commutateur 114 et un commutateur 115. Comme mentionné précédemment, d'autres actionneurs peuvent être commandés par d'autres unités électroniques secondaires. Dans ce cadre, les capteurs utilisés pour la régulation et/ou la surveillance peuvent comprendre, outre les capteurs de courant et de position mentionnés précédemment, des capteurs de température, de débit, etc. Le système de commande 100 présente donc une architecture distribuée dans laquelle les différentes fonctions utiles à la commande de la turbomachine sont réparties entre l'UEP 1 et les UES 2 et 102 ainsi qu'éventuellement d'autres unités électroniques secondaires reliées à d'autres actionneurs. Les UES 2 et 102 peuvent donc effectuer les fonctions de régulation, de surveillance et de commutation de voies pour les actionneurs 5 et 105, respectivement, en utilisant une période HTR limitée, ce qui permet de réduire l'impact des commutations de voies sur le fonctionnement de la turbomachine. Il est à signaler que la notion d'architecture distribuée ne signifie pas nécessairement que les UES 2 et 102 sont situées à proximité des actionneurs 5 et 105 respectifs et à distance de l'UEP 1. En effet, les UES 2 et 102 peuvent être localisées dans un même boîtier calculateur que l'UEP 1. REVENDICATIONS1. Système de commande (100) pour turbomachine, la turbomachine incluant au moins un premier actionneur (5) et un deuxième actionneur (105) d'équipements à géométrie variable, ledit système de commande comprenant une unité électronique principale (1) incluant des moyens aptes à déterminer au moins une consigne de commande pour le premier actionneur et au moins une consigne de commande pour le deuxième actionneur, caractérisé en ce qu'il comprend une première unité électronique secondaire (2) 10 reliée audit premier actionneur (5) et incluant : - des moyens de régulation bi-voies (6, 7) aptes à déterminer un signal de commande pour ledit premier actionneur, en fonction de ladite au moins une consigne de commande pour le premier actionneur et d'une voie (A, B) sélectionnée, 15 - des moyens de surveillance (12, 13) apte à détecter une défaillance de ladite voie sélectionnée, et - des moyens de commutation (10, 11, 14, 15) aptes à commuter entre ladite voie sélectionnée et une voie passive (B, A) en réponse à la détection d'une défaillance par lesdits moyens de surveillance. 20 2. Système de commande selon la revendication 1, comprenant une deuxième unité électronique secondaire (102) reliée audit deuxième actionneur (105) et incluant : - des moyens de régulation bi-voies (106, 107) aptes à déterminer un signal de 25 commande pour ledit deuxième actionneur, en fonction de ladite au moins une consigne de commande pour le deuxième actionneur et d'une voie sélectionnée, - des moyens de surveillance (112, 113) apte à détecter une défaillance de ladite voie sélectionnée, et - des moyens de commutation (110, 111, 114, 115) aptes à commuter entre 30 ladite voie sélectionnée et une voie passive en réponse à la détection d'une défaillance par lesdits moyens de surveillance. 3. Système de commande selon la revendication 1, dans lequel ladite première unité électronique secondaire comprend une mémoire dans laquelle est 35 mémorisé un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour réaliser au moins en partie lesdits moyens de régulation, lesdits moyens de surveillanceet lesdits moyens de commutation, et un processeur apte à exécuter ledit programme d'ordinateur en utilisant une horloge temps réel de période inférieure à 15ms. 4. Système de commande selon la revendication 3, dans lequel ladite période d'horloge temps réel est inférieure à 10 ms. 5. Système de commande selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une consigne de commande pour le premier actionneur comprend une première consigne de commande pour une première voie de commande (A) du premier actionneur et une deuxième consigne de commande pour une deuxième voie de commande (B) pour le premier actionneur, ledit système de commande incluant un premier bus (3) et un deuxième bus (4), ladite unité électronique principale (1) étant apte à envoyer ladite première consigne de commande à ladite première unité électronique secondaire (2) par le premier bus et à envoyer ladite deuxième consigne de commande à ladite première unité électronique secondaire par le deuxième bus. 6. Procédé de commande d'une turbomachine incluant au moins un premier actionneur (5) et un deuxième actionneur (105) d'équipements à géométrie variable, ledit procédé de commande comprenant une étape de détermination d'au moins une consigne de commande pour le premier actionneur et d'au moins une consigne de commande pour le deuxième actionneur, ladite étape de détermination étant effectuée par une unité électronique principale (1), caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape de régulation bi-voies incluant la détermination d'un signal de commande pour ledit premier actionneur, en fonction de ladite au moins une consigne de commande pour le premier actionneur et d'une voie sélectionnée (A, B), - une étape de surveillance destinée à détecter une défaillance de ladite voie sélectionnée, et - en réponse à la détection d'une défaillance, une étape de commutation entre ladite voie sélectionnée et une voie passive (B, A), ladite étape de régulation, ladite étape de surveillance et ladite étape de 35 commutation étant effectuées par une première unité électronique secondaire (2) reliée audit premier actionneur. 7. Procédé de commande selon la revendication 6, dans lequel ladite première unité électronique secondaire comprend une mémoire dans laquelle est mémorisé un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour effectuer au moins en partie ladite étape de régulation, ladite étape de surveillance et ladite étape de commutation, et un processeur apte à exécuter ledit programme d'ordinateur, ledit procédé de commande comprenant une étape d'exécution dudit programme d'ordinateur en utilisant une horloge temps réel de période inférieure à 15ms. 8. Procédé de commande selon la revendication 7, dans lequel ladite période d'horloge temps réel est inférieure à 10 ms. 9. Procédé de commande selon la revendication 6, dans lequel ladite étape de détermination comprend la détermination d'une première consigne de commande pour une première voie de commande du premier actionneur et d'une deuxième consigne de commande pour une deuxième voie de commande pour le premier actionneur, le dit procédé de commande comprenant : - une étape d'envoi de ladite première consigne de commande de l'unité électronique principale à ladite première unité électronique secondaire par un premier bus (3), et - une étape d'envoi de ladite deuxième consigne de commande de l'unité électronique principale à ladite deuxième unité électronique secondaire par un deuxième bus (4).