Brevet FR3024803A1 — publié le 20160212

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des systèmes d'actionnement à servovalve pour turboréacteur d'aéronef. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de surveillance de pannes sur les moteurs couples de ces systèmes d'actionnement. Un turboréacteur comprend typiquement des systèmes d'actionnement à servovalve, destiné à piloter divers équipements et organes du moteur ou de son environnement dont les dimensions, formes, positions et/ou vitesses sont susceptibles d'être modifiées, en fonction d'événements détectés ou de paramètres de fonctionnement de ce moteur. Il s'agit par exemple des aubes stators à calage variable de redresseurs de compresseur, des vannes de décharge du compresseur ou encore des doseurs de carburant. Typiquement, ces systèmes d'actionnement sont contrôlés par le module de régulation électronique du système de régulation moteur EEC (pour «Electronic Engine Control»), de sorte à adapter les organes commandés au scénario du vol. Comme il est connu, des boucles d'asservissement assurent le contrôle et la surveillance des systèmes d'actionnement dont les dégradations peuvent notamment se traduire par des positions des organes du turboréacteur non conformes aux commandes en régime établi, ou par une réponse lente de ces organes à des commandes en régime transitoire. Ces dégradations sont des prémices de pannes car elles sont en général, dans un premier temps, soit compensées par les boucles d'asservissement soit simplement non corrigées, sans autre conséquence qu'une reconfiguration (par exemple, un changement de voie de commande active). Toutefois, au bout d'un certain temps, lorsque ces dégradations 3024803 2 persistent et s'aggravent, elles ne peuvent plus être compensées car les équipements de commande sont limités. Ainsi, ces dégradations peuvent avoir pour conséquence de rendre le turboréacteur inopérable ou non performant. Cela peut se traduire par un message de panne. La détection 5 de ces détériorations est donc trop tardive puisqu'elle n'est réalisée que lorsque le système d'actionnement est en panne. Un type de dégradation particulier concerne les moteurs couple pour servovalve, tels que ceux qui peuvent être utilisés pour une commande de doseur. Ce sont des actionneurs qui sont contrôlés en 10 courant par le module de régulation ou calculateur moteur, le courant fourni au moteur contrôlant le débit en sortie de l'actionneur. La détection de panne utilisée pour ces actionneurs a pour principe de comparer le courant commandé par le calculateur, au courant de retour du calculateur. Or, en cas de court-circuit différentiel (c'est à 15 dire se produisant aux bornes du moteur couple) le courant restera inchangé alors même qu'il y a une panne. Il existe donc un besoin de disposer d'un procédé de surveillance efficace d'un système d'actionnement d'un turboréacteur soumis à une panne telle qu'un court-circuit différentiel, afin 20 notamment de pouvoir délivrer un avis de maintenance de ce système d'actionnement avant que le turboréacteur ne soit rendu inopérable ou non performant. Un besoin similaire existe dans d'autres applications d'un système d'actionnement à servovalve. 25 Objet et résumé de l'invention La présente invention répond au besoin précité en proposant un procédé de surveillance d'un système d'actionnement comprenant un dispositif de commande, un moteur couple ayant une tension Umc à ses bornes et actionnant une servovalve et un vérin commandé par la 30 servovalve, le dispositif de commande étant apte à délivrer un courant de commande au moteur couple en fonction d'une consigne de courant et 3024803 3 d'un courant mesuré, le procédé de surveillance étant remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - comparaison du courant de commande Icmd avec un courant de seuil prédéterminé Iinhib, 5 - si le courant de commande est supérieur au courant de seuil prédéterminé, comparaison de la tension Umc mesurée aux bornes du moteur couple avec une tension de seuil prédéterminée Vseuil, et - si la tension aux bornes du moteur couple est inférieure ou égale à la tension de seuil prédéterminée, lever d'une alarme et signaler 10 une panne de la servovalve. Corrélativement, l'invention vise également un dispositif de surveillance pour un système d'actionnement comprenant le dispositif de commande, un moteur couple ayant une tension Umc à ses bornes et actionnant une servovalve et un vérin commandé par la servovalve, le 15 dispositif de commande étant apte à délivrer un courant de commande en fonction d'une consigne de courant et d'un courant mesuré, le dispositif de surveillance étant remarquable en ce qu'il comprend : - des moyens de comparaison du courant de commande Icmd avec un courant de seuil prédéterminé Iinhib, 20 - des moyens de comparaison de la tension Umc mesurée aux bornes du moteur couple avec une tension de seuil prédéterminée Vseuil, activés seulement si le courant de commande est supérieur au courant de seuil prédéterminé, et - des moyens de lever une alarme et de signaler une panne de 25 la servovalve, activés seulement si la tension aux bornes du moteur couple est inférieure ou égale à la tension de seuil prédéterminée. Avec l'invention, il est ainsi possible de détecter les courts-circuits différentiels sans avoir à se baser sur un éventuel retour de position, et de localiser la panne précisément. Ceci est particulièrement utile dans le cas 30 des actionneurs ne possédant pas de retour de position, puisque l'on ne peut alors détecter une telle panne qui était indétectable autrement que 3024803 par ses effets moteurs. Pour les actionneurs qui disposent d'un tel retour de position, cela permet de détecter la panne plus rapidement, puisque les logiques de détection de panne sur un retour de position ont un temps de confirmation plus important du fait de l'inertie de la chaine 5 d'asservissement, ce qui n'est pas le cas des mesures électriques directes de la tension Umc et du courant de commande Icmd comme proposé. Dans un mode de réalisation, le système d'actionnement est un doseur de carburant et le dispositif de commande peut comprendre un régulateur proportionnel-intégral-dérivé. 10 Dans un mode particulier de réalisation, les différentes étapes du procédé de surveillance sont déterminées par des instructions de programmes d'ordinateurs. En conséquence, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant 15 susceptible d'être mis en oeuvre dans un dispositif de surveillance ou plus généralement dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en oeuvre des étapes d'un procédé de surveillance tel que décrit ci-dessus. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de 20 programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable. L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur 25 tel que mentionné ci-dessus. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement 30 magnétique, par exemple une disquette (floppy disc) ou un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut être un support 3024803 5 transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Alternativement, le support d'informations peut être un circuit 5 intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 10 ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur lesquels : - la figure 1 représente un système d'actionnement d'un turboréacteur, 15 - la figure 2 est un graphe qui représente une courbe de fonctionnement d'une servovalve, - la figure 3 représente, sous forme d'organigramme, les principales étapes d'un procédé de surveillance conforme à l'invention, et - la figure 4 est un graphe illustrant la variation du seuil de 20 détection de panne en fonction du courant de commande de la servovalve. Description détaillée d'un mode de réalisation Comme décrit précédemment, l'invention concerne la surveillance de chaînes d'asservissement de systèmes d'actionnement à servovalve. Dans le mode de réalisation décrit ici, on envisage la 25 surveillance d'une chaîne d'asservissement d'un système d'actionnement pilotant la position d'un doseur de carburant d'un turboréacteur aussi connu sous le nom de FMV (Fuel Metering Valve) équipant un aéronef. Toutefois, cette hypothèse ne doit bien entendu en aucun cas être considérée comme limitative, cet actionnement pouvant 30 correspondre par exemple aussi au pilotage : - de la position d'une géométrie variable ; 302 4 803 6 - des positions de vannes de décharge d'un compresseur du turboréacteur, comme les systèmes d'actionnement de VBV (Variable Bleed Valve) et de TBV (Transient Bleed Valve) ; - des angles de calage d'aubes de stator d'un turboréacteur, 5 aussi connu sous le nom de VSV (Variable Stator Vane) ; - des jeux aux sommets d'aube d'une turbine haute-pression ou basse-pression, comme les systèmes d'actionnement de HPTACC (High Pressure Turbine Active Clearance Control) ou LPTACC (Low Pressure Turbine Active Clearance Control). 10 En outre, l'invention s'applique également à d'autres systèmes d'actionnement à servovalve, notamment à des engins de chantier, à des robots industriels,... La figure 1 représente un système d'actionnement 10 pilotant la position d'un doseur de carburant d'un turboréacteur. Le système 15 d'actionnement comprend un dispositif de commande 11, un moteur couple 12, une servovalve 13 et un vérin 14. La position du vérin 14 mesurée par un capteur (non représenté) influence le débit de carburant délivré par le doseur de carburant (non représenté). Elle est commandée par la servovalve 13 elle-même commandée par le dispositif de commande 20 11. Plus précisément, le moteur couple 12 de la servovalve 13 adapte la puissance hydraulique délivrée au vérin 14 en fonction d'un courant électrique de commande Icmd qu'il reçoit du dispositif de commande 11. La tension mesurée aux bornes du moteur couple 12 notée Umc et une mesure du courant de commande notée Imes sont fournies 25 en retour au dispositif de commande 11. Le dispositif de commande 11 et le moteur couple 12 forment une boucle d'asservissement. En effet, le dispositif de commande détermine la différence E entre le courant mesuré Imes et une consigne de courant, notée I_c. La différence E est fournie à un régulateur 16, par 30 exemple de type proportionnel-intégral-dérivé, qui détermine le courant de commande Icmd. 302 4 803 7 Le dispositif de commande 11 peut être un système câblé spécifique de type FGPA ou préférentiellement le calculateur du turboréacteur (ECU pour «Engine Control Unit» intégrant un module de régulation EEC), également appelé dispositif de régulation pleine autorité 5 de l'aéronef (FADEC pour «Full Authority agitai Engine Control »). Il a l'architecture matérielle d'un ordinateur. Il comporte notamment un processeur 21, une mémoire non-volatile 22, une mémoire volatile 23, une interface d'entrée/sortie 24 et un module de communication 25. Le processeur 21 permet d'exécuter des programmes d'ordinateur -10 mémorisés dans la mémoire non-volatile 22, en utilisant la mémoire volatile 23. L'interface d'entrée/sortie 24 permet d'une part d'acquérir des signaux de mesure, notamment la mesure Imes du courant de commande Icmd, et d'autre part d'émettre des signaux de commande, notamment le courant de commande Icmd. Le module de communication -15 25 permet d'échanger des données avec d'autres entités, notamment un équipement de maintenance externe. Dans un mode de réalisation, la détermination de la consigne de courant I_c et de la différence E ainsi que la mise en oeuvre du régulateur 16 correspondent à un programme de commande mémorisé dans la 20 mémoire non-volatile 22 et exécuté par le processeur 21. La figure 2 est un graphe qui représente une courbe de fonctionnement d'une servovalve. Plus précisément, ce graphe illustre l'évolution du débit hydraulique Q délivrée par la servovalve 13 au vérin 14, en fonction du courant de commande Icmd au moteur couple 12. Sur cette 25 figure, Imax représente la valeur maximale du courant de commande Icmd que l'ECU est capable de fournir. La courbe correspond à un état nominal de la servovalve et montre que le courant de repos de la servovalve, c'est-à-dire le courant de commande du moteur couple nécessaire à maintenir le vérin dans une position déterminée, présente une valeur Io non nulle. Dans 30 l'état nominal, le courant Imax permet toutefois de fournir le débit hydraulique maximal Qmax. 3024 803 8 On décrit maintenant, en référence à la figure 3, un procédé de surveillance conforme à l'invention, destiné à déterminer un éventuel court-circuit sur le moteur couple 12 de la servovalve 13. Le procédé de surveillance est mis en oeuvre par le dispositif de commande 11, qui constitue 5 donc également au dispositif de surveillance conforme à l'invention, débute à l'étape d'initialisation 30 dans lequel les premières acquisitions des grandeurs utiles sont réalisées puis, à l'étape 32, le régulateur 16 procède au calcul de Icmd qui dépend de différentes conditions, par exemple si l'aéronef est au sol (ce qui est typiquement indiqué par la valeur d'une variable du calculateur 10 appelée WOW pour « Weight On Wheel») ou si le régime moteur N est constant, par exemple égal à un régime de ralenti au sol. La valeur obtenue est une valeur moyenne du courant dans un état stabilisé correspondant au courant de repos de la servovalve. En effet, lorsqu'un état stabilisé est détecté, le courant mesuré Imes est constant et égal 15 à la consigne I_c. Le courant de commande Icmd sert donc simplement à maintenir un courant constant. Dans le cas d'un régulateur proportionnel-intégral-dérivé comme illustré à simple titre d'exemple, cette valeur est égale au courant intégral du régulateur. L'étape 34 est un premier test par lequel on détermine si le courant 20 de commande Icmd précédemment calculé est inférieur ou égal à un courant Iinhib correspondant à l'incertitude relative à la précision des mesures de tension et de courant source possible d'erreurs de mesure. Plus précisément Iinhib = dUmc/Zmin + dIcmd avec Zmin l'impédance minimum (constante) du moteur couple de l'actionneur et dUmc et dIcmd les imprécisions sur les mesures 25 respectives de la tension Umc et du courant Icmd. S'il est répondu positivement à ce test alors, dans une étape suivante 36, la détection de panne est inhibée jusqu'au prochain cycle (car la consigne de courant demandée ne permet pas d'avoir une tension Umc suffisamment élevée pour pouvoir sortir de la plage d'imprécision de lecture 30 d'Umc) sans envoi de message de maintenance et il est fait retour à l'étape 32 de calcul du courant de commande Icmd. Par contre, s'il est répondu 3024803 9 négativement, on effectue alors un test supplémentaire à l'étape 38 dans laquelle la tension Umc est comparée à un seuil de tension Vseuil. Si Umc est supérieur à Vseuil, cela signifie que le moteur couple 12 fonctionne normalement et il peut donc être fait retour à l'étape 32 sans 5 envoi de message de maintenance pour la poursuite de la surveillance de la servovalve. Par contre, si Umc est inférieur ou égal à Vseuil, cela signifie qu'une panne affecte le moteur couple rendant l'utilisation de la servovalve 13 inacceptable. Le procédé de surveillance se termine donc à l'étape 40 au 10 cours de laquelle un message de maintenance est généré. Le message de maintenance est par exemple mémorisé dans la mémoire non-volatile 22, puis communiqué ultérieurement à un équipement de maintenance, par le module de communication 25. La valeur de Vseuil est fonction de l'impédance minimum Zmin, 15 du courant de commande Icmd et des imprécisions sur la tension et le courant dUmc et dIcmd et afin de maximiser les chances de détecter une panne, doit être choisie selon la formule suivante : Vseuil REVENDICATIONS1. Procédé de surveillance d'un système d'actionnement comprenant un dispositif de commande (11), un moteur couple (12) ayant une tension Umc à ses bornes et actionnant une servovalve (13) et un vérin (14) commandé par la servovalve, le dispositif de commande étant apte à délivrer au moteur couple un courant de commande Icmd en fonction d'une consigne de courant I_c et d'un courant mesuré Imes, ce procédé de surveillance comprenant les étapes suivantes : - comparaison du courant de commande Icmd avec un courant de seuil prédéterminé Iinhib, - si le courant de commande est supérieur au courant de seuil prédéterminé, comparaison de la tension Umc mesurée aux bornes du moteur couple avec une tension de seuil prédéterminée Vseuil, et - si la tension aux bornes du moteur couple est inférieure ou égale à la tension de seuil prédéterminée, lever d'une alarme et signaler une panne de la servovalve. 2. Procédé de surveillance selon la revendication 1, caractérisé 20 en ce que si le courant de commande est inférieur au courant de seuil prédéterminé, toute signalisation de panne de la servovalve est inhibée. 3. Procédé de surveillance selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le courant de seuil prédéterminé est 25 déterminé par la formule suivante : Iinhib = dUmc/Zmin + dIcmd avec Zmin l'impédance minimum du moteur couple et dUmc et dIcmd les imprécisions sur les mesures respectives de la tension aux bornes du moteur couple Umc et du courant de commande Icmd. 30 4. Procédé de surveillance selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la tension de seuil prédéterminée 3024803 -11 est obtenue par la formule suivante : Vseuil 5. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de surveillance selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur. 6. Support d'informations lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de surveillance selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 15 7. Système de surveillance d'un système d'actionnement comprenant un dispositif de commande (11), un moteur couple (12) ayant une tension Umc à ses bornes et actionnant une servovalve (13) et un vérin (14) commandé par la servovalve, le dispositif de commande étant apte à délivrer au moteur couple un courant de commande Icmd en fonction d'une consigne de courant I_c et d'un courant mesuré Imes, le système de surveillance comprenant : - des moyens de comparaison du courant de commande Icmd avec un courant de seuil prédéterminé Iinhib, - des moyens de comparaison de la tension Umc mesurée aux bornes du moteur couple avec une tension de seuil prédéterminée Vseuil, activés seulement si le courant de commande est supérieur au courant de seuil prédéterminé, et - des moyens de lever une alarme et de signaler une panne de la servovalve, activés seulement si la tension aux bornes du moteur couple est inférieure ou égale à la tension de seuil prédéterminée. 5 10 3024803 12 8. Système de surveillance selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit système d'actionnement est un doseur de carburant et le dispositif de commande peut comprendre un régulateur 5 proportionnel-intégral-dérivé.