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CA 02813655 2014-09-25
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Système de déplacement motorisé d'un élément mobile,
procédé de pilotage d'un tel système et procédé de test
d'un tel système
L'invention concerne un système de déplacement
motorisé d'un élément mobile par exemple un système de
déplacement motorisé destiné au déplacement de surfaces
mobiles de vol dans un aéronef, comme les gouvernes.
L'invention concerne également un procédé de pilotage d'un
tel système et un procédé de test d'un tel système.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Un exemple de système de déplacement motorisé d'un
élément mobile est un système comportant deux actionneurs
reliés à l'élément mobile et dimensionnés pour pouvoir
man uvrer seul l'élément mobile. Le système comporte
également une unité centrale de commande qui est reliée aux
deux actionneurs pour envoyer à chacun des actionneurs une
consigne de position. En service, l'unité centrale de
commande envoie une consigne de position à l'un des
actionneurs dit actionneur principal qui en répondant à la
consigne de position va engendrer un effort de déplacement
de l'élément mobile. Le second actionneur dit actionneur de
secours n'est pas alimenté. En cas de défaillance de
l'actionneur principal, l'unité centrale de commande envoie
une consigne de position à l'actionneur de secours qui va
se substituer à l'actionneur principal pour déplacer
l'élément mobile.
Toutefois, la durée de vie d'un actionneur étant
directement liée aux efforts qu'il doit développer,
l'actionneur principal s'use rapidement puisqu'il doit
man uvrer seul l'élément mobile dans des conditions
normales de fonctionnement. Il pourrait être prévu, pour
cette raison, que chaque actionneur joue alternativement le
rôle d'actionneur principal et d'actionneur de secours mais
ceci compliquerait la gestion du fonctionnement des
actionneurs. Il demeure en outre nécessaire de dimensionner
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les actionneurs pour pouvoir développer l'effort maximum
sur de très longues périodes de sorte que les actionneurs
sont relativement lourds et encombrants.
De plus, dans des conditions normales de
fonctionnement de l'actionneur principal, l'actionneur de
secours est inactif et génère alors un effort au niveau de
sa liaison à l'élément mobile qui tend à contrer l'effort
développé par l'actionneur principal pour déplacer
l'élément mobile. L'actionneur principal doit donc être
dimensionné pour pouvoir supporter cet effort résistant
sans conséquence sur le déplacement de l'élément mobile.
Il est connu des documents FR 2 908 107,
US
2004/075020, EP 0 864 491, WO 2007/002311, un système de
déplacement motorisé d'un élément mobile comportant deux
actionneurs qui sont pourvus chacun de moyens de leur
liaison à l'élément mobile. Le système comprend une unité
centrale de commande qui, dans une situation nominale,
adresse une consigne de commande à l'un des actionneurs de
sorte que ledit actionneur man uvre seul l'élément mobile.
Dans une situation plus critique, par exemple en cas de
turbulences s'opposant au déplacement de l'élément mobile,
l'unité centrale de commande adresse une consigne de
commande à chacun des actionneurs de sorte que les deux
actionneurs man uvrent simultanément l'élément mobile.
L'utilisation d'un seul ou de deux actionneurs dépend ainsi
uniquement de la puissance nécessaire pour pouvoir
man uvrer l'élément mobile.
OBJET DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de proposer un système de
déplacement motorisé d'un élément mobile obviant au moins
en partie aux problèmes précités.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, on propose un
système de déplacement motorisé d'un élément mobile,
comportant au moins deux actionneurs qui sont pourvus
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chacun de moyens de leur liaison à l'élément mobile et sont
dimensionnés pour pouvoir man uvrer seul l'élément mobile,
une unité centrale de commande étant reliée aux deux
actionneurs pour envoyer à l'un ou l'autre des actionneurs
une consigne de position.
Selon l'invention, le système comporte des moyens de
commande pour commander en effort simultanément les deux
actionneurs en réponse à la consigne de position adressée à
l'un des actionneurs.
Grâce aux moyens de commande, l'effort à développer
pour déplacer l'élément mobile est réparti entre les deux
actionneurs de sorte qu'aucun des deux actionneurs ne soit
exagérément plus sollicité que l'autre. En outre, en cas de
défaillance de l'un des actionneurs, l'autre actionneur est
capable de déplacer seul l'élément mobile.
Ainsi, la durée de vie de chaque actionneur est
sensiblement identique. De façon
avantageuse,
l'encombrement et la masse des actionneurs s'avèrent plus
faibles que ceux d'actionneurs d'un système de déplacement
motorisé de l'art antérieur comportant un unique actionneur
puisque le dimensionnement en fatigue des actionneurs de
l'invention est moins contraignant.
Un autre avantage est qu'il y a moins d'échauffement
des actionneurs que dans un dispositif de l'art antérieur.
De façon avantageuse, le système selon l'invention
permet de répartir la consigne de position provenant de
l'unité centrale de commande entre les deux actionneurs
sans avoir besoin de modifier un algorithme de
fonctionnement d'une unité centrale de commande actuelle
qui est traditionnellement reliée à deux actionneurs pour
envoyer une consigne de position à destination uniquement
de l'un des actionneurs dans une situation nominale. Dans
l'invention, la répartition de la consigne de position en
une première consigne d'effort et une deuxième consigne
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d'effort s'effectue en aval de la génération de la consigne
de position à destination de l'un des actionneurs.
L'invention a également pour objet un procédé de
pilotage d'un tel système et un procédé de test d'un tel
système.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la
description qui suit d'un mode de réalisation particulier
non limitatif de l'invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi
lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un système
de déplacement motorisé d'un élément mobile selon
l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique d'un système
de déplacement motorisé d'un élément mobile selon un
deuxième mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est une vue schématique d'un système
de déplacement motorisé d'un élément mobile selon un
troisième mode de réalisation.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence aux figures 1 et 2, un système de
déplacement motorisé 100 permet ici, dans un aéronef, la
transmission d'un mouvement d'un élément de pilotage, comme
le manche, à un élément mobile 200, comme une gouverne.
Le système de déplacement comporte un premier
actionneur 1 et un deuxième actionneur 2. Chaque actionneur
1, 2 comporte ici un moteur électrique, par exemple un
moteur sans balais, ayant un arbre de sortie entraînant un
ensemble vis-écrou de sorte qu'une rotation de la vis sous
l'action du moteur provoque un déplacement linéaire sans
rotation de l'écrou. L'écrou de l'ensemble vis-écrou de
chaque actionneur 1, 2 permet un attachement de
l'actionneur correspondant à l'élément mobile 200. Chaque
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actionneur 1, 2 est dimensionné pour pouvoir man uvrer seul
l'élément mobile 200.
Le premier actionneur 1 est associé à un premier
capteur 4 pour mesurer un effort exercé par le premier
5 actionneur 1 sur l'élément mobile 200 afin de déplacer
ledit élément mobile 200. De la même façon, le deuxième
actionneur 2 est associé à un deuxième capteur 5 pour
mesurer un effort exercé par le deuxième actionneur 2 sur
l'élément mobile 200. Les capteurs 4, 5 sont ici des
capteurs d'effort axial intégrés au système 100.
Le système 100 comporte également une unité centrale
de commande 3 reliée au premier actionneur 1 et au deuxième
actionneur 2 de sorte que l'unité centrale de commande 3
puisse adresser à chacun des actionneurs une consigne de
position P051, P052.
Le système 100 comporte également au moins un capteur
de position de l'élément mobile 100 pour mesurer une
position réelle de l'élément mobile 200. De préférence, le
système 100 comporte deux capteurs de position 6, 7 qui
mesurent l'un comme l'autre la position réelle de l'élément
mobile 200 pour une redondance plus importante dudit
système 100. La mesure effectuée par un premier 6 des deux
capteurs de position est donc sensiblement égale à la
mesure effectuée par le deuxième 7 des deux capteurs de
position, dans des conditions normales de fonctionnement
des deux capteurs de position. Si l'un des deux capteurs de
position est défaillant, le deuxième capteur de position
pourra toujours fournir seul une information représentative
de la position de l'élément mobile 200.
L'unité centrale 3 est ainsi relié aux deux capteurs
de position 6, 7 de l'élément mobile. Ici un premier 6 des
deux capteurs de position est intégré au premier actionneur
1 et le deuxième 7 des deux capteurs de position est
intégré au deuxième actionneur 2.
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En référence à la figure 1, selon un premier mode de
réalisation, dans des conditions normales de fonctionnement
des deux actionneurs 1, 2, l'unité centrale de commande 3
adresse une consigne de position Pas' uniquement au premier
actionneur 1 dit actionneur maître. En cas de défaillance
du premier actionneur 1, l'unité centrale de commande 3
s'appuie alors sur le deuxième actionneur 2 dit actionneur
esclave pour déplacer l'élément mobile 200. A cet effet,
l'unité centrale de commande 3 adresse au deuxième
actionneur une consigne de position Pos2.
Selon l'invention, le système 100 comporte des moyens
de commande qui, en service, permettent un pilotage en
effort des deux actionneurs 1, 2 simultanément, en réponse
à la consigne de position adressée à l'un des actionneurs
par l'unité centrale de commande 3. Ici, les moyens de
commande comportent un premier et un deuxième organe
individuel de pilotage 10, 20 relié respectivement au
premier et au deuxième actionneur 1, 2. Les deux organes de
pilotage 10, 20 sont également reliés à l'unité centrale de
commande 3 aux capteurs d'effort 4, 5 respectivement et aux
capteurs de position 6, 7 respectivement. Les organes de
pilotage individuels 10, 20 sont agencés dans le système
100 pour pouvoir communiquer entre eux.
En service, à partir d'un ordre de déplacement de
l'élément mobile 200 provenant d'un des éléments de
pilotage, l'unité centrale de commande 3 génère à
destination du premier actionneur 1 une consigne de
position Posi.
Le premier organe individuel de pilotage 10 traduit
alors la consigne de position Posi en une consigne d'effort
et communique avec le deuxième organe individuel de
pilotage 20 de sorte que le premier et le deuxième organe
de pilotage 10, 20 génèrent simultanément deux consignes
d'effort individuel Effl, Eff2 à destination respectivement
du premier actionneur 1 et du deuxième actionneur 2.
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Les consignes d'effort individuel Effl, Eff2 sont
calculées pour que le premier et le deuxième actionneur
produisent un effort individuel respectivement Flf F2 sur
l'élément mobile 200, la somme des efforts individuels F1 +
F2 correspondant à un effort total à fournir pour atteindre
la consigne de position Pas' et les efforts Flf F2 étant
sensiblement égaux. De préférence, A cet effet, à tout
instant du déplacement de l'élément mobile 200, une mesure
de la position Posm dudit élément mobile est effectuée
simultanément par les capteurs de position 6, 7. A partir
de la position mesurée Posm et de la consigne de position
Pas', les deux organes de pilotage individuels 10, 20
déterminent les deux consignes d'effort individuel Efflf
Eff2 en tenant compte d'une erreur entre la consigne de
position Pas' et la position mesurée Posm lorsque les deux
actionneurs 1, 2 exercent respectivement les efforts F1 et
F2 sur l'élément mobile 200. Par une régulation des efforts
individuels F1 et F2 on obtient la somme des efforts
individuels F1 + F2 conforme à l'effort total à fournir pour
atteindre la consigne de position Pas', au moins dans des
conditions normales de fonctionnement du système 100.
De façon avantageuse, l'unité de commande 3 reçoit
également la position mesurée Posm de l'élément mobile 200.
En cas d'écart entre la consigne de position Pas' que
l'unité de commande 3 a initialement générée et la position
mesurée, l'unité de commande 3 pourra modifier la consigne
de position Posi pour réduire ledit écart.
On remarquera que si l'un des deux capteurs de
position 6, 7 est défaillant, l'autre capteur de position
pourra toujours fournir une information représentative de
la position de l'élément mobile 200 à l'unité de commande 3
et à l'un des deux organes individuels de pilotage qui
communiquera alors avec l'autre des organes individuels
pour partager ladite information.
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Ici, à tout instant du déplacement de l'élément mobile
200, une mesure de l'effort Fim exercé par le premier
actionneur 1 sur l'élément mobile 200 est effectuée par le
premier capteur 4. De la même façon, à tout instant du
déplacement de l'élément mobile 200, une mesure de l'effort
F2m exercé par le deuxième actionneur 2 sur l'élément
mobile 200 est effectuée par le deuxième capteur 5. A
partir également des efforts mesurés Flmf F2m, le premier et
le deuxième organe individuel de pilotage 10, 20
déterminent les consignes d'effort individuel Effi, Eff2
permettant de diminuer l'erreur entre la consigne de
position Posi et la position mesurée Posm lorsque les deux
actionneurs 1, 2 exercent respectivement les efforts Fi et
F2 sur l'élément mobile 200.
Il se peut cependant que l'un des actionneurs ne
puisse développer qu'un effort limité empêchant de réaliser
la consigne d'effort qui lui est demandé. Cette défaillance
peut être détectée par le capteur d'effort par exemple.
Dans ce cas, un signal de défaillance Défi, Déf2 est envoyé
par le premier actionneur 1 ou le deuxième actionneur 2
concerné à l'organe individuel de pilotage correspondant
10, 20. Les organes de pilotage 10, 20 tiennent alors
compte de cette défaillance pour générer des consignes
d'effort individuel Effi, Eff2 permettant de s'approcher au
mieux de l'effort total à fournir pour atteindre la
consigne de position Posi.
Selon un mode de réalisation privilégié, le signal de
défaillance pourra également être envoyé par l'actionneur
concerné à l'unité centrale de commande 3 qui tiendra
compte de ce signal pour s'appuyer sur l'actionneur non
défaillant afin de déplacer l'élément mobile 200. Si le
premier actionneur 1 est défaillant, l'unité centrale de
commande 3 s'appuiera sur le deuxième actionneur 2, le
système 100 fonctionnant alors de façon identique que
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lorsque la consigne de position est envoyée au premier
actionneur 1.
De façon avantageuse, les moyens de commande ainsi
agencés dans le système 100 permettent de conserver une
programmation de l'unité centrale de commande 3 identique à
celle existante dans l'art antérieur. Ainsi, l'unité
centrale de commande 3 génère une consigne de position à
destination de l'un des actionneurs comme dans un
dispositif de l'art antérieur. Selon l'invention, les
moyens de commande communiquent entre eux pour répartir
cette consigne de position en consignes d'effort à
destination des différents actionneurs. Les moyens de
commande sont ainsi programmés indépendamment de la
programmation de l'unité centrale de commande 3 pour la
génération de la consigne de position à destination d'un
seul des actionneurs.
Un autre avantage est que les deux organes individuels
de pilotage 10, 20 surveillent l'état des deux actionneurs
1, 2 tout comme l'unité centrale de commande ce qui
augmente la fiabilité du système 100. Il y a ainsi une
double surveillance à la fois d'un point de vue global au
niveau de l'unité centrale de commande 3 et d'un point de
vue local au niveau des moyens de commande.
La figure 2 illustre un second mode de réalisation du
système de déplacement motorisé selon l'invention. Dans ce
mode de réalisation, les moyens de commande sont
directement intégrés dans ladite unité centrale de commande
3. L'unité centrale de commande 3 est alors programmée pour
assurer les fonctions des organes individuels de pilotage
du premier mode de réalisation.
En service, à partir d'un ordre de déplacement de
l'élément mobile 200 provenant d'un des éléments de
pilotage, comme le manche, l'unité centrale de commande 3
calcule dans un premier temps une consigne de position Pas'
à destination du premier actionneur 1. Dans un deuxième
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temps, à partir de la consigne de position Pas', les moyens
de commande génèrent simultanément deux consignes d'effort
individuel Effl, Eff2 à destination respectivement du
premier et du deuxième actionneur 1, 2. Les consignes
5 d'effort individuel Effl, Eff2 sont calculées pour que le
premier et le deuxième actionneur produisent un effort
individuel respectivement Flf F2 sur l'élément mobile 200,
la somme des efforts individuels F1 + F2 correspondant à un
effort total à fournir pour atteindre la consigne de
10 position Pas' et les efforts Flf F2 étant sensiblement
égaux.
A cet effet, à tout instant du déplacement de
l'élément mobile 200, une mesure de la position Posm dudit
élément mobile est effectuée par les capteurs de position
6, 7. A partir de la position mesurée Posm et de la
consigne de position Pas', les moyens de commande
déterminent les deux consignes d'effort individuel Efflf
Eff2 en tenant compte d'une erreur entre la consigne de
position Pas' et la position mesurée Posm lorsque les deux
actionneurs 1, 2 exercent respectivement les efforts F1 et
F2 sur l'élément mobile 200.
De façon avantageuse, l'unité de commande 3 reçoit
également la position mesurée Posm de l'élément mobile 200.
En cas d'écart entre la consigne de position Pas' que
l'unité de commande 3 a initialement générée et la position
mesurée, l'unité de commande 3 pourra modifier la consigne
de position Posi pour réduire ledit écart.
Ici, à tout instant du déplacement de l'élément mobile
200, une mesure de l'effort Flm exercé par le premier
actionneur 1 sur l'élément mobile 200 est effectuée par le
premier capteur 4. De la même façon, à tout instant du
déplacement de l'élément mobile 200, une mesure de l'effort
F2m exercé par le deuxième actionneur 2 sur l'élément
mobile 200 est effectuée par le deuxième capteur 5. A
partir également des efforts mesurés Flmf F2m, les moyens de
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commande déterminent les consignes d'effort individuel
Effl, Eff2 permettant de diminuer l'erreur entre la
consigne de position Pas' et la position mesurée Posm
lorsque les deux actionneurs 1, 2 exercent respectivement
les efforts Flet F2 sur l'élément mobile 200.
Il se peut cependant que l'un des actionneurs ne
puisse développer qu'un effort limité empêchant de réaliser
la consigne d'effort qui lui est demandé. Dans ce cas, un
signal de défaillance Défi, Déf2 est envoyé par le premier
actionneur 1 ou le deuxième actionneur 2 concerné à l'unité
centrale de commande 3 qui tient compte de ce signal pour
s'appuyer sur l'actionneur non défaillant afin de déplacer
l'élément mobile 200. Si le premier actionneur 1 est
défaillant, l'unité centrale de commande 3 s'appuiera sur
le deuxième actionneur 2, le système 100 fonctionnant alors
de façon identique que lorsque la consigne de position est
envoyée au premier actionneur 1.
Tout comme pour le premier mode de réalisation, les
moyens de commande ainsi intégrés dans l'unité centrale de
commande 100 permettent de conserver une programmation de
l'unité centrale de commande 3 identique à celle existante
dans l'art antérieur. Ladite programmation est seulement
complétée pour intégrer les fonctions des organes
individuels de pilotage du premier mode de réalisation.
Ainsi, l'unité centrale de commande 3 génère une consigne
de position à destination de l'un des actionneurs comme
dans un dispositif de l'art antérieur. Selon l'invention,
les moyens de commande communiquent entre eux pour répartir
cette consigne de position en consignes d'effort à
destination des différents actionneurs. Les moyens de
commande sont ainsi programmés indépendamment de la
programmation de l'unité centrale de commande 3 pour la
génération de la consigne de position à destination d'un
seul des actionneurs.
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Un autre avantage est que les moyens de commande
surveillent l'état des deux actionneurs 1, 2 tout comme le
reste de l'unité centrale de commande ce qui augmente la
fiabilité du système 100. Il y a ainsi une double
surveillance à la fois d'un point de vue global au niveau
de l'unité centrale de commande 3 et d'un point de vue
local au niveau des moyens de commande.
Quelque soit le mode de réalisation de l'invention,
l'unité centrale de commande 3 génère une consigne de
position à destination de l'un des actionneurs et permet un
asservissement en position de cette consigne. Selon
l'invention, les moyens de commande intègrent cet
asservissement en position et y superposent un
asservissement en effort. Il y a ainsi un asservissement
d'un point de vue global au niveau de l'unité centrale de
commande 3 et d'un point de vue local au niveau des moyens
de commande ce qui permet de man uvrer très finement
l'élément mobile.
Grâce aux moyens de commande, l'actionneur 1,
considéré comme l'actionneur maître par l'unité centrale de
commande 3, exerce un effort sur l'élément mobile 200 non
pas égal à celui demandé dans un premier temps par l'unité
centrale de commande 3 mais un effort diminué de l'effort
exercé par le deuxième actionneur 2 sur l'élément mobile
200. La durée de vie de l'actionneur 1 s'en trouve ainsi
allongée.
L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être
décrit et englobe toute variante entrant dans le cadre
défini par les revendications.
En particulier, on pourra envisager que le système 100
puisse avoir des fonctions supplémentaires au déplacement
de l'élément mobile 200. Par exemple, pour le domaine
aéronautique, le système 100 selon l'invention peut
permettre de réaliser un test des actionneurs directement
sur l'aéronef lors des tests de prévol. Le test pourra par
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exemple se décomposer en deux phases pour tester tour à
tour les deux actionneurs 1, 2. Dans une première phase, le
test comportera ainsi les étapes de :
- traduire une consigne de position de l'élément
mobile en une consigne d'effort ;
- à l'aide des moyens de commande, générer la
consigne d'effort à destination de l'un des
actionneurs dit actionneur maître ;
- à l'aide des moyens de commande, simultanément à
l'étape précédente, à partir d'un profil
position/effort résistant et de la consigne de
position, générer à destination du deuxième
actionneur dit actionneur esclave une consigne
d'effort résistant ;
- mesurer la position de l'élément mobile ;
- comparer la position de l'élément mobile à la
consigne de position.
Dans une deuxième phase, le test comportera exactement
les mêmes étapes mais en permutant les rôles d'esclave et
de maître des deux actionneurs afin que chaque actionneur à
son tour génère un effort résistant.
Le test permettra ainsi d'évaluer tour à tour chaque
actionneur pour en déduire leur performance et déceler
d'éventuelles défaillances. Par des algorithmes spécifiques
d'exploitation de résultats du test, il sera également
possible d'anticiper de futures défaillances de ces
actionneurs.
Bien qu'ici les actionneurs 1, 2 soient des
actionneurs linéaires, les actionneurs pourront bien
entendu être des actionneurs rotatifs. En outre, bien
qu'ici les actionneurs 1, 2 soient des actionneurs
électromécaniques, les actionneurs pourront être des
actionneurs hydrauliques comme illustré à la figure 3.
Bien que le système 100 soit ici illustré comportant
deux actionneurs commandés simultanément en effort, on
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pourra envisager que le système 100 comporte un plus grand
nombre d'actionneurs, les moyens de commande commandant
alors en effort simultanément l'ensemble des actionneurs en
réponse à la consigne de position adressée à l'un des
actionneurs.
De façon privilégiée, les organes individuels de
commande 10, 20 génèrent des consignes d'effort individuel
Effl, Eff2 sensiblement égales pour que le premier et le
deuxième actionneur produisent un effort individuel Flf F2
sur l'élément mobile tels que F1 soit sensiblement égal à
F2. Il est envisageable que les consignes d'effort
individuel soient calculées pour que le premier et le
deuxième actionneur produisent un effort individuel
respectivement Fl, F2 sur l'élément mobile 200, la somme des
efforts individuels F1 + F2 correspondant à un effort total
à fournir pour atteindre la consigne de position Pas', sans
que nécessairement F1 soit sensiblement égal à F2. Le
système de déplacement motorisé 100 sera toutefois moins
optimisé : par exemple, la durée de vie de l'actionneur 1
sera moins allongée que lorsque l'actionneur 1 exerce une
force F1 sur l'élément mobile sensiblement égale à la force
F2 exercée par le deuxième actionneur 2.
Si le système de déplacement motorisé 100 ne comporte
qu'un capteur de position de l'élément mobile 200, ledit
capteur de position sera à la fois relié à l'unité centrale
de commande 3 et aux deux organes individuels de pilotage
10, 20 pour le premier mode de réalisation et sera relié à
l'unité centrale de commande 3 pour le deuxième mode de
réalisation. Bien que dans le premier mode de réalisation,
chaque organe individuel de pilotage 10, 20 soit relié à un
seul des capteurs de position, les organes individuels de
pilotage 10, 20 pourront être reliés chacun aux deux
capteurs de position 6, 7.
