Modélisation, simulation et commande d'une servovalve électropneumatique

par Sylvie Bourdat-Sesmat

Thèse de doctorat en Informatique et Automatique

Sous la direction de Serge Scavarda.

Soutenue en 1996

à Lyon, INSA , dans le cadre de École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon) , en partenariat avec LAI - Laboratoire d'Automatique Industrielle (Lyon, INSA) (laboratoire) .

mots clés

• Électroaimants
• Pneumatique
• Simulation

Résumé

Cette thèse concerne la modélisation, la simulation et la commande du modulateur de puissance électropneumatique que constitue une servovalve trois voies. Dans le cadre de la modélisation de l'étage pneumatique, le premier chapitre rappelle les différentes lois d'écoulement pouvant exister dans les restrictions de l'étage en débit. Un schéma équivalent est établi à partir de la géométrie de l'étage pneumatique et les résultats de la caractérisation classique expérimentale des quarts de pont de la servovalve sont décrits. Dans le deuxième chapitre, une analyse critique des méthodes de modélisation existantes est effectuée. Une méthode originale de caractérisation et de modélisation de l’étage pneumatique reposant sur une caractérisation pneumatique globale est proposée et validée. Le troisième chapitre est consacré à la modélisation de l'actionneur électromécanique: un électroaimant proportionnel. Une analyse des schémas de calcul et des protocoles de caractérisation de deux principaux types de modèle utilisant soit le flux total embrassé, soit le courant est menée à l'aide de l'outil de modélisation bond graph. Cette réflexion a conduit à la proposition d'une notation plus complète au niveau de l'élément bond graph de stockage d'énergie IC à deux ports en causalité intégrale. Le modèle complet de la partie électromécanique est décrit dans le quatrième chapitre. L'étude de la commande en position du tiroir de la servovalve ainsi que les résultats de l'étude expérimentale et simulée du comportement dynamique de positionnement du tiroir sont présentés.

Titre traduit

= Modelling, simulation and control of an electropneumatic servovalve

Résumé

This thesis deals with modelling, simulation and control of an electropneumatic power modulator which is a three-way servovalve. Concerning the pneumatic flow stage modelisation, the first chapter recalls different flow laws which could exist in the flow stage restrictions. An equivalent scheme is established from the flow stage geometry. The results of the classical experimental characterisation of the servovalve parts of the Wheatstone bridge are described. In the second chapter, a critical analysis of the existing modelisation methods is carried out. A new method of characterisation and modelisation of the pneumatic stage using a global pneumatic characterisation is proposed and validated. The third chapter presents the modelisation of the electromechanical actuator: a proportional magnet. An analysis of the calculation schemes and of the characterisation procedures of the two principal types of models using either the flux linkage or the current is carried out with the help of a bond graph modelisation tool. This reflexion led to the proposition of a more complete notation on the two port energy storage bond graph element IC in integral causality. The complete model of the electromechanical part is described in the fourth chapter. The study of the position control of servovalve together with the results of the experimental and simulated study of the positioning dynamic behavior are presented in the same chapter.