Facteurs de sélection de vannes proportionnelles Copyright Eaton Hydraulics 2000 Steve Skinner, Eaton Hydraulics, Havant, UK

Facteurs de sélection de vannes proportionnellesFacteurs de sélection de vannes proportionnelles

Copyright Eaton Hydraulics 2000Copyright Eaton Hydraulics 2000

Steve Skinner, Eaton Hydraulics, Havant, UKSteve Skinner, Eaton Hydraulics, Havant, UK


Configuration du piston

Débit nominal

Performances

Commande / Régulation

Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression

Recouvrement du piston


Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression


Configuration du pistonConfiguration du piston


Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression



Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression


B

P T

A

20N

A B

T TP

Piston (symétrique) d'entrée et de sortiePiston (symétrique) d'entrée et de sortie

Le piston représenté est le plus courant dans un distributeur proportionnel. Pour une ouverture donnée, la limitation du débit est la même sur toutes les portées. Dans le cas d'un actionneur à surfaces actives égales (tel qu'un moteur), ceci permet une commande aussi bien sur l'entrée que sur la sortie. Dans le cas d'un actionneur à surfaces actives différentes (vérin), la commande porte essen-tiellement, suivant le sens de déplacement, sur l'entrée ou sur la sortie.

Le piston représenté est le plus courant dans un distributeur proportionnel. Pour une ouverture donnée, la limitation du débit est la même sur toutes les portées. Dans le cas d'un actionneur à surfaces actives égales (tel qu'un moteur), ceci permet une commande aussi bien sur l'entrée que sur la sortie. Dans le cas d'un actionneur à surfaces actives différentes (vérin), la commande porte essen-tiellement, suivant le sens de déplacement, sur l'entrée ou sur la sortie.

B

P T

A

28S

A B

T TP

Piston de sortiePiston de sortie

Le piston de sortie n'a d'encoches qu'au niveau des portées A-T et B-T. La limi-tation du débit est relativement faible au niveau des portées P-A et P-B (comme dans un distributeur à commutation classique).

Le piston de sortie peut s'utiliser dans le cas de vérins et de moteurs. Il s'utilise souvent pour la commande de charges négatives.

Le piston de sortie n'a d'encoches qu'au niveau des portées A-T et B-T. La limi-tation du débit est relativement faible au niveau des portées P-A et P-B (comme dans un distributeur à commutation classique).

Le piston de sortie peut s'utiliser dans le cas de vérins et de moteurs. Il s'utilise souvent pour la commande de charges négatives.

B

P T

A

22A

A B

T TP

Piston d'entréePiston d'entrée

Le distributeur KDG4V 3S n'est disponible qu'avec piston d'entrée. Il possède des encoches au niveau des portées P-A et P-B.

Le distributeur KDG4V 3S n'est disponible qu'avec piston d'entrée. Il possède des encoches au niveau des portées P-A et P-B.

B

P T

A

20N10

A B

T TP

Piston asymétriquePiston asymétrique

Pour assurer une commande optimale d'actionneurs à surfaces actives différentes, la plupart des distributeurs proportionnels sont disponibles avec piston asymétrique. Dans ce cas, la limitation du débit de P vers A ou de P vers B est plus faible que de P vers B ou de B vers T. Si l'on utilise, par exemple, un piston 2:1 dans un vérin 2:1, la même commande est possible en entrée et en sortie.

Pour assurer une commande optimale d'actionneurs à surfaces actives différentes, la plupart des distributeurs proportionnels sont disponibles avec piston asymétrique. Dans ce cas, la limitation du débit de P vers A ou de P vers B est plus faible que de P vers B ou de B vers T. Si l'on utilise, par exemple, un piston 2:1 dans un vérin 2:1, la même commande est possible en entrée et en sortie.

B

P T

A

8 bar8 bar

2 : 12 : 1

Piston symétriquePiston symétrique

Les avantages d'un piston asymétrique peuvent s'illustrer à l'aide d'un exemple simple d'un vérin non chargé commandé par un distributeur proportionnel et une balance de pression.

Les avantages d'un piston asymétrique peuvent s'illustrer à l'aide d'un exemple simple d'un vérin non chargé commandé par un distributeur proportionnel et une balance de pression.

B

P T

A

8 bar8 bar

2 : 12 : 1

P = 8 barP = 8 bar


À la rentrée de la tige du vérin, la balance de pression maintient une perte de charge constante de 8 bar entre les orifices P et B du distributeur proportionnel.

À la rentrée de la tige du vérin, la balance de pression maintient une perte de charge constante de 8 bar entre les orifices P et B du distributeur proportionnel.

B

P T

A

8 bar8 bar

2 : 12 : 1

P = 32 barP = 32 bar


Comme le débit de A vers T est le double de celui de P vers B (pour un vérin à rapport des surfaces actives de 2:1), la perte de charge de A vers T est le quadruple de celle de P vers B (32 bar dans le cas présent).

Comme le débit de A vers T est le double de celui de P vers B (pour un vérin à rapport des surfaces actives de 2:1), la perte de charge de A vers T est le quadruple de celle de P vers B (32 bar dans le cas présent).

B

P T

A

8 bar8 bar

2 : 12 : 1

P = 32 barP = 32 bar

32 bar32 bar 64 bar64 bar

72 bar72 bar


1) Une contre-pression de 32 bar du côté de la face avant du piston exige une pression de 64 bar du côté de la tige.

1) Une contre-pression de 32 bar du côté de la face avant du piston exige une pression de 64 bar du côté de la tige.

2) Il en résulte qu'il faut une pression mini-male de 72 bar au niveau de l'orifice de raccor-dement P pour déplacer le vérin en l'absence de charge.

2) Il en résulte qu'il faut une pression mini-male de 72 bar au niveau de l'orifice de raccor-dement P pour déplacer le vérin en l'absence de charge.

B

P T

A

8 bar8 bar

2 : 12 : 1

P = 8 barP = 8 bar


Piston 2:1Piston 2:1

Si l'on remplace le piston symétrique par un piston asymétrique (dans le rapport 2:1), la perte de charge, imposée par la balance de pression, sera également de 8 bar.

Si l'on remplace le piston symétrique par un piston asymétrique (dans le rapport 2:1), la perte de charge, imposée par la balance de pression, sera également de 8 bar.

B

P T

A

8 bar8 bar

2 : 12 : 1

P = 8 barP = 8 bar



Un piston 2:1 associé à un vérin 2:1 a alors pour conséquence d'avoir égale-ment une perte de charge de 8 bar de A vers T.

Un piston 2:1 associé à un vérin 2:1 a alors pour conséquence d'avoir égale-ment une perte de charge de 8 bar de A vers T.

B

P T

A

8 bar8 bar

2 : 12 : 1

P = 8 barP = 8 bar

8 bar8 bar 16 bar16 bar

24 bar24 bar



La contre-pression de 8 bar du côté de la face avant du piston exige 16 bar du côté de la tige, et donc une pression minimale de 24 bar au niveau de l'orifice P.

L'utilisation d'un piston asymétrique réduit ainsi de 72 bar à 24 bar la pression minimale nécessaire au niveau de l'orifice P.

La contre-pression de 8 bar du côté de la face avant du piston exige 16 bar du côté de la tige, et donc une pression minimale de 24 bar au niveau de l'orifice P.

L'utilisation d'un piston asymétrique réduit ainsi de 72 bar à 24 bar la pression minimale nécessaire au niveau de l'orifice P.

20N

A B

T TP

20N10

A B

T TP

28S

A B

T TP

22A

A B

T TP

Possibilités de sélection du pistonPossibilités de sélection du piston

Le choix de la caracté-ristique de limitation du débit du piston est donc déterminé par le type d'actionneur et la nature de la charge.

Le choix de la caracté-ristique de limitation du débit du piston est donc déterminé par le type d'actionneur et la nature de la charge.

B

P T

A

2C2C

B

P T

A

33C33C

B

P T

A

5C5C

Positions centrales du pistonPositions centrales du piston

Plusieurs possibilités de sélection de la position centrale du piston sont également disponibles avec la plupart des distributeurs proportionnels. Le bon choix dépend surtout de la caractéristique de charge et des vannes auxiliaires présentes dans le système. Si l'on emploie, par exemple, un distributeur proportionnel pour éviter le mouvement d'un actionneur, il est possible d'utiliser un piston 2C. Si l'on emploie, en revanche, un clapet anti-retour à commande électromagnétique ou pilotable, un piston du type 33C peut être mieux approprié.

Plusieurs possibilités de sélection de la position centrale du piston sont également disponibles avec la plupart des distributeurs proportionnels. Le bon choix dépend surtout de la caractéristique de charge et des vannes auxiliaires présentes dans le système. Si l'on emploie, par exemple, un distributeur proportionnel pour éviter le mouvement d'un actionneur, il est possible d'utiliser un piston 2C. Si l'on emploie, en revanche, un clapet anti-retour à commande électromagnétique ou pilotable, un piston du type 33C peut être mieux approprié.

Débit nominalDébit nominal


Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression



Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression


B

P T

A

P de 5 barP de 5 bar

l/minl/minQRQR

3 l/min 550 l/minQR

Débit nominal du pistonDébit nominal du piston

1) Le débit nominal d'un piston est défini par le débit que laisse passer une portée du piston (à ouverture maximale) pour une perte de charge de 5 bar.

1) Le débit nominal d'un piston est défini par le débit que laisse passer une portée du piston (à ouverture maximale) pour une perte de charge de 5 bar.

2) Différents débits nominaux peuvent être obtenus en faisant varier la taille, la forme et le nombre d'encoches du piston.

2) Différents débits nominaux peuvent être obtenus en faisant varier la taille, la forme et le nombre d'encoches du piston.

3) Des vannes à débit nominal compris entre 3 et 550 l/min sont actuelle-ment disponibles.

3) Des vannes à débit nominal compris entre 3 et 550 l/min sont actuelle-ment disponibles.

A1A1

V1V1

Q1Q1

QR = ?QR = ?

Calcul du débitCalcul du débit

Le bon choix de la taille d'un distributeur proportionnel est important car un distributeur trop petit ne permet pas d'obtenir la vitesse nécessaire de l'actionneur. Un distributeur trop grand peut se traduire par une très faible ouverture du piston, ce qui est difficile à commander.

Le bon choix de la taille d'un distributeur proportionnel est important car un distributeur trop petit ne permet pas d'obtenir la vitesse nécessaire de l'actionneur. Un distributeur trop grand peut se traduire par une très faible ouverture du piston, ce qui est difficile à commander.

A1A1 A2A2

FF

PSPS

P1P1 P2P2

PTPT


Comme un distributeur proportionnel limite le débit aussi bien à l'entrée qu'en sortie de l'actionneur, le choix de la bonne taille n'est toutefois pas aussi simple que dans le cas d'une vanne à commuta-tion classique.

Comme un distributeur proportionnel limite le débit aussi bien à l'entrée qu'en sortie de l'actionneur, le choix de la bonne taille n'est toutefois pas aussi simple que dans le cas d'une vanne à commuta-tion classique.

A1A1 A2A2

FF

PSPS

P1P1 P2P2

PTPT

P1.A1 P2

.A2

P1.A1 = P2

.A2 + FP1.A1 = P2

.A2 + F


Pour pouvoir déterminer la perte de charge dans le distributeur, il est nécessaire d'estimer les pres-sions P1 et P2. Ceci peut se faire en partant de l'équilibre des forces s'exerçant sur le piston du vérin ...

Pour pouvoir déterminer la perte de charge dans le distributeur, il est nécessaire d'estimer les pres-sions P1 et P2. Ceci peut se faire en partant de l'équilibre des forces s'exerçant sur le piston du vérin ...

A1A1 A2A2

FF

PSPS

P1P1 P2P2

PTPT

QQQ. Q.

A2

A1

A2

A1

PS – P1PS – P1

P2 – PTP2 – PT ==A2

A1

A2

A1

2

P1.A1 = P2

.A2 + FP1.A1 = P2

.A2 + FP Q2P Q2


... et du rapport des débits et pertes de charge au niveau des diaphragmes de mesure.

... et du rapport des débits et pertes de charge au niveau des diaphragmes de mesure.

Logiciels de dimensionnementLogiciels de dimensionnement

L'approche la plus simple est toutefois d'utiliser des logiciels exécutant toutes les étapes du calcul.

L'approche la plus simple est toutefois d'utiliser des logiciels exécutant toutes les étapes du calcul.


Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression



Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression


PerformancesPerformances

P P

QQ

Performances des vannes sans contre-réactionPerformances des vannes sans contre-réaction

1) Lors de la sélection du débit nominal optimal d'une vanne proportion-nelle, il est également nécessaire de tenir compte des performances de la vanne, comme par exemple de son aptitude à maintenir le piston dans la position exigée en dépit des forces d'écoulement.

1) Lors de la sélection du débit nominal optimal d'une vanne proportion-nelle, il est également nécessaire de tenir compte des performances de la vanne, comme par exemple de son aptitude à maintenir le piston dans la position exigée en dépit des forces d'écoulement.

2) Quand, dans une vanne sans contre-réaction, on met sous tension l'élec-troaimant, il est généré une force magnétique qui repousse le piston dans le corps de la vanne en s'opposant à la force d'un ressort.

2) Quand, dans une vanne sans contre-réaction, on met sous tension l'élec-troaimant, il est généré une force magnétique qui repousse le piston dans le corps de la vanne en s'opposant à la force d'un ressort.

P P

QQ


1) Le piston ouvre alors le passage jusqu'à ce que la force magnétique et la force du ressort comprimé soient en équilibre.

1) Le piston ouvre alors le passage jusqu'à ce que la force magnétique et la force du ressort comprimé soient en équilibre.

2) À ouverture maximale, le débit traversant la vanne est proportionnel à la racine carrée de la différence de pression aux bornes de la vanne.

2) À ouverture maximale, le débit traversant la vanne est proportionnel à la racine carrée de la différence de pression aux bornes de la vanne.

3) Quand la vanne est toutefois traversée par le fluide, des forces d'écou-lement s'exercent aussi sur le piston en s'opposant à la force magnétique.

3) Quand la vanne est toutefois traversée par le fluide, des forces d'écou-lement s'exercent aussi sur le piston en s'opposant à la force magnétique.

P P

QQ


1) Les forces d'écou-lement ont pour effet de refermer en partie le piston, ...

1) Les forces d'écou-lement ont pour effet de refermer en partie le piston, ...

2) ... ce qui conduit à une courbe différente de celle calculée et à une limitation du débit maximal possible.

2) ... ce qui conduit à une courbe différente de celle calculée et à une limitation du débit maximal possible.

P P

QQ


Dès que la limite de débit est atteinte, la courbe peut devenir soit verticale, soit même régressive. Autrement dit, une augmentation de la perte de charge se traduit alors par une réduction du débit traversant la vanne.

Une courbe verticale, en revanche, veut dire qu'une variation de la perte de charge n'en-traîne aucune variation du débit, par exemple dans le cas d'un effet de compensation de pression.

Dès que la limite de débit est atteinte, la courbe peut devenir soit verticale, soit même régressive. Autrement dit, une augmentation de la perte de charge se traduit alors par une réduction du débit traversant la vanne.

Une courbe verticale, en revanche, veut dire qu'une variation de la perte de charge n'en-traîne aucune variation du débit, par exemple dans le cas d'un effet de compensation de pression.

P P

QQ


La courbe de performances indiquée définit donc la limite de la plage d'utilisa-tion d'une vanne pour un signal d'entrée maximal ; il n'est, par exemple, pas possible de travailler en dehors de cette plage.

La courbe de performances indiquée définit donc la limite de la plage d'utilisa-tion d'une vanne pour un signal d'entrée maximal ; il n'est, par exemple, pas possible de travailler en dehors de cette plage.

P P

QQ

Performances des vannes à contre-réactionPerformances des vannes à contre-réaction

Les vannes à contre-réaction ont également des limites de perfor-mances, mais celles-ci sont en général supéri-eures à celles d'une vanne équivalente sans contre-réaction.

Les vannes à contre-réaction ont également des limites de perfor-mances, mais celles-ci sont en général supéri-eures à celles d'une vanne équivalente sans contre-réaction.

P P

QQ


1) Quand les forces d'écoulement poussent le piston en direction de la position de ferme-ture, le signal du cap-teur de contre-réaction indique que le piston a changé de position. L'intensité du courant injecté dans l'électro-aimant est ainsi auto-matiquement augmen-tée.

1) Quand les forces d'écoulement poussent le piston en direction de la position de ferme-ture, le signal du cap-teur de contre-réaction indique que le piston a changé de position. L'intensité du courant injecté dans l'électro-aimant est ainsi auto-matiquement augmen-tée.

2) Ceci permet au piston de s'opposer à des forces d'écoule-ment supérieures et permet ainsi à des débits supérieurs de traverser la vanne.

2) Ceci permet au piston de s'opposer à des forces d'écoule-ment supérieures et permet ainsi à des débits supérieurs de traverser la vanne.

P P

QQ


Il peut toutefois arriver que les forces d'écoule-ment deviennent trop grandes pour l'électro-aimant, et la vanne se met alors à se fermer comme auparavant.

Il peut toutefois arriver que les forces d'écoule-ment deviennent trop grandes pour l'électro-aimant, et la vanne se met alors à se fermer comme auparavant.

P P

QQ


La plage de performan-ces d'une vanne à contre-réaction est donc supérieure à celle d'une vanne équivalente sans contre-réaction et permet la commande de débits supérieurs.

La plage de performan-ces d'une vanne à contre-réaction est donc supérieure à celle d'une vanne équivalente sans contre-réaction et permet la commande de débits supérieurs.


Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression



Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression


Commande / Régulation Commande / Régulation

TensionTension

Intensité du courantIntensité du courant DébitDébit VitesseVitesse

RampeRampe

AccélérationAccélération

PositionPosition

CommandeCommande

2) Une variation de la charge de l'actionneur ou de la pression du système peut toutefois faire varier la vitesse de l'actionneur.

Une commande de l'accélération et du freinage de l'actionneur peut être obtenue en utilisant le générateur de rampes de l'amplificateur, qui fait varier l'amplitude de la variation du courant de sortie.

2) Une variation de la charge de l'actionneur ou de la pression du système peut toutefois faire varier la vitesse de l'actionneur.

Une commande de l'accélération et du freinage de l'actionneur peut être obtenue en utilisant le générateur de rampes de l'amplificateur, qui fait varier l'amplitude de la variation du courant de sortie.

3) Pour pouvoir contrôler la position de l'actionneur à l'aide d'un système de commande, on peut utiliser un détecteur de fin de course, qui coupe la tension du signal d'entrée appliqué à l'amplificateur (et sélectionne ainsi la vitesse nulle de l'actionneur).

La position exacte à laquelle s'arrête l'actionneur dépend toutefois d'une série de facteurs (inertie de la charge, temps de réponse de la vanne, vitesse, etc.). La précision de la position et donc limitée, et un dépasse-ment n'est pas corrigé.

3) Pour pouvoir contrôler la position de l'actionneur à l'aide d'un système de commande, on peut utiliser un détecteur de fin de course, qui coupe la tension du signal d'entrée appliqué à l'amplificateur (et sélectionne ainsi la vitesse nulle de l'actionneur).

La position exacte à laquelle s'arrête l'actionneur dépend toutefois d'une série de facteurs (inertie de la charge, temps de réponse de la vanne, vitesse, etc.). La précision de la position et donc limitée, et un dépasse-ment n'est pas corrigé.

1) Dans un système de commande, un amplificateur génère à partir d'une tension d'entrée un courant appliqué à la vanne proportionnelle, qui régule le débit d'alimentation de l'actionneur et commande ainsi sa vitesse.

1) Dans un système de commande, un amplificateur génère à partir d'une tension d'entrée un courant appliqué à la vanne proportionnelle, qui régule le débit d'alimentation de l'actionneur et commande ainsi sa vitesse.

TensionTension

Intensité du courantIntensité du courantPressionPression ForceForce

RampeRampe Taux de variationde la force

Taux de variationde la force

CommandeCommande

Une commande de pression peut être obtenue par utilisation d'un limiteur de pression ou détendeur. Dans ce cas, la tension d'entrée appliquée à l'amplificateur génère un courant de sortie correspondant appliqué à la vanne proportionnelle afin de réguler ainsi la pression au niveau de l'actionneur.Le générateur de rampes intégré dans l'amplificateur peut s'utiliser pour commander le taux de croissance ou de décroissance de la pression.

Une commande de pression peut être obtenue par utilisation d'un limiteur de pression ou détendeur. Dans ce cas, la tension d'entrée appliquée à l'amplificateur génère un courant de sortie correspondant appliqué à la vanne proportionnelle afin de réguler ainsi la pression au niveau de l'actionneur.Le générateur de rampes intégré dans l'amplificateur peut s'utiliser pour commander le taux de croissance ou de décroissance de la pression.

TensionTension

Intensité du courantIntensité du courant DébitDébit VitesseVitesse

RampeRampe

AccélérationAccélération

Régulation de la vitesseRégulation de la vitesse

TensionTension

++__ Tension VitesseTension Vitesse

P I DP I D

Une régulation de la vitesse exige un capteur qui délivre un signal de contre-réaction proportionnel à la vitesse de l'actionneur. Pour générer un courant de sortie (ou un débit au niveau de l'actionneur) quand le signal d'erreur est nul (contre-réaction = entrée), l'amplificateur doit être un intégrateur. Le maintien de la vitesse (sous différents charges, etc.) est alors beaucoup plus précis que dans le cas d'un système de commande.

Comme dans une commande, une régulation de l'accélération et du freinage peut être obtenue en utilisant le générateur de rampes intégré dans l'amplificateur.

Une régulation de la vitesse exige un capteur qui délivre un signal de contre-réaction proportionnel à la vitesse de l'actionneur. Pour générer un courant de sortie (ou un débit au niveau de l'actionneur) quand le signal d'erreur est nul (contre-réaction = entrée), l'amplificateur doit être un intégrateur. Le maintien de la vitesse (sous différents charges, etc.) est alors beaucoup plus précis que dans le cas d'un système de commande.

Comme dans une commande, une régulation de l'accélération et du freinage peut être obtenue en utilisant le générateur de rampes intégré dans l'amplificateur.

TensionTension

Intensité du courantIntensité du courant DébitDébit PositionPosition

RampeRampe

VitesseVitesse

Régulation de la positionRégulation de la position

TensionTension

++__ Tension PositionTension Position

P I DP I D

3) Dans certaines situations, on peut toutefois utiliser l'intégrateur et le différentiateur de l'amplificateur pour améliorer les performances du système. Les applications de ce genre exigent cependant un niveau relativement élevé d'expérience.

Le générateur de rampes intégré dans l'amplificateur peut également s'utiliser pour commander la vitesse de passage de l'actionneur d'une position à l'autre.

3) Dans certaines situations, on peut toutefois utiliser l'intégrateur et le différentiateur de l'amplificateur pour améliorer les performances du système. Les applications de ce genre exigent cependant un niveau relativement élevé d'expérience.

Le générateur de rampes intégré dans l'amplificateur peut également s'utiliser pour commander la vitesse de passage de l'actionneur d'une position à l'autre.

1) Une régulation de la position exige un capteur qui délivre un signal de contre-réaction proportionnel à la position de l'actionneur.

1) Une régulation de la position exige un capteur qui délivre un signal de contre-réaction proportionnel à la position de l'actionneur.

2) Dans la plupart des applications, l'amplificateur génère tout simplement un courant de sortie proportionnel à l'écart de position (entrée moins contre-réaction). La précision de la position est donc beaucoup plus grande que dans un système de commande.

2) Dans la plupart des applications, l'amplificateur génère tout simplement un courant de sortie proportionnel à l'écart de position (entrée moins contre-réaction). La précision de la position est donc beaucoup plus grande que dans un système de commande.

TensionTension

Intensité du courantIntensité du courant PressionPression ForceForce

RampeRampe



Régulation de la forceRégulation de la force

TensionTension

++__

Force TensionForce Tension

P I DP I D

Pour la régulation de la force, on peut utiliser soit un capteur de pression soit un capteur de force pour la mise à disposition du signal de contre-réaction. Si la commande est assurée par un distributeur à tiroir, l'amplificateur génère normalement un signal de sortie comportant à la fois une composante proportionnelle et une composante intégrale.

Comme précédemment, le générateur de rampes permet de commander le taux de variation de la force du vérin.

Pour la régulation de la force, on peut utiliser soit un capteur de pression soit un capteur de force pour la mise à disposition du signal de contre-réaction. Si la commande est assurée par un distributeur à tiroir, l'amplificateur génère normalement un signal de sortie comportant à la fois une composante proportionnelle et une composante intégrale.

Comme précédemment, le générateur de rampes permet de commander le taux de variation de la force du vérin.

RéponseRéponse


Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression



Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression


EntréeEntrée SortieSortie

TempsTemps

Déb

itD

ébit

Réponse indicielleRéponse indicielle

Le temps de réponse de la vanne est un facteur important dans les systèmes à hautes performances. Il peut s'indiquer par le comportement de la vanne à une variation en échelon du signal d'entrée, qui, dans certains cas, peut avoir l'allure représentée ici. Le problème est toutefois de déterminer le point auquel le signal d'entrée et le signal de sortie sont égaux.

Le temps de réponse de la vanne est un facteur important dans les systèmes à hautes performances. Il peut s'indiquer par le comportement de la vanne à une variation en échelon du signal d'entrée, qui, dans certains cas, peut avoir l'allure représentée ici. Le problème est toutefois de déterminer le point auquel le signal d'entrée et le signal de sortie sont égaux.

100%100%

90%90%

TT

Réponse indicielleRéponse indicielle

Dans d'autres cas, la sortie peut dépasser l'entrée, et il est à nouveau difficile de déterminer le point auquel signal d'entrée et signal de sortie sont égaux. Pour éviter ce problème, le temps de réponse est normalement indiqué comme le temps nécessaire à la sortie pour atteindre 90 % de la valeur finale.

Dans d'autres cas, la sortie peut dépasser l'entrée, et il est à nouveau difficile de déterminer le point auquel signal d'entrée et signal de sortie sont égaux. Pour éviter ce problème, le temps de réponse est normalement indiqué comme le temps nécessaire à la sortie pour atteindre 90 % de la valeur finale.


TempsTemps

Déb

itD

ébit

100%100%

50%50%

75%75%

25%25%

Déb

it (

de

P v

ers

A)

Déb

it (

de

P v

ers

A)

Déb

it (

de

P v

ers

B)

Déb

it (

de

P v

ers

B)


TempsTemps

Réponse en fréquenceRéponse en fréquence

Il est parfois plus judicieux de mesurer les performances de la vanne en examinant son comportement à une courbe sinusoïdale appliquée à l'entrée. Ceci s'obtient souvent en faisant osciller le piston de la vanne de plus ou moins 25 % autour de la position ouverte à 50 %. Aux basses fréquences, la sortie de la vanne peut suivre presque exactement l'entrée.

Il est parfois plus judicieux de mesurer les performances de la vanne en examinant son comportement à une courbe sinusoïdale appliquée à l'entrée. Ceci s'obtient souvent en faisant osciller le piston de la vanne de plus ou moins 25 % autour de la position ouverte à 50 %. Aux basses fréquences, la sortie de la vanne peut suivre presque exactement l'entrée.

100%100%

50%50%

75%75%

25%25%

Déb

it (

de

P v

ers

A)

Déb

it (

de

P v

ers

A)

Déb

it (

de

P v

ers

B)

Déb

it (

de

P v

ers

B)

TempsTemps


A2A2

A1A1

L

Réponse en amplitude (dB) = 20 logRéponse en amplitude (dB) = 20 logA2A2

A1A1(( ))

Retard de phase (º) = LRetard de phase (º) = L

360º


1) Dès que la fréquence d'entrée augmente, l'amplitude de sortie diminue ; la sortie commence à être en retard sur le signal d'entrée.

1) Dès que la fréquence d'entrée augmente, l'amplitude de sortie diminue ; la sortie commence à être en retard sur le signal d'entrée.

2) Ces deux effets se décrivent par les deux grandeurs réponse en amplitude et retard de phase.

2) Ces deux effets se décrivent par les deux grandeurs réponse en amplitude et retard de phase.

Ré

po

ns

e e

n a

mp

litu

de

(d

B)

Ré

po

ns

e e

n a

mp

litu

de

(d

B)

11 1010 100100

Fréquence (Hz)Fréquence (Hz)

Re

tard

de

ph

as

e (º

)R

eta

rd d

e p

ha

se

(º)

11 1010 100100

Fréquence (Hz)Fréquence (Hz)

4545

9090

135135

Fréquencede coupureFréquencede coupure

Bande passanteBande passante

- 3- 3


1) Réponse en amplitude et retard de phase se mesurent pour une série de fréquences et se reportent dans un diagramme à échelle logarithmique. Il est connu sous le nom de diagramme de Bode.

1) Réponse en amplitude et retard de phase se mesurent pour une série de fréquences et se reportent dans un diagramme à échelle logarithmique. Il est connu sous le nom de diagramme de Bode.

2) La fréquence à laquelle la sortie est réduite de 3 dB (50 %) est connue sous le nom de bande passante. La fréquence de coupure est la fréquence correspondant à un retard de phase de 90º. L'une ou plusieurs de ces valeurs s'utilisent normalement pour déterminer la réponse de la vanne.

2) La fréquence à laquelle la sortie est réduite de 3 dB (50 %) est connue sous le nom de bande passante. La fréquence de coupure est la fréquence correspondant à un retard de phase de 90º. L'une ou plusieurs de ces valeurs s'utilisent normalement pour déterminer la réponse de la vanne.

LinéaritéLinéarité


Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression



Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression


Déb

it d

e so

rtie

Déb

it d

e so

rtie

QMAXQMAX

Signal d’entréeSignal d’entrée

Linéarité (%) = Linéarité (%) = x 100x 100EQMAX

EQMAX

EE

LinéaritéLinéarité

Dans les systèmes de commande, notamment, il est souvent important d'avoir un rapport linéaire entre signal d'entrée de la vanne et débit de sortie. La linéarité de la vanne quantifie la qualité du respect de cette condition.

Dans les systèmes de commande, notamment, il est souvent important d'avoir un rapport linéaire entre signal d'entrée de la vanne et débit de sortie. La linéarité de la vanne quantifie la qualité du respect de cette condition.

RépétabilitéRépétabilité


Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression



Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression


Déb

it d

e so

rtie

Déb

it d

e so

rtie

QMAXQMAX

Applications successivesd'un même signal

(même vanne)


(même vanne)

SignalSignal

Répétabilité (%) = Répétabilité (%) = x 100x 100EQMAX

EQMAX

EE

RépétabilitéRépétabilité

La répétabilité mesure la précision avec laquelle une vanne génère une sortie désirée quand on applique et supprime le même signal. Ceci est important dans les systèmes de commande, afin de pouvoir garantir le fonctionnement uniforme d'une machine.

La répétabilité mesure la précision avec laquelle une vanne génère une sortie désirée quand on applique et supprime le même signal. Ceci est important dans les systèmes de commande, afin de pouvoir garantir le fonctionnement uniforme d'une machine.

ReproductibilitéReproductibilité


Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression



Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression


Déb

it d

e so

rtie

Déb

it d

e so

rtie

QMAXQMAX


(vannes différentes)


(vannes différentes)

SignalSignal

Reproductibilité (%) = Reproductibilité (%) = x 100x 100EQMAX

EQMAX

EE

ReproductibilitéReproductibilité

La reproductibilité est une mesure analogue, mais se réfère au même signal appliqué à des vannes différentes.

La reproductibilité est une mesure analogue, mais se réfère au même signal appliqué à des vannes différentes.

HystérésisHystérésis


Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression



Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression


Déb

it d

e so

rtie

Déb

it d

e so

rtie

QMAXQMAX


Hystérésis (%) = Hystérésis (%) = x 100x 100EIMAX

EIMAX

EE

IMAXIMAX

HystérésisHystérésis

L'hystérésis décrit la différence entre le signal d'entrée croissant et le signal d'entrée décroissant nécessaire à l'obtention d'une sortie désirée.

L'hystérésis décrit la différence entre le signal d'entrée croissant et le signal d'entrée décroissant nécessaire à l'obtention d'une sortie désirée.

Gain en pressionGain en pression


Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression



Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression



Le gain en pression d'une vanne mesure la rapidité avec laquelle le piston ouvre et ferme les orifices de travail de la vanne quand le piston se déplace d'un côté ou de l'autre de la position centrale.

Le gain en pression d'une vanne mesure la rapidité avec laquelle le piston ouvre et ferme les orifices de travail de la vanne quand le piston se déplace d'un côté ou de l'autre de la position centrale.


En quittant sa position centrale, le piston ouvre progressivement la communication de (A) vers (P) et ferme (T). C'est l'inverse pour l'orifice (B).

En quittant sa position centrale, le piston ouvre progressivement la communication de (A) vers (P) et ferme (T). C'est l'inverse pour l'orifice (B). AA BB

PP TTTT

PSPS


PSPS

11 22 33 44% entrée% entrée

PP

PP

Une fois que le piston a parcouru une certaine distance (typiquement égale à 3 - 4 % de sa course totale), l'orifice (A) est à la pression maximale, et l'orifice (B) à la pression du réservoir. Dans beaucoup de systèmes de régulation, il faut un gain en pression élevé pour que la vanne réponde, afin de corriger également les très petites erreurs.

Une fois que le piston a parcouru une certaine distance (typiquement égale à 3 - 4 % de sa course totale), l'orifice (A) est à la pression maximale, et l'orifice (B) à la pression du réservoir. Dans beaucoup de systèmes de régulation, il faut un gain en pression élevé pour que la vanne réponde, afin de corriger également les très petites erreurs.

AA BB

PP TTTT

Recouvrement du pistonRecouvrement du piston


Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression



Débit nominal

Performances


Réponse

Linéarité

Répétabilité

Reproductibilité

Hystérésis

Gain en pression


Recouvrement nulRecouvrement nul Recouvrement positifRecouvrement positif

Recouvrement négatifRecouvrement négatif


Dans certains cas, il est possible de spécifier la nature du recouvrement d'un piston proportionnel.

Un piston à recouvrement positif réduit les fuites en position centrale, un piston à recouvrement négatif donnant souvent un système à réponse extrêmement rapide (les pistons à recouvrement nul n'existent qu'en théorie).

Dans certains cas, il est possible de spécifier la nature du recouvrement d'un piston proportionnel.

Un piston à recouvrement positif réduit les fuites en position centrale, un piston à recouvrement négatif donnant souvent un système à réponse extrêmement rapide (les pistons à recouvrement nul n'existent qu'en théorie).


Pre

ssio

n d

e s

ort

ieP

ress

ion

de

so

rtie

Rec

ou

vrem

ent

nég

atif

Rec

ou

vrem

ent

nég

atif

Rec

ouvr

emen

t po

sitif

Rec

ouvr

emen

t po

sitif

Recouvrement positifRecouvrement positif

Recouvrement négatifRecouvrement négatif


La nature du recouvrement influence le gain en pression, comme on peut le voir ici. Un recouvrement positif conduit à une zone morte, zone dans laquelle la sortie ne varie pas tant que le signal d'entrée ne dépasse pas un certain seuil. Dans les systèmes de commande, on utilise souvent des vannes à recouvrement positif (afin de réduire les fuites), associées à une compensation électronique visant à réduire la zone morte réelle. Les vannes de régulation, elles, utilisent normalement des pistons à recouvrement négatif en vue d'un contrôle optimal.

La nature du recouvrement influence le gain en pression, comme on peut le voir ici. Un recouvrement positif conduit à une zone morte, zone dans laquelle la sortie ne varie pas tant que le signal d'entrée ne dépasse pas un certain seuil. Dans les systèmes de commande, on utilise souvent des vannes à recouvrement positif (afin de réduire les fuites), associées à une compensation électronique visant à réduire la zone morte réelle. Les vannes de régulation, elles, utilisent normalement des pistons à recouvrement négatif en vue d'un contrôle optimal.

ChocsChocs

Accélér.Accélér.

Commandede vitesse

Commandede vitesse

Régulationde vitesseRégulationde vitesse

Régulationde positionRégulationde position

Régulationde pressionRégulationde pression

ContrôleContrôle

VALVEVALVE

Directives d'applicationDirectives d'application

OuiOui

NonNon

ÉvtÉvt

Ce diagramme montre les domaines d'application typiques de différents types de vannes proportionnelles. Comme toujours, il y a, ici aussi, des exceptions.

Ce diagramme montre les domaines d'application typiques de différents types de vannes proportionnelles. Comme toujours, il y a, ici aussi, des exceptions.


Copyright Eaton Hydraulics 2000Copyright Eaton Hydraulics 2000

Steve Skinner, Eaton Hydraulics, Havant, UKSteve Skinner, Eaton Hydraulics, Havant, UK

Documents

Facteurs de sélection de vannes proportionnelles Copyright Eaton Hydraulics 2000 Steve Skinner, Eaton Hydraulics, Havant, UK