Hydraulique proportionnelle : boucle ouverte / boucle fermée

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Introduction

L’utilisation des valves de régulation proportionnelles permet de répondre aux applications hydrauliques les plus exigeantes. Les commandes proportionnelles apportent souplesse et précision par rapport aux commandes TOR (Tout Ou Rien).

Les valves proportionnelles se classent en 3 catégories :

Valves de débit :
- Réducteur de débit proportionnel.
- Régulateur de débit proportionnel.
Valves de pression :
- Limiteur de pression proportionnel.
- Réducteur de pression proportionnel.
Valves de direction :
- Distributeur proportionnel.
- Servovalve proportionnelle.

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Valve proportionnelle : composant hydraulique différent du composant TOR (Tout Ou Rien). L’usinage du composant et sa bobine sont spécifiques. Sa performance varie en fonction de sa taille et de la présence ou non d’un capteur de recopie. La valve doit être commandée uniquement par sa carte électronique associée.

Les valves de régulation proportionnelles peuvent être à actions directes ou à actions pilotées. Une action pilotée se justifie lorsque la valve fonctionne avec des débits importants.

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2 - Notion de boucle ouverte

Consigne : information électrique de faible puissance générée par un potentiomètre, automate, joystick …

Le signal de la consigne peut être analogique ou numérique. ( 0 – 10 V / 4 – 20 mA …)

Carte électronique : elle amplifie la consigne pour délivrer un signal de commande qui permet de piloter la valve proportionnelle. La carte peut être intégrée à la valve ou déportée.

Une boucle de commande peut servir à contrôler la position, la vitesse ou la force d’un récepteur.

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Rep 1 : Source hydraulique.

Rep 2 : Bobine proportionnelle.

Rep 3 : Tiroir valve proportionnelle.

Rep 4 : Ressort de rappel tiroir.

Rep 5 : Moteur hydraulique.

Rep 6 : Charge moteur.

La Fig. C représente un moteur hydraulique commandé par une valve proportionnelle en boucle ouverte.

La carte électronique transforme le signal d’entrée appelé consigne en courant de commande agissant directement sur la bobine du distributeur proportionnel.

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En fonction de la consigne (exemple 50 % soit 5 volts), la carte délivre un courant de sortie de 0.5A. Le champ magnétique de la bobine (rep 2) est réduit. La force mécanique du ressort antagoniste (rep 4) s’oppose à la force mécanique de la bobine et le tiroir du distributeur se déplace à mi-course. Le débit traversant la valve est limité et la vitesse du moteur hydraulique est réduite. La vitesse du moteur n’est pas contrôlée et reste aléatoire en fonction des perturbations extérieures ( fuites internes, variation de la charge, compressibilité de l’huile …)

Par exemple pour expliquer une boucle ouverte nous pouvons faire le parallèle avec la vitesse d’ une voiture. La consigne est l’angle d’inclinaison de la pédale d’accélérateur (potentiomètre). La sortie est la vitesse de la voiture. La vitesse de la voiture bien que contrôlée par le signal d’entrée (pédale) est susceptible de varier en fonction des conditions extérieures (vent, pente, revêtement de la route…).

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2 - Notion de boucle fermée.

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Expertise: contrôle et réglage des pompes hydrauliquesExpertise pompe La pompe est un élément...

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La Fig. D représente un moteur hydraulique commandé par une valve proportionnelle en boucle fermée. (également appelé asservissement)

La carte électronique transforme le signal d’entrée appelé consigne en courant de commande agissant directement sur la bobine du distributeur proportionnel. La vitesse du moteur est contrôlée par un capteur tachymétrique.

En fonction de la consigne (exemple 50 % soit 5 volts), la carte délivre un courant de sortie de 0.5A. Le champ magnétique de la bobine est réduit et le tiroir du distributeur se déplace à mi-course. Le débit traversant la valve est limité et la vitesse du moteur hydraulique est réduite. La vitesse du moteur est contrôlée par un capteur tachymétrique. Si un écart est constaté entre la consigne et la mesure de la vitesse, la carte modifie le signal de commande qui alimente la valve proportionnelle pour ajuster la vitesse de moteur hydraulique.

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Par exemple pour expliquer une boucle fermée nous pouvons faire le parallèle avec une voiture équipée d’un régulateur de vitesse ‘’Cruise control’’. La vitesse de croisière est ajustée avec un potentiomètre situé sur le volant (consigne). Le véhicule est muni d’un capteur de vitesse. Le calculateur compare la consigne (vitesse demandée) à la vitesse du véhicule à l’aide du capteur et corrige automatiquement l’écart en accélérant ou en ralentissant la voiture de manière à compenser toutes les influences externes (vent, pente, revêtement de la route…).