Contrôle et réglage des valves proportionnelles

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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).

Choisir des valves à commande proportionnelle permet de maîtriser des accélérations et décélérations. Ce choix donne accès à une large palette de réglage (valves de pression ou débit)

Les composants proportionnels comportent des organes coulissants à très faible jeu avec des bords vifs. Une attention particulière doit être portée sur la pollution de l'huile. Une filtration efficace doit être mise en place sur la pression en plus de la filtration retour déjà présente dans les systèmes hydrauliques TOR (Tout Ou Rien).

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2- Boucle fermée

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3- Régulateur PID

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La carte électronique fait la différence entre la consigne et la mesure réalisée par le capteur.

Le signal d’erreur rentre dans un correcteur qui le transforme en signal de sortie.

Plusieurs types de correcteurs sont possibles :

Applications	Types de correcteurs
	P	PI	PID
Pression	Exigences simples	Adaptés	Adaptés
Débit	Non adaptés	Adaptés	Moins adaptés
Température	Exigences simples	Adaptés	Adaptés
Niveau	Adaptés	Non adaptés	Non adaptés
Vitesse	Adaptés	Adaptés	Adaptés

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Le gain proportionnel P : Rapidité

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Le signal d’erreur est multiplié par un coefficient. La valeur du signal de commande est proportionnelle à l’écart entre la consigne et la mesure du capteur.

On constate que l’augmentation du gain accélère le temps de réponse à l’échelon. (Consigne)

Un gain trop élevé provoquera un dépassement important de la consigne (Over shoot) et augmentera le temps de stabilisation.

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Le correcteur intégral I : Précision

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Le signal de sortie est proportionnel à l’intégrale du signal d’erreur.

En régime stabilisé, un système en boucle fermée peut présenter des erreurs à cause des forces externes qui changent par exemple ou des commandes imprécises.

Le correcteur intégral permet d’éliminer ces erreurs.

Par exemple nous pouvons faire la comparaison avec un véhicule. La voiture est à l’arrêt et le chauffeur souhaite rouler à 100 Km/h. Il faut appuyer fortement sur la pédale d’accélérateur pour atteindre le plus rapidement les 100 km/h. Si l’accélération est rapide, il est possible que la vitesse dépasse les 100 Km/h. Le chauffeur qui s’en aperçoit relâche la pédale d’accélérateur pour ajuster la vitesse qui risque de descendre en dessous des 100 Km/h. Le correcteur intégral permet d’éliminer cet effet « yoyo »

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Le correcteur dérivé D : Stabilité, anticipation

C’est la variation de l’erreur.

Le signal de sortie est proportionnel à la dérivée de l’erreur.

En régime stabilisé, un système en boucle fermée peut présenter des variations importantes.

Si l’erreur évolue rapidement, la dérivée est importante.

Si l’erreur évolue lentement, la dérivée est faible.

Si l’erreur est constante, la dérivée est nulle.

Par exemple nous pouvons faire la comparaison avec un véhicule circulant à 100 Km/h. Lorsque la voiture entame une côte, la vitesse du véhicule diminue fortement et brutalement. Il y a une grande dérive entre la consigne et la mesure (vitesse). Il faut corriger la consigne en appuyant plus fortement sur l’accélérateur.

Méthode de réglage des paramètres PID

Le système se règle en production.

Mettre la valeur Intégrale (I) et Dérivée (D) à zéro.
Augmenter le gain proportionnel (P) jusqu’à ce que la sortie oscille.
Augmenter le gain de l’Intégrale jusqu’à stabiliser l’oscillation.

Ajuster le gain de la Dérivée pour que le système soit stable lorsque l’erreur évolue.

4- Rigidité hydraulique

Malgré que l’on admette souvent que les fluides sont incompressibles, dans les faits et sous des pressions élevées, l’huile hydraulique est relativement élastique.

Lorsque la charge et la vitesse d’un récepteur sont importantes, le manque de rigidité peut limiter les performances de l’ensemble du système hydraulique.

Les accélérations et décélérations rapides des charges peuvent engendrer des pics de pressions. Si le système hydraulique n’est pas assez rigide, cela provoquera des perturbations au niveau de la charge.

Un vérin avec des dimensions importantes par rapport à la charge à déplacer, le distributeur placé au plus près du récepteur et une tuyauterie rigide favorisent une bonne rigidité.

Rigidité hydraulique :

**Ch= (ESp²) / (Vsp + Vl1) + (ESa²) / (Vsa + Vl2)**

Ch : Rigidité hydraulique en N/m

E : Module d’élasticité du fluide hydraulique (1.4*107 Kg/cm.s²)

Sp : Surface piston en cm²

Sa : Surface annulaire en cm²

Vsp : Volume chambre piston en cm3

Vsa : Volume chambre annulaire en cm3

Vl1 : Volume tuyauterie côté chambre piston en cm3

Vl2 : Volume tuyauterie côté chambre annulaire en cm3

5- Fréquence propre

On peut comparer la fréquence propre d’un système composé de la charge et du récepteur à un système mécanique monté sur ressort.

Avec un choc, une certaine vitesse, une inertie, le système peut se mettre à osciller.

La fréquence propre d’un système est la fréquence à laquelle il se met à osciller naturellement sans aucune force excitatrice ou dissipative extérieure.

Tout système mécanique peut osciller à une fréquence comprise généralement entre 0.1 à 100 Hz.

Les frottements mécaniques sont des excitateurs, les fuites joueront le rôle d’amortisseur (dissipateur)

Il est important de déterminer la fréquence propre d’un système afin de la commander correctement et d’éviter le risque de résonance.

Fréquence propre d'un système mécanique :

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Fréquence propre d'une pompe à pistons :

Pour éviter l’instabilité du système, il est conseillé de prendre un coefficient de 10. Par exemple pour une fréquence propre d’un système à 30Hz, on choisira une valve avec une fréquence de 300Hz.

6- Dépannage

Méthodologie :

Mesurer la consigne d’entrée.
Mesurer le courant traversant la bobine.
Mesurer la tension de recopie du capteur LVDT.

Selon les résultats :

Vérifier l’alimentation électrique de la carte.
Vérifier le fusible.
Vérifier les connections.
Vérifier la valeur ohmique de la bobine.
Vérifier la validation de la carte.
Vérifier la commande (automate, potentiomètre…)

Dans certain cas, la valve proportionnelle peut être équipée d’une commande manuelle de secours qui permet de lever le doute.

Dans le cas d’une boucle fermée, tester le système en boucle ouverte. Si la boucle ne peut être ouverte, un boitier électronique de test peut s’avérer très utile.

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Valve hydraulique proportionnelle et PID

1- Boucle ouverte

2- Boucle fermée

Sur site en entreprise et/ou visioconférence

3- Régulateur PID

Le gain proportionnel P : Rapidité

Le correcteur intégral I : Précision

Le correcteur dérivé D : Stabilité, anticipation

Méthode de réglage des paramètres PID

4- Rigidité hydraulique

Rigidité hydraulique :

**Ch= (ESp²) / (Vsp + Vl1) + (ESa²) / (Vsa + Vl2)**

5- Fréquence propre

Fréquence propre d'un système mécanique :

Fp= 1 / 2π √ (Ch/M)

Fréquence propre d'une pompe à pistons :

**Fp= (N * Nb) / 60**

6- Dépannage

Valve hydraulique proportionnelle et PID

1- Boucle ouverte

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3- Régulateur PID

Le gain proportionnel P : Rapidité

Le correcteur intégral I : Précision

Le correcteur dérivé D : Stabilité, anticipation

Méthode de réglage des paramètres PID

4- Rigidité hydraulique

Rigidité hydraulique :

Ch= (E*Sp²) / (Vsp + Vl1) + (E*Sa²) / (Vsa + Vl2)

5- Fréquence propre

Fréquence propre d'un système mécanique :

Fp= 1 / 2π √ (Ch/M)

Fréquence propre d'une pompe à pistons :

Fp= (N * Nb) / 60

6- Dépannage

**Ch= (ESp²) / (Vsp + Vl1) + (ESa²) / (Vsa + Vl2)**

**Fp= (N * Nb) / 60**