Moteur pas à pas - Application au pilote automatique

[hydromaxime]

Bonjour à tous,
faisant de la course au large, je souhaite réduire la consommation de mon pilote automatique.

Il s'agit d'un système hydraulique dont la pompe utilise un moteur électrique à courant continu.
Le système est assez basique, lorsque le moteur tourne, l'huile est déplacée et pousse le vérin. Le changement de sens du moteur électrique change le sens de poussée du vérin.
Pour maintenir le cap, le calculateur fait donc tourner le moteur électrique durant de brèves périodes dans un sens ou un autre. La durée des impulsions dépend de la correction à apporter, elle est décidée par le calculateur.
Ces à-coup génèrent d'importants pic de courant car il faut stopper le rotor et le redémarrer dans l'autre sens.
Ce type de fonctionnement se rapproche assez d'un moteur pas à pas me semble t-il. D’où mon incursion sur ce forum.

Je souhaite donc un coup de main pour le dimensionnement du moteur à choisir ainsi que pour son électronique.
Le moteur actuel: 12V 110w max (plutôt 60W nominal) pour un couple de 3Nm.

Cordialement,
Max

 

[domi.U&M]

bonjour,
à mon avis l'amélioration au niveau de la consommation électrique ne viendra pas du changement du type de moteur. elle viendra plutôt par une meilleur gestion hydraulique basée sur une vanne qui gérera l'inversion de sens du vérin, en conservant le même sens de rotation du côté pompe.
après, vous pourrez optimiser la fréquence de démarrage de la pompe avec un réservoir tampon.

 

[masseykubota]

Bonjour,

Il faut simplement revoir la gestion du moteur et éviter les re-corrections sans arrêt du moteur.

Pour diminuer les pics de courant il faut simplement stopper le moteur hydraulique, attendre et le redémarrer dans l'autre, comme cela le freinage ne "pompera" pas de courant en plus.

A+

 

[Charly 57]

Bonjour à tous,
faisant de la course au large, je souhaite réduire la consommation de mon pilote automatique.

Il s'agit d'un système hydraulique dont la pompe utilise un moteur électrique à courant continu.
Le système est assez basique, lorsque le moteur tourne, l'huile est déplacée et pousse le vérin. Le changement de sens du moteur électrique change le sens de poussée du vérin.
Pour maintenir le cap, le calculateur fait donc tourner le moteur électrique durant de brèves périodes dans un sens ou un autre. La durée des impulsions dépend de la correction à apporter, elle est décidée par le calculateur.
Ces à-coup génèrent d'importants pic de courant car il faut stopper le rotor et le redémarrer dans l'autre sens.
Ce type de fonctionnement se rapproche assez d'un moteur pas à pas me semble t-il. D’où mon incursion sur ce forum.

Je souhaite donc un coup de main pour le dimensionnement du moteur à choisir ainsi que pour son électronique.
Le moteur actuel: 12V 110w max (plutôt 60W nominal) pour un couple de 3Nm.

Cordialement,
Max

Bonjour Max

Ton problème est il lié aux pics de courant ? c'est certain que sur une batterie, ça ce ressent.
Si c'est ça ton problème, le moteur pas à pas peut peut être t'aider mais la mise au point va être un peu compliquée et ne sera pas facilement dépannable au large.
Pour limiter le nombre de pics de courants, il faut limiter le nombre de démarrages du moteur. Je vois deux possibilités:
1°) Mettre un réservoir de pression
- nécessite de modifier beaucoup le circuit hydraulique
- ajoute du poids embarqué
- ajoute des risques de fuite
- ajoute des sources de panne ( électrovannes)
- coût élevé en fonction des pressions utilisées

2°) Réduire la précision du pilote automatique
- Les bords seront plus longs
- Ce ne sera pas très sensible sur de longues distances
- coût nul

Pour annuler les pics de courant avec le même nombre de démarrages de moteur, je vois une possibilité:
3°) Mettre un composant électronique qui limite la pointe d’intensité
- 500 grammes ajouté
- facile à remplacer.
- facile à by passer au large en cas de panne ( revient à l'ancien fonctionnement)
- provoquera un temps de fonctionnement du moteur un peu plus long de quelques secondes car limitera la puissance au démarrage
- se monte sur les fils électriques du moteur
- précision du pilotage conservée
- coût faible

Pour la 3°) solution, j'ai quelques idées, mais c'est à toi de dire ce qui te pose problème.

 

[fxcnc]

bonjour

sur une installation hydraulique standard,les pompe hydraulique tourne en permanence et pour l'inversion du sens de déplacement des vérin, ont utilise des distributeurs,
le sens de rotation de la pompe ne change jamais et il n y a pas de réservoir sous pression
il y a les accumulateurs mais c'est encombrant, lourds , et difficile de mise en œuvre en toute sécurité
il permette de limiter les chutes de pression due au fonctionnement de l’installation mais pas d'alimenter une installation

un distributeur 5/3 a centre ferme devrais pouvoir convenir pour ce genre d'application
le centre ferme permettant de maintenir la position du vérin

pour le problème qui est poser
si les pic et la fréquence de démarrage est élevé il peut être plus économique de laisse tourner la pompe en permanence
sinon voir du cote des démarrage progressif si il y a pas une solution, avec comme inconvénient un temps de réaction

@+
fx

 

[moissan]

un moteur pas a pas ne fait pas de miracle : il consomme aussi de l’énergie pour accélérer

je dirait même pire : les moteur pas a pas ne sont pas optimisé pour le rendement énergétique , et risquent de consommer pire que ton moteur actuel !

ce n'est pas pour rien que sur les gros machine CNC on abandonne les moteur pas a pas pour mettre des servo moteur meilleurs en rendement

 

[domi.U&M]

hello Max,

ton avis sur tout ça?

 

[domi.U&M]

bon, Max a repris le large pour l'instant...

 

[hydromaxime]

Bonjour à tous,
merci pour toutes vos interventions.
En effet je suis rentré hier d'une course et je n'ai pas encore les idées claires.
Je reviens dans la discussion dés que j'ai dormis un peu,
Bien cordialement,
Max

 

[Charly 57]

Bonjour à tous,
merci pour toutes vos interventions.
En effet je suis rentré hier d'une course et je n'ai pas encore les idées claires.
Je reviens dans la discussion dés que j'ai dormis un peu,
Bien cordialement,
Max

RON ZZZZZzzzzz RON ZZZZZZzzzzzz

Chut ! DODO !!!

 

[domi.U&M]

Il est libre, Max!

 

[hydromaxime]

Bonjour à tous,
je déterre un peu le post, l'hiver approchant mon bateau est au sec et je vais avoir plus de temps pour réfléchir à cette optimisation.
Je crois que vous avez tous assez bien résumé la situation, le problème de consommation importante vient principalement du mode de fonctionnement. Le circuit hydraulique est basique, il n'y a pas de distributeur et l'inversion de sens du moteur électrique est nécessaire pour inverser le mouvement de la tige du vérin. Dans des conditions musclés, les fréquentes inversions de sens génèrent des pics de courant importants. D'ailleurs le constructeur du système hydraulique (Lecomble & Schmitt) n'est pas fou, il utilise un moteur universel très robuste. Ce type de pilote est particulièrement fiable de part sa simplicité/rusticité, le revers c'est sa consommation.

Pour les options proposées:
- adapter les réglages du pilote, c'est déjà ce que je fais météo permettant, cela a ces limites d’où ma démarche. Si le calculateur demande des inversions rapides du vérin c'est bien car il faut une réponse rapide à la barre.
- modifier le système pour un circuit ouvert avec réservoir et distributeur, c'est la première chose à laquelle j'ai pensée. Pas sur que l'on gagne beaucoup. Il faudra une électronique intelligente pour stopper le moteur lors des périodes longues ou il n'y a pas d'ordre de barre (idéalement à corréler avec la force du vent)
- remplacer le moteur universel par un moteur pas à pas, on oublie donc. Un moteur brushless serait plus adapté ?
- installer un dispositif électronique qui limite le courant, cette solution est assez séduisante et serait utile dans le petit temps au portant et au prés en général. Pour bien faire il faudrait pouvoir régler la limitation facilement (potard) ou bien idéalement en fonction de la force du vent (info disponible sur une trame NMEA).

On s’éloigne du sujet de ce forum mais bon, il s'agit toujours d’asservissement. En tout cas, merci à tous pour vos interventions.
Cordialement,
Maxime Sallé - Skipper du mini 6.50 FRA348 BONGO

 

[moissan]

si tu limite le courant , le moteur demarera doucement , et le pilote automatique sera moins rapide

il faut donc chercher le moteur aillant le meilleur rendement possible , pour pousser le plus possible avec le moins de courant : le moteur pas a pas n'a rien de meilleur que le moteur a courant continu : il est même souvent pire ! dans les machine CNC on se fout completement du courant consomé

pour reduire la consomation , il faut non seulement le meilleur moteur possible mais aussi la meilleur transmission : l'hydraulique n'est pas reputé pour le meilleur rendement : si je devait faire ce systeme je ne mettrait que des engrenage entre la barre et le moteur electrique ... ou autre solution pour resembler a un verin : vis a bille

l'hydraulique peut avoir un bon rendement aussi , mais a condition de mettre des très gros tuyaux : beaucoup plus gros que ce qui est standard ... les verin et les pompes hydraulique ont presque toute des trou de sortie trop petit

il faut eviter aussi les pompe a engrenage , a rendement minable : il y a des pompe a piston bien meilleure ... mais difficile de trouver une pompe a piston tournant dans les 2 sens

la meilleur solution sera donc une transmission entierement mecanique , avec un grand raport de reduction pour que le moteur tourne a peu près a la même vitesse qu'avec l'hydraulique , et il est bien possible que le moteur force beaucoup moins

si la commande du moteur electrique est bien faite il est même possible que le moteur recupere de l'energie dans certaine phase du mouvement ... avec de l'hydraulique qui a beaucoup de perte ça ne risque pas d'arriver , mais avec une belle transmission mecanique sans frottement il ne serait pas impossible de voir l'amperemetre faire des bond a l'envers quand ça navigue !

bien sur il faut que le systeme de commande du moteur l'accepte ! certain variateur pour moteur electrique ne trouvent rien de mieux a faire que de griller quand on les prend a rebrousse poil

 

[deuxcinq]

Bonsoir,
Ayant l' expérience des pilotes auto tant pour l'installation que pour l'utilisation, je dirai que
tout ce qui a été proposé ci-dessus existe déjà ou a été essayé (et bien d'autres choses encore . . .)
Autrement dit le tour de la question a déjà été fait et refait.
Le meilleur système de motorisation reste à mon avis l'électro-pompe hydraulique reversible
comme celle utilisée par hydromaxime ( hormis les pompes non réversibles avec distributeur pour les
gros bateaux), la petite pompe hydraulique Lecomble et schmitt RV1 réglable est parfaite et inusable.
(mais doit être placée bien au sec)
Concernant le rendement : choisir des tuyaux de qualité de 8 ou 10mm intérieur mini le plus courts
possible. Le fluide hydraulique Dextron généralement conseillé (parce qu'on le trouve partout)pourra
être avantageusement remplacé par moins visqueux ( j'utilise Fuchs 10S ) , intéressant si le matériel
est en bon état, particulièrement par temps froid.Un réglage excessif du débit peut nuire au rendement.
Concernant la consommation : le vérin doit vaincre le couple du safran (bien compensé c'est plus facile)
et le moteur fournit et consomme ce que lui demande le calculateur et c'est peut-être là que l'on peut
gagner quelque chose. Un bon pilote avec gyromètre, de la dernière génération avec ses nombreuses
possibilités, bien réglé, maintient parfaitement la route et consomme assez peu, sans doute pas beaucoup
plus que les unités de puissance linéaires.
Cordialement

 

[moissan]

l'inteligence et la precision du pilote automatique a une grosse importance sur la consomation : c'est comme un marin experimenté qui tient la barre : il maintient le cap correctement sans ce fatiguer beaucoup , en faisant juste ce qu'il faut : un debutant a la place n'en finira pas de donner des grand coup de barre , et se fatiguera beaucoup sans tenir un cap plus precis

je n'ai jamais utilisé de pilote auto electronique ... j'ai plutot connu les regulateur d'allure entierement mecanique :

une grande pale en l'air detecte le sens du vent , en cas d'erreur d'allure ça fait bouger une pale qui trempe dans l'eau et utilise la vitesse de l'eau pour amplifier le mouvement , mais n'a pas encore assez de force pour commander la barre : il y a sur le safran un petit aileron fletner qui est plus facile a commander ...

 

[domi.U&M]

donner ou ne pas donner le coup de barre, telle est la question!

et comme dit avant, ce n'est plus une question de vérin, moteur... ... mais bien une question de logique de la centrale de pilotage, associé bien sûr aux caractéristiques comportementales du bateau.

sur mon voilier, si je règle trop ardent, le pilote ne peut pas suivre. de même si trop mou.
d'autre part, si je ne règle pas le pilote "soft" dans de la mer hachée, là aussi il va vouloir trop travailler.

donc, déjà beaucoup de travail en perspective du côté du logiciel (et des capteurs: accéléromètre 3 axes, anémomètre) avec le must, un peu de logique d'autoapprentissage.

et puis, on ne règle pas ses voiles de la même manière sous pilote ou à la barre... là aussi, il y a des compromis à faire si le pilote a une logique un peu basique.

Mais vous savez tout ça, d'après votre pédigrée

vaste sujet!

A+

 

[hydromaxime]

Bonsoir,
merci de relancer la discussion.

La piste du brushless:
Le groupe hydraulique associe un vérin 28DTP avec la pompe RV07. C'est un ensemble type "mini 120" conçu pour les 6.50. La poussée est donnée pour 120kg, le moteur est le même que sur une pompe RV1 ou que sur tous les autres groupes du fabricant. C'est ce qui me fait dire que le moteur est bien trop gros pour cet usage. La partie pompe hydraulique est à engrenage (piston & plateau incliné sur la RV01).
Le moteur est donné pour 110W utile (180W absorbé !) pour un couple de 0.6N.m à 1800rpm et peut développer jusqu’à 3N.m. Vu les caractéristiques en particulier la puissance utile par rapport à la puissance absorbée, il me semble qu'il est tout à fait possible de trouver un moteur avec un meilleur rendement. En particulier un moteur brushless, seul impératif le moteur brushless doit pouvoir sortir les 3N.m si besoin.
Peut être ici http://www.orientalmotor.fr/Products/Brushless_dc_motors/For_dcinput_blh/?&arid=1603&dwn=artnr
Je cherche toutes infos pour pouvoir dimensionner efficacement ce motor brushless.

La piste de la limitation de courant:
La centrale est une centrale NKE, le calculateur utilise un accéléromètre sur l'axe du lacet.
Les accéléromètres 3 axes (3d hull sensor) sont autorisés par la classe mini mais pas les calculateurs sophistiqués qui sont nécessaire pour les exploiter (informatique interdit à bord).
Je pense qu'il serait intéressant de pouvoir dégrader l'efficacité de l'actionneur lorsque la météo le permet. Par exemple au prés petit temps et même médium, même en réduisant l'amplitude des coups de barre, la consommation ne baisse pas beaucoup. Réduire le nombre de coup de barre dégradera trop sensiblement les performances. Par contre un coup de barre moins fort et moins rapide mais normalement fréquent est suffisant pour recadrer le bateau. Le meilleur exemple est que le bateau marche très bien barre amarrée avec un élastique, il faut juste régler la dureté de l’élastique de tempe en temps.
Au portant (sauf à vitesse élevée), il est souvent utile de mètre une amplitude de barre importante sans que les ordres de barres soient rapprochés. Là aussi peut importe que le moteur démarre un poil plus lentement.
Par vent fort et mer formée au portant, il est impératif d'avoir un actionneur puissant et rapide, peu importe la consommation. Au prés par vent fort et mer formée la limitation de courant pourrait là aussi permettre de calmer le jeu, le pilote ayant tendance à sur-barrer n'ayant pas les vagues en visuel. Ainsi le pilote subit un peu plus et force moins pour une tenue de cap très peu dégradée.
En fait dans l’idéal (si quelqu'un de NKE nous lis), il faudrait aussi pouvoir atténuer les effets du capteur gyro qui parfois en fait trop.

Sinon les safrans sont compensés bien sur. Je n'avais pas pensé à changer la viscosité de l'huile, c'est une excellente idée. J'ai juste peur des fuites par temps chaud (sortie de tige ?).
En effet ce groupe hydraulique ne consomme pas beaucoup plus qu'un ensemble linéaire de chez raymarine par exemple. Le problème c'est qu'il demande d’être plus attentif aux réglages, il faut adapter les paramètres plus souvent. Sur des longues courses ou par météo changeante, cela devient vite contraignant.

Bonne soirée,
Cordialement,
Maxime Sallé - Skipper du mini 6.50 FRA348 BONGO