Frottement statique¶

Le mouvement saccadé (stick-slip), de vannes papillons par exemple, génère souvent de gros problèmes d’oscillations dans les boucles d’asservissement. Lorsque la vanne est au repos et que l’effort de commande est augmenté, le papillon ne pivotera pas tant que la valeur de l’effort n’aura pas dépassé un certain seuil. En conséquence le mouvement résultant n’est pas totalement identifiable à une caractéristique de type hystérésis par exemple. Le mouvement initié après la phase de collage (stick) et comparable à un saut (slip) c'est-à-dire une augmentation brutale du déplacement en un temps infiniment court. Le collage se produit lorsque la vanne s’arrête, lorsqu’elle est manœuvrée très lentement ou au changement de sens de déplacement.

L’expression anglaise ‘stiction’ résulte de l’association des mots "stick" ou "static" et "friction". Cette technologie décrit les phénomènes qui se produisent lorsque les effets du frottement dynamique sont négligeables devant les effets dus au frottement statique (broutement) qui se produisent par exemple dans certaines vannes ou systèmes de guidage.

Ce élément n’est pas limité à l’étude des vannes. Il peut être associé comme modèle à tous dispositifs subissant les phénomènes de stick-sliping. Ce modèle est construit comme une association stick-sliping et hystérésis.

SimApp utilise ici un modèle empirique décrit dans une publication de S.L. Shah (Modelling Valve Stiction). Ce modèle n’est pas basé sur les lois de la physique (tribologie), il est volontairement simple afin qu’il soit facile au personnel industriel de mesurer les paramètres requis.

Dans ce modèle il se produit le phénomène de broutage si le signe du coef. directeur de la pente change ou reste à zéro (vitesse nulle) entre deux temps de calcul consécutifs. L’évaluation de la vitesse de rotation de la vanne se réalise entre deux temps de calcul consécutifs. La durée de l’intervalle de calcul est fixée par le pas d’intégration choisi dans les paramètres de simulation temporelle.

En pratique, le frottement statique est exprimée comme un pourcentage de l’amplitude totale du signal d’entrée ou comme un pourcentage de la valeur de la course totale de la vanne.
Sous SimApp, il est impossible de préciser explicitement la valeur du frottement statique. Cependant dans la réalité la zone morte ne dépasse guère 3%, les zones de collage et de saut sont très limitées (<=1% chacune). Dans les circonstances réelles les zones de collage et de saut sont presque égales (moins de 0.02% d’écart). En conséquence si vous disposez d’une valeur de frottement statique, utilisez la telle quelle pour la valeur de saut (si cette valeur est petite).

Pour plus d’information sur le frottement statique des vannes papillon, référez-vous S.V.P. à la publication et aux pages web de Shah, Ruel et consorts (mots clés : valve, stiction, Shah, Ruel).

Paramètres:

• **DS [%],

Zone morte (deadband) + zone de collage (stickband):**
Hystérésis de la vanne en % du déplacement total (0..100).

• **J [%],

Saut (slip jump):**
valeur du saut en %, si l’amplitude du signal d’entrée et supérieure à la zone de collage (0..100).

• U0:
  Valeur du signal d’entrée pour 0% du déplacement de la vanne.

• U100:
  Valeur du signal d’entrée pour 100% du déplacement de la vanne.

• Y0:
  Valeur du signal de sortie pour 0% du déplacement de la vanne.