Brevet FR2012539A1 — publié le 19700320

L'invention se rapporte à un montage dans lequel deux signaux 5 périodiques déphasés entre eux peuvent être reçus et dans lequel deux signaux en quadrature ayant des amplitudes fixes sont engendrés. 5 Les spécialistes de cette technique imagineront aisément di verses applications de l'invention, mais on considérera ici plus particulièrement un mode de réalisation et une application assurant l'obtention de signaux en quadrature pour des dispositifs de servo-commande de vitesse et de phase utilisant des calculateurs 10 de sinus et de cosinus. Un système de commande de vitesse et de phase de ce type est décrit dans la demande de Brevet déposée en France par la Demanderesse le même jour pour "Servo-commande à accrochage de phase". Comme décrit dans ce document antérieur, il est désirable qu* 15 on puisse disposer de deux signaux en quadrature indiquant la vitesse et la position d'un arbre d'un dispositif commandé. Un fonctionnement de grande précision de tels calculateurs exige des amplitudes maintenues de façon précise et une mise en quadrature des sorties déphasées ayant leur origine dans le dispositif commandé. 20 Généralement, un tachymètre optique comprenant une-paire d'ensembles optiques composés de disques optiques, de sources lumineuses, de cellules photo-électriques, de lentilles et de miroirs associés sont utilisés pour détecter la position de l'arbre. Le tachymètre engendre deux signaux périodiques déphasés entre eux d'environ 90° 25 électriques. Les inconvénients du système optique résident notamment en ce qu'il est souvent difficile et long d'ajuster par des moyens optico-mécaniques la phase relative des deux signaux de façon qu'elle soit rigoureusement égale à 90° électriques* En outre, pendant le fonctionnement, il peut se produire des variations de 30 température, des vibrations physiques etc., du tachymètre propres à faire varier la phase relative statique entre les signaux captés. Si une compensation ou une correction ne sont pas prévues, des erreurs peuvent apparaître dans les signaux engendrés en raison de^s variations de position des détecteurs. 35 L'invention a pour objet un montage électronique capable de combler ces lacunes et de recevoir deux signaux périodiques déphasés entre eux, puis d'engendrer deux signaux en quadrature. Le montage suivant l'invention est destiné à recevoir deux signaux déphasés entre eux qui, pour faciliter la discussion, peuvent être 40 désignés par A et B, 'ces signaux ayant une forme d'onde sinusoïda 69 22480 2 2012539 le. En utilisant l'un de ces signaux comme référence, par exemple A, on mélange un pourcentage de A avec B sous le contrôle d'une servo-commande pour former un signal résultant C. Le signal C est ensuite reçu par un réseau de détection de telle façon que les 5 composantes indésirables du signal A qui subsistent dans C puissent être détectées par corrélation avec le signal de référence. Cette information est utilisée pour contrôler le pourcentage de A mélangé avec B de manière à réduire à zéro la composante du signal A dans le signal C. Les signaux A et C peuvent être traités 10 par un montage stabilisateur destiné à maintenir le niveau de leur amplitude à une valeur désirée. Le montage de traitement de signaux électriques suivant l'invention réduit au minimum les ajustements mécaniques qui seraient autrement nécessaires entre déux détecteurs disposés de manièr.e à 15 engendrer des signaux ayant entre eux un degré précis de différence de phase. Avec le montage suivant l'invention, les ajustements de position fins entre les détecteurs s'effectuent automatiquement et rapidement par des techniques électroniques. En outre, lorsqu'il est utilisé dans un système de servo-commande à vitesses 20 multiples comme cela est souvent désirable dans la technique de 1* enregistrement sur bande magnétique, le montage assure la correction d'erreurs de phase sur une large gamme de fréquences (vitesse) une stabilisation rapide après une variation de fréquence ou de phase relative et une stabilisation d'amplitude des signaux résul-25 tants à une tension de référence extérieure. Le montage suivant l'invention peut en outre être utilisé pour fournir une information précise de discriminateur (fréquence) et de passage par zéro sous la forme de sorties auxiliaires. D'autres caractéristiques et avantages de la présente inven-30 tion ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, sur lesquels ; la figure 1 représente un schéma symbolique généralisé du montage suivant l'invention ; la figure 2 représente un schéma de câblage généralisé d'un 35 montage stabilisateur suivant l'invention la figure 3 représente un schéma symbolique généralisé de 1' intégration du montage stabilisateur suivant l'invention avec un montage calculateur de sinus et de cosinus pour assurer la servocommande d'un élément rotatif tel que par exemple un moteur élec— 40 trique d'entraînement. 69 22480 3 2012539 La figure 1 représente un schéma symbolique généralisé et simplifié du montage ou réseau stabilisateur suivant l'invention qui est désigné par la référence générale 1. Le schéma symbolique reçoit des premier et second signaux d'entrée désignés par AiT1 et 5 B^n entre lesquels existe une différence de vecteur de phase électrique. Les deux signaux d'entrée sont reçus par une paire de bornes d'entrée 3 et 5. La borne d'entrée 3 est reliée à un étage stabilisateur d'amplitude 7. La borne d'entrée 3 alimente également deux autres parcours en parallèle avec le premier et dont l'un a-10 boutit à un étage détecteur de phase 9, tandis que l'autre mène un composant variable réglable 11 représenté sous la forme d'une résistance variable. Le composant variable 11 est connecté à un étage additionnel 13 qui reçoit également le signal B^n. La sortie de l'additionneur 13 est reliée au détecteur de phase 9 ainsi qu' 15 à un parcours de variante comprenant un étage stabilisateur d'amplitude 15. Le détecteur de phase 9 est connecté à un étage contrôleur 17 sensible à la sortie du détecteur 9. Le contrôleur 17 est couplé avec la résistance variable 11. Les stabilisateurs d' amplitude 7 et 15 sont reliés à une paire de bornes de sortie 19 20 et 21 également désignées respectivement par AQ et' BQ. Pour donner une brève explication du fonctionnement théorique du montage suivant l'invention en se référant à la figure 1, on peut considérer le signal Aiin comme référence. Le signal A-n est stabilisé en amplitude par le réseau stabilisateur 7 de façon qu' 25 on obtienne un signal de sortie AQ à la borne 19. Avant la stabilisation, un certain pourcentage T du signal AiTl est ajouté au signal Bin dans l'additionneur 13. On obtient ainsi un troisième signal C comprenant des parties de AiT1 et de B^n. Le signal C est reçu par le détecteur de phase 9 et par le stabilisateur d'ampli-30 tude 15» La composante de A^n contenue dans le signal C est détectée par corrélation avec le signal AiT1 par le détecteur de phase 9. Celui-ci fournit un signal d'ordre résultant au contrôleur 17 en fonction de la fraction du signal de référence A^n contenue dans le signal C. Une composante de Air| contenue dans le signal C 35 est maintenue à zéro par une régulation de la variable 11 par 1' intermédiaire du contrôleur 17. En conséquence, le signal C ne contient pas de composante de Aiyi> de sorte que les signaux AQ et BQ sont en quadrature. Les stabilisateurs d'amplitude 7 et 15 assurent la stabilisation d'amplitude désirée. 40 Un schéma plus détaillé de stabilisateur de la figure 1 est 69 22480 4 2012539 représenté sur la figure 2. Sur la figure 2, le montage représente le schéma symbolique de la figure 1 dans une série de cadres en traits interrompus qui sont numérotés de la mime manière que sur la figure 1 dans toute la mesure du possible. Un aultiplica-5 teur 31 reçoit le signal Aiy| et un signal de réaction provenant d'un amplificateur de commande 33. L'additionneur 13 reçoit la sortie du multiplicateur 31 et le signal BiT1. La sortie de ^additionneur 13 est reçue par un moyen multiplicateur comprenant une paire de multiplicateurs 37 et 39. Le Multiplicateur 37 reçoit é-10 gaiement les signaux ÂiT1 et S. Le multiplicateur 39 reçoit le produit fourni par le multiplicateur 37 et tin autre signal a> dérivé du signal Air). Le signal Aip est reçu par un différentiateur 41 qu'alimente un filtre d'échantillonnage et de retenue 43. Le filtre 43 est ouvert par un "marqueur" ou multivibrateur monostable 15 45 sensible à un détecteur de seuil zéro 47 qui reçoit le signal Ain* La sor"fcie du 43 «et proportionnelle à la fréquence d* entrée 0>Jde Ain et, par conséquent, lorsqu'elle est utilisée pour assurer la servo-commande de la vitesse de rotation du dispositif commandé, elle est appliquée à la seconde entrée du multiplicateur 20 39 précédemment mentionné. Le multiplicateur 39 produit un signal désigné par P(t) et alimente un réseau intégrateur 53 qui fournit à son teur une sortie désignée par Q(t) à un additionneur 55. L'additionneur 55 reçoit également un signal d'un amplificateur de commande 57, signal qui 25 est destiné à être ajouté au signal intégré. La sortie de l'addi- . tionneur 55 est reliée à un filtre d'échantillonnage et de retenue 59 qui alimente l'amplificateur de commande 33, lui-même connecté en réaction au multiplicateur 31. L'intégrateur 53 est commandé par un "marqueur" ou multivibrateur monostable 63. Le marqueur 63 30 est asservi à un autre marqueur 65 lui-même asservi à un troisième marqueur 67 alimenté par le marqueur 45. La jonction entre les marqueurs 65 et 67 est reliée à un filtre d'échantillonnage et de retenue 69 lui-même connecté au filtre d'échantillonnage et de retenue 59 et à l'amplificateur de commande 33. Le marqueur 65 est 35 également connecté au filtre d'échantillonnage et de retenue 59. Le stabilisateur d'amplitude 7 de A-^ comprend un étage multiplicateur 81 relié à la borne de sortie Afi 19. Le multiplicateur 81 est asservi à un réseau de filtre passe-bas 83 lui-même connecté à un amplificateur différentiel 85. Celui-ci reçoit sur l'une 40 de ses bornes d'entrée un potentiel de référence de régulation d* bad original ' 69 22480 5 2012539 amplitude. A son autre borne d'entrée, ledit amplificateur différentiel est asservi à un filtre d'échantillonnage et de retenue 89 dont l'une des "bornes est reliée à la borne AQ 19. Le filtre 89 est commandé par un marqueur ou multivibrateur monostable 91 as-5 servi par u- La sortie de l'additionneur 13 (c'est-à-dire le signal C) as-10 servie au réseau stabilisateur d'amplitude 15 qui comprend un multiplicateur 95 relié à la borne Bq 21. Le multiplicateur 95 est asservi à un filtre passe-bas 97 lui-même asservi à un amplificateur différentiel 99» L'une des bornes de l'amplificateur différentiel 99 est reliée à la source de référence du contrôle d'am-15 plitude, tandis que son autre borne est connectée à un filtre d* échantillonnage et de retenue 103. Le filtre 103 est commandé par le marqueur ou multivibrateur monostable 45 et est connecté à la borne Bq 21. Le filtre 103 est sensible aux passages par zéro du signal Airi qui se produisent simultanément aux crêtes du signal CL 20 La valeur de référence de contrôle d'amplitude détermine le niveau d'amplitude désiré. Pour procéder à une analyse théorique du fonctionnement du réseau de la figure 2, on peut supposer que *p représente une vitesse angulaire uniforme d'un tachymètre et que f ={£t. En exigeant 25 l'amplitude et la phase initiale, les signaux Ain et BiT1 engendrés par le tachymètre peuvent être considérés comme étant Ain = sinojt et B^n = cos( CAJt + 9), où © est l'erreur de quadrature entre A^n et B^n. A^n est multiplié par le facteur 'y dans le multiplicateur 31 et est ajouté à Bin dans l'additionneur 13 de façon qu'on ob-30 tienne un signal C = fA^n + B^n. C est ensuite multiplié par A^ dans le multiplicateur 37. Il existe également un signal proportionnel à CAJreprésentant la fréquence angulaire d'entrée engendrée par le discriminateur qui comprend le différentiateur 41 et le filtre 43. Le différentiateur 41 différentie Airl pour calculer ai c os 35 CA>t. Le filtre 43 est contrôlé par le détecteur de seuil zéro 47 et le multivibrateur monostable 45 de façon que cocos u)fc soit é-chantillonné lors du passage par zéro dans le sens positif de A^n, pour lequel cos a>t = 1 ,û)ce qui permet de déterminerai. Le signal copeut être alors transmis au multiplicateur 39. En conséquence, 40 le multiplicateur 39-engendre un signal P(t) = c*>A^ C. 69 22480 6 2012539 Entre temps, des impulsions produites par le multivibrateur 45 et qui marquent les passages par zéro dans le sens positif de Ain déterminent le rythme de fonctionnement des multivibrateurs monostables 67, 65 et 63. Le multivibrateur 67 est actionné pour 5 une brève période, puis il se rétablit et actionne le multivibrateur 65 qui, après une courte période, se rétablit à son tour et actionne le multivibrateur 63. Le multivibrateur 63 remet à zéro l'intégrateur 53 preequ'exactement au commencement de la période de Aiy). Ensuite, le signal P(t) est intégré jusqu'à la fin de cet-10 te période, et produit le signal Q(t). Le signal Q(t) est échantillonné et accumulé dans 1'additionneur 55. Si l'on analyse mathématiquement le fonctionnement de l'intégrateur 53 en prenant A- comme référence, on a : xn * A(t) = C P(t)dt ; 15 =y^«A)Ain(t) Zguin(t) + Bin(t)J7dt ; Q(t) ^s^y^^sin^ wtdt +a>y'ésinwt cos(a»t + 9)dt. En développant cos (tut + 9) = cos eut cos 9 - sin uJt sin 9 et en posant t = T = = instant d'échantillonnage suivant, il vient : Q(T) = co 9^/sin^ totdt + Cocos ^ sin eut cos wtdt 20 ~ tAisin 9sin^ cotdt ; = oXT- sin 9 ^^^in^oJtdt + cocos sin eut cos wfcdt. en supposant que^*^ sin art cos aitdt s'annule, on a : Q(T) = ÎT (T " sin 9 ) . L'intégrale définie représentée par la dernière expression indique 25 l'amplitude de la composante sinuit du signal C qui doit être é-liminée. Au lieu d'un simple échantillonnage et d'une simple retenue de Q(t), on ajoute au moyen de l'additionneur 55 un certain multiple de la dernière valeur retenue p0 du signal reçu du filtre 69. La somme fournie par l'additionneur 55 est alors transmi-30 se au filtre d'échantillonnage et de retenue 59 pour "mettre à jour la somme". En conséquence, la sortie du réseau 59 est : ?4-Pf * « 69 22480 7 2012539 Après le rétablissement du multivibrateur monostable 45 et l'ac-tionnement par celui-ci du multivibrateur monostable 67, le fil-: tre d'échantillonnage et de retenue 69 échantillonne et retient maintenant pi qui sera utilisé pour calculer p2 exactement de la 5 même manière que précédemment, c'est-à-dire qu'on a : fa-pfi +q(2t) Si cela est nécessaire, on peut prévoir des réseaux d*éehantaion-nage et de retenue supplémentaires. Le résultat de 1*échantillonnage, de la pondération, de l'addition, du ré-échantillonnage etc 10 est d'assurer une intégration approximative des erreurs Q(nT) pour permettre d'obtenir L'intégration s'effectue discrètement ou "numériquement", de sorte qu'on abtient l'équivalent d'un filtre passe-bas asservi, c'est-à-dire d'un filtre.dont les caractéristiques suivent la fréquence d'entrée. Ceci est nécessaire pour 15 éviter la nécessité de l'adoption sélective,constante de temps différente pour les différentes gammes de vitesses. Enfin, est multiplié parut,eC>0pour obtenir*^ on a donc : T- qui est choisi aussi grand que possible pour assurer une stabili-20 sation rapide de Q(nT) à zéro, mais qui doit cependant être maintenu à une valeur suffisamment faible pour éviter les instabilités. Les deux signaux C et Ain peuvent présenter certaines fluctuations d'amplitude qui, bien qu'elles ne soient pas nécessairement suffisamment importantes pour affecter la dynamique du stabi-25 lisateur de quadrature, peuvent être indésirables pour la charge constituée, par exemplepar des calculateurs de sinus et de eosi-nus. En conséquence, le réseau suivant l'invention assure une stabilisation d'amplitude. Au passage par zéro dans le sens positif de Airi, c'est-à-dire lorsque le multivibrateur 45 est déclenché, 30 le signal C est maximal. L'amplitude de C multipliée par un facteur de correction E donne un produit qui est échantillonné dans le filtre d'échantillonnage et de retenue 103 en réponse à l'ordre du multivibrateur monostable 45 et cette amplitude "corrigée" est comparée au point de vue tension avec la référence de contrô-35 le d'amplitude dans le comparateur différentiel 99. Les erreurs éventuelles sont intégrées dans le filtre passe-bas 97 pour corriger 1, puis le résultat de cette intégration est transmis au multiplicateur 95 où le signal d'erreur et le signal C sont combinés. Un processus analogoë est utilisé pour stabiliser AQ. Ce proces- bad original] 69 22480 8 2012539 sus fait appel au détecteur de seuil zéro 93 qui reçoit le signal C et au filtre d'échantillonnage et de retenue 89 qui fonctionne sous la commande du multivibrateur monostable 91. Le multiplicateur Si sert de moyen permettant de combiner le signal d'err ev La figure 3 représente sous une forme générale l'association du montage suivant 19invention avec tin dispositif de servo-commande comme décrit dans la demande de brevet précitée. Un ensemble taohymétri que optique auquel est associé un moteur cabestan et 10 qui est représenté sous une forme générale dans le cadre 200 engendre les deux signaux périodiques Air) et Bin. Ces signaux sont reçus par le montage stabilisateur de quadrature et d'amplitude 1 suivant l'invention. Le montage 1 fournit les deux signaux en quadrature Aq et Bq qui représentent respectivement la vitesse et la 15 phase effective du moteur de cabestan. Un oscillateur diphasé 202 engendre deux signaux sinusoïdaux en quadrature d'une fréquence qui coïncide avec la vitesse désirée du cabestan. Un signal du stabilisateur 1 et un signal de l'oscillateur 2 sont reçus par un discriminateur numérique 204 pour déterminer s'il y a ou non ae-20 crochage de vitesse entre la vitesse effective du cabestan et sa vitesse désirée. Les sorties de l'oscillateur 202 et du stabilisateur 1 sont également reçues par un circuit calculateur de sinus et de cosinus 206. Les sorties de discriminateur 204 et du calculateur 206 sont reçues par un circuit additionneur 208 qui comman-25 de un amplificateur d'excitation du moteur 210 relié au moteur de cabestan. Lorsqu'il n'y a pas accrochage de vitesse, la sortie du discriminateur 204 est le signal dominant et lorsqu'il y a accrochage de vitesse, la sortie du calculateur 206 est dominante pour assurer en même temps un accrochage en phase. 69 22480 2012539 REVENDICATIONS 1. Montage stabilisateur de quadrature destiné à recevoir deux signaux d'entrée périodiques et à fournir deux signaux de sortie en quadrature, un tel montage caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison des bornes d'entrée propres à recevoir une paire de 5 signaux d'entrée périodiques, un premier signal de cette paire présentant une différence de phase par rapport au second, un additionneur recevant ledit second signal et un pourcentage du premier, cet additionneur fournissant un troisième signal qui comprend des composantes des deux premiers, un détecteur de phase recevant les 10 troisième et premier signaux, ce détecteur fournissant un signal d'ordre correspondant qui indique la partie indésirable du premier signal contenue dans le troisième, un contrôleur sensible au signal d'ordre et contrôlant le pourcentage du premier signal transmis à l'additionneur, et des bornes ds sortie pour recevoir des pre-15 mier et second signaux de sortie, respectivement, en réponse au premier signal d'entrée et au troisième signal. 2. Montage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de phase est capable de fournir un ordre correspondant indiquant la différence entre la phase effective et. la quadrature 20 des premier et troisième signaux. 3. Montage suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de stabilisation d'amplitude monté de manière à recevoir le premier signal d'entrée et le troisième signal pour maintenir les premier et second signaux: de sortie à un 25 niveau d'amplitude désiré. 4. Montage suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de stabilisateurs d'amplitude pour détecter et contrôler l'amplitude des premier et second signaux de sortie, le premier stabilisateur étant monté de manière à recevoir le premier 30 signal et une source de référence de contrôle d'amplitude et le second stabilisateur étant monté de manière à recevoir le troisième signal et la source de référence, des moyens comparateurs différentiels associés chacun à l'un des stabilisateurs, le moyen comparateur associé au premier stabilisateur étant monté de manière à re-35 cevoir la source de référence et un échantillon du premier signal de sortie tandis que le moyen comparateur assoeié au second stabilisateur est monté de manière à recevoir la référence et un échantillon du second signal de sortie, et à fournir un signal d'erreur indiquant la différence d'amplitude entre la référence et 69 22480 10 2012539 l'échantillon reçu, et des moyens de combinaison associés chacun à l'un des stabilisateurs pour recevoir le premier ou le troisième signal associé et le signal d'erreur, moyennant quoi les premier et second signaux de sortie sont stabilisés chacun à un ni-5 veau correspondant à la référence* 5. Montage suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu^l comprend en outre une paire de moyens conditionneurs associés chacun à l'un des stabilisateurs d9amplitude, le conditionneur associé au premier stabilisateur étant interposé entre la première 10 borne de sortie et le comparateur différentiel en réponse aux passages par zéro du troisième signal, tandis que le conditionneur associé au second stabilisateur est interposé entre la seconde borne de sortie et le comparateur différentiel en réponse aux passages par zéro du premier signal d'entrée. 15 60 Montage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur comprend im moyen multiplicateur qui reçoit le premier signal d'entrée, le troisième signal et un signal sensible à la fréquence angulaire du premier signal d'entrée et qui fait le produit de ces trois signaux, un moyen intégrateur recevant ce 20 produit et l'intégrant sur une période de temps déterminée du premier signal d'entrée pour fournir une intégrale définie indiquant la fraction du premier signal contenue dans le troisième. 7. Montage suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le signal sensible à la fréquence angulaire du premier signal d* 25 entrée est engendré dans un dispositif qui comprend un réseau différent iataur recevant la première entrée, un filtre d'échantillonnage et d© retenue monté de manière à recevoir le signal différen— tié et un signal de transmission conditionnée sensible aux passages par zéro du premier signal d'entrée. 30 8. Montage suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le contrôleur précité comprend un additionneur alimentant le moyen intégrateur et un premier réseau d'échantillonnage et de retenue sensible aux passages par zéro du premier signal et fournissant un signal indicatif du signal d'ordre pendant la période de 35 temps précédente, un second réseau d'échantillonnage et de retenue sensible aux passages par zéro du premier signal et alimentant 1* additionneur, la sortie de ce second réseau d'échantillonnage et de retenue contrôlant un amplificateur de commande connecté à l'ad 69 22480 n 2012539 ditionneur. 9. Montage suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il eomprend en outre des moyens de stabilisation d'amplitude montés de manière à recevoir le premier signal d'entrée et le troisième signal pour maintenir les premier et second signaux d'entrée à vn niveau désiré.