Brevet FR2033227A1 — publié le 19701204

0058T 2033227 La présente invention est relative à des dispositif de commande asservie et se rapporte plus part icul ière;'.icnt à de tels dispositifs à haut rendement. Dans un dispositif asservi, un dispositif d'entraînement 5 attaquant une charge est cor.nasndé par un signal de demande qui représente un état demandé (par exemple une vitesse ou une position) du dispositif d'entraîneront et par un signai de réaction qui représente l'état réel (par exemple la vitesse réelle ou la position réelle) du dispositif d'entraînement ou de la charge qu'il entraîne. 10 Lorsque le dispositif asservi est sensible à la vitesse, le signal de réaction est fourni par un transducteur sensible à la vitesse tel qu'un générateur tachymétrique qui peut être couplé à la charge entraînée ou au dispositif d'entraînement lui-même. Par exemple, lorsque le dispositif d'entraînement est un moteur électrique 15 un signal de réaction de vitesse peut être fourni par un générateur tachymétrique entraîné'par l'arbre du moteur. Un tel agencement pennet de commander avec précision le dispositif d'entraînement à de faibles fréquences d'excitation, mais il apparaît aux fréquences plus hautes une résonnance mécanique du 20 couplage entre le dispositif d'entraînement et le générateur tachymétrique résultant des déformations ou déplacements du couplage mécanique (par exemple un arbre). Pour une telle résonance - la phase du signal du générateur tachymétrique s'inverse et est fortement amplifiée, le degré d'amplification étant en l'apport inverse 25 des inerties ou des inerties auxquelles on se .réfère, des induits du moteur et du générateur tachymétrique, en supposant une excitation constante de 1'arbre du moteur sur la totalité de la plage de fréquences . Avec la technique connue sous le nom de "remise à zêxo divisée", on peut éliminer les effets d'une telle résonance en ern-30 ployant un autre signal représentant la vitesse de rotation du moteur mais qui n'est pas fourni par le générateur tachymétrique ou par un autre transducteur couplé au moteur par l'intermédiaire de l'arbre. 3n pondérant relativement les deux signaux représentatifs de la vitesse et en les combinant, il est possible d'obtenir une réaction nulle à 35 la fréquence de résonnance. Il en résulte que le gain de la boucle du dispositif asservi est, à la résonnance, notablement réduit en comparaison de l'augementation normalement inévitable accompagnée par le problème de la diminution de stabilité de l'asservissement. Le signal représentant la vitesse de rotation du moteur est yy.Q obtenu ordinairemcnt à partir de la tension et du courant circulant bad original 70 0058 T -2- 2033227 ûans le moteur : ainsi le signal comporte des composantes de bruit élevées aux fréquences supéi*ieures à la fréquence d'excitation et l'emploi de ce signal sur une bande passante étendue introduit par conséquent un bruit fâcheux dans la boucle d'asservissement et peut 5 provoquer un mauvais fonctionnement du dispositif d'asservissement. Un procédé pour éviter que ceci se. produise - consiste à faire dépendre de la fréquence les facteurs par lesquels le signal sensible à la vitesse et le signal provenant du ^néiateur tachymétrique sont pondérés relativement, de sorte que, à la fréquence de résonnance, la contri-10 bution pondérée obtenue du moteur annule le signal pondéré qui est amplifié du fait de la résonnance et qui provient du générateur tachymétrique, les deux signaux étant transmis par l'intermédiaire de filtres passe-bande et éliminateur de bande au circuit de pondération respectif. 15 Une difficulté présentée par ce procédé résulte toutefois de l'adaptation précise des deux filtres de sorte que le sighal composite de vitesse pondéré obtenu à la sortie du dispositif de pondération soit d'amplitude constante sur une gamme étendue de fréquences pour uib vitesse constante de l'arbre du moteur et puisse devenir nul à la 20 résonance . Le défaut d'obtention d'une adaptation précise provoque \ un déphasage et une erreur sur l'amplitude du signal composite provenant du circuit de pondération à des fréquences bien inférieures à. la résonance -. En conséquence, l'invention vise à fournir : 25 - le même signal de réaction composite qui représente le dépla cement du dispositif d'entraînement sur une large gamme de fréquences -c'est-à-dire une fréquence pratiquement nulle à une fréquence supérieure à la fréquence de résonance et qui contient aussi peu de bruit que possible. De plus, on désire fournir soit un signal de 30 réaction nul à la résonance soit un signal de réaction pratiquement constant dans la région de la fréquence de résonance (en supposant mie vitesee constante de l'induit du moteur dans toute la gamme de fréquences) sans qu'apparaissent les problèmes associés à l'adaptation des caractéristiques des filtres. 35 Selon l'invention, il est fourni un dispositif de commande asservie comprenant un dispositif d'entraînement alimenté par une source qui est sensible à un signal de demande représentant le déplacement demandé du dispositif d'entraînement et à un signal de réaction représentant le déplacement du dispositif d'entraînement, dans lequel 40le siriîrtl de réaction est obtenu à partir d'un circuit de pondération 70 0058T -3- 2033227 . qui permet de pondérer de façon relative ~.es signaux représentant le déplacement du dispositif d'entraînement et qui sont obtenus respectivement d'un transducteur couplé de manière à entraîner le dispositif d'entraînement et du dispositif d'entraînement lui-même . c-itH y «î 1 ? 5 et qui est capable en outre de fournir la moyenne ctes deux sjgraK pcndérés relativement. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de pondération est capable de pondérer les signaux en fonction de la fréquence. De préférence, la pondération dépendant de la fréquence, effectuée par le circuit de pondération, est telle que 10 le signal de réaction est pratiquement constant dans une gamme de fréquences contenant la fréquence de résonance du dispositif. Dans un autre mode de réalisation, le circuit de pondération comprend des atténuateurs respectifs ne dépendant pas de la fréquence et qui sont traversés par les signaux obtenus du transducteur et du 15 dispositif d'entraînement. Selon au autre mode de réalisation préféré.de 1'invention, l'impédance de l'atténuateur qui fournit le signal provenant du transducteur et l'impédance de l'atténuateur qui fournit le signal provenant du dispositif d'entraînement sont en rapport inverse des 20 inerties du transducteur et du dispositif d'entraînement respective-ment. Ceci fournit un signal de réaction nul à la résonance . Ainsi, si l'inertie du dispositif d'entraînement (par exemple l'inertie de l'induit d'un moteur) est égale à dix fois celle du transducteur (par exemple celle du rotor d'un générateur tachymétrique), l'im-25 pédance de l'atténuateur correspondant est alors dix fois moindre que celle de l'atténuateur associé au transducteur lorsqu'on se trouve à la fréquence de résonance . Afin d'équilibrer l'amplitude et la phase en courant continu et à basse fréquence .des signaux provenant du dispositif d'en-30 traînement et du transducteur, on peut faire passer l'un des signaux d'entrée du circuit de pondération, de préférence l'entrée provenant du dispositif d'entraînement dans un dispositif atténuateur variable qui présente une faible impédance de sortie. Le signal obtenu du dispositif d'entraînement est transmis de préférence au circuit de 35 pondération par 1 ' incerraédiaire d'un filtre passe-bande, dont la bande passante est centrée sur ou au-dessus de la fréquence de résonance de l'ensemble uispositif d'entraînement-transducteur. De préférence, la fréquence basse de coupure du filtre est élevée, étant voisine de la fréquence de résonance de l'ensemble dispo-40 sitif d'entrainenent-transducteur. La fréquence basse dé coupure BÂD ORIGINAL 70 00581 „4- 2033227 est par exemple située à une décade en dessous de la fréquence de résonance . En maintenant la fréquence basse de coupure du filtre à une valeur élevée. On peut obtenir une correspondance pratiquement linéaire entre le signal de réaction et la vitesse de fonctionnement du dispositif d'entraînement, par exemple la vitesse de rotation d'un moteur dans un dispositif d'asservissement de vitesse. De plus, le bruit introduit dans le signal de réaction est alors relativement faible. Le filtre peut comprendre au moins une cellule en T à résistance et capacité en série avec une capacité. Le filtre peut comprendre deux ou plusieurs étages pratiquement identiques interconnectés par des étages intermédiaires. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de le description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels ; la Fig. 1 représente un schéma synoptique d'un dispositif de commande asservi suivant l'invention ; la Fig. 2 représente un schéma électrique d'une partie du dispositif asservi suivant un mode réalisation de 1*inventionj la Fig. 3 représente un schéma électrique d'une partie du dispositif asservi suivant une variante du mode de réalisation de la Fig. 2 ; la Fig. 4 représente un schéma électrique d'une autre partie du dispositif asservi suivant l'invention. En se référant à la Fig. 1, un dispositif électrique asservi suivant l'invention est représenté schématiquement et comprend -un servo-moteur électrique 2 qui est alimenté par une source d^nergis comportant un amplificateur de sortie variable 4. Un transducteur 30 sensible à la vitesse sous la forme d'un générateur tachymétrique 6, est couplé mécaniquement au moteur 2 au moyen d'un arbre 8, (représenté en pointillé) ou d'une forme commode quelconque de transmission mécanique. Un prolongement 10 de l'arbre 8 est destiné à entraîner une charge 12 sous la commande du servo-moteur 2. 35 Le générateur tachymétrique G fournit un signal qui représente la vitesse de rotation du moteur 2. Un autre signal V,, qui n'est pas obtenu du générateur tacuyhjijtrique 5 et représentant Ir. vitesse de rotation du :.:oterur 2 est reçu du moteur 2 proprônsnt dit. IX.ns la pratiqua, le signal V-, représentant la vitesse de 40 rotation du moteur est ordinu.ire^ent la force contre-électroiao- bad orignal 10 15 20 25 70 00581 -5- 2033227 trice du moteur 2. Malheureusement, ce signal est constitué par plusieurs composantes de fréquence, c'est-à-dire une composante fondamentale (représentant la vitesse de rotation de l'induit lorsqu'il est entraîné à cette fréquence) et des harmoniques pouvant j comporter une première composante de bruit harmonique de cette fréquence fondamentale. Ces harmoniques sont dus entre autres aux effets d'ondulation des balais et de déséquilibre de l'induit et constituent un "bruit" qui se superpose au signal fondamental. Les amplitudes de la composante fondamentale et des harmoniques varient considérable-10 ment avec la position angulaire de l'induit. l& signal VT provenant du générateur tachymétrique 6 est d'autre part beaucoup moins "bruyant" que celui provenant du moteur 2, bien qu'il varie également avec la position de son induit. Lorsque le générateur tachymétrique 6 est couplé directement à l'induit du moteur 13 le signal V^, représente la vitesse de l'induit du moteur jusqu'aux fréquences approchant la résonance. A la fréquence de résonance et au-dessus de celle-ci ainsi que pour certaines fréquences discrètes correspondant à d'autres modes de résonance au-dessus de cette fréquence, le dispositif fonctionne comme deux charges inertielles . 22 séparées par un ressort, et par conséquent, le signal obtenu du générateur tachymétrique 6 ne représente plus alors la vitesse de rotation de l'induit du moteur. A la fréquence de résonance (fr), le mouvement de l'induit du générateur tachymétrique est en opposition de phase avec celui de 25 l'induit du moteur. A cette fréquence, le signal du générateur tachymétrique 6 devient beaucoup plus grand que celui correspondant aux excitations , aux fréquences plus basses (pour une vitesse donnée de l'induit du moteur). Poux1 les fréquences situées au-dessus de la fréquence de résonance fr, cet état de résonance disparâît mais gg d'autres se produisent. Selon l'invention les signaux V .et V provenant du moteur 2 X et du générateur tachymétrique 6 respectivement sont combinés de manière à obtenir un signal de réaction composite V- qui représente l'x avec précision la vitesse de l'induit du moteur cia^-S une gamme étendue 33 de fréquences allaut de la fréquence pratiquement nulle, (courant continu) jusqu'aux fréquences situées au-dessus ùe la fréquence de résonance fr, tout eu maintenant le niveau de Ixruit de ce signal aussi faible que possible. Compte tenu 2e ceci, les signaux V . et vV. sont pondérés relativement dana un c—rcuit de pondération ^_a„ l, îc. sorcio roprooo-^-*cw ce^ a a^ o a_j-a^J- bad origine- 70 00581 —o— 2033227 SÎ£JîKi.l d© l'Gact ZOIl "V,. ■ti. Lg signal cle vitesse V., du moteur est appliqué à une .a entrée du circuit de pondération Y," par 1'intermédiaire d'un circuit d'équilibrage B qui comprend un atténuateur réglable destiné à équilibrer l'air,plitude et la phase des signaux V,Tet V^. ; si néces- il» i 5 saire, le circuit B comprend un circuit inte rm cdiaire permettant d'obtenir une faible impédance de sortie qui fournit un signal modifié V,.' du moteur. Le signal V./ est appliqué au circuit de i.l pondération \1 par l'intermédiaire d'un filtre . passe-bande F qui peut faille partie si on le désire du circuit de pondération V/ et 10 qui peut fournir le cas échéant les seules composantes dépendant de la fréquence du circuit de pondéx-ation. Le circuit de pondération ïï comprend des atténuateurs J, K ne dépendant pas de la fréquence correspondante, disposés daijLS les branches respectives d'un circuit d'impédances qui sont connectées 15 au moteur 2 et au générateur tachymétrique G respectivement, le signal de réaction composite V, étant obtenu de la jonction entre XÏ. les atténuateurs J et K. Les impédances des atténuateurs J et K, et dans une moindre mesure les caractéristiques du filtre F, permettent de 20 commander l'amplitude du signal de réaction V.àla fréquence de. /i • • * . résonance fr et au voisinagede celle-ci»eu choisissant convenablement la fréquence basse de coupure du filtre F et les impédances des atténuateurs J et K, on peut régler les amplitudes de la compo~ santé fondamentale du signal de réaction V. de manière qu'elle soient 25 directement proportionnelles à la vitesse de rotation du moteur 2 dans une gamme étendue de fréquences. Si les impédances des atténuateurs J et K sont dans le môme rapport que les inerties, ou que les inerties auxquelles on se réfère, du générateur tachymétrique G et du moteur respectivement, et si la 30 fréquence basse de coupure du filtre F est maintenue bien en dessous de la fréquence de résonance fr, le signal V, devient alors nul il à la résonance selon la technique bien connue de remise à. zéro divisée. Pour une valeur donnée quelconque des impédances des atté-35 nuateurs J et K, le rapport signal/bruit du signal deréaction dépend des fréquences basses et hautes de coupure du filtre F, un bruit minimal étant introduit si la bande passante du filtre F est aussi étroite que possible et centrée sur une fréquence assez BAD ORIGINAL 70 00581 - i- 2033227 élevée, par exemple égale ou supérieure à la fréquence de résonance fr. Dans la pratique, la fréquence basse de coupure est rendue presque égale à la fréquence de résonance fr (située ordinairement à une décade en dessous de la fréquence de résonance ) la fréquence 5 haute de coupure étant située à deux ou trois octaves au-dessus de la fréquence de résonance . Lorsque le filtre F appartient au circuit de pondération ïï, le filtre F et l'atténuateur J peuvent être combinés pour former .un élément composite, la fréquence basse de coupure dépendant alors XO des impédances des atténuateurs J et K. Le signal de réaction composite (F) obtenu eu excitant le moteur 2 à la fréquence fondamentale est formé par les composantes fondamentales combinées V,T' (F) et V (F) des signaux V ' et V', et i.I t- i.i T est donné par : 15 VA (F) = VT (F) - V'H (F) F (F) + J + V\T (F) F (F) + J+K -1 (1) où F^j,^ = impédance du filtre à la fréquence fondamentale. et J, K = impédances des atténuateurs J et K respectivement. Les signaux V,r et V' ont sensiblement la même caractéristique ^ iii de basse fréquence bien que le signal VT présente une crête due aux 20 aux déformations de l'arbre de couplage 8 à la fréquence de résonance jpr. En réglant l'impédance du circuit d'équilibrage B pour rendre le signal V,T pratiquement égal au signal V_ aux basses fréquences, la ■»** - jL * . sortie résultant V. (F) n'est pas influencée par la fréquence" du il filtre F du fait que le premier termô du membre de droite de l'équation 25 (1) est négligeable ; ce n'est que lorsque le signal V"T devient sensiblement différent du signal V'.j que le filtre F exerce un effet sur le signal Y,. Toutefois, comme le filtre F présente des caractéristiques de bande passante, l'effet du filtre F sur le signal V. 2 A. peut être réduit par la présence des atténuateurs J et K ne dépendant 30 pas de la fréquence. Les Fig. 2 et 3 représentent schêmatiquement deux variantes du filtre F et du circuit de pondération T.V suivant l'invention. A la Fig. 2, il est fourni un filtre à un seul étage F constitué par un condensateur C-, en série avec un circuit en T à X 35résistance et capacité formé par deux résistances et pai1 un condensateur Cg (C2 cx/2^ * Les atténuateurs de pondération J et K sont con§situés BAD ORIGINAL .Alt.1 M 70 00581 —8- 2033227 Par la résistance Rj (c'est-à-dire les deux résistances R1//2 en série) et par une résistance respectivement. Le rapport entre les valeurs des résistances R^ et Rg est égal au rapport entre les inerties, ou les inerties auxquelles on se réfère, du générateur tachymétrique 5 6 et du moteur 2 respectivement. Le signal V. de réaction résultant - - A est appliqué à un dispositif d'entrée à haute impédance (non représenté). Un filtre F présentant des fréquences de coupure plus resserrées peut être formé en employant deux ou plusieurs étages de filtrage. La 10 Fig. 3 représente un filtre F à deux étages. En interposant des étages intermédiaires 14 entre le premier et le second étage de filtrage, ces étages peuvent être identiques. Si on emploie pas d'étages intermédiaires 14, le niveau d'impédance du second étage doit être notablement plus élevé que celui du premier afin de réduire les effets de 15 charge. Pour obtenir un rapport global J/K de x le rapport gentre les impédances individuelles J', K 1 de chaque étage foit être Y*, S, étant le nombre d'étages : ainsi ce rapport est utilisé dans le mode de réalisation de la Fig, 3. Bien que les modes de réalisation des Fig. 2 et 3, il ait été représenté des filtres RC, on notera que 20 d'autres types de filtre, par exemple actifs ou passifs accordés, peuvent être également utilisés, La fig. 4 représente une forme d'exécution du circuit d'équili- . brage B. Le signal comprenant la force contre-électromotrice du moteur 2 est obtenu de la sortie de l'amplificateur 4 et un signal 25 représentant le courant consommé par le moteur 2, représenté par la tension engendrée aux bornes d'une impédance Z^ en série avec le moteur 2. Le circuit d'équilibrage B à la forme d'un circuit en pont comprenant des impédances Z2 et Z^ qui sont réglées relativement de manière à fournir en sortie le signal V' d'amplitude désirée entre les M 30 bornes T-T. On remarquera également que les atténuateurs J et K ne sont pas nécessairement purement résistifs à la résonance : leurs impédances respectives peuvent être complexes. Le signal composite de réaction produit par le circuit de pondération YI constitue une entrée de 35 l'amplificateur 4 et est appliqué par l'intermédiaire d'une résistance R^, une autre entrée de l'amplificateur 4 étant constituée par un signal de demande provenant d'une unité de demande 16 et qui est appliquée par l'intermédiaire d'une résistance T2 et représente une vitesse 70 00581 -9- 2033227 demandée de rotation du moteur 2. L'amplificateur 4, qui est de construction connue, compare les signaux de réaction et de commande VA, VD et fournit un signal d'erreur qui est amplifié par 1 * amplificateur 4 et utilisé pour exciter le isoteur 2. 5 Un avantage particulier de l'invention est l'excitation à basse fréquence et faible amplitude du moteur asservi 2. Ordinairement la restriction associée au rotor du générateur tacfrymétrique 6 est telle qu'elle déforme sa sortie ou mêrae empêche le? fonctionnement du générateur tachymétrique 6 qui déforme ou supprime la 10 sortie de ce dernier et entraîne une réduction consécutive du signal de réaction de vitesse fourni par le générateur. Grâce à l'invention toutefois, le signal de réaction obtenu du moteur 2 est toujours présente et pexuiet de stabiliser le dispositif asservi dans des conditions de basse fréquence et de faible amplitude. 70 00581 -ÎO- 2033227 REVENDICATIONS 1-Dispositif de commande asservie comprenant un dispositif d"entraînement alimenté par une source qui est sensible à un signal de demandée représentant le mouvement demandé au dispositif d'en-5 traînement et à un signal de réaction représentant le mouvement du disposf-tif d'entraînement, caractérisé en ce que le signal de réaction est obtenu à partir d'un circuit de pondération W- qui pondère relativement les signaux réprésentant le mouvement du dispositif d'entraînement et obtenu respectivement d'un transduc-10 teur couplé de manière à se déplacer avec le dispositif d'entraînement et du dispositif d'entraînement lui-même et qui permetevtn*4v d'obtenir la moyenne des deux signaux pondérés relativement . 2-Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de pondération permet de pondérer les signaux en 15 fonction de la fréquence . 3-Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la pondération dépendant de la fréquence effectuée par le circuit de pondération est telle que le signal de réaction est pratiquement constant dans une gamme de fréquences comprenant la 20 fréquence de résonance du dispositif . 4-Dispositif suivant la revendication 1,caractérisé en ce que le circuit de pondération comprend des atténuateurs respectifs ne dépendant pas de la fréquence,dans lesquels passent les signaux obtenus du transducteur et du dispositif d'entraînement. 25 5-Dispositif s.uivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'impédance de l'atténuateur qui fournit le signal du transducteur et l'impédance de l'atténuateur qui fournit le signa! du dispositif d'entraînement sont en rapport inverse des inerties du transducteur et du dispositif d'entraînement respectivement. 30 6-Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en. ce que l'un des signaux d'entrée du circuit de pondération passe dans un dispositif atténuateur va-ciable qui permet d'équilibrer les signaux provenant du dispositif d'entraînement et du transducteur, en amplitude et en 35 phase e.t; «qui présente une faible impédance de sortie . 7-Mspositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes» caractérisé en ce que le signal obtenu du dispositif (t*entraînement est transmis au circuit de pondération par 1*intermédiaire d'un dispositif de filtre passe-bande dont la "IF 70 00581 -ii- 2033.227 bande passante est centrée sur la fréquence de résonance du montage dispositif d'entraînement-transducteur ou au-dessus de celle-ci . 8-Dispositif suivant la revendication T, caractérisé en ce 5 que la fréquence basse de coupure du filtre est élevée et approche la fréquence de résonance de l'ensemble dispositif d'entraînement-transducteur . 9-Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la fréquence basse de coupure du filtre est située à une dé- 10 cadeen dessous de la fréquence de résonance de l'ensemble dispositif d'entraînement-transducteur . 10-Dispositif suivant l'une quelconque des revendications J, 8 ou 9, caractérisé en ce que le filtre comprend au moins un circuit en T à résistances et capacités en série avec une capacité. 15 11-Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que le filtre comprend deux ou plusieurs étages sensiblement identiques interconnectés par des étages intermédiaires . {