Brevet FR2016124A1 — publié le 19700508

La présente invention concerne un amplificateur-enregistreur électronique, pour des signaux d'entrée analogiques, incrémentaux, et indépendants du temps. La présente invention permet de réaliser un amplificateurenregistreur, dans lequel un signal d'entrée, formé par une im- pulsion analogique, indépendante du temps, et d'amplitude variable, est ajouté à la grandeur déjà enregistrée dans ledit amplificateur. L'amplificateur-enregistreur selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il comporte a) Un premier étage, qui peut recevoir un signal d'entrée incrémental, par l'intermédiaire d'un premier commutateur, et qui renferme un premier condensateur-réservoir et un premier amplificateur, soumis à une forte contre-réaction, la somme de la tension correspondant au signal d'entrée et de la tension aux bornes du premier condensateur-réservoir apparaissant sur la sortie de ce premier étage b) Un second étage, qui renferme un second amplificateur, relié à la sortie du premier amplificateur par l'intermédiaira d'un second commutateur, ainsi qu'un second condensateur-réservoir, et dont la sortie peut être reliée par un troisième commutateur à l'entrée du premier étage c) Un circuit de commande, qui actionne les trois commutateurs, à la suite d'un signal de démarrage, de telle sorte que le signal d'entrée qui arrive soit ajouté dans le premier étage à la tension sur les bornes du premier condensateur-réservoir, que la nouvelle tension soit transmise au second étage, et que le premier condensateur-réservoir soit chargé à la nouvelle tension à la fin du temps de fonctionnement du circuit de commande. Le domaine préféré d'application d'un amplificateur-enregistreur de ce genre est la technique connue sous la désignation anglo-saxonne de QtDirect Digital Control" (commande numérique directe), suivant laquelle un ou plusieurs amplificateurs-enregistreurs de ce genre sont connectés à un calculateur pour la conduite de processus industriels. Dans le calculateur, il y a détermination de la grandeur réglante Yn, par exemple en fonction de l'écart de réglage d'un circuit de réglage, et, par suite, de la variation de la grandeur de réglage A y. Cette variation de la grandeur de réglage est transmise, comme signal d'entrée analogique, independant du temps, à l'entrée du premier étage de l'amplificateur-enregistreur.Dans ce premier étage est enregistrée la valeur précédente de la grandeur réglante Yn-l à la sortie de l'amplificateur-enregistreur apparat une tension correspondant à yn, qui agit sur l'organe de réglage, directement, ou éventuellement par l'intermédiaire d'autres amplificateurs. Un amplificateur-enregistreur peut être utilisé de façon correspondante, en liaison avec un calculateur, pour faire varier la valeur de consigne d'un régulateur. La grandeur de sortie de l'amplificateur-enregistreur est alors transmise à l'entrée du régulateur, comme valeur de consigne variable. On sait que, dans une telle association entre un calculateur et un amplificateur-enregistreur, le calculateur transmet la grandeur réglante calculée Yn, à l1amplificateur-enregistreur, sous la forme d'un signal analogique. Ceci signifie cependant que le calculateur doit enregistrer la grandeur réglante sous forme numérique, ce qui nécessite d'autres mémoires numériques, coûteuses, ou bien le calculateur doit mesurer la valeur présente de la grandeurréglante, Yn-l, pour pouvoir en disposer pour le calcul de la nouvelle valeur de ladite grandeur réglante, Yn , ce qui nécessite d'autres entrées analogiques pour le calcu lateur. L'amplificateur-enregistreur selon la présente invention permet d'éviter ces inconvénients, puisque, dans ce cas, il y a seulement introduction de la variation de la grandeur réglante A y, y, tandis que la grandeur réglante Yn elle-m & e est enre- gistrée dans la mémoire analogique (l'amplificateur-enregistreur). A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustre schématiquement au dessin annexé plusieurs formes de réalisation d'un amplificateur-enregistreur selon la présente invention. La figure 1 représente une forme de réalisation d'un amplificateur-enregistreur selon la présente invention. La figure 2 représente une autre forme de réalisation, comportant un circuit d'entrée différent. La figure 3 est le schéma de principe d'un amplificateurenregistreur selon la présente invention, relié à un organe de réglage et à un calculateur pour la conduite de processus industriels fonctionnant en commande numérique directe. Les figures 4a et 4b illustrent deux possibilités de déroulement au cours du temps de la saisie, de la sommation, de la transmission et due l'asservissement de la valeur à enregistrer. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure I, l'amplificateur-enregistreur selon la présente invention, comporte deux étages, qui comprennent chacun un amplificateur V 1 ou V 2 et un condensateur-réservoir, C 1 ou C 2. L'amplificateur V 1 est un amplificateur différentiel de tension continue, dont la première entrée est reliée à la ligne qui transmet le signal d'entrée + A y, et dans laquelle est insérée un commutateur a, tandis que sa seconde entrée est reliée à l'une des armatures du premier condensateur-réservoir C 1.La sortie de l'amplificateur V 1 est reliée d'une part à la première entrée dudit amplificateur V 1, par l'intermédiaire d'une résistance de contreréaction R 3, dont la valeur est éRale à celle d'une résistance R2, insérée dans la première entrée de l'amplificateur V l,-de manière à obtenir un gain égal à 1/1. Une résistance R 1, qui ferme l'entrée, a une valeur faible par rapport à celle de la résistance R 2, par exemple mille fois plus faible. La sortie de l'amplificateur V 1 est reliée d'autre part à l'entrée de l'amplificateur V 2, par l'intermédiaire d'un second commutateur b et d'une résistance de protection R 5. A cette entrée de l'amplificateur V 2 est connectée également une armature du second condensateur-réservoir C 2.Dans l'exemple illustré, l'amplificateur V 2 est également un amplificateur différentiel, dont la première entrée est reliée à la sortie par l'intermédiaire d'une résistance de contre-réaction R 6. A la sortie de l'amplificateur V 2 se trouve un diviseur de tension, qui est formé par des résistances R 7 et R 8, et sur lequel on peut prélever une tension correspondant à la charge du second condensateur-réservoir C 2, cette tension pouvant être transmise, par l'intermédiaire d'un troisième commutateur c, à la seconde entrée du premier amplificateur différentiel V 1. La tension de sortie de l'amplificateur V 2 peut Etre convertie, par l'intermédiaire d'un troisième amplificateur V 3,sen un courant proportionnel, Ia. Le fonctionnement du circuit de la figure 1 est le suivant on suppose que la valeur Yn-l de la grandeur réglante est enregistrée dans le second condensateur-réservoir C 2. Une grandeur de correction + A y est envoyee, et elle est ajoutée dans l'am- plificateur-différentiel V 1.La tension de sortie de l'amplificateur-différentiel V 1, qui correspond au résultat de cette sommation, est transmise à l'amplificateur V 2, la charge du second condensateur-réservoir C 2 passant de la valeur Yn-l à la valeur Yn. La grandeur yn est prélevée sur le diviseur de tension, à la sortie de l'amplificateur V 2, et elle est transmise au premier condensateur-réservoir C 1, par l'intermédiaire du troisième commutateur c, si bien que la charge du premier condensateur-réservoir C 1 passe de la valeur Yn-l à la valeur Yn. Les trois commutateurs a, b et c sont alors commandés par un circuit de commande St. On expliquera ultérieurement à l'aide de la figure 4 le déroulement de cette commande au cours du temps. La figure 2 représente un amplificateur-enregistreur, dans lequel la sommation de la grandeur enregistrée et de la correction transmise par l'intermédiaire de l'entrée, a lieu non pas dans le premier amplificateur V 1, mais dans un circuit qui est formé par le premier condensateur-réservoir C 1 et par la résistance d'entrée R 1, en série l'un avec l'autre. La tension correspondant au signal d'entrée + A Y apparat aux bornes de la résistance R 1, et elle est additionnée à la tension aux bornes du premier condensateur-réservoir C 1, qui est relié à la seconde entrée de l'amplificateur V 1. Le reste du montage correspond à celui de la figure 2, dont on a également adopté les repères, à cela près qu'un diviseur de tension n'est pas nécessaire dans ce cas à la sortie de l'amplificateur V 2, puisque l'on peut prélever directement la grandeur Yn si les deux amplificateurs V l et V 2 ont un gain global valant 1/1.Pour modifier le moins possible la charge des condensateurs-réservoirs C 1 et C 2, qui représente la valeur enregistrée, il est avantageux d'utiliser des transistors à effet de champ comme transistors d'entrée pour les amplificateurs V 1 et V 2. La figure 3 représente schématiquement le raccordement d'un amplificateur-enregistreur selon la présente invention à un calculateur pour la conduite de processus industriels. Les variations de la grandeur de reglage, A y, qui sont nécessaires pour différents circuits de réglage, sont calculées dans un calculateur digital 10, à partir des écarts de réglage xW qui lui sont transmis, et elles sont converties en signaux analogiques dans un convertisseur numérique-analogique 11. En même temps, le calculateur 10 marque une matrice de commutation 12, qui transmet la-valeur analogique présente, A y, à l'amplificateur-enregistreur correspondant, V 1, par l'intermédiaire d'un circuit logique du type ET, 13, et du circuit de commande St. La grandeur réglante y est transmise à l'organe de réglage 14 par la sortie de l'amplificateur-enregistreur 1. Ilest possible de sélectionner, par l'intermédiaire des lignes et des colonnes de la matrice de commutation 12, d'autres amplificateurs-enregistreurs, non représentés, qui agissent sur d'autres organes de réglage ou d'autres régulateurs. On a illustré sur les figures 4a et 4b deux possibilités pour le fonctionnement coordonné des différents commutateurs et du circuit de commande. Sur la ligne A de la figure 4a, on a représenté en fonction du temps t les impulsions qui proviennent des lignes et des colonnes de la matrice de commutation, et qui agissent sur le circuit logique du type ET, 13 (figure 3), et provoquent le fonctionnement du circuit de commande St. Sur la ligne B, on a représenté en fonction du temps la grandeur de correction y. La figure C représente les commutations des trois commutateurs a, b et c. La ligne D représente la courbe du signal de sortie y. Comme on l'a déjà indiqué à propos de la description de la figure 1, le fonctionnement du circuit est le suivant : si une valeur Yn-l est enregistrée dans l'amplificateur-enregistreur, le courant de sortie de ce dernier correspond à cette valeur enregistrée.La tension appliquée à l'amplificateur V 1 et au condensateur-réservoir C 1 est amenée, par l'intermédiaire du commutateur fermé c, à la valeur de la tension appliquée à l'amplificateur V 2 et au condensateur-réservoir C 2. Les deux amplificateurs retiennent la même valeur Yn-l de la grandeur de réglage. Lorsqu'il faut y ajouter une grandeur de correction + A y, il y a tout d'abord ouverture du commutateur c, par le circuit de commande St, puis fermeture brève des commutateurs a et b. La valeur A y présente à l'en- trée de l'amplifics teur-enregistreur,est transmise à l'amplificateur V 1 par l'intermédiaire du commutateur a, qui est fermé, la somme Yn = Yn-l + A Y, apparaissant sur la sortie dudit amplificateur V 1.Cette nouvelle valeur Yn de la grandeur réglante est alors transmise à l'amplificateur V 2 et au condensateur-réservoir C 2, par l'intermédiaire du commutateur b, qui est également fermé. L'ancienne valeur Yn-l est ainsi changée, dans l'amplificateur V 2, en la valeur yn. L'entrée est termi- née, et les commutateurs a et b sont ouverts. Le commutateur b ne doit pas alors s' ouvrir plus tard que le commutateur a, car, sinon, l'entrée serait falsifiée (faible retardement du commutateur a). Il y a ensuite fermeture du commutateur c, et correction de la valeur yn-l, encore présente aux bornes du condensateur-réservoir C 1, en la valeur yn. Ceci met fin au transfert, et ltamplificateur est pret pour une nouvelle entrée. Cette opération se déroule an moins de 1 ms., lorsque l'on utilise des composants à semi-conducteurs comme commutateurs. Lorsque l'on utilise des commutateurs mécaniques, il faut compter un temps d'environ 2 ms. avant qu'une nouvelle entrée puisse avoir lieu. Le cycle de commande illustrée sur la figure 4b diffère de celui de la figure 4a en ce que le commutateur c est actionné différemment. Les commutateurs a et b sont fermés simultanément, comme ci-dessus ; ensuite, le calculateur transmet la valeur a y à l'amplificateur-enregistreur, sous la forme d'une impulsion. Dans le premier étage a lieu la sommation ou la soustraction. L'amplificateur V 2 reçoit la nouvelle valeur formée. Après la fin de l'impulsion d'entrée, il y a ouverture des commutateurs a et b ; le commutateur c se ferme brièvement, et il amène l'amplificateur V 1 à la nouvelle valeur. Ensuite, l'amplificateur-enregistreur est à nouveau prEt pour la réception. Cette variante permet des temps d'entrée encore plus courts, et par suite aussi des cycles d'échantillonnage du calculateur, encore plus courts. Pour des cycles d'échantillonnage relativement longs, le fonctionnement selon la figure 4a est cependant plus approprié, car les deux amplificateurs sont reliés entre eux par le commutateur ferme c, et ils ne peuvent pas diverger. REVENDU CAT IONS 1. - Amplificateur-enregistreur électronique, pour des signaux d'entrée analogiques, incrémentaux, et indépendants du temps, caractérisé en ce qu'il comporte a) Un premier étage, qui peut recevoir un signal d'entrée incrémental, par l'intermédiaire d'un premier commutateur, et qui renferme un premier condensateur-réservoir et un premier amplificateur, soumis à une forte contre-réaction, la somme de la tension correspondant au signal d'entrée et de la tension aux bornes du premier condensateur-réservoir apparaissant sur la sortie de ce premier étage b) Un second étage, qui renferme un second amplificateur, relié à la sortie du premier amplificateur par l'intermédiaire d'un second commutateur, ainsi qu'un second condensateur-réservoir, et dont la sortie peut entre reliée par un troisième commutateur à l'entrée du premier étage c) Un circuit de commande, qui actionne les trois commutateurs, à la suite d'un signal de démarrage, de telle sorte que le signal d'entrée qui arrive soit ajouté dans le premier étage à la tension sur les bornes du premier condensateur-réservoir, que la nouvelle tension soit transmise au second étage, et que le premier condensateur-réservoir soit chargé à la nouvelle tension à la fin du temps de fonctionnement du circuit de commande. 2. - Amplificateur-enregistreur suivant la revendication ; caractérisé par le fait que le premier amplificateur est un amplificateur différentiel, dont la première entrée est reliée à la ligne qui transmet le signal d'entrée, et dans laquelle est inséré le premier commutateur, la seconde entrée dudit premier amplificateur étant reliée à une armature du premier condensateur-réservoir, et que le second amplificateur est également un amplficateur différentiel, dont la première entrée est reliée à sa sortie par l'intermédiaire d'une résistance de contre-réaction, tandis que sa seconde entrée est reliée à une armature du second condensateur-réservoir, et, par l'intermédiaire du second commutateur, à la sortie du premier amplificateur, tandis qu'à la sortie dudit second amplificateur se trouve sur un diviseur de tension, sur lequel une tension correspondant à la charge du second condensateur-réservoir peut être prélevée et transmise, par l'intermédiaire du troi sième commutateur, à la seconde entrée du premier amplificateur différentiel. 3. - Amplificateur-enregistreur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le signal d'entrée est appliqué à une résistance qui est montée en série avec le premier condensateur-réservoir et l'entrée du premier amplificateur. 4. - Amplificateur-enregistreur suivant la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé par le fait que le gain global en tension des deux amplificateurs a la valeur 1/1. 5. - Arnplificateur-enregistreur suivant l'une quelconque des revendications 1,2,3,4, caractérisé par le fait que les transistors d'entrée des amplificateurs sont des transistors à effet de champ. 6. - Amplificateur-enregistreur suivant l'une quelconque des revendications 1,2,3,4,5, caractérisé en ce qu'il est connecté en un circuit de régulation avec un calculateur pour la conduite de processus industriels, dans lequel la variation de la grandeur réglante est calculée en fonction de l'écart de réglage, et transmise, sous la forme d'un signal d'entrée analogique, au premier etage de l'amplificateur-enregistreur, où est enregistrée la valeur précédente de la grandeur réglante. 7. - Amplificateur- enregistreur suivant l'une quelconque des revendications 1,2,3,4,5 et 6, caractérisé par le fait qu'dol est connecté en un circuit de régulation avec un calculateur por la conduite de processus industriels, dans lequel la variation de la valeur de consigne est calculée, et transmise1 sous la forme d'un signal d'entrée analogique, au premier etage de l'amplificateur enregistreur, où la valeur de consigne précédente est enregistrée.