Brevet FR2058387A1 — publié le 19710528

/U 2//S4 1 2058387 Le présente invention est relative à des circuits de compensation. Dans les circuits électroniques actuellement connus» il existe des erreurs initiales appelées décalages, dues aux écarts des caractéristiques des composants par rapport à leurs valeurs idéales de fonctionnement. En outre, les semi-conducteurs utilisés dans les composants logiques des circuits sont soumis à des dérives, c'est-à-dire des variations des valeurs normales de sortie dues aux vieillissement et aux variations de température. Les to- ^ Ç lérances initiales ou décalages ajoutés aux variations à long terme des sorties des composants qui apparaissent avec le temps et/ou les variations de températures sont particulièrement intéressants en ce qui concerne les circuits d'asservissement à courant continu, étant donné que ces variations donnent naissance à des signaux d'erreur de position destinés au dispositif asservi qui sont erronés. Ces faux signaux d'erreur agissent sur le dispositif asservi poiir qu'il essaie de neutraliser les effets additionnés de décalage et de dérive des composants, ce qui introduit une erreur de position dans l'appareil. Dans un appareil d'asservissement classi-que dans lequel un certain nombre de signaux d?entrée sont appliqués à un amplificateur de sommation, le décalage et la dérive additionnés sont supposés constants. Un potentiomètre est connecté à l'amplificateur de sommation et réglé de manière à compenser la sortie de l'amplificateur de sommation qui excède le signal d'er-reur de position. Cette opération est réalisée en rendant nulles toutes les entrées du dispositif asservi qui sont appliquées à l'amplificateur de sommation, en mesurant la sortie et en réglant ensuite le potentiomètre pour porter la sortie à zéro. Avec une telle solution, le potentiomètre ne suit pas la dérive, de sorte que les variations de la dérive dûes au vieillissement des semiconducteurs des circuits sont ignorées« Un réglage périodique du potentiomètre est donc nécessaire pout tenir compte du vieillissement des semiconducteurs ainsi que des variations de tension et de température. Les inconvénients des dispositifs connus de la techni- 35 que antérieure sont évités grâce à 1'invention en prévoyant un circuit de compensation destiné à compenser automatiquement le décalage et la dérive présents dans un dispositif asservi à courant continu. Ceci est réalisé suivant l'invention en créant un dispositif destiné à engendrer un signal de compensation à partir 70; 27754 2 2058387 du signal de commande du moteur pendant le stade de réglage fin du fonctionnement du dispositif asservi et un dispositif destiné à réinjecter, le signal de compensation dans l'entrée de l'amplificateur de sommation pendant les opérations de réglage fin et 5 grossier du dispositif asservi. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la Fig. 1 représente un schéma d'un dispositif asservi 1 n u utilisant le circuit de compensation de l'invention; la Fig. 2 représente un schéma électrique du dispositif de compensation de la Fig. 1 . Le circuit de compensation de l'invention est applicable en particulier dans le domaine des dispositifs asservis à 1 courant continu destinés à positionner une charge avec un degré élevé de précision à des emplacements choisis dans une gamme donnée de déplacements. Un exemple d'une telle application est celui d'un dispositif d'emmagasinage magnétique de données dans lequel un réseau de têtes de lecture-écriture coopèrent avec un empile-20 ment tournant de disques d'enregistrement. Dans de tels dispositifs, un organe de manoeuvre peut être commandé par un dispositif à courant continu asservi de façon à positionner les têtes de lecture-écriture radialement par rapport aux disques à des emplacements choisis des pistes. Ceci nécessite une opération de posi-2-> tionnement grossier destinée à mettre les têtes au voisinage de la piste désirée et une opération de positionnement fin destinée à placer les têtes avec précision au centre de la piste et à les maintenir en position. Le positionnement grossier est effectué de façon classique par un dispositif asservi à courant continu en 30 réponse à diverses entrées, telles qu'un signal de position, un signal tachyiviétrique, etc,... Le positionnement fin peut être effectué par une détente mécanique , ou comme décrit dans le brevet français n° 7001520,par un dispositif asservi de positionnement fin» Dans les deux cas, les tolérances et dérives des composants 35 à courant continu du dispositif asservi produisent vin faux signal d'erreur qui doit être compensé pour permettre un positionnement précis des têtes. Comme les entrées réelles du dispositif asservi sont différentes.pendant les opérations de positionnement approximatif et fin, il faut un dispositif pour déterminer la valeur 40 des décalages et des dérives devant être compensée dans les deux BAD ORIGNAL /U 2//b4 3 2058387 cas. Avec l'invention, ceci est réalisé en fournissant un dispositif de détermination du signal de compensation approprié pendant l'opération de positionnement fin et en appliquant ensuite ce même signal de compensation au dispositif asservi pendant ^ l'opération de positionnement grossier. Un circuit de compensation des décalages et des dérives est représenté à la Fig. 1 en combinaison avec un amplificateur de sommation 11 d'un dispositif asservi à courant continu. L'amplificateur 11 comprend -une jonction de sommation 12 qui re- 10 çoxt tan certain nombre d'entrées, telles que des signaux tachy-métriques, des signaux de positionnement grossier, des signaux de positionnement fin, des signaux de compensation de température, etc... La sortie de l'amplificateur de sommation constitue un signal de commande du moteur et est appliquée à un organe de manoeu- 1 S vre ou à un moteur (non représenté). Le signal de commande du moteur est également appliqué par l'intermédiaire d'un inverseur 13 à une entrée d'une jonction de sommation 14 d'un amplificateur de sommation 15 du dispositif de compensation. Les autres entrées de la jonction 14 sont les entrées de l'amplificateur 11 qui sont on significatives pendant l'opération de positionnement fin, c'est-à-dire le signal de positionnement fin et le signal de compensation de température. Ces deux derniers signaux combinés constituent un niveau de référence et sont ajoutés algébriquement au signal inversé de commande du moteur pour produire un signal de compensation dont l'amplitude est égale à celle des signaux de décalage et de dérive en courant continu additionnées dans l'amplificateur de sommation 11 mais dont la phase est opposée. La sommation effectuée par la jonction de sommation 14 est réalisée au niveau des unités afin d'ignorer les effets du gain de l'ampli-ficateur 11. Ce signal de compensation analogique est ensuite amplifié et appliqué à une porte analogique è coïncidence 16 et soumis à Tin signal de positionnement qui le bloque lorsque l'opération de positionnement grossier est déclenchée et le fait passer lorsque l'opération de positionnement grossier est terminée. Un 35 filtre passe-bas 17 limite la bande passante du dispositif asservi de compensation à quelques Hertz. Le signal de compensation filtré est emmagasiné dans le filtre, puis transmis à un amplificateur intermédiaire 18 et réinjecté dans la jonction de sommation 12 de l'amplificateur de sommation 11. Comme le signal de 40 compensation est en opposition de phase avec le signal de comman 70 27754 4 2058387 de du moteur obtenu de l'amplificateur 11, il neutralise la composante de décalage et de dérive du signal de commande du moteur lorsqu'il est appliqué à la jonction 12. Pendant l'opération de positionnement fin, les entrées 5 réelles de l'amplificateur de sommation 11 sont également appliquées à l'amplificateur de sommation 15 du dispositif de compensation, de sorte que les tolérances et les dérives additionnées peuvent être déterminées en comparant le signal de commande du moteur aux entrées réelles à partir desquelles il a été obtenu.La ^0 différence obtenue est le signal de compensation qui est emmagasiné dans le filtre et réinjecté dans l'amplificateur 11 pendant l'opération de positionnement fin. Pendant l'opération de positionnement grossier, les entrées réelles de l'amplificateur 11 sont plus grandes que celles de l'amplificateur 15 du dispositif 1 ^ de compensation et la comparaison effectuée par cet amplificateur 15 n'isole pas la composante de décalage et de dérive. Par conséquent, l'amplificateur du dispositif de compensation est bloqué pendant l'opération de positionnement grossier et le signai de compensation emmagasiné dans le filtre est appliqué à l'entrée 20 de l'amplificateur 11. Cette solution qui présente l'avantage de la simplicité, tire parti du fait que les conditions de précisions de l'appareil asservi sont les meilleures pendant l'opération de positionnement fin. Toutefois, on peut employer la solution opposée si on le désire en appliquant les entrées réelles pendant l'opération de positionnement grossier aux deux amplificateurs de sommation. L'entrée de l'inverseur 13 peut être obtenue de l'amplificateur de sommation, du moteur ou d'un point situé entre les deux selon la précision requise et le degré de décalage et 2Q de dérive introduit entre l'amplificateur de sommation et le moteur. S'il est nécessaire de neutraliser la totalité de la composante de dérive et de tolérance, le signal de commande du moteur doit être prélevé aux bornes du moteur. Toutefois, s'il suffit de neutraliser la plus grande partie de cette composante, le signal de commande du moteur peut être prélevé à la sortie de l'amplificateur de sommation. En se référant maintenant à la Fig. 2, il est représenté un mode de réalisation d'un circuit de compensation selon l'invention qui comprend un amplificateur de sommation 19 consti-tué par un amplificateur opérationnel du type Fairchild 709 et 70 27754 2053387 des résistances associées de réaction et de sommation» Lsamplificateur est connecté à deux sources d'alimentation de - 12 V et + 12 V et sa sortie est obtenue sur la ligne 21 par l'intermédiaire d'une résistance 22 et entre deux diodes de verrouillage 23 et 5 24. La diode 23 est connectée entre la ligne de sortie 21 et une source d'alimentation de + 5 V tandis que la diode 24 est connectée entre la ligne 21 et la masse. Les deux diodes limitent l'oscillation du signal de sortie présent sur la ligne 21 entre + 5 V et la masse pour rester dans la gamme de fonctionnement du 10 circuit de déclenchement analogique. La ligne 21 est connectée à un circuit de déclenchement qui comprend deux lignes parallèles 25 et 26 dont chacune comporte une résistance 27» 28 et une diode 29, 31 en série. Un transistor 32 est connecté entre la ligne 25 et une source d'alimentation de + 5 V, tandis qu'un autre transis-15 tor 33 est connecté entre la ligne 26 et la masse. Une ligne 34 est connectée à la base du transistor 32 et par l'intermédiaire d'un transistor 35 à la base du transistor 33. La ligne de sortie 21 est connectée par l'intermédiaire du circuit de déclenchement à une résistance 36 et par l'intermédiaire d'un condensateur 37 20 de 150 jiF à la masse. Le condensateur 37 est connecté au moyen d'un amplificateur intermédiaire 38 à une ligne de réaction 39 menant à la jonction de sommation 12 d'un amplificateur de sommation, comme représenté à la Fig. 1. Un circuit de décalage 41 qui comprend une source d'alimentation de + 20 V agissant par l'in-25 termédiaire d'un réseau de résistances et d'un transistor 42, fournit une seconde sortie provenant du circuit de compensation qui est appliquée de même par la ligne 43 à la jonction de sommation 12 de l'amplificateur de sommation. Pendant le fonctionnement du circuit de la Fig. 2, le 30 circuit de déclenchement transmet le signal de compensation provenant de l'amplificateur de sommation 19 au condensateur 37 pendant l'opération de positionnement fin et interrompt le passage de ce signal, en déconnectant effectivement le condensateur de l'amplification de sommation pendant l'opération de positionne-35 ment grossier. Un signal de commande est appliqué à la ligne 34, le niveau de ce signal étant porté à + 5 V pendant le positionnement fin et abaissé au niveau de la masse pendant le positionnement grossier. Le signal de commande positif appliqué à la ligne 34 bloque également le transistor 32 et permet aux valeurs néga-40 tives du signal de compensation de traverser la diode 29 pour 70 27754 6 2053387 10 15 20 25 30 35 40 charger le condensateur 37 de façon négative» Lorsque le-niveau du signal de commande passe au niveau de la masse„ le transistor 32 se sature et verrouille la ligne 25 à 5 V. Simultanément, le transistor 35 est rendu conducteurs ce qui transmet du courant au transistor 33 et le rend conducteur en verrouillant la ligne 26 à la masse» En verrouillant les lignes 25 et 26 à leurs niveaux respectifsy le condensateur est effectivement déconnecté de 1'amplificateur de sommation et la charge du condensateur par le signal de compensation est interrompue„ Pendant le positionnement finj lorsque 1s dispositif de compensation est en service, les résistances 22p 27 ou 28„ et 36 forment avec le condensateur 37 wi filtre passe-bas ayant une constante de temps de î„5 seconde environ. Ce filtre passe-bas limite la bande passante du canal direct du. dispositif de compensation à un dixième de Hertz environ;, de sorte que le dispositif d'asservissement du circuit de compensation ne réagit pas aux dérives rapides de l'ordre de 60 Kz et élimine effectivement par filtrage ces fréquences pendant le positionnement fin* Le grand condensateur conserve sa charge lorsqu'il est débranché par le circuit de déclenchement. Les deux transistors 44 et 45 de l'amplificateur intermédiaire 38 forment un amplificateur de transconductance dans lequel une entrée de 1 volt produit une sortie d'environ 30 U-A» Le circuit de décalage charge le dispositif de compensation d'un côté en déchargeant en permanence 60 jjA sur la ligne 43 s de sorte que la gamme du circuit de compensation est comprise entre 0 et + 5 V et le signal de compensation présente la même polarité» Ceci évite les complé-xi tés du circuit et le condensateur non polarisé nécessaire pour un signal oscillant entre les valeurs négatives et positives. Comme il faut environ quatre secondes au grand condensateur pour se charger;, une action de compensation rapide est prévue pour empêcher les détériorations au démarrage. Ceci est réalisé au moyen d'un circuit rapide qui comprend un bloc logique 46„ une diode 47p une résistance 48 et un transistor 49 qui met en dérivation les impédances 22 et 27 ou 28 et porte brusquement le condensateur au niveau de charge. Lorsque le signal d'alimentation devient négatif, la sortie du bloc logique 46 devient positiver ce qui polarise 3a diode 47 en sens inverse et permet au signal de compensation d'atteindre le condensateur par l'intermédiaire de l'étage à charge d'émetteur 49 et de la résistance 36 o 1 BAO OBlGINM. 70 27754 7 2053387 La constante de temps qui est l'impédance de sortie du transistor 49 ajoutée aux 51 ohms de la résistance 36 et aux 150 microfarads du condensateur 37 est par exemple de 10 ms. Lorsque le signal d'alimentation devient positif, la sortie du bloc logique 46 passe à la masse et met effectivement l'étage à charge d' émeteur 49 hors circuit. 70 27754 8 2058387 revendications 1. - Circuit de compensation destiné à neutraliser les décalages et les dérives dans un dispositif d'asservissement à 5 courant continu, comprenant un circuit destiné à produire un signal de positionnement d'un moteur à partir d'une série d'entrées afin de commander les opérations de positionnement grossier et fin d'une charge mobile, caractérisé en ce qu'il comprend un premier dispositif pour engendrer xm signal de compensation à partir 10 du signal de position du moteur pendant le positionnement fin de la charge, et un second dispositif connecté au premier pour conserver le signal de compensation et l'appliquer au circuit pendant les positionnements fin et grossier de la charge. 2. - Circuit suivant la revendication 1,caractérisé en 15 ce qu'il comprend un dispositif de déclenchement destiné à interrompre la liaison entre le premier dispositif et le second pendant le positionnement grossier de la charge. 3. - Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre destiné à limiter la bande passan- 20 te du circuit de compensation, de sorte que le second dispositif n'est sensible qu'aux basses fréquences inférieures à 60 Hz. 4. - Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier dispositif comporte un dispositif de comparaison destiné à déterminer la différence entre le signal de 25 commande du moteur et les entrées du circuit qui sont significatives pour le positionnement fin de la charge. 5. - Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commande destiné à appliquer un signal de compensation initial approximatif au circuit 30 lorsque le dispositif d'asservissement est déclenché initialement. 6. - Circuit suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le second dispositif comprend une série d'impédances en série avec un condensateur et le dispositif de commande com- 35 prend tan dispositif pour mettre en dérivation les impédances afin de réduire la constante de temps du condensateur pendant une période prédéterminée après le déclenchement du dispositif asservi. 7. - Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour appliquer le signal de 40 compensation dans un sens de sorte que le signal présente une polarité constante, \ BAD ORIGINAL