Brevet FR2060120A1 — publié le 19710611

i 2060120 La présente invention concerne un procédé pour convertir des informations analogiques sous forme numérique, et elle concerne les dispositifs utilisant cette conversion pour modifier des informations analogiques existantes. 5 Dans presque tous les domaines de calcul et de contrôle auto matiques, il est nécessaire de convertir des informations analogiques s'ous forme numérique. On a trouvé que des informations numériques sont souvent plus faciles à transmettre et à utiliser. D'autre part, de nombreuses machines à commander répondent uniquement 10 à des signaux analogiques. Les systèmes de commande de machine comportent des boucles d'asservissement destinées à contrôler la réponse des appareils aux ordres d'entrée. Ces boucles d'asservissement comportent fréquemment un convertisseur destiné à rendre les informations d'entrée numériques compatibles avec les informais tions analogiques de réaction. Il est souvent nécessaire de modifier ou de compenser les signaux de commande du dispositif de contrôle du moteur. La présente invention est décrite en donnant pour exemple la compensation des pertes correspondant à la marche à charge nulle d'un moteur électrique afin d'annuler ces pertes durant le 20 fonctionnement en charge admissible. La présente invention se propose de réaliser un dispositif de conversion analogique-numérique. Suivant la présente invention, un signal analogique à convertir est comparé avec \un signal analogique représentant une valeur 25 numérique enregistrée dans un dispositif d'emmagasinage d'informations numériques. Le résultat de la comparaison est utilisé pour modifier la valeur numérique emmagasinée jusqu'à ce que cette comparaison montre que le signal analogique représentant la valeur numérique emmagasinée est sensiblement égale au signal analogique 30 à convertir. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation particulière donnée à tirre d'exemple et représentée dans la figure unique qui illustre le procédé de conversion analogique-numérique suivant l'invention 35 appliqué à un dispositif de commande d'une machine outil. La figure représente un moteur 10 de commande de la broche commandant un outil de coupe 11 destiné à usiner une pièce 12. La pièce est montée sur un chariot 13 qui fait partie de la machine et qui est destiné à être entraîné suivant des glissières 14 par 40 un moteur d'avance 15 qui est accouplé au chariot 13 par une vis 70 30581 2 2060120 mère. L'ensemble de ces dispositifs peut par exemple être destiné à une opération de fraisage. Le moteur 10 est supposé être entraîné avec une vitesse contrôlée quelconque déterminée.par un dispositif de contrôle 16 de la vitesse de la broche, et un détec-5 teur de couple 20 est prévu pour détecter le couple développé par le moteur. De façon classique, ce détecteur de couple peut en fait détecter le courant d'induit du moteur et fournir un signal de sortie analogique proportionnel à la valeur de ce courant. Le détecteur 20 est quelquefois appelé par la suite, source de signaux 10 analogiques. Le couple réel de travail est déterminé par la vitesse d'avance sous le contrôle direct du circuit de contrôle 21 de vitesse d'avance qui alimente le moteur d'avance 15. La valeur souhaitée du couple est fournie, sous forme d'un signal numérique de commande d'entrée au point 17, à un circuit 15 d'entrée 22 des signaux de commande. Ce circuit fournit à son tour des informations numériques à un convertisseur numérique-analogique 23 dont le signal de sortie est envoyé à l'entrée de l'amplificateur opérationnel 24. L'amplificateur 24 réalise une fonction de comparaison et quelquefois appelé ci-après circuit 20 de comparaison. Un autre signal d'entrée de l'amplificateur opérationnel 24 est fourni par le détecteur de couple 20, Dans ce montage, le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel (en supposant que la polarité du signal de sortie du convertisseur numérique-analogique 23 est opposée à la polarité du signal 25 de sortie du détecteur de couple 20) peut être utilisé pour déterminer le moment où le couple du moteur est sensiblement égal au moment souhaité. Le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 24 est envoyé vers un détecteur de niveau 25 dont le signal de sortie est envoyé au circuit de contrôle 21 de la 30 vitesse d'avance. Le détecteur de niveau 25. est constitué par un circuit de seuil qui transmet des signaux de sortie uniquement lorsque le signal d'entrée est supérieur à une valeur prédéterminée.Ceci augmente la stabilité du système. Lors du fonctionnement du circuit précédemment décrit, 35 le moteur 10 de commande de la broche fournit un couple -équivalaînt à la valeur de consigne d'entrée. Cependant, il est plus intéressant de considérer le couple appliqué à l'outil de coupe 11 plutôt que le couple du moteur lui-même» Les variations de la vitesse d'avance, de la vitesse du moteur, de la température, 40 des conditions de l'outil et d'autres conditions font apparaître 70 30581 3 2060120 des pertes entre le moteur et l'outil de coupe, et il est très important de compenser ces pertes de façon que le couple appliqué à l'outil soit égal à la valeur de consigne fournie à l'entréë. Aussi, on prévoit un circuit de conversion analogique-numérique 5 unique qui est utilisé pour emmagasiner des informations correspondant au couple en marche à vide, puis pour fournir des informations de compensation ' afin que le dispositif de contrôle établisse ie couple appliqué à l'outil de façon qu'il corresponde à la valeur de consigne d'entrée. Le signal correspondant au couple en marche 10 à vide est particulièrement important lorsque l'on utilise des outils pour lesquels la valeur du couple est voisine de celle du couple due au frottement et à la résistance de l'air dans le moteur. Pour obtenir et emmagasiner les informations correspondant 15 au couple en marche à vide du moteur de commande de la broche, on prévoit un circuit constitué par la connexion 30, le relais 40, le dispositif de contrôle 26 de la valeur du couple en marche à vide, le dispositif d'emmagasinage 27 de la valeur numérique du couple en marche à vide, et le convertisseur numérique-analogique 20 28. Tout d'abord, le moteur 10 de commande de la broche est com- * • mandé avec une charge nulle. Ceci est effectué en arrêtant le dispositif de contrôle 21 de la vitesse d'avance pour arrêter le moteur d'avance 15. Pendant ce temps,"le relais 40 est actionné par le circuit de contrôle associé 40A pour ouvrir les contacts 25 41 et fermer les contacts 42. Par conséquent, le détecteur de couple 20 envoie un signal analogique, proportionnel au couple en marche à vide, à l'amplificateur opérationnel 24 dont le signal de sortie est détecté par le détecteur dé niveau 25 et est envoyé, par l'intermédiaire du conducteur 30 et des contacts 30 42, à l'entrée du dispositif de contrôle 26 de la valeur du couple en marche à vide. Le dispositif d'emmagasinage 27 de la valeur du couple en marche à vide est constitué par un compteur numérique réversible. Le dispositif de contrôlé 26 comporte des moyens de comman-35 de permettant d'augmenter ou de diminuer la valeur emmagasinée dans le dispositif 27 suivant que le détecteur de niveau 25 a détecté ou non une différence positive ou négative entre le signal de sortie du convertisseur numérique-analogique 28 et le signal de sortie du détecteur de couple 20. Si la valeur enregistrée dans 40 le dispositif d'emmagasinage 27'est initialement nulle et que le 70 30581 4 2060120 détecteur de couple 20 fournit un signal négatif correspondant au couple en marche à vide du moteur 10 de commande de la broche le détecteur de niveau 25 fonctionne alors, par l'intermédiaire du dispositif de contrôle 26, de façon à augmenter le comptage 5 dans le dispositif d'emmagasinage 27. Les informations numériques enregistrées dans le dispositif d'emmagasinage 27 sont envoyées au convertisseur numérique-analogique 28 et la valeur analogique correspondante apparaît sous la forme d'une tension positive à la sortie de ce convertisseur. Le comptage dans le compteur réver-10 sible 27 continuera alors jusqu'à ce que le signal de sortie du convertisseur numérique-analogique 28 devienne sensiblement égal au signal de sortie du détecteur de couple 20. La précision de l'égalité est déterminée par la sensibilité du détecteur de niveau 25. Lorsque ces signaux sont sensiblement égaux, la valeur 15 numérique emmagasinée dans le dispositif 27 correspond au couple en marche à vide du moteur 10 de commande de la broche. Ainsi, des moyens sont prévus pour déterminer une valeur numérique qui est l'équivalent d'une valeur analogique, le signal analogique provenant du dispositif 20 représentant le couple en marche à vide. 20 Lorsque le dispositif d'emmagasinage 27 a atteint un état stable, le relais 40 est désexcité ce qui ferme les contacts 41 pour relier le convertisseur numérique-analogique 23 à une entrée de l'amplificateur opérationnel 24, et ce qui ouvre les contacts 42 pour couper la liaison entre le détecteur de niveau 25 et le 25 dispositif de contrôle 26 de la valeur du couple en marche à vide. Etant donné que le relais 40 ouvre le circuit de façon à supprimer la liaison 30, il est quelquefois appelé ci-aprês moyen de blocage. Ainsi, le dispositif d'emmagasinage 27 contient des informations numériques représentant le couple en marche à vide du moteur de 30 commande de la broche. Durant la période suivante de fonctionnement, l'amplificateur opérationnel 24 reçoit trois signaux d'entrée. Le détecteur de couple 20 fournit un signal de réaction possédant une première polarité représentant le couple réel du moteur 10 de commande de 35 la broche, le convertisseur numérique-analogique 28 fournit un signal de polarité opposée représentant le couple en marche à vide du moteur 10 de commande de la broche, et le convertisseur numérique-analogique 23 fournit un signal analogique de polarité opposée représentant la valeur de consigne souhaitée pour le couple au 40 niveau de la tête porte-outil. La somme des deux dernières quanti- 70 30581 5 2060120 tés est comparée avec le signal de réaction réel provenant du détecteur 20 dans l'amplificateur opérationnel 24 et le détecteur de niveau 25 pour obtenir un signal de contrôle de vitesse d'avance dans le circuit 21 pour le moteur d'avance 15 afin d'obtenir le 5 couple souhaité au niveau de la tête porte-outil. Le détecteur de niveau 25 peut aussi fournir un signal à un circuit de contrôle de surcharge 43 qui arrêtera le moteur d'avance ou allumera une lampe-témoin dans le cas où. le couple du moteur 10 devient sensiblement supérieur à une valeur prédétermi-10 née du signal d'entrée. Il est quelquefois souhaitable que la valeur de couple en marche à vide soit contrôlée de façon répétée afin de voir s'il ne dépasse pas une valeur dangereuse. Par exemple, un tel agencement de contrôle permet de détecter la dilatation thermique ou 15 d'autres facteurs qui ont tendance à surcharger les paliers du mécanisme d'entraînement à broche. La forme de réalisation représentée dans le dessin permet de réaliser cette fonction en appliquant au point 17 un signal de contrôle d'entrée égal à la valeur souhaitée maximale du couple en marche à vide. Lorsque ce signal 20 de contrôle est présent, le contrôle est réalisé en supprimant le signal de couple en marche à vide au niveau des contacts 45 à l'aide d'un relais de oontrôle de surcharge 44 commandé par un circuit 44A. Dans ce mode de fonctionnement, le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 24 et du détecteur de niveau 25 est con-25 trôlé par le détecteur de surcharge 43, et si la valeur du couple est supérieure à la valeur maximale prédéterminée, une action correctrice appropriée est entreprise. Ensuite, le dispositif de contrôle peut recalibrer le dispositif d'emmagasinage 27 de la -valeur du couple en marche à vide comme cela a été décrit ci-30 dessus. 70 30581 6 2060120 REVENDICATIONS 1 - Procédé pour convertir des informations analogiques de façon à pouvoir les emmagasiner sous forme numérique consistant à comparer le signal analogique à convertir avec un signal ana- 5 logique représentatif d'une valeur numérique enregistrée dans un dispositif d'emmagasinage d'informations numériques, caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser le résultat de la comparaison pour modifier la valeur numérique emmagasinée jusqu'à ce que le résultat de la comparaison montre que le signal analogique 10 représentatif de la valeur numérique emmagasinée est sensiblement égale au signal analogique à convertir. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en outre par le fait que la comparaison fournit un signal positif ou négatif suivant le sens de la modification nécessaire pour 15 la valeur numérique emmagasinée, et que le dispositif d'emmagasinage est constitué par un compteur numérique pouvant compter ou décompter en réponse aux signaux de comparaison positifs ou négatifs. 3 - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en outre 20 par le fait que le signal analogique à convertir et emmagasiné sous forme numérique représente une oondition de fonctionnement d'un appareil à commander * et que la valeur numérique enregistrée dans le dispositif d'emmagasinage est en outre utilisée sous forme analogique dans la mesure de ladite condition de fonctionnement 25 de l'appareil pour commander celui-ci. 4 - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en outre par le fait que le signal analogique converti et emmagasiné sous forme numérique est une fonction du couple à vide d'un moteur d'entraînement d'un appareil à commander, la valeur de ce 30 couple étant celle qui est réellement mesurée lorsque le moteur d'entraînement fonctionne à vide, et que ledit signal emmagasiné sous forme numérique est utilisé pour être comparé avec le couple total du moteur pour mesurer le couple ' en charge résultant de ce moteur.' 35 5 - Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en outre par le fait que les signaux analogiques représentant le couple sont mesurés sous la forme du courant d'induit du moteur, que l'on dérive un autre signal analogique correspondant à un couple en charge résultant souhaité, que l'on compare le signal 40 de couple en charge résultant souhaité et le signal de couple 70 30581 7 2060120. en charge résultant mesuré pour obtenir un signal de différence qui est utilisé pour contrôler un circuit qui règle le couple en charge résultant. 6 - Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant la 5 revendication 1, comportant une source d'informations analogiques fournissant le signal analogique à convertir, un dispositif d'em-maganinage-d'informations numériques pour enregistrer les informations numériques, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un convertisseur numérique-analogique relié au dispositif 10 d'emmagasinage d'informations numériques pour fournir un signal analogique représentant la valeur numérique emmagasinée, et un circuit comparateur recevant le signal analogique à convertir et le signal analogique représentant la valeur numérique emmagasinée pour comparer ces deux signaux analogiques et fournir un 15 signal de comparaison,et un circuit envoyant le signal de comparaison au dispositif d'emmagasinage d'informations numériques afin de modifier la valeur numérique qui y est enregistrée. 7 - Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en outre par le fait que le dispositif d'emmagasinage d'informations 20 numériques est constitué par un compteur réversible capable d'augmenter ou de diminuer la valeur numérique qui y est emmagasinée en réponse au signal ;de comparaison. 8 - Appareil suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que la source d'informations analogiques peut fournir un 25 signal analogique qui est fonction du couple d'une machine à commander, cette machine étant commandée à vide pour emmagasiner un signal représentant le couple à vide de la machine dans le dispositif d'emmagasinage d'informations numériques, qu'il comporte des moyens de blocage destiné à débrancher le circuit 30 transmettant le signal de comparaison au dispositif d'emmagasinage d'informations numériques après le fonctionnement à vide pour éviter que les informations emmagasinées ne soient de nouveau modifiées, et que le circuit de comparaison peut recevoir les informations numériques emmagasinées converties sous forme 35 i analogique pour commander la machine, 9 - Appareil suivant la revendication 8, caractérisé p?tr le fait que la machine à contrôler comporte un moteur d'avance et un moteur de commande de la broche et que le signal analogique à convertir et emmagasiné sous forme digitale représente le cou-40 pie à vide du moteur de commandé de la broche lorsque le moteur 70 30581 8 2060120 d'avance ne fonctionne pas, qu'il comporte une seconde source de signaux analogiques représentant le couple résultant souhaité du moteur de commande de la broche lorsque le moteur d'avance fonctionne, des moyens commandés par les moyens de blocage 5 pour relier la seconde source de signaux analogiques au circuit de comparaison, ce circuit de comparaison étant destiné à combiner les signaux analogiques provenant de la seconde source avec le signal analogique représentant la valeur numérique emmagasinée et avec un signal analogique représentant le couple en 10 charge du moteur de commande de la broche afin de fournir un signal de correction du couple en charge, et des moyens transmettant ledit signal de correction du couple en charge pour commander le moteur d'avance.