Brevet FR2146960A1 — publié le 19730309

L'invention concerne un appareil destiné à produire un signai de commande représentatif d'un écart quelconque, par rapport à une vitesse requise, de la vitesse de déplacement d'un objet en mouvement. L'invention peut être réalisée sous forme d'un appareil numérique à fluide, utilisé dans un régulateur t qu'un régulateur à volet assurant la commande de la vitesse d rotation d'un moteur à réaction. tes procédés numériques de mesure et de réglage de vitesses de rotation utilisant des techniques de comptage électronique sont connus en soi. Cependant, partout où sont exigées, du système de détection, une haute précision de l'ordre de + 0,5% à 0,1% èt une réponse ragide'impliquant des retards de 50 millisecondes ou moins, les systèmes analogiques à fluide sont trop lents pour uti liber les procédés de comptage habituels. L'une des manières de vaincre cette difficulté consisterait à échantillonner un disque de codage à des intervalles de 32 ms. par exemple. te code du disque de codage pourrait normale me être un code Gray lequel devrait etre translaté en binaire pur, puis mémorisé. L'échantillon suivant est également mémorisé puis sous trait du précédent. te code résultant de la soustraction est une mesure de l'angle décrit par le disque pendant l'intervalle d'échantillonnage et, par conséquent, de la vitesse de rotation de l'arbre sur lequel le disque est monté. 'Ce code peut donc être utilisé de la même façon que la sortie d'un compteur dans le procédé connu. Cependant, cette méthode est encore plus complexe que le procédé du cQmp- teur. Selon la présente invention, il est fourni un appareil destiné à produire un signal de/commande représentatif d'un écart quelconque, par rapport à une vitesse requise, de la vitesse de déplacement d'un objet en mouvement, cet appareil comprenant : un disque-code qui présente à sa surface une pluralité de pistescode et est agencé de façon à être mis en rotation à une vitesse proportionnelle à celle du mouvement de l'objet; des moyens logiques agencés pour échantillonner de façon cyclique les pistes-code à des intervalles de temps égaux et pour produire un signal de sortie si la différence entre deux échantillons successifst supérieure à une grandeur prédéterminée; des moyens d'intégration reliés aux moyens logiques de manière à recevoir et à intégrer l'un quelconque desdits signaux de sortie émis, afin de produire un signal de commande. Dans deux modes de réalisation de l'invention décrits cidessous, les moyens logiques sont agencés de façon à produire un premier signal de sortie si la différence entre deux échantillons successifs est supérieure à une grandeur prédéterminée, et un second signal de sortie différent si cette différence est inférieure à ladite grandeur prédéterminée, ces moyens logiques comprenant deux mémoires, l'une et l'autre étant agencées de façon à mémoriser chacune un des échantillons successifs, et un circuit soustracteur agencé de façon à comparer les contenus des deux mémoires et à produire un pemier ou un second signal de sortie en réponse à une différence entre les deux contenus.Dans l'un de ces modes de réalisation, les moyens d'intégration comprennent un compteur réversible et une mémoire compteur et, dans l'autre, où le premier et le secondsignaux de sortie sont d'amplitude égale et de polarités opposées, les moyens d'intégration sont constitues par un intégrateur à perte. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens logiques comprennent : pour-chaque piste du disque-code, un circuit d'échantillonnage bistable agencé de façon à prendre respectivement un premier ou un second état lorsqutun échantillon de la piste correspondante prend l'une ou l'autre valeur; un détecteur de concordance présentant deux entrées, l'une et l'autre reliées aux sorties respectives du circuit d'échantillonnage bistable associé, et agencé de façon à produire une sortiechaque fois que des états consécutifs des deux sorties du circuit bistable ne sont pas les mêmes; et une porte montée de façon à recevoir les sorties de tous les détecteurs de concordance,un signal de sortie éventuel de cette porte constituant le signal de sortie des moyens logiques. Grâce à l'application de l'knvention, un code employant un nombre relativement petit de bits peut être échantillonné à intervalles relativement brefs, et la précision nécessaire est obtenue par le fait que les moyens d'intégration additionnent les soustotaux, obtenus à partir de chaque éckantillon, pendant un intervalle de temps plus long, ce qui donne une précision équivalente à celle qu'on obtient avec un code utilisant un nombre plus grand de bits échantillonné à cet intervalle plus grand. On comprendra plus aisément l'invention gracie à la des- cription suivante donnée en référence aux dessins annexés, parmi lesquels chacune des figures 1,2 et 3 représente respectivement, sous forme schématique, un mode de réalisation de l'invention. Dans les trois modes de réalisation, une expression codée à trois bits est échantillonnée à des intervalles de 2 ms. et les sous-totaux sont intégrés ou additionnés pour chaque période de 32 ms., ce qui donne une précision équivalente à celle obtenue par une expression codée à sept bits échantillonnée à des intervalles de 32 mS. Selon la figure 1, l'alimentation en carburant d'une machine motrice, tel qu'un moteur à réaction 10, est commandée par une soupape à carburant 12. Un disque-code 14, sur lequel se trouve des expressions codées en code Gray à trois bits, est monté sur l'arbre de la machine motrice 10. te disque-code 14 convient pour l'échantillonnage par signaux à fluide et sa sortie est connectée à un convertiseur Gray/binaire 16 à fluide. La sortie du convertisseur Gray/ binaire est connectée à une première mémoire 18 qui présente une sortie; reliée à une seconde mémoire 20. tes mémoires 18 et 20 sont agencées de façon à échantillonner et mémoriserles signaux se présentant à leurs entrées lorsque des impulsions d'échantillonnage y sont appliquées à partir d'un générateur d'impulsions 22 qui délivre des impulsions à des intervalles de 2 ms. tes sorties des mémoires 18 et 20 sont connectées aux entrées respectives d'un circuit sous-tracteur 23 qui est agencé de façon à fournir -l en sortie à chaque fois que la différence entre le contenu de 1 Wémoire 18 et celui de la mémoire 20 est égale à 5 et une impulsion de sortie +1 à chaque fois que cette différence est égale à 7. Au cas où une soustraction arithmétique vraie donne un résultat négatif; le circuit soustracteur ajoute 8 au résultat (ce qui équivaut à un tour complet du disque-code). tes impulsions +1 et -1 sont fournies aux entrées respectives d'un compteur réversible 24. La sortie du compteur réversible 24 dst connectée à une mémoire 26 qui est agencée de façon à échantillonner et mémoriser ses signaux d'entrée fournis en réponse au flanc antérieur d'une impulsion issue du générateur d'impulsions 27, luimeAme agencé de façon à produire des impulsions à des intervalles de 32 ms. te compteur réversible 24 est réalisé de façon à être remis à zéro en réponse au flanc postérieur des mêmes impul sions provenant du générateur d'impulsions 27. Ainsi, le nombre mémorisé dans la mémoire 26 est la somme algébrique des impulsions de sortie produites par le circuit soustracteur 26 pendant une période de temps de 32 ms.La sortie de la mémoire 26 est connectée à un convertisseur numérique/analogique 28 qui fournit un signal analogique assurant la commande de la soupape 12 de carburant. Le mode de réalisation de la figure l fonctionne de la façon suivante. On supposera par exemple que la différence entre des échantillons successifs-reçus à partir du convertisseur Gray/ binaire 16 est toujours exactement 6, lorsque la machine motrice 10 marche à la vitesse requise. Ainsi, la réception d'un 7 signifie "trop rapide" et celle d'un 5, "trop lent" . te circuit soustracteur est réalisé de façon à engendrer une impulsion +1 pour "trop rapide" et une impulsion -1 pour trop lent". De cette tanière, étant donné que le compteur 24 ést remis en l'état toutes les 32 ms., le nombre maximal d'impulsions qu'il est nécessaire de mémoriser est de + ou - 16, ce qui correspond à une gamme de vitesses allant de 5/6 à 7/6 de la vitesse spécifiée. I1 est possible de faire varier la vitesse contrôlée de la machine motrice dans une gamme limitée sans difficulté excessive. Un des moyens pour ce faire consiste à injecter un nombre prédéterminé d'impulsions, parmi les impulsions progressives ou dégressives d'entrée du compteur réversible 24, au cours de chaque période d'échantillonnage. Une autre solution possible consiste à agencer le compteur réversible de sorte qu'il revienne à un autre nombre que zéro. Une façon de procéder plus simple mais moins précise consiste à introduire vn poids analogique à la sortie du convertisseur numé- rique/analogiaue 28. Si la sortie doit être sous forme intégrale, a sortie de la mémoire 26 peut ele-mëe être branchée sur un compteur réversible qui n'est remis en l'état initial qu'à. de longs intervalles ou à la suite de dépassements transitoires. On peut obtenir une sortie différentielle en mémorisant la sortie du compteur puis en soustrayant le signal mémorisé d'une sortie ultérieure afin de trouver la variation. Intégration et différentiation peuvent aussi être effectuées, si l'on veut, sur la sortie analogique du convertisseur 28. On comprendra aisément que le compteur réversible 24 représente l'équivalent numérique d'un intégrateur à perte. Une autre solution du système, utilisant un intégrateur analogique à perte est représentée par la figute 2. Là encore, un disque à code Gray 34 est monté sur l'arbre d'une machine motrice 30, dont l'alimentation en carburant est commandée par une soupape 32. La sortie résultant de l'échantillonnage du disque à code Gray est appliquée à un convertisseur Gray/binaire 36 dont la sortie est connectée à la première de deux mémoires couplés 38 et 40. tes mémoires 38 et 40 fonctionnent de la même façon que les mémoires 18 et 20 de la figure 1, en recevant du générateur dtimpulsions 42 des impulsions d'échantillonnage à des intervalles de 2 ms.De même que précédemment, les sorties des mémoires 38 et 40 sont appliquées à un circuit soustracteur 43 qui fournit des impulsions +1 et -1 de la même manière que le circuit soustracteur 22 de la figure 1. Cependant, au lieu d'alimenter un compteur réversible, tes impulsions +1 et -1 sonfdélivrées directement à un intégrateur 44 à perte, dont la sortie est destinée, par l'intermédiaire d'un amplificateur 46, à commander la soupape 32 de carburant. La constante de temps de l'intégrateur 44 à perte est choisie de telle manière que ce mode de réalisation, comme celui de la figure 1, intégre sur seize échantillons de 2 ms. du code à trois bits du disque-code 34. La figure 3 représente une variante de réalisation dans laquelle les circuits numériques traitent directement le code Gray, ce qui supprime la nécessité de prévoir un convertisseur Gray/binaire. Sur la figure 5, l'alimentation en carburant de la machine motrice 50 est commandée par une soupape de carburant 52. Un disque-code Gray 54 est monté sur l'arbre de sortie de la-machine motrice 50 De même que précédemment, le disque-code Gray porté des expressions codées à 3 bits. Au lieu d'envoyer tous les trois bits de sortie des moyens de lecture associés au disque-code Gray à un convertisseur Gray/binai- re, chacun des bits de sortie est appliqué respectivement à un cir cuit d'échantillonnage bistable 56, 58,60 agencé de façon à prendre un premier état lorsque la sortie respective du disque-code est un 1 et un second état lorsque cette sortie est un 0. tes circuits d'échantillonnage 56,58 et 60 sont alimentés en impulsions rythmeuses issues du générateur d'impulsions 62 à un rythme de 2 ms. La sortie de chacun des circuits d'échantillonnage 56, 58 et 60 est connectée respectivement à un détecteur de concordance 64,66,68. tes trois détecteurs de concordance 64,66 et 68 scnt identiques. te détecteur 64 sera décrit à titre d'exemple. ta sortie 1 du circuit d'échantillonnage 5/est connectée directement à l'une des entrées d'une porte ET 70 et, par l'intermédiaire d'un dispositif de retard 72, à l'autre entrée de celle-ci, le dispositif de retard 72 étant agencé de façon à introduire un retard de 2 msO, correspondant à l'intervalle de temps entre deux impulsions d'échantillonnage successives du générateur 62.De même, la sortie 0 du circuit d'échantillonnage 56 est connectée directement à l'une des entrées d'une porte ET 74 et, par l'intermédiaire d'un dispositif de retard 76 agencé de façon à introduire un retard de 2 ms, à l'autre entrée de celle-ci. Ainsi, la porte ET 70 donne une impulsion de sortie chaque fois qu'elle reçoit deux "1" successifs et la porte ET 74 donne une impulsion de sortie chaque fois qu'elle reçoit deux "0" successifs. tes sorties des portes ET 70 et 74 sont connectées aux entrées respective-s d'une porte NI 78 qui, par conséquent, délivre un signal de sortie en dehors des moments où elle reçoit des impulsions en provenance des portes ET 70 ou 74, ce qui indique respectivement la réception de "1" ou de "0" respectifs. La sortie de la porte NI 78 constitue la sortie du détecteur de concordance 64. De môme, les détecteurs de concordance 66 et sont agencés de façon à fournir des signaux de sortie en dehors des moments où leurs circuits respectifs d'échantillonnage 58 et 60 détectent la réception de "1" ou de "0" successifs. tes sorties des trois détecteurs de concordance 64, 66 et 68 sont connectées à une porte NI 80 dont la sortie est appliquée à un intégrateur à perte 82. La constante de temps de l'intégrateur à perte 82 est choisie de telle manière que ce mode de réalisation comme ceux des figures let 2, intègre sur seize échantillons de 2 ms. de l'expression codée à trois bits du disque-code 54. La sortie de l'intégrateur 82 est destinée, par l'intermédiaire d'un amplificateur 84, à commander le réglage de la soupape de carburant 52. te procédé est agencé de telle sorte que le disque-code 54 accomplisse un peu plus des 7/8 d'un tour complet par période d'échantillonnage de 2 ms., lorsque la machine motrice 50 marche à la vitesse requise. Si le disque-code 54 n'effectue pas un tour complet par période d'échantillonnage, des signaux de sortie sont délivrés par les trois détecteurs de concordance 64,66 et 68 à la porte NI 80, si bien qu'aucune sortie n'est produite par celle-ci. Par contre, si le disque-code 54 effectue un tour complet entraides périodes d'échantillonnage, une concordance sera détectée par les trois détecteurs 64,66 et 68 à la fois qui produiront donc des signaux de sortie pendant de courtes périodes (de préférence 2 ms.) déterminées par les largeurs des impulsions délivrées par des circuits de retard tel que les circuits 72 et 76. I1 en résulte que la porte NI 80 délivre une impulsion de sortie de cette largeur. tes impulsions issues de la porte NI 80 sont écrêtées par le circuit 82 et appliquées à l'amplificateur 84. L'amplificateur 84 est un amplificateur inverseur et, par conséquent, une augmentation de son signal d'entrée fait décroitre sa sortie afin que le signal de commande de la-soupape de carburant 52 décroisse et que l'arrivée de carburant soit réduite.Naturellement, cela réduit la vitesse de la machine motrice 50 de telle sorte que le disque-code 54 n'effectue plus un tour complet par période d'échantillonnage, ce qui fait qu' une concordance n'est plus détectée. ta machine motrice se stabilise à une vitesse un peu supérieure au 7/8 d'un tour par échantillon, la vitesse exacte dépendant du gain de la boucle. On comprendra aisément qu'au voisinage d'une vitesse de 9/8 de tour par échantillon, le taux d'impulsions de la porte NI 80 retombe à zéro. Un excès de vitesse momentanée de cet ordre de grandeur pourrait donc produire un emballement. Cependant, un excès de vitesse momentanée d'une telle importance ne peut normalement pas se produire. I1 existe également une-ibande de fonctionnement entre zéro et 1/8 de tour par échantillon qui peut donner lieu à des erreurs. Cependant, la plupart des machines motrices ne peuvent pas travailler d'une façon stable à 1/7 de leur régime normal, de telle sorte que cette plage de vitesses ne peut être traversée qu'au démarrage, moment où l'on peut faire intervenir une transgression spéciale. Une autre solution possible consiste à agencer la soupape de carburant 52 de telle sorte que, même lorsqu'aucun signal n'est reçu de l'amplificateur 84, elle donne le carburant nécessaire pour que la machine motrice atteigne 1/7 de la vitesse normale de travail. Bien que le mode de réalisation de la figure 3 ait été décrit comme utilisant le code Gray., n 'importe quel autre code peut aisément être employé avec ce mode de réalisation. Bien que les mode de réalisation décrits ci-dessus soient du type à fluide, il apparaîtra bien évident aux personnes versées en la matière que l'invention peut aussi autre réalisée au moyen de l'électronique ou sous d'autres formes. L'invention convient particulièrement à une application à fluide, du fait qu'elle apporte une solution aux limitations de vitesses dans les procédés à fluide connus cités plus haut mais, elle peut aussi etre utilisée en électronique ou dans d'autres procédés de commande afin d'accélérer la vitesse de réponse et, peut être, de simplifier les procédés. Les modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus, produisent un signal de commande destiné à une soupape réglant la vitesse de rotation d'un moteur à réaction. I1 est possible que la machine motrice soit d'un type différent, lequel peut recevoir son énergie d'un autre véhicule qu'un carburant. Par exemple, on peut agencer un appareil réalisant cette invention de manière à fournir un signal destiné à être appliqué à une soupape commandant l'alimentation en vapeur d'une machine motrice comme une turbine à vapeur. En outre, l'invention peut être utilisée pour commander aussi bien des vitesses de translation que des vitesses de rotation. - REVENDICATIONS 1.- Appareil destiné à produire un signal de commande représentatif d'un écart quelconque, par rapport à une vitesse requise, de la vitesse de déplacement d'un objet en mouvement, cet appareil comprenant : un disque-code qui présente à sa surface une pluralité de pistes-code et est agencé de façon à être mis en rotation à une vitesse proportionnelle à celle du mouvement de l'objet; des moyens logiques agencés pour échantillonner de façon cyclique les pistes-code à des intervalles de temps égaux et pour produire un signal de sortie si la différence entre deux échantillons successifs est supérieure à une grandeur prédéterminée; des moyens d'intégration reliés aux moyens logiques de manière à recevoir et à intégrer l'un quelconque desdits signaux de sortie émis, afin de produire un signal de commande. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens logiques sont agencés de façon à produire un premier signal de sortie si la différence entre deux échantillons successifs est supérieure àune grandeur prédéterminée, et un second signal de sortie différent si cette différence est inférieure à ladite grandeur prédéterminée. 3.- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que des moyens logiques comprennent deux mémoires, l'une et l'autre étant agencées de façon à mémoriser chacune un des échantillons successifs, et un circuit soustracteur agencé de façon à comparer les contenus des deux mémoires et à produire un premier ou un second signal de sortie en réponse à une différence entre les deux eontenus. 40- Appareil selon la revendication D; caractérisé en ce que des moyens d'intégration comprennent : un compteur réversible qui présente une entrée de comptage dans un sens, connectée au circuit soustracteur afin de recevoir des premiers signaux de sortie, et une entre de comptage en sens inverse connectée au circuit soustracteur de façon à recevoir les seconds signaux de sortie; une mémoire compteur connectée au compteur réversible; et des moyens de remise à l'état initial du compteur et d'introduction de son contenu dans la mémoire compteur après un nombre prédéterminé d'échantillons, de telle sorte que le contenu de la mémoire compteur représente la différence entre les nombres des premier et second signaux de sortie fournis par ledit nombre prédéterminé d'échantillons. 5.- Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur numérique/analogique connecté de façon à recevoir le contenu de la mémoire compteur, la sortie du convertisseur faisant office de signal de commande. 6.- Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que des dispositions sont prises dans les moyens logiques de telle marnière que les premiers et seconds signaux de sortie soient d'égale amplitude et de polarités opposées, et par le fait que les moyens d'intégration sont composés d'un intégrateur sans mémorisation. 7.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les pistes du disque-code sont agencées de façon à former un code Gray et par le fait que les moyens logiques comprennent un convertisseur Gray/binaire. 8.- Appareil, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens logiques comprennent, pour chaque piste du disque-code, un circuit d'échantillonnage bistable agencé de façon à prendre respectivement un premier ou un second état lorsqu'un échantillon de la piste correspondante prend l'une ou l'autre valeur; un détecteur de concordance présentant devx entrées, l'une et l'autre reliées aux sorties respectives du circuit d'échantil- lonnage bistable associé, et agencé de façon à produire une sortie chaque fois que des états consécutifs des deux sorties du circuit bistable ne sont pas les mêmes; et une porte montée de façon à recevoir les sorties de tous les détecteurs de concordance, un signal de sortie éventuel de cette porte constituant le signal de sortie des moyens logiques 9.- Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque détecteur de concordance comprend deux portes ET présentant chacune une entrée reliée directement à l'une des sorties respectives du circuit d'échantillonnage bistable correspondant, et une autre entrée reliée à la même sortie par l'inter médiaire d'un circuit de retard; une porte NI montée de façon à recevoir les sorties des portes ET, la sortie de la porte NI faisant office de sortie du détecteur de concordance. 10.- Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que la période de retard de chacun des'circuits de retard est égale à l'intervalle de temps entre l'échantillonnage des pistes sur le disque-code. 11.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les moyens d'intégration comportent un intégrateur à perte. 12.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il y a trois pistes sur le disque-code. 13.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour décaler ledit signal de commande de façon réglable, afin de produire une variation de. la vitesse requise. 14.- Appareil destiné à commander la vitesse de déplacement d'un objet, par exemple d'une machine motrice, comprenant un appareil, selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, et des moyens permettant de faire varier la vitesse de mouvement de l'objet, ledit signal de commande agissant -sur lesdits moyens de variation de la vitesse de l'objet de façon à minimiser un écart quelconque de la vitesse de déplacement de l'objet par rapport à la vitesse requise. 15.- Appareil selon la revendication 14, caractérisé par le fait que les moyens de variation de ladite vitesse de mouvement comprennent une soupape qui agit de façon à faire varier le débit auquel un véhicule énergétique est fourni à la machine motrice.