Brevet FR2226785A1 — publié le 19741115

La présente invention se réfère à la commande de fonctions en général à partir d'une grandeur determinée et elle concerne plus particulièrement le cas des régulateurs électroniques dans lesquels on désire définir certains facteurs tels que l'action d'intégration, celle de dérivée ou celle de proportionnalité. Elle vise à assurer cette commande de façon sQre et simple en s'affranchissant dans toute la mesure du possible de l'intervention de phénomènes parasites. Conformément à l'invention l'on fait agir sur les circuits in téressés du régulateur ou autre non plus directement une tension constituant l'analogique de la grandeur de commande, mais bien un signal modulé en impulsions de fréquence constante, mais de durée variable fonction de la valeur instantanée de cette grandeur. Suivant une forme d'exécution on compare la valeur de la grandeur à celle d'un signal triangulaire régulier, de façon à obtenir à la sortie du comparateur un signal résultant constitué par une série de créneaux dont la fréquence est celle du signal triangulaire, mais dont la largeur, c'est-à-dire la durée, est une fonction linéaire de cette valeur de la grandeur. On utilise alors ce signal résultant pour actionner au moins un dispositif d'interrupteur électrique, préférablement du type électronique, convenablement interposé dans le circuit intéressé du régulateur. Bien entendu le même signal de commande peut s'utiliser pour agir sur plusieurs régulateurs simultanément. D'autre part ce signal peut commander dans chaque régulateur non pas une seule fonction, mais bien plusieurs si celles-ci doivent varier de même manière sous la dépendance de la grandeur de commande. Il est à noter qu'on n'éprouve généralement pas de difficultés à choisir la fréquence du signal triangulaire suffisamment élevée pour que les à-coups que le fonctionnement de l'interrupteur provoque inévitablement dans-les circuits sur lesquels il est interposé, ne comportent aucun inconvénient pratique pour le bon fonctionnement du régulateur. On peut toutefois remarquer qu'il est possible de filtrer le signal résultant par le moyen de condensateurs appropriés. Suivant l'invention l'on utilise comme interrupteur électronique un transistor à effet de champ à la base duquel on applique le signal en créneaux provenant du générateur sus-décrit, les conditions étant telles que le transistor passe à chaque fois de l'état conducteur à l'état non conducteur et inversement. On sait que de tels transistors présentent une résistance considérable à 11 état non conducteur, et au contraire une résistance tries faible à l'état conducteur, de sorte qu'ils se comportent comme des contacts parfaits. De plus on peut très aisément leur faire suivre des fréquences de fonctionnement élevées, ce qui est évidemment avantageux au point de vue de l'uniformité de l'effet de commande sur un régulateur ou autre. En variante on peut utiliser non pas un transistor à effet de champ, mais un dispositif optoélectronique qui présente substantiellement les mêmes avantages et peut se mettre en oeuvre suivant les mêmes schémas. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est un schéma représentant un circuit générateur d'un signal en créneaux à fréquence constante et à largeur de créneaux variable en fonction de la valeur d' une grandeur de commande. Fig. 2 représente la forme du signal triangulaire émanant de la première partie du générateur de fig. 1 et de la tension de commande à laquelle on le compare. Fig. 3 représente le signal en créneaux obtenu à la suite de cette comparaison. Fig. 4 montre un schéma classique de circuit intégrateur Fig. 5 représente l'application de l'invention à un tel circuit. Fig. 6 et 7 sont des vues semblables à celles de fig. 4 et 5, mais correspondant à un circuit de commande de gain (circuit de proportionnalité). Fig. 8 et 9 sont également des vues semblables à celles de fig. 4 et 5, mais correspondant à un circuit de dérivation. Pour obtenir un signal de commande modulé en impulsions de rapport cyclique variable, on peut utiliser le schéma classique indiqué par la figure 1. Un signal en dent de scie SI ig. 2) est généré par les amplificateurs 1 et 2 (fig. 1) ; il est ensuite comparé l'entrée de l'amplificateur 8 à une tension continue d'amplitude U1 ajustable par le potentiomètre 11. t Le signal résultant est une tension S2 de rapport cyclique T montré sur fig. 3. En d'autres termes la valeur instantanée de la grandeur de commande est représentée par le rapport cyclique t/T en dehors de toute question d'amplitude ou de période, à la seule condition, bien entendu, que les variations de cette valeur soient lentes par rapport à la fréquence du signal triangulaire S1, ce qui constitue une condition généralement très facile à remplir. Fig. 4 et 5 montrent comment on peut appliquer l'invention à la commande d'un circuit intégrateur dans un régulateur électronique ou appareil équivalent-. Dans la technique connue un circuit intégrateur se présente à la façon indiquée en fig. 4. La tension e1 à intégrer arrive en 16 pour être appliquée à un potentiomètre diviseur de tension 17 dont le curseur 18 est relié à travers une résistance fixe 19, de valeur R, à l'une des entrées d'un amplificateur opérationnel 20 ayant son autre entrée à la tension zéro (considérée comme positive). Le condensateur d'intégration 21, de valeur C, est interposé entre la sortie de l'amplificateur 20 et sa première entrée.Si l'amplificateur 20 est à gain suffisamment élevé, la tension qui apparaît sur sa sortie est l'intégrale de celle e2 dérivée sur le curseur 18 avec une erreur pratiquement négligeable, la constante de temps étant égale au produit RC, c'està-dire qu'avec une tension d'entrée constante, au bout d'un temps g = RC la tension de sortie V est pratiquement identique à celle e2 du curseur, l'intégration s'effectuant alors de façon linéaire. Grâce au potentiomètre 17 on peut faire varier le rapport entre la tension el appliquée à la borne 16 et celle e2 que reçoit effectivement le système intégrateur, ce qui revient à établir pour la tension appliquée en 16 une constante de temps apparente g = t . Donc en agissant sur le potentiomètre 17 on peut faire varier à volonté la constante de temps apparente du circuit. Suivant l'invention (fig. 5) on remplace le potentiomètre 17 de fig. 4 par un interrupteur électronique tel qu'un transistor 22 à effet de champ, susceptible de comporter une résistance extrêmement grande (de l'ordre du Gigaohm) ou extrêmement faible (50 ohms) suivant le niveau de tension appliqué à sa base 23. On applique à cette base le signal S2 de fig. 3 à travers un petit circuit capacité-résistance 24 destiné à améliorer les conditions de commutation. D'autre part on prévoit préférablement de relier l'entrée de la résistance 19 à la masse par une résistance. Quand le transistor 22 est à son premier état, sa résistance est tellement grande que tout se passe comme s 'il était remplacé par une coupure à résistance infinie. L'intégrateur se comporte donc dans ce cas comme une mémoire.Quand au contraire 22 est à son second état, comme sa résistance est alors négligeable vis à vis de celle de 25, c'est le signal appliqué en 16 qui est intégré. Dans ces conditions il est facile de voir que la constante de temps apparente moyenne de l'ensemble du circuit est égale à ZT , les symboles utilisés ayant ici les mêmes significations que celles sus-exposées en référence à fig. 4 et 3. L'utilisation d'un transistor à effet de champ en guise de dispositif interrupteur n'est nullement indispensable, mais elle présente l'avantage d'une grande simplicité et d'une réponse parfaite à un signal S2 à fréquence élevée. Le signal de sortie du circuit intégrateur peut s'utiliser de toute manière suivant les cas. Il est notamment possible de lui faire actionner un mécanisme d'affichage approprié. En ce qui concerne maintenant la commande du gain d'un circuit amplificateur, on se référera tout d'abord à fig. 6 qui rappelle les moyens généralement utilisés jusqu'ici dans la technique. La borne d'entrée 26 du signal à amplifier est reliée à travers une résistance 27 à la première entrée d'un amplificateur opérationnel 28 dont l'autre entrée est à la masse. Une fraction de la tension de sortie de cet amplificateur est prélevée sur le curseur 29 d' un potentiomètre 30 formant diviseur de tension réglable, pour être renvoyée sur la première entrée à travers une résistance 31. Si le gain propre de l'amplificateur est très grand vis-à-vis du gain effectif réalisé par l'ensemble du circuit, il est facile de démontrer que le gain effectif peut être pratiquement représenté par une fonction linéaire du rapport de division du potentiomètre 30.En agissant donc sur ce dernier on peut commander à volonté le gain réalisé entre l'entrée et la sortie du circuit. Fig. 7 montre comment on peut transformer le schéma connu de fig. 6 en-vue de la mise en oeuvre de l'invention. On retrouve ici les éléments principaux de fig. 6, mais le potentiomètre 30 a été remplacé par l'ensemble d'une résistance 32 et d'un transistor à effet de champ 33. Là encore le signal de commande S2 est appliqué à la base 34 de ce transistor à travers un circuit capacité-résistance 35 destiné à améliorer la commutation. R31 Le gain du circuit varie entre go = R27 et une valeur infinie selon que le transistor à effet de champ est ou n'est pas conduc- teur. Le signal de sortie est une tension hachée dont la valeur T moyenne est celle de la tension d'entrée multipliée par go x t Pour obtenir une tension continue représentative de cette va leur moyenne, on intègre les créneaux par le condensateur 36. Fig. 8 et 9 montrent-, de même manière que les figures précédentes, comment on peut appliquer l'invention à la commande de la constante d'un circuit de dérivation. Dans un schéma classique (fig. 8) la borne d'entrée 37 du circuit est reliée à la première entrée d'un amplificateur opérationnel 38 à travers une résistance réglable 39 suivie d'un condensateur 40. La sortie de l'amplificateur 38 est d'autre part reliée à la première entrée de celui-ci à travers un ensemble constitué par une capacité 41 en parallèle avec une branche comprenant en série une résistance réglable 42 et une résistance fixe 43, le point commun à ces deux résistances étant lui-même mis à la masse à travers une troisième résistance 44. On sait que si l'on manoeuvre de concert les deux résistances réglables 39 et 42, de façon qu'elles gardent la même valeur, on obtient à la sortie du circuit une tension qui correspond à la dérivation de la tension d'entrée suivant un certain coefficient. I1 est donc possible de lier 39 et 42 à un organe mécanique représentant une grandeur de commande. Pour l'application de l'invention (fig. 9) les deux résistances réglables 39 et 42 ont été remplacées par deux transistors à effet de champ, respectivement 45 et 46, dont les bases 47, 48 reçoivent le signal S2 par l'intermédiaire d'un conducteur commun 49 auquel elles sont reliées par des circuits capacité-résistance, respectivement 50, 51, comme dans les exemples précédents. On comprend que là encore le signal S2 fait passer simultanément les deux transistors 45, 46 de ltétat conducteur à l'état non conducteur et inversement en modifiant donc par à-coups successifs le coefficient de fonctionnement du circuit. Le condensateur 41 contribue d'ailleurs à amortir les à-coups en permettant d'obtenir à la sortie un signal pratiquement régulier. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. On comprend tout d'abord qu'on pourrait multiplier les formes d'exécution des schémas d'application de l'invention à des circuits de toute nature jusqu'ici réglés par le moyen de potentiomètres. Comme on l'a déjà dit plus haut, l'invention permet la commande simultanée de plusieurs régulateurs et, pour chacun d'eux, la commande simultanée des actions d'intégration, de dérivation et de gain, lorsque cela correspond aux conditions imposées. Grave à l'insensibilité absolue aux parasites extérieurs, l'invention est particulièrement avantageuse lorsqu'il s'agit de commander plusieurs régulateurs situés à une certaine distance les uns des autres et reliés au centre de commande par des câbles de grande longueur, comme cela est le cas dans certaines machines de filature, papeterie, etc... Enfin bien que l'utilisation d'un transistor à effet de champ paraisse la mieux appropriée pour la mise en oeuvre de l'invention en raison de la différence considérable entre les valeurs de sa résistance à l'état conducteur et à l'état non conducteur, et également du fait des fréquences élevées permissibles, on conçoit que rien ne s'opposerait, au moins en certains cas particuliers, à la mise en oeuvre d'un autre genre dtinterrupteur mécanique ou électronique. C'est ainsi que la commande à distance et la commande simultanée de fonctions sont avantageusement réalisées par des dispositifs comportant une isolation galvanique. C'est le cas des relais électromagnétiques en basse fréquence et, comme sus-indiqué, celui des dispositifs optoélectroniques à plus haute fréquence tels que les photocoupleurs (effet diode, transistor, résistance, industance,...) qui s'utilisent suivant le même schéma de commande. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la commande de fonctions à partir d'une grandeur, notamment pour régulateurs électroniques, caractérisé en ce qu'on fait agir sur les circuits intéressés non plus directement une tension constituant l'analogique de la grandeur de commande, mais bien un signal modulé en impulsions de fréquence constante, mais de durée variable, fonction de la valeur instantanée de cette grandeur. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu' on applique simultanément le signal modulé à plusieurs paramètres d'un même régulateur. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on applique simultanément le signal modulé-à plusieurs régulateurs. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce quton applique simultanément le signal modulé à la commande de certains au moins des divers paramètres d'un maitre-régulateur. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait agir le signal modulé sur la base d'un transistor à effet de champ inséré dans le circuit à commander, de manière que lafonction réalisée par ce circuit s'effectue avec un coefficient moyen qui dépende de la largeur des créneaux du signal. 6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait agir le signal modulé sur un dispositif optoélectronique inséré dans le circuit à commander de manière que la fonction réalisée par ce circuit s'effectue avec un coefficient moyen qui dépende de la largeur des créneaux du signal.