Brevet FR2214129A1 — publié le 19740809

La présente invention concerne un dispositif permettant de déduire les accélérations et variations d'accélérations ----- de la loi de - mouvement des mobiles ou véhicules en mouvement quelconque en partant, soit des espaces parcourus, soit des vitesses et de les utiliser par affichage pour en connaitre la valeur, pour la commande, l'asservissement ou la limitation des valeurs de ces mouvement s0 Dans les dispositifs connus de ce genre, les accélérations sont données, soit par inertie, donc dépendant du niveau, soit par dérivée de la vitesse, les résultats donnés étant par ailleurs fort imprécis, on ne peut donc se permettre leur utilisation à des fins industrielleent pratiques. Be dispositif selon l'invention, permet d'apporter une très grande précision de l'affichagea de la-lecture ou de la correction dans les accélérations et décélérations, il permet donc de donner en lecture directe ou d'afficher les vitesses, les accélérations et les variations d'accélérations ( - ) pour tous mobiles en état de déplacement. Les informations sont des mesures d'espaces parcourus données numériquement par des capteurs pour des temps, soit fixes, soit variables. Ce dispositif est basé sur une étude mathématique exacte dont la fornru Formule qui trouvera son développement dans les explications qui vont suivre. Les graphiques et dessins annexés, illustrent d'une part-les expressions mathématiques, et d'autre part, deux réalisations électroniques industrielles. La FIGURE I , représente la courbe des espaces parcourus par un mobile en mouvement en fonction du temps Au temps tI , l'espace parcouru est eI Au temps t2 = tI Çt .. .. .. e2 Au temps t3 = t2 + #t = tI + 2#t e3 Au temps t4 = t3 + #t = t2 + 2#t = t1 + 3#t .. e4 On a au point milieu entre t1 et t4 La vitesse L'accélération le jerk Pour simplifier, il est utile de partir de la vitesse du mouvement, on se reportera à la FIGURE 2 , qui représente la courbe des vitesses en fonction du temps, soit Au temps tI la vitesse est V1 Au temps t2 = t1 + t t r Vs Au temps t3 = t2 +t = t1 + 2 t .. v3 On a au point milieu t2 La vitesse V = V2 V3 VI V1 L'accélération t oR Cette méthode part de valeurs variables à des écarts de temps fixes, il est également possible de partir de valeurs variables à At égales, séparées par des temps T fixes, on peut également partir d'espaces fixes à des temps variables, ou encore d'espaces variables décalés d'espaces fixes. Pour la clarté des explications qui vont suivre, le premier postulat sera retenu, il part de valeurs variables i des écarts de temps fixes. On se reportera ensuite à la FIGURE 3 , qui représente schématiquement et à titre d'exemple, un premier dispositif utilisant la précédente méthode partant de vitesses variables à des écarts de temps fixes. Un capteur inductif ou optique I - induit dans le lecteur I3 - des signaux électriques à fréquences variables selon la vitesse de rotation de I - (dont le sens de rotation est indifférent) ces signaux sont traités dans l'amplificateur de mise en forme 2 - pour attaquer ensuite un circuit fréquencemètre 3 -( il est évident que plus la fréquence lue par I3 - sera élevée plus la vitesse de I - sera grande), à la sortie de 3 - on on peut prélever lténergie courant continu nécessaire pour mouvoir un indicateur tachymétrique V- - dont la dérivation est suivie du chopper 24 - (découpeur de courant continu) qui délivre des signaux électriques dirigés sur ltinscripteur 4 -,(précédé d'un dispositif d'effacement) du dispositif à mémoire 7 - 25 -, qui peut ètre magnétique, à glissement, décades, ou tout autre dispositif tendant à l'obtention du mème résultat. le dispositif à mémoire 7 - porte sur son pourtour trois lecteurs adéquats 5 - 8 - 6 - , décalés de I200 entre eux, l'amplificateur IO -, précédé du pont redresseur 24 -, reçoit les signaux électriques de polarité négative du lecteur 5 - à travers le pont redresseur 28 - d'une part, et des signaux de mème polarité du lecteur 6 - précédé du pont redresseur 26 -, d'autre part, mais un temps fixe T sépare les deux signaux, temps fixe déterminé par la vitesse de rotation de la mémoire 7 - 25 -, on obtient don deux signaux séparés par un temps fixe T , qui s'additionnent. Des deux signaux additionnés sont dirigés vers l'entrée positive de l'amplificateur opérationnel II - qui reçoit l'impulsion du mème signal généré par le lecteur e -, précédé du pont redresseur 27 -, ce signal est situé i égale distance des lecteurs 5 et 6 -,-l'amplificateur Il - soustrait le signal issu de 8 - aux signaux issus de IO - on remarquera que cette soustraction 8'opère entre les deux signaux décalés l'un par rapport à l'autre issus de 5 - et 6 -, l'expression de V,# et ## est donc réali- sée. A la sortie de l'amplificateur II - on dispose donc de signaux qui pourront apporter les corrections nécessaires au fonctionnement sans heurt de toutes machines qui lui seront asservies, cette sortie d'asservissement de l'amplificateur II - matérialise exactement la formule mathématique: On remarquera ensuite que l'amplificateur opérationnel 9 est alimenté en signaux issus des lecteurs 6 - et 5 - en parallèle avec IO - l'amplificateur 9 - , dont la fonction est la soustraction, va pouvoir alimenter un enregistreur qui traduira visuellement la relation suivante: : On reviendra à la mémoire 7 - et on remarquera que son tambour entraine un ruban magnétique 25 - dont le role est essentiel dans certains cas, en effet, les signaux s'inscrivent r 4 sont lus de 5 - à 6 -, mais restent fixés en 25 - pendant un temps égal à la longueur de 25 - emmagasinée, d'une part, et des la vitesse de défilement dudit ruban magnétique, ce qui fait qu'il est possible, en cas d'accident d'un véhicule sur lequel est monté le dispositif, de savoir à quoi est du ce sinistre, on peut par ail leurs inscrire plusieurs autres signaux sur le mème ruban ou mémoire, signaux qui pourront indiquer les manoeuves de freins, les accélérations de moteurs, etc, et jusqu'au comportement du conducteur si cella s'avère nécessaire. I1 reste bien évident que l'organe rotatif I - du capteur I3 - doit ètre entrainé par un arbre de la machine qu'il s'agit de réguler ou d'asservir, comme l'organe rotatif de la FIGURE 4 à laquelle on se reportera. Dans cette FIGURE 4 , dont les fonctions générales sont identiques à celles de la FIGURE 3 ,l1organe intermédiaire mécanique à été supprimé et traduit en circuits purement électroniques, comme dans le dispositif de la FIGUE 3, on peut voir le capteur I - , le lecteur In - qui délivre les signaux électriques pour le convertisseur fréquences-tension 2 - , qui attaque à son tour lé circuit d'adaptation d'impédance 3 -, le signai courant continu est directement transmis à lamplifcateur opérationnel 14 - à-la suite duquel on-prélèvera l'énergie nécessaire pour mouvoir le tachymètre V. Trois amplificateurs opérationnels I5 - 16 - 17 - sont alimentés successivement par les signaux électriques issus de 14 à I5 -, de I5 - à I6 - et de 16 - à I7 - par le jeu d'une base de temps réglable (non représentée)qui agit sur les relais 23 -, 22 , et 21 -,chaque fermeture du courant électrique de commande des relais permet le passage du signal issu de -14 - avec charge des condensateurs concernés -20 -, I8 - , 19 - , dans l'ordre suivant: quand 23 - est fermé, 22- et 21- sont ouverts, quand 22- est fermé 21- et 23- sont ouverts et quand 21- - est fermé 22- et 23- sont ouverts, on remarquera alors que cet ensemble présente les mèmes fonctions que la mémoire magnétique de la FIGURE 3, cependant la suppression du ruban magnétique ote le bénéfice de la mémoire postérieure, cependant on peut toujours ajouter une telle mémoire à la sortie de 11 ensemble qui présente, par ailleurs,un avantage non négligeable, celui de la solidité intrinsèque des circuits à semi conducteurs, de plus aucune usure mécanique n'intervient dans le temps. Ilest bien évident que les dispositifs qui viennent d'ètre décrits peuvent etre modifiés pour l'obtension des mèmes résultats sans sortir du cadre du présent,ces dispositifs représentent un moyen efficace et simple qui peut asservir n'importe quel mécanisme avec une exactitude qui peut aller jusqu'a la Nième dérivée. Le dispositif qui vient d'ètre décrit, peut ètre utilisé pour asservir un système en déplacement quel qu'il soit, asservissement obtenu en fonction des dérivées et basé sur les dérivées. Le dispositif, objet de l'invention, peut ètre utilisé dans tous les cas ou on aura à asservir des mouvements, mesurer exactement les accélérations et décélérations, dans le réglage automatique des turbines, réglage du débit selon la vitesse du rotor, dans les trains, rames de métro à commande automatique, débit de combustible dans les chaudières selon la charge des turbi nes, dans les ascenseurs pour la décélération et démarrages sans heurt, laminoirs, funiculaires, etc, et dans tous les systèmes en déplacement en général REVENDICATIONS I-Dispositif pour déterminer,à partir de la position ou de la vitesse d'un mobile,sa vitesse et/ou son accélération et ses variations d'accélération, notamment en vue de la régulation ou de l'asservissement de la vitesse du mobile, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour capter successivement la position ou la vitesse du mobile à n instants successifs,n étant un entier au moins égal à trois,une mémoire pour y transférer les n valeurs successives de la position qu de la vitesse du mobile,au fur et à mesure de leur captage, et des circuits de calcul,alimentés par ladite mémoire,et aménagés pour déterminer les valeurs des trois ou deux premières dérivées temporellesde la position ou de la vitesse selon des formules mathématiques connues. 2-Dispositif suivant la revendication 1 1,caractérisé en ce que la mémoire est du type à décalage ou à déplacement, comprenant au moins une entrée,qui est reliée à la sortie du capteur,et au moins trois. sorties,qui sont échelonnëe.s dans le sens de décalage ou de déplacement de ladite mémoire, et qui sont reliées aux entrées correspondantes des circuits de calcul. 3-Dispositif suivant la revendication 2,caractérisé en ce que. la mémoire comporte un support d'enregistrement magnétique,com- -prenant au moins une piste ferme d'enregistrement,ainsi que des moyens pour faire défiler ladite piste fermée d'enregistrement en regard d'une tête d'enregistrement, qui est reliée à -la sortie du capteur,'etSd'au moins trois têtes de lecture,qui sont échelonnées dans le sens de défilement de'ladite pis:te,et qui sont reliées. aux entrées correspondantes des circuits de calcul. 4-Dispositif suivant la revendication 2,caractérisé en ce que la mémoire comporte un registre à décalage,formé essentiellement par au moins trois condensateurs, qui ont chacun une première ar- mature connectée à la masse, et dont les secondes armatures sont connectées respectivement à la sortie du c-apteur,0ù bien à la seconde armature du condensateur précédent > ainsi qu'à la sortie corresp-ondante de la mémoire,par l'intermédiaire de commutateurs, dont les entrées respectives de commande sont activées de façon cyclique, et avec chacun desquels un amplificateur opérationnel est éventuellement monté en série 5-Dispositif suivant l'une quelconque'des revendications 1à 4, caractérisé en ce que les circuits de calcul comprennent essenti- ellement des amplificateurs opérationnels, montés en circuits d'addition et de soustraction.