Brevet FR2221735A1 — publié le 19741011

La présente invention concerne un tachymètre électronique et plus particulièrement, un tachymètre electronique comprenant un moyen de dérivation et de chronologie et un circuit de traitement de signaux combinant un signal de positons discontinu dérivé et un signal d'accélération continu pour former un signal de vitesse continu. On connaît dans l'art antérieur, un tachymètre électronique qui génère un signal de sortie de vitesse continu à partir d'un signal de vitesse continu présentant une information à haute fréquence et un signal d'accélération continu. Un tel tachymètre peut être conçu d'après les enseignements du brevet des E.U.A na 3.351.829 et est représenté sur la figure 1 des dessins. Dans ce tachymètre, le signal de vitesse continu appliqué à la ligne 10 est appliqué à une première entrée d'un moyen de traitement de signaux à filtre passebas 15 tandis que le signal d'accélération continu est appliqué simultanément à une deuxième entrée 12. Le moyen de traitement de signaux comporte des résistances d'entrée 16 et 17 raccordées à un amplificateur opérationnel la. Un réseau de réaction comportant une combinaison parallèle du condensateur 19 et de la résistance 20 réalise un filtre passe-bas. En utilisant des techniques d'intégration pures, le signal d'accélération continu ne délivre pas un signal de vitesse continu de même phase étant donné que dans les servo systèmes, le courant électrique issu d'un servomoteur est en avance sur l'accélération réelle en raison de l'amortissement mécanique du système. Le tachymètre est inutilisable lorsque le signal de vitesse d'entrée est discontinu. Dans un autre tachymètre électronique de l'art antérieur, un signal d'accélération continu et un signal de position discontinu sont utilisés pour développer un signal de sortie-de vitesse continu. Le signal d'accélération est intégré par un circuit capacitif. Comne dans tous les systèmes d'intégration, un décalage de niveau continu es-t accumulé dans le condensateur d'intégration. Pour corriger cette accumulation et pour compenser l'augmentation de tension dans le condensateur, leXsignal de position discontinu est dérivé et des parties sélectionnées sont alors appliquées au travers d'un circuit d'échantillonnage et de maintien pour initialiser le condensateur Cependant, cette opération introduit des discontinuités significatives dans le signal de vitesse de sortie. De plus, la sortie de vitesse de ce tachymètre est sujette à des erreurs de phase car elle ne tient pas compte de l'amortissement mécanique du système. Afin d'éliminer les défauts indiqués ci-dessus, la présente invention permet de réaliser un nouvel ensemble tachymètre électronique délivrant un signal de sortie de vitesse vraie à partir d'un signal de position discontinu et d'undsignal d'accélération continu. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un tachymètre électronique comportant des moyens de dérivation et de chronologie pour la réception du signal de position discontinu, la génération des signaux de chronologie à partir du signal de position discontinu, et pour la généré tion d'un signal de position discontinu dérivé à partir du signal de position discontinu et du signal de chronologie généré. Dans ce tachymètre, le signal de position discontinu dérivé est un signal de vitesse interrompu et on a prévu un circuit de traitement de signaux pour la réception du signal de position discontinu dérivé et du signal de chronologie à partir des moyens de dérivation et de chronologie et pour la réception du signal d'accélération continu.Les signaux de chronologie changent la fonction de transfert du circuit de traitement de signaux à des instants donnés par rapport au signal de position discontinu pour la combinaison du signal de position discontinu dérivé et du signal d'accélération continu afin de former le signal de vitesse continu. En accord avec l'objet précédent, un autre objet de la présente invention est de réaliser un tachymètre électronique dans lequel le circuit de traitement de signaux comprend un filtre passe-bas à constante de temps commutable. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 est une représentation schématique d'un tachymètre électronique de l'art antérieur. La figure 2 est une représentation schématique d'une réalisation préférée du tachymètre de la présente invention. La figure 3 est une représentation schématique d'un circuit pour la génération d'un signal de vitesse interrompu à partir d'un signal de position discontinu utilisé dans la réalisation préférée de la présente invention. La figure 4 est un relevé de plusieurs formes d'ondes représentant les signaux de tension en-divers points du circuit du tachymètre électronique de la présente invention. En se reportant aux dessins et plus particulièrement à la figure 2 de caux-ci, on y voit représenté la réalisation préférée du tachymètre électronique de la présente invention. Comme on le voit sur cette figure, le tachymètre comprend un moyen de dérivation et de chronologie, portant le numéro de référence énéral 35, connecté en fonctionnement au moyen de traitement de signaux, portant le numéro de référence général 40. Les formes d'ondes représentant des signaux de tension en fonction du temps en divers points du circuit, sont il- lustrées à la figure 4. Un signal de position discontinu 30 représenté par la forme d'onde A dans la figure 4, est appliqué par la ligne 31 au moyen de dérivation et de chronologie 35.Le signal de position discontinu 30 est un signal triangulaire par rapport au temps, présentant une amplitude constante et des discontinuités à ses crêtes et à ses gorges. La période du signal peut varier. Pour obtenir des résultats intelligibles aux points de discontinuité, le nouveau réseau de dérivation et de chronologie élimine sélectivement des régions du signal au voisinage de la discontinuité et génère un signal de vitesse interrompu 90 tel que représenté par le signal I dans la figure 4, applique au circuit de traitement de signaux 40 par une première ligne de sortie 86. Sur une seconde ligne de sortie 49, le circuit 40 délivre également un signal de chronologie représenté avant d'être inversé par le signal E, pour commander la constante de temps d'un filtre passe-bas compris dans le moyen de traitement de signaux.Un signal d'accélération approché 33 est appliqué continuellement à une autre entrée 34 du moyen de traitement de signaux 40. Ce signal d'accélération approché diffère de l'accélération vraie du système en raison de l'amortissement et des pertes mécaniques. Dans une réalisation préférée, le signal discontinu 30 est reçu à partir du transducteur d'un servo-système de recherche de pistes en boucle fermée lorsque le transducteur accède radialement à des pistes successives de largeur égale sur un disque rotatif installé dans un dispositif d'entraînement de disques, les passages à zéro indiquant le centredde chacune des pistesrespec- tives. Le signal d'erreur de position du servosystème est généralement affecté par du bruit à large bande. Le signal d'accélération continu est produit par du courant issu d'un servomoteur utilisé dans le servo-système en boucle fermée. Pendant l'accès, aux pistes le courant présente un signal en crénaux d'amplitude constante (non représenté) de polarités opposées pouvant être séparées par un niveau zéro. La longueur du niveau zéro est fonction du temps nécessaire pour accéder à la piste désirée. Lorsque la période du signal de position est constante, le courant est constant et approximativement nul. Si la sortie d'un système physique est associée à l'entrée par une relation linéaire qui peut être réduite à un modèle mathématique, se présentant comme une équation différentielle linéaire, les rotations entrée/sortie peuvent être exprimées par la transformée de Laplace des équations différentielles. Une telle relation fonctionnelle est appelée fonction de transfert. Le circuit de traitement de signaux 40 comprend un filtre passe-bas présentant une constante de temps commutable. Dans la transformée-de Laplace, le filtre passe-bas a une fonction de transfert qui est : #, S# + 1 où r est la constante de temps du filtre et peut avoir n'importe quelle valeur. L'interconnexion de l'entrée et de laksortie du filtre se fait - une boucle de réaction négative de transformée v par une boucle de réaction négative de transformée fi où K est la constante d'amortissement attribuée aux pertes du moteur -v à partir duquel est obtenu le signal d'accélération, et où M est la masse en mouvement du système et est une constante pour chaque système particulier. En raison du fait que le signal d'entrée de vitesse interrompu 90 au filtre passe-bas est dérivé d'un signal de position à discontinuité périodique, T dans les équations ci-dessus est rendu périodiquement variable de façon que lorsque les points de discontinuité apparaissent, T tend vers m. Ainsi, les discontinuités sont retirées du signal de sortie de vitesse généré par le tachymètre électronique. Le circuit ds traitement de signaux mettant en oeuvre ces transformées de Laplace comporte un amplificateur opérationnel de gain élevé 43 présentant une première résistance d'entrée 41 au travers de laquelle le signal de vitesse interrompu est appliqué et une deuxième résistance d'entrée 42 au travers de laquelle est appliqué le signal d'accélération continu. Un réseau de contreréaction négative est disposé entre le conducteur d'entrée de réception de vitesse et le conducteur de sortie 95 de l'amplificateur. Le réseau de contre raction comprend trois branches parallèles, la première comportant un condensateur 44, la deuxième comportant une résistance 45 et la troisième branche comportant la résistance 46 montée en série avec un commutateur 47.En conséquence, la fonction de transfert du circuit de traitement de signaux a deux valeurs suivant l'état du commutateur 47. La constante de temps de ce filtre est égale au produit de la capacité par la résistance effective du réseau de contre-réaction. En conséquence. le commutateur 47 étant ouvert, la constante de temps T est le produit de la capacité du condensateur 44 et de la résistance 45. Le commutateur 47 étant fermé, la résistance effective est la combinaison parallèle des résistances 45 et 46. Dans cette réalisation, la résistance 45 a une valeur beaucoup plus importante que la résistance 46. En conséquence, la constante de temps du réseau lorsque le commutateur est fermé, T1, est très inférieure à T. la constante de temps lorsque le commutateur est ouvert. T. en ce qui concerne cette explication, est supposé tendre vers l'infini et T 1 est suffisamment grand pour retirer d'une manière appropriée tout bruit de fréquence élevé du signal de vitesse interrompu.En fonctionnement, l'ouverture et la fermeture périodiques du commutateur 47 équivalent à modifier la constante de temps de T 1 à m . Plus particulièrement, le commutateur 47 est fermé chaque fois que l'enroulement 48 est excité. C'est le cas lorsque le signal de vitesse interrompu 90 a une valeur non nulle comme on le décrira ultérieurement.Par l'ouverture et la fermeture sélectives du commutateur 47 et des commutateurs 78, 81 et 83 dans le moyen de dérivation et de chronologie 35, l'effet des discontinuités est supprimé dans la sortie de vitesse continue. T 1 Dans la réalisation préférée, la résistance 41 est égale à g , la résistance 42 est égale à nh v la capacité 44 est égale à ss . la résis N et kf tance 45 est égale à eut et la résistance 46 est égale en valeur à la résistance 41, ss v où k est la constance d'amortissement, v k f est la constante de force d'un dispositif d'actionnement électromécanique associé à ce tachymètre, est un coefficient d'échelle d'impédance mettant en corrélation les composants, et M est la masse en mouvement du système tel que définie précédemment. En se reportant maintenant à la figure 3, on y voit représenté le moyen de dérivation et de chronologie particulier 35 qui délivre à la fois un signal de position discontinu dérivé au circuit de traitement de signaux et des signaux de chronologie pour application dans le moyen de différenciation et au circuit de traitement de signaux. Le signal de position discontinu 30 est appliqué directement à un circuit de dérivation 79. pour produire le signal 88 représenté par le signal H, et à un dérivateur 80 après inversion de phase dans l'inverseur 32 afin de produire un signal déphasé de 1800 par rapport au signal 66 et référencé H. Ainsi, deux signaux de position discontinus dérivés sont formés.Le signal 30, sous sa forme directe et sous sa forme inversée, est également appliqué au circuit de génération de temps illustré dans la partie supérieure de la figure;3 pour être utilisé pour la génération de signaux de chronologie spécifiques. Les filtres passe-bas 51 et 59 respectivement éliminent le bruit. Le comparateur 53 écrête le signal filtré de façon à produire un signal 54 tel que représenté par le signal B et le comparateur 61 développe d'une manière similaire un signal 62 représenté par le signal C. Dans la réalisation préférée, le signal de position discontinu triangulaire 30 présente une amplitude crête à crête de 10 volt et le niveau de référence des comparateurs 53 et 61 et de 2,5 volts.Ainsi, les comparateurs assurent un écrêtage à 50% du niveau de crête comme représenté par les lignes en pointillés 64 et 66 coupant le signal A. En conséquence, comme représenté par les signaux B et C, la sortie des comparateurs est au niveau haut chaque fois que les signaux d'entrée respectifs sont inférieurs au signal de référence de -2,5 volt. Les signaux de sortie respectifs 54 et 62 des comparateurs sont appliqués aux entrées de restauration et d'enclenchement respectives d'une bascule 57 et aux entrées d'une porte OU 63. La sortie 67 de la porte OU 63 est simultanément appliquée à la porte OU 69 et à la porte OU 71, et à l'enroulement 84, et par l'inverseur 87 sur le conducteur 49, à l'enroulement 48. Le signal 68 représenté par le signal E sur la ligne 67, délivre ainsi un premier signal de chronologie à utiliser pour la formation du signal de position discontinu dérivé composé 90 et pour la commande de la modification de la constante de temps du filtre passe-bas. Chacun des enroulements 77, 82, 84 et 48 constitue le moyen d'excitation d'un contact de relais normalement ouvert considéré dans cette spécification comme un commutateur. Lorsque le signal 68 est au niveau haut, le potentiel de masse est appli- qué par le commutateur 83 au dispositif de sommation analogique 85 et lorsque le signal 68 n'est pas au niveau haut, la résistance 46 est commutée dans la boucle de réaction du moyen de traitement de signaux 40. Une première sortie de la bascule 57 représentée comme l'inverse du signal D est connectée à l'en trée de la porte OU 71 et par l'inverseur 75, à la bobine de relais 82 quiexcite le commutateur 81. La. fermeture du commutateur 81 applique le signal de position discontinu dérivé inversé 88 au dispositif de sommation 85.D'une manière similaire, à une deuxième sortie de la bascule 57, le signal 58 représenté sous la forme du signal D, est appliqué à la porte OU 69 et inversé par l'inverseur 73 pour fournir un signal d'excitation de commutateur 74 représenté sous la forme du signal F. Ce signal est appliqué à la bobine 7i pour fermer sélectivement le commutateur 78. La fermeture du commutateur 78 raccorde le signal de position discontinu dérivé 88 au dispositif de sommation 85. En fonctionnement, le signal 74 est au niveau haut chaque fois que le signal d'entrée 30 se déplace positivement de la référence inférieure 66 à la référence supérieure 64. D'une manière similaire, le signal 76 est au niveau haut chaque fois que le signal d'entrée discontinu se déplace négativement entre les niveaux de référence. Le signal 68 est au niveau haut dans le cas où ni le signal 74, ni le signal 76 ne sont au niveau haut. En conséquence, les signaux de chronologie 68, 74 et 76 appliqués aux commutateurs 83, 78 et 81 respectivement, sont mutuellement exclusifs.D'après la description précédente, on voit que seule la crête aplatie du signal de position discontinu Sa est appliquee au travers du commutateur 78 au dispositif de sommation 85 et que la partie plate du signal similaire. mais inversé, au travers du réseau de différenciation 80 est appliquée par le commutateur 81 au dispositif de sommation 85. Entre l'application de ces signaux, le niveau de tension est nul étant donné que le commutateur 83 est alors fermé. La composante résultant des deux signaux dérivés espacés en temps, e/par un potentiel de référence de masse 98, constitue le signal de vitesse interrompu 90 représenté par le signal I. Le signal 90 comprend des segments du signal de position discontinu dérive 88 et constitue le signal appliqué par la ligne de sortie 86 du moyen de dérivation et de chronologie, au réseau de traitement de signaux comme représenté dans la figure 3. Comme indiqué précédemment. le signal de chronologie 68 qui est appliqué pour camm2nder sélectivement le commutateur 83 est également appliqué par un inverseur e7 à la bobine 48 dans le réseau de l'unité de traitement de signaux. En conséquence, chaque fois que le signal de vitesse interrompu présente un potentiel nul, la bobine 48 n'est pas excitée et ainsi le circuit de réaction ne comprend que la capacité 44 et la résistance 45. Cependant, chaque fois que le signal de vitesse interrompu est à un niveau haut, le commutateur 47 est fermé et la résistance 46 est comprise dans la résistance effective du réseau de réaction. Dans cette condition, la constante de temps du réseau de réaction est effectivement réduite. En conséquence, la fonction de transfert est également modifiée étant donné quet comme indiqué précédemment dans cette soécification. la fonction de transfert dépend de la constante de temps T. En fonctionnement, le signal d'accélération approché apparaît à l'entrée de l'amplificateur opérationnel 43 à tout moment. Cependant, en raison de la friction mécanique et des pertes du moteur, l'angle de phase de ce signal électrique est en retard sur l'angle de phase de l'accélération vraie du système. La simple intégration du signal ne fournira pas le rapport de phase nécessaire entre le signal d'entrée d'accélération réel et le signal de sortie de vitesse continu. De plus, un intégrateur capacitif présente un décalage de niveau continu. Le signal de vitesse interrompu 90 contient des informations de vitesse à basse fréquence et de niveau continu valables mais est affecté par du bruit à haute fréquence issu du système mécanique ainsi que par des phénomènes transitoires de commutation.Le bruit à haute fréquence pourrait être atténué d'une manière appropriée par un filtre passe-bas mais un tel filtre introduit par lui-même un déphasage inacceptable. Une application permanente du signal d'accélération évite au déphasage dans le filtre passebas d'apparaître dans le signal de sortie de vitesse. Le réseau de traitement de signaux 40 combine ainsi ces deux signaux en raison de sa fonction de transfert modifiable de façon que chacun des signaux contribue au signal de sortie de vitesse résultant afin que celui-ci soit en rapport de phase approprié avec le signal d'entrée de position discontinu et élimine le bruit de fréquence élevé l'affectant. On notera qu'étant donné le fait que la constante de temps dans le filtre passe-bas est prévue pour être modifiée d'une manière rapide, des techniques d'analyse de sections par systèmes linéaires peuvent être appliquées. On notera également que le signal 90 est un signal de vitesse continu interrompu plutot qu'un signal de vitesse de données échantillonné. Un signal de vitesse de données échantillonné ne peut pas produire un signal de sortie de vitesse continu avec le rapport de phase désiré. Un circuit de valeur absolue pourrait remplacer la bascule 57, les portes 69 et 71, les inverseurs 73 et 75 et les commutateurs 78 et 81 pour générer le signal de vitesse continu interrompu. En conséquence, un tachymètre électronique comportant un filtre passebas à constante de temps commutable a été décrit pour générer un signal de sortie de vitesse continu à partir d'un signal de position discontinu. Ce système, en raison de sa précision, peut être utilisé dans des dispositifs d'entraînement de disques dans lesquels le signal de position initial est détecté par un transducteur magnétique se déplaçant radialement sur plusieurs pistes adjacentes. Cependant, ce système trouve son application générale dans de nombreux systèmes de commande à boucle fermée-et peut également être utilisé lorsque la détection optique est appliquée. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. R E V E N D I C A T I O N S 1.-Tachymètre électronique fournissant à sa sortie un signal de vitesse continu résultant de la combinaison d'un signal de position discontinu et d'un signal d'accélération continu, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de dérivation et de chronologie recevant ledit signal de position discontinu, engendrant des signaux de chronologie à partir dudit signal de position discontinu, et engendrant un signal de position discontinu dérivé à partir dudit signal de position discontinu en réponse auxdits signaux de chronologie, ledit signal de position discontinu dérivé étant un signal de vitesse interrompu, et un circuit de traitement de signaux recevant le signal de position discontinu dérivé, recevant au moins l'un des signaux de chronologie en provenance du circuit de dérivation et de chronologie, et recevant ledit signal d~'iccélération continu, ledit signal de chronologie changeant la fonction de transfert du circuit de traitement de signaux à des moments prédéterminés en relation avec ledit signal de position discontinu de façon à combiner ce dernier avec le signal d'accélération continu pour former ledit signal de vitesse continu. 2.-Tachymètre électronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit de traitement de signaux comporte un filtre passe-bas ayant une constante de temps-eommutable. lesdits signaux de chronologie commandant la commutation de ladite constante de temps de façon à changer la fonction de transfert du circuit de traitement de signaux. 3.-Tachymètre électronique selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit filtre passe-bas comporte un commutateur en série avec une résistance, lesdits signaux de chronologie actionnant le commutateur pour changer la résistance effective du filtre. 4.-Tachymètre électronique selon la revendication 3 caractérisé en ce que # la fonction de transfert du filtre passe-bas est S#+1 dans laquelle T a une première valeur lorsque le commutateur est ouvert et une seconde valeur lorsqu'il est fermé, ces valeurs dépendant de ladite résistance. 5.-Tachymètre électronique selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que ledit signal de vitesse interrompu comporte des segments séparés dans le temps, correspondant aux portions continues dudit signal de position discontinu dérivé,'et en ce que lesdits signaux de chronologie ouvrent ledit commutateur lorsque chacun desdits segments est reçu par ledit circuit de traitement de signaux. 6.-Tachymètre électronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit de traitement de signaux comporte une première résistance d'entrée pour recevoir le signal de position discontinu dérivé, une deuxième résistance d'entrée pour recevoir le signal d'accéléra tion continu. un amplificateur opérationnel connecté auxdites première et deuxième résistances, -un circuit de contre-réaction reliant la sortie à l'entrée de l'amplificateur opérationnel, ce circuit de contre-réaction ayant une première constante de temps et comportant des moyens commutables pour changer cette constante de temps, lesdits signaux de chronologie agissant sur lesdits moyens de commutation pour effectuer le changement de la constante de temps et ledit amplificateur combinant ledit signal de position discontinu dérivé et ledit signal d'accélération continu pour former le signal de vitesse continu. 7.-Tachymètre électronique selon la revendication 6 caractérisé en ce que la valeur de la première résistance est égale à la valeur de la deuxième résistance est égale à : M sskf ladite première constante de temps étant égale à : M lesdits moyens commutables comportant une résistance égale à ladite première résistance, 8.-Tachymètre électronique selon la revendication 7 caractérisé en ce que ledit circuit de contre-réaction comporte une capacité et une troisième résistance sn parallèle pour former ladite première constat de temps, ladite troi sième résistance ayant une valeur très supérieure à celez F de ladite première résistance. 9.-Tachymètrs électronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit de dérivation et de chronologie comporte des moyens pour dériver ledit signal de position discontinu et des moyens de comparaison connectés audit signal de position discontinu pour engendrer lesdits signaux de chronologie. 10.-Tachymètre électronique selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte an outre des moyens de commutation pour relier la sortie dudit circuit de dérivation audit circuit de traitement de signaux et des bascules à verrouillage pour'recevoir lesdits signaux de chrono-logie en provenance desdits moyens de comparaison et engendrer des signaux de commande destinés à être appliqués auxdits moyens de commutation.