Brevet FR2214197A1 — publié le 19740809

La présente invention concerne un dispositif d'asservissement à l'intérieur d'une large gamme de valeurs de l'un des paramètres d'un appareil pourvu de moyens de commande par tension électrique et associé à un transducteur paramètre-tension, ledit dispositif comportant notamment un amplificateur différentiel dont la sortie est couplée auxdits moyens de commande et dont une première entrée est connectée à une source de tension de référence tandis qu'une seconde entrée dudit amplificateur différentiel est eouPhie à la sortie du transducteur. De tels dispositifs sont bien connus et permettent par exemple d'assurer l'asservissement de la vitesse de rotation d'un moteur à courant continu pour une vitesse de rotation bien déterminée : si ladite vitesse de rotation du moteur tend à changer (en supposant que la source de tension de référence garde une valeur fixe), la tension délivrée par le transducteur vitesse-tension (dans ce cas) varie, ce qui donne naissance à la sortie de l'amplificateur différentiel à une variation de tension proportionnelle à la différence des tensions fournies sur chacune des entrées dudit amplificateur. Cette variation de tension agit sur les moyens de commande du moteur d'une façon telle qu'elle tend à s'opposer à la variation de la vitesse de rotation dudit moteur. Toutefois ce genre de dispositif se heurte à de gros problèmes lorsqu'on veut assurer l'asservissement de la vitesse de rotation d'un moteur quand cette vitesse doit être réglable dans une large gamme de vitesses. En effet, lorsque la vitesse de rotation du moteur est faible, la tension délivrée par le transducteur est très peu élevée et doit etre amplifiée préalablement pour être utilisable. Cependant, aux grandes vitesses, une telle tension amplifiée impose-une tension d'alimentation très élevée dè l'amplificateur différentiel afin d'éviter les saturations de celui-ci. I1 est de plus nécessaire de mofi fier chaque fois la valeur de la source de tension de référence en fonction de la vitesse de rotation désirée. Un autre dispositif de régulation de la vitesse de rotation d'un moteur à courant continu est décrit dans la brevet français nO 2.033.840. Dans ce brevet la tension du secteur est redressée et filtrée, puis appliquée sur une première diagonale d'un circuit en pont dont la deuxième diagonale alimente le circuit électronique de régulation. La particularité de ce pont est de présenter une tension sensiblement constante aux extrémités de ladite seconde diagonale. Cette tension est appliquée par l'intermédiaire d'un transistor, à plusieurs résistances connectées en série et reliées à un commutateur qui alimente-une première entrée d'un amplificateur différentiel. La seconde entrée de cet amplificateur est reliée à l'aide de moyens connus à un moteur couplé à une génératrice.Lorsque l'on désire augmenter ou diminuer la vitesse de rotation du moteur, on sélectionne, à l'aide du commutateur, une fraction plus ou moins grande de la tension constante. Ce dispositif présente cependant l'inconvénient de nécessiter deux sources de tension continue distinctes, à savoir une pour l'alimentation de référence et une pour l'alimentation du dispositif, tandis que la variation de vitesse est limitée par la variation de la tension de référence. Un autre dispositif de contrôle de la vitesse de rotation d'un moteur est décrit dans le brevet américain nO 3.596.162. Ce dispositif comporte notamment une génératrice couplée à un mpteur, ladite génératrice délivrant un signal sinusoïdal d'amplitude constante modulé en fréquence, la modulation étant fonction de la vitesse de rotation du moteur. Ce signal sinusordal est alors transformé en un signal rectangulaire, puis en impulsions. Ces impulsions déclenchent un générateur de dents de scie, de pente réglable, qui délivre un signal qui est ensuite transformé successivement en un deuxième signal en dents de scie, puis en un signal rectangulaire et enfin en un signal continu de commande du moteur. Le premier signal en dents de scie est comparé, à l'aide d'un amNificateur différentiel-à une première tension de référence réglable. Une seconde tension de référence est nécessaire pour générer le signal de commande du moteur.Ce dispositit, qui s'applique principalement à la régulation des moteurs de magnétophones, est relativement compliqué dans sa mise en oeuvre et il nécessite en outre plusieurs tensions de référence ainsi qu'un ajustage de différents niveaux de tension. De plus la.génératrice couplée au moteur délivre un signal modulé en fréquence, la fréquence de la modulation dépendant de la vitesse de rotation du moteur. Ce dispositif n'est donc pas applicable au cas où la génératrice délivre un signal dont l'amplitude est une fonction de la vitesse. Le dispositif selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients, car il est simple dans sa mise en peuvre et permet d'obtenir une vitesse de rotation du moteur régulée et réglable continûment dans une- large gamme à l'aide d'un simple potentiomètre. De plus une seule source de tension de réfé-rence est nécessaire, ladite source délivrant une tension dont la valeur est fixe. Â cet effet, ledit dispositif comporte un amplificateur à gain variable connecté d'une part à une génératrice tachymétrique couplée au moteur dont on veut asservir la vitesse, génératriee délivrant une tension proportion nielle à la vitesse de rotation dudit moteur, et d'autre part à une première entrée d'un amplificateur différentiel dont l'autre entrée est connectée à une source de tension de référence de valeur constante, tandis que la sortie dudit amplificateur différentiel est connectée aux moyens de commande du moteur. La source de tension de référence gardant une valeur fixe, la variation de la vitesse de rotation du moteur est obtenue par variation du gain de l'amplificateur à gain variable.La tension issue de l'amplificateur à gain variable, lorsque la vitesse de rotation est stabilisée à la valeur désirée, conserve ainsi un niveau pratiquement constant, indépendant de cette vitesse, ce qui évite les saturations de la chaine d'amplification. Des paramètres du moteur. autres que la vitesse de rotation peuvent être asservis par ce dispositif : il suffit de remplacer la génératrice ta- chymétrique par un transducteur paramètre-tensiqn délivrant une tension fonction dudit paramètre. Selon l'invention, il est réalisé un dispositif d'asservissement à l'intérieur d'une large gamme de valeurs de l'un des paramètres d'un appareil pourvu de moyens de commande par tension électrique et associé à un transducteur paramètre-tension, ledit dispositif comportant notamment un amplificateur différentiel dont lasortie' est couplée auxdits moyens de commande st dont une première entrée est connectée à une source de tension de référence tandis qu'une seconde entrée dudit amplificateur différentiel est couple à la sortie du transducteur, remarquable en ce que la source de tension de référence comporte une seule sortie dont le niveau de tension est fizé à une valeur unique compatible avec les caractéristiques de l'amplificateur différentiel tandis qu'un amplificateur d'adaptation est connecté entre la sortie du transducteur et la seconde entrée de l'amplificateur différentiel, ledit amplificateur d'adaptation étant pourvu de moyens de réglage dè gain à l'intérieur d'une large gamme de valeurs, en relation inverse avec la gamme des valeurs affectées au paramètre asservi, de sorte que la tension qu'il fournit à l'amplificateur différentiel varie, en fonction des fluctuations dudit paramètre, de part et d'autre d'une valeur nominale égale à la valeur constante de la tension fournie par la source de tension de référence. Suivant un mode préférentiel de réalisation le dispositif selon l'invention est remarquable en ce que l'appareil est un moteur et le transducteur une dynamo tachymétrique liée mécaniquement audit moteur, le paramètre à asservir étant constitué par la vitesse de rotation dudit moteur. Suivant un autre mode de réalisation le dispositif selon l'invention dans lequel l'amplificateur d'adaptation est un étage amplificateur à transistor, est remarquable en ce que le collecteur dudit transistor est connecté à une résistance de valeur variable dont l'autre extrémité est à un potentiel fixe, la variation de la valeur de ladite résistance assurant la variation de gain de l'étage amplificateur0 L'invention sera mieux comprise à laide de la description des modes de réalisation suivants, donnés à titre d'exemples non limitatifs, conjointement avec les figures qui représentent Fig. 1, un schéma synoptique du dispositif selon ltinvention Fig. 2, un exemple de réalisation dudit dispositif. Sur la figure 1, la dynamo tachymétrique Ty reliée mécaniquement à l'arbre de sortie du moteur M, est connectée, par l'intermédiaire de la résistance R I, d'une part à la résistance R 2 dont l'autre extrémité est à la tension +V et d'autre part à la base du transistor T 1. L'émetteur dudit transistor T 1 est relié à la source de tension +V par l'intermédiaire de la résistance R 3 tandis que son collecteur est d'une part mis à la masse par lsinter- médiaire de la résistance variable R et d'autre part connecté à la base du transistor T 2. Le collecteur dudit transistor T 2 est à la tension +V tandis que son émetteur est relié à l'émetteur du transistor T 3.Le point commun aux émetteurs de T 2 et de T 3 est mis à la masse par l'intermédiaire de la résistance R 4. La base du transistor T 3 est connectée à une source de tension de référence fixe Vr tandis que le collecteur de T 3 est relié à la source de tension +V par l'intermédiaire des moyens de commande t0 du moteur M. La tension sur la base du transistor T 1 est égale à Vy, celle sur la base du transistor T 2 est égale à Vt tandis- que celle existant aux bornes de la résistance R 4 est égale à Ve. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant Le moteur N et la dynamo tachymétrique Ty liée mécaniquement à M tournent à la vitesse v. La tension Vy sur la base du transistor e I dépend de la valeur des résistances R 1 et R 2 ainsi que de la vitesse v de la dynamo Ty (puisque la tension délivrée par ladite dynamo est proportionnelle à v). L'asservissement de la vitesse de rotation v du moteur X est assuré de la façon suivante Supposons que la vitesse de rotation v du-moteur diminue pour une raison quelconque : la tension Vy diminue ce qui entre une diminution de la tension Vt et donc de la tension Ve. Or la tension Vr étant constante, le transistor T 3 devient plus conducteur, c'est-à-dire que son courant de collecteur augmente. Une augmentation du courant de collecteur de T 3 entraîne, à l'aide des moyens 10, une augmentation de la vitesse de rotation du moteur N-. Inversement, une augmentation de la vitesse v tend à diminuer le courant de collecteur du transistor T 3 ce qui tend à diminuer la vitesse de rotation v du moteur M.Lorsque les éléments de polarisation du transistor T 1 gardent une valeur fixe, la vitesse v du moteur N est donc parfaitement régulée Le réglage de la vitesse v du moteur M est assuré de la façon suivante. Soit vi- cette vitesse à un instant donné, R' la valeur correspondante de la résistance variable R. Le gain en tension G' de l'étage amplificateur comprenant le transistor T 1 est égal à soit approximativement G' = - R', p étant le gain en courant du transistor T 1 et R 3 R3 la valeur de la résistance R 3. Supposons que l'on diminue la valeur de la résistance R : soit R" la nouvelle valeur de R (RR'). Le gain en tension G" de l'étage amplificateur est égal à avec G" (G'. La tension Vy étant restée constante à l'instant auquel on a fait varier la valeur de la résistance R et puisque le gain de l'étage amplificateur comprenant le transistor T 1 a diminué, la tension Vt diminue ainsi que la tension Ve. Puisque la tension Vr est constante, le courant collecteur du transistor T 3 augmente ce qui entrain une augmentation de la vitesse de rotation du moteur M. La dynamo tachymétrique Ty étant liée mécaniquement à X, sa vitesse de rotation augmente ce qui tend à augmenter la tension Vy. La tension Vt augmente donc jusqu'à ce qu'elle redevienne égale à la tension Vr ce qui provoque (par asservissement) la stabilisation. de la vitesse v à sa nouvelle valeur. Inversement, une augmentation de la résistance R aurait provoqué une diminution de la vitesse de rotation v du moteur M.La variation de la résistance R permet une variation correspondante de la vitesse v. On remarque, en outre, que le fait de garder une tension de référence fixe Vr impose à la tension Vt de garder toujours une valeur sensiblement égale à Vr ce qui évite les saturations de l'amplificateur différentiel composé par les transistors T 3 et T 4 et les éléments de polarisation R 4 et R 10. Sur la fig. 2 les mêmes éléments que ceux de la fig. 1 portent les mêmes références. La dynamo tachymétrique Ty est placée dans la diagonale AB d'un pont de Graetz constitué par les quatre diodes D t, D 2, D 3, D 4. Le point commun aux diodes D 2 et D 3 est mis à la masse tandis que le point commun aux diodes D I et D 4 est connecté à la base du transistor T 1 par l'intermédiaire de la diode Zener Z 1 et de la résistance R t.La base dudit transistor T 1 est aussi mise à la tension +T par l'intermédiaire de la ré sistance R 2. Le collecteur de T 1 est d'une part mis à la masse à l'aide des résistances variables R 5 et R et d'autre part relié à la base du transistor T 2 par la résistance R 6 en parallèle avec le condensateur C 1. plificateur différentiel est constitué par les transistors-T 2 et T 3 dont les émetteurs sont interconnectés et mis à la masse par la résistance R 4. Le collecteur de g 2 est à la tension +V tandis que le collecteur de T 3 est relié à ladite source de tension +V à l'aide de la résistance R 9. La base de T 3 est mise à un potentiel fixe à l'aide de la diode Zener Z 2 découplée par le condensateur C 3 et polarisée par la résistance R 10 dont l'autre extrémité est à la tension iV. Le collecteur de T 3 est aussi relié à la base du transistor T 4 qui avec le transistor T 5 forme un montage du type "Darlington". L'émetteur de T 5 est connecté au photocoupleur T 6 qui permet de commander le courant traversant le moteur N non représenté sur la figure. Les collecteurs de T 4 et T .5 qui sont interconnectés sont d'une part mis à la masse par la résistance R Il et d'autre part reliés à l'aide du réseau de contre-réaction R 8, C 2 et R 7 à la base du transistor T 2. Le fonctionnement de ce dispositif est identique à celui du dispositif représenté sur la fig. 1. L'adjonction du pont de diodes D 1, D ?, D 3 et D 4 permet de faire fonctionner le moteur dans les deux sens de rotation possibles. La diode Zener Z 1 permet de fixer-une partie du potentiel sur la base de T 1 de façon indépendante du courant de base de T 1. La résistance R 5 permet d'ajuster un point de polarisation correct du collecteur de T 1 lorsque la valeur de R est nulle. Les moyens de commande 10 de la fig. 1 sont constitués par l'étage "driver" T 4 - T 5 et le photocoupleur T 6, tandis que le réseau de contre réaction R 11, R 8, C 2, R 7, R 6 et C 1 permet d'éviter les oscillations dans le dispositif (critère de Ryquist). Â titre d'exemple, les valeurs des éléments du dispositif représenté sur la fig. 2 sont les suivants t D 1, D 2, D 3, D 4 : pont BI 164 Z 1 : diode Zener 45 V (3 diodes Zener 15 V en série) Z 2 : diode Zener 20 V R 1, R 2, R 3 2 330 R 4, R 9 : 2, 2 k Q R 5, R - : résistancoeajustablesde 4,7 k R 6 : 4,7 k n R 7, R 10- t 1 k Q R 8 : 330 k R 11 : 680 JI C 1 : 4,7 F C 2 : 25 M T 1 : BC 327 T 2, U 3 : BC 337 T 4, T 5 : BC 327 T 6 :CQY 14 N : moteur à excitation séparée de puissance P = 1 CV Les résultats-obtenus à l'aide de ce dispositif sont excellénts la vitesse de rotation v du moteur N est réglable entre 100 t/mn et 3 000 t/mn avec une régulation de vitesse de l'ordre de pour un couple résistant variant de 0 à 40 kg x cm. L'exemple de réalisation qui vient d'être décrit faisait appel à des transistors de type de conduction PNP pour les transistors T 1, T 4 et T 5 et NPN pour les transistors T 2 et T 3 ainsi que pour le photocoupleur T 6. il est évident que l'on reste dans le cadre de l'invention en utilisant des transistors de conductibilité opposée et une source de tension négative ou en utilisant des dispositifs sous forme intégrée. D'autre part, l'application -de ce dispositif à l'asservissement de la vitesse d'un moteur test pas limitative. Ce dispositif d'asservissement est aussi applicable à l'asservissement d'un paramètre quelconque d'un appareil pourvu de moyens de commande par tension auquel est couplé un transducteur paramètre-tension. R E X E N D I C L T I C N S I. Dispositif d'asservissement à l'intérieur d'une large gamme de valeurs de l'un des paramètres d'un appareil pourvu de moyens de commande par tension électrique et associé à un transducteur paramètre-tension, ledit dispositif comportant notamment un amplificateur différentiel dont la sortie est couplée auxdits moyens de commande et dont une première entrée est connectée à une source de tension de référence tandis qutune seconde entrée dudit amplificateur différentiel est couplée à la sortie du transducteur, caractérisé en ce que la source de tension de référence comporte une seule sortie dont le niveau de tension est fixé à une valeur unique compatible avec les caractéristiques de l'amplificateur différentiel tandis qu'un amplificateur d'adaptation est connecté entre la sortie du transducteur et la seconde entréé de l'amplificateur différentiel, ledit amplificateur d'adaptation étant pourvu de moyens de réglage de gain à l'intérieur d'une large gamme de valeurs, en relation inverse avec la gamme des valeurs affectées au paramètre asservi, de sorte que la tension qu'il fournit à l'amplificateur différentiel varie, en fonction des fluctuations dudit paramètre, de part et d'autre d'une valeur nominale égale à la valeur constante de la tension fournie par la source de tension de référence. 2. Dispositif d'asservissement selon la revendication t, caractérisé en ce que l'appareil est un moteur et le transducteur une dynamo tachymétrique liée mécaniquement audit moteur, le paramètre à asservir étant constitué par la vitesse de rotation dudit moteur. 3. Dispositif selon'l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel l'amplificateur d'adaptation est un étage amplificateur à transistor, caractérisé en ce que le collecteur dudit transistor est connecté à une résistance de valeur variable dont l'autre extrémité est à un potentiel fixe, la variation de la valeur de ladite résistance assurant la variation dé gain de l'étage amplificateur.