Brevet FR2254155A1 — publié le 19750704

L'invention a pour objet un convertisseur analogique/ digital de valeurs angulaires. On connait déjà des convertisseurs de valeurs analogiques d'angle en valeurs digitales d'angle, mais ils sont d'un prix relativement élevé. LI t invention vise un convertisseur -analogique/digital de valeurs d'angle définies par des valeurs de leurs lignes trigonométriques qui soit réalisable en grande partie à partir de composants digitaux de faible prix. On connaît des convertisseurs analogique/digital qui font appel à la comparaison entre une tension électrique représentative de la-valeur analogique à convertir et une tension croissant d'une manière linéaire avec le temps, le résultat de la comparaison étant utilisé poule comptage d'impulsions d'horloge dont le nombre, exprimé digitalement, peut être considéré comme le résultat de la conversion de la valeur analogique en valeur digitale. L'invention est basée sur cette remarque qu'une sinusoide est représentative non seulement de la valeur sinus ou de la valeur cosinus d'un angle lorsqu'on connait celui-ci, mais également et réciproquement de la valeur de l'angle. lorsqu'on connatt la valeur sinus ou la valeur cosinus. Sous un aspect général, l'invention consiste donc à comparer la valeur d'un sinus d'angle ou la valeur d'un cosinus d'angle avec une tension électrique variant sinusoldalement et à utiliser le résultat de la comparaison pour compter des impulsions d'horloge d'une manière analogue à celle utilisée dans les convertisseurs linéaires, le nombre d'impulsions comptées étant représentatif de là valeur d'angle et ainsi accessible directement sous forme digitale. L'exactitude d'un tel convertisseur est toutefois dépendante de l'amplitude de la sinusoïde représentative de la tension électrique de comparaison-qui doit rester constante pour qu'à partir des valeurs des lignes trigonométriques, on puisse, par comparaison, en déduire la valeur de l'angle. A cet égard, l'invention est caractérisée par ce fait qu'elle fait application, -à la sortie d'un résolver ou autre synchro-machine analogue, qui fournit la valeur sinus et la valeur cosinus d'un angle,- d'une part de la valeur d'une des lignes trigonométriques pour la comparaison avec la tension électrique à variation sinusoidale et d'autre part, de la valeur de 1autre ligne trigonométrique pour maintenir l'amplitude de la sinusoide représentative de la tension électrique à la valeur constante souhaitée. Elle vise une forme de réalisation suivant laquelle la valeur constante de la tension électrique est obtenue par une boucle d'asservissement dont le facteur d'entrée est le résultat de la comparaison des deux valeurs angulaires tirées d'une part de la valeur du sinus de 1 'angle et d'autre part de la valeur du cosinus de l'angle, pour que la différence des deux valeurs reste nulle. L'invention vise également une forme de réalisation dans laquelle la tension électrique de référence représentative par une sinusoïde est obtenue par voie digitale. La première forme de réalisation est utilisable avantageusement dans les appareillages comportant un calculateur. La seconde forme de réalisation permet la constitution d'un appareil autonome fournissant à sa sortie des valeurs digitales représentatives d'un angle dont on connais les valeurs analogiques du sinus et du cosinus. La description qui suit, faite à titre d'exemple, se réfère au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est un schéma d'une première forme de réa lisation ; - la figure 2 montre divers diagrammes - les figures 3-1 à 3-8 sont des diagrammes analogues à un des diagrammes de la figure 2 et respectivement pour les huit octants - la figure 4 est un-- schéma d'un dispositif selon l'invention, pour une autre réalisation. 11 (figure 1) est un "resolver", ou autre machine synchro, qui fournit à sa sortie 12 des valeurs analogiques du sinus d'un angle e par une tension électrique représentée par U sin t t. sin e dans une installation où la tension porteuse dans le resolver a une pulsation de a > . A la seconde sortie 13 du resolver 11 est présente une tension électrique de valeur U sin a > t. cos Lesdites tensions électriques- sont appliquées aux entrées I4 et I5 de dispositifs échantillonneurs-bloqueurs, respective ment 16 et 17, qui échantillonnent la crête de la sinusoïde et la mémorisent jusqu'à la période suivante et ainsi fournissent à leurs sorties 18 et 19 les valeurs des tensions électriques U.sin e et U.cos 9 respectivement. La tension électrique U.sin e est appliquée à l'entrée 21 d'un premier comparateur analogique de tension 22 à deux états stables dont l'autre entrée 23 est reliée à la sortie 24 d'un oscillateur 25 fournissant une tension sinusoidale dont l'amplitude peut être ajustée en fonction d'une tension appliquée à une entrée 26 dudit oscillateur. La sortie 24 de l'oscillateur 25 est en outre reliée à une première entrée 27 d'un second comparateur de tension 28 qui reçoit sur sa seconde entrée 29 la tension U cos 9 présente à la sorti-e 19 de l'échantillonneur-bloqueur 17. Si A (diagramme 2-1 de la figure 2) est la sinusoïde représentative de la tension fournie par l'oscillateur 25 en fonction du temps t, le comparateur 22 fournit à sa sortie 31 par exemple un signal "0" aussi longtemps que la tension de sortie de I'oscillateur 25 est inférieure à la valeur U.sin 4 , repré- sentée par l'horizontale Hg, ensuite un signal de valeur "1" lorsque la tension à la sortie 24 est supérieure à ladite valeur U.sin e puis à nouveau la valeur zéro pour les valeurs inférieures, comme montré par le diagramme 2-2 de la figure 2. Le signal correspondant relatif à la valeur cosinus est montré sur le diagramme 2-3, le créneau compris entre les fronts d et e étant à l'aplomb des intersections de l'horizontale H1 représentative de la valseur U.cos e avec la sinusoïde A. La sortie 31 du comparateur 22 est reliée à une première entrée 32 d'un circuit logique 33 et la sortie 35 du comparateur 28 est reliée à la seconde entrée 34 du circuit logique 33. Un autre comparateur 36 a une première entrée 37 reliée à la sortie 24 de l'oscillateur 25 et une seconde entrée 38 mise à la masse. Le signal à la sortie 39 du comparateur 36 est représenté sur la figure 2 par le diagramme 2-4. Le circuit logique 33 élabore des valeurs t1 et t'lr prd- sentes sur ses sorties, respectivement 41 et-42, comme montré respectivement sur les diagrammes 2-5 et 2-6 et qui lorsque l'am -plitude de la sinuscrede A est égale à U, sont représentatives de l'angle e En fait, on a t = t T étant la demi-période de la sinusoïde A. T = t La sortie 41 du circuit logique 33 est reliée à 1'entrée 43 d'une porte électronique 44 dont l'autre entrée 45 est reliée à une horloge électronique 46 fournissant des impulsions-électriques régulièrement espacées dans le temps. Les sorties-41 et 42 sont reliées respectivement aux entrées 47 et 48 d'un dispositif amplificateur-intégrateur 49 dont la sortie 51 est reliée à l'entrée 26 de l'oscillateur 25. La sortie 39 du comparateur 36 est reliée à une première entrée 52 d'une porte-électronBque 53 dont la seconde entrée 54 est reliée à l'horloge 46. La sortie 55 de la porte 44 constitue entrée d'un premier registre compteur 56 et la sortie 57 de la porte 53 est reliée à l'entrée d'un second registre compteur 58. Par la boucle d'asservissement 59, comprenant l'amplificateur-intégrateur 49 relié aux sorties du circuit logique 33 et 1"oscillateur 25 dont la sortie est reliée1 par l'intermédiaire des comparateurs 22 et 28, aux entrées 32 et 34 dudit circuit logique, on asservit l'oscillateur 25 pour que les valeurs de t et t' restent constamment égales, autrement dit pour que l'amplitude des oscillations sinusoîdales fournies par ledit oscillateur reste constante et égale à la valeur U souhaitée, malgré les variations de la tension de référence, notamment en fonction de la température. Dans ces conditions, les valeurs digitales présentes aux sorties 61 et 62 des -registres 56 et 58 appliquées aux entrées 63 et 64 d'un diviseur fournissent, à la sortie 65 dudit diviseur, la valeur digitale de4 , Les comparaisons des valeurs tirées des deux sorties 41 et 42 peuvent etre faites en travaillant sur 1/4de période, ou bien sur une période complète, ou même sur une succession de périodes. On a montré sur les figures 3-1 à 3-8 des diagrammes correspondant respectivement à des angles 9 compris dans le premier octant, le deuxième octant, etc., le huitième octant. Dans chacune de ces figures, on a montré par le diagramme 1 le signal représentatif de S (sin.) et par le diagramme 2 le signal représentatif de C (cos.). Le diagramme en trait mixte est représentatif du signal R (demi-période T de-la sinusolde). Par le circuit logique 33, la fenetre de comptage présente à la sortie 61 du registre 56 est, dans le premier actant, symbolisée par l'opération digitale R.S. L'équation de l'asservissement est alors R.S = C, comme mentionné sur la Fig. 3-1. Par le circuit logique 33, les conditions dans le deuxième octant sont les suivantes : la fenêtre de comptage est ca ractérisée par C et l'équation de l'asservissement est : R.S = C. Dans le troisième octant, la fenetre de comptage est ca ractérisée par C.R. et l'équation d' asservissement est : S= C.R. Sur chacune des figures 3-1 à 3-8 on a mentionné la fenotre de comptage et l'équation d'asservissement correspondant à l'octant considéré. Le circuit logique 33 permet ainsi la précision maximale, évitant d'utiliser pour la mesure les variations relativementfaibles des valeurs trigonométriques du sinus et du cosinus en fonction de l'angle pour des valeurs de l'angle voisines de t , IL , 3,t , etc. 2 2 L'appareil décrit ci-dessus est utilisé avantageusement lorsque l'installation à laquelle il est adjoint comprend un calculateur, le diviseur 64 faisant alors partie du calculateur. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 4, prévue pour une installation ne comprenant pas de calculateur, il n'est pas possible de faire simplement la division tl/T de sorte qu'un registre tel que 58 de la forme de réalisation précédente devient inutile. Par contre, l'invention prévoit des moyens pour engendrer digitalement une sinusotde de période constante et égale à un multiple binaire de la période de comp tage de la forme de réalisation précédente de sorte que la valeur inscrite dans un registre IOI, qui est l'équivalent du registre 56 de la forme de réalisation précédente, est la valeur digitale de 4 , Le registre IOI dans lequel est inscrite la valeur de 9 est à-n bits; n étant choisi suivant la résolution souhaitée. L 'entrée du registre 101 est contrlde par une porte 102, analogue à la porte 44 de la forme de réalisation précédente, dont l'entrée I03 est reliée à l'horloge 46 et l'entrée I04 à la sortie 105 d'un dispositif de logique I06.L'élément de poids fort 4 du registre 101 est relié par un dispositif I07 à une 4 entrée I08 de la logique 106. Celle-ci reçoit par son entrée 32 le signal fourni par le comparateur analogique 22 dont l'en trée 21 est reliée à la sortie I8 de l'échantillonneur-bloqueur I6 à l'entrée I4 duquel est appliquée-la tension U.sin Ut.sin e issue du resolver ou analogue. Egalement, une seconde entrée 34 de la logique I06 est reliée à la sortie d'un second comparateur 28 dont une entrée 29 est reliée à la sortie 19 d'un second échantillonneur-blo- queur I7, à l'entrée I5 duquel est appliquée la tension U.sin ut. cos e issue du resolver ou analogue. Les autres entrées 23 et 27 des comparateurs 22 et 28, au lieu d'être reliées à un oscillateur, comme dans la réalisation précédente, sont reliées à la sortie I09 d'un dispositif digital générateur de tension sinusoïdale qu'on va maintenant décrire. Ce dispositif IIO comprend l'horloge 46 qui est reliée à un registre 111, compteur-décompteur, à nombre de bits égal à (n+2). L'élément de poids fort du registre 111 est représentatif de n, l'élément immédiatement inférieur est représenta tif de 2 etc. Des éléments adjacents dudit registre, empli à 2 partir des impulsions appliquées à son entrée 112 à partir de l'horloge 46, sont reliés par des liaisons 113 à une mémoire morte 114 à 64 mots de 6 bits dans le cas où les éléments du registre 111 reliés à la mémoire 114 sont au nombre de 6.La mèmoire- 114 est programmé en sinus et les valeurs digitales sinus sont appliquées par des liaisons II5 à un convertisseur digital analogique linéaire II6 qui, à 6 bits seulement, peut être en circuits intégrés. A la sortie II7 dudit convertisseur est présente une tension analogique représentable par une si nusode de période constante et dont la continuité est assurée par un dispositif à constante de temps comprenant la résistance 118 et la capacité 119 Le convertisseur II6 fait partie d'une boucle d'asservissement I20 : la sortie I09 du dispositif IIO est en effet appli quée par les entrées 23 et 27 sur les comparateurs 22 et 28 ; la valeur de t présente à la sortie 105 de la logique 106 est appliquée à une entrée 47 du dispositif amplificateur-intégrateur 49 et la valeur ti présente à la sortie 121 de la logique I06 est appliquée à l'entrée 48 dudit amplificateur-intégrateur. La sortie 51 de l'amplificateur-intégrateur est reliée à l'entrée I22 par l'intermédiaire d'un commutateur I23 à deux positions et commandé par l'élément de poids fort X du registre 111 de manière à introduire une inversion de polarité pour la description- complète d'une sinusoïde comme schématisé par le dispositif (-1)I24. I1 est tenu compte des octants dans le dispositif logique I06 par un premier comparateur de zéros 125, dont une entrée 126 est reliée à la sortie I8 de l'échantillonneur-bloqueur I6 et dont l'autre entrée I27 est à la masse, fournissant ainsi à sa sortie I28 un signal caractéristique de la polarité sinus. De meme, un second comparateur de zérosI29 a son entrée -130 reliée à la sortie I9 du comparateur I7 et une seconde entrée I3I mise à la masse, de sorte que sa sortie I32 applique au dispositif de logique I06 un signal caractéristique de la polarité cosinus. Les signaux appliqués aux entrées I08, I28 et I32 de la logique I06 sont exploités pour assurer la sélection des temps t et t'l , en fonction de l'octant, sur les sorties I05 et 121 de ladite logique. Par ailleurs, les valeurs x et 2 de l'angle codé, élaborées à partir des entrées I28 et I32 sont disponibles sur les sorties I33 et I34. REVENDICATIONS 1. Procédé pour convertir des valeurs analogiques d'an gle en valeurs digitales suivant lequel une tension électrique représentative de la valeur analogique à transformer est-comparée à une tension variable avec le temps-pour permettre le comptage d'impulsions d'horloge jusqu'à l'égalité de la tension représentative avec la tension variable, caractérisé en ce que, partant de tensions électriques représentatives des valeurs du sinus et du cosinus d'un~angle, on compare ces tensions à une tension sinusoïdale et en ce que l'amplitude de ladite tension sinusoïdale est maintenue à la valeur pour laquelle la sinusoïde est représentative des valeurs sinus et cosinus dudit angle. 2. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, pour la transformation de valeurs analogiques d'angle en valeurs digitales, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour engendrer une tension électrique sinusoïdale, des moyens pour comparer des tensions électriques représentati- ves des valeurs analogiques respectivement du sinus et du cosinus d'un angle avec ladite tension sinusoïdale, des moyens de comptage d'impulsions d'horloge en fonction du résultat de la comparaison et des moyens pour maintenir l'amplitude de la sinusoude à une valeur pour laquelle celleci est représentative des valeurs du sinus eut du cosinus dudit angle. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le générateur de tension sinusoïdale est asservi à la différence des valeurs d'angle déduites de la comparaison des tensions électriques représentatives du sinus et du cosinus respectivement de manière que cette différence tende à rester nulle. 4. Appareil selon l'une des revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la valeur d'angle est déduite de l'emplacement sur la sinusoïde de la valeur de la tension électrique représentative du sinus ou du cosinus suivant que l'angle est dans le premier octant, le troisième octant, ete.. ou dans le second octant, le quatrième octant, etc... respectivement. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un génfrateur de tension si nusoïdale faisant partie d'une boucle d'asservissement dont le facteur de commande est la différence entre les valeurs d'angle obtenues à partir des tensions sinus et des tensions cosinus. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour engendrer digitalement une tension sinusoïdale commandée à partir de l'horloge fournissant les impulsions de comptage.