Brevet FR2288421A1 — publié le 19760514

L'invention concerne un procédé et un dispositif permettant d'asservir la position d'un dispositif numérique à une grandeur analogique. Elle concerne plus particulièrement un procédé d'asservissement d'un dispositif numérique à une grandeur d'asservissement analogique, suivant lequel la grandeur asservie apparaissant à la sortie du dispositif numérique, représentative de la position de celui-ci, est comparée à la grandeur analogique pour obtenir un signal de commande, indiquant l'amplitude et le sens de la variation nécessaire pour annuler l'écart, pour le dispositif numérique. Dans les procédés connus de ce type on a habituellement recours soit à une conversion analogique-numérique de la grandeur analogique pour réaliser la comparaison en numérique, soit à une conversion numérique-analogique du signal de sortie du dispositif numérique pour réaliser la comparaison en analogique. les circuits de conversion analogiquenumérique ou numérique-analogique connus présentent des inconvénients dont le principal est leur coat élevé en raison des éléments de précision nécessaires à leur réalisation. Ces éléments de précision sont soit des résistances, soit'deys commutateurs, soit des horloges, et leur fabrication est difficile et cofteu- se. Par conséquent, la présente invention se propose de fournir un procédé du type décrit ci-dessous ne faisant pas intervenir de conversion analogique-numérique ou numérique analogique. Le procédé suivant l'invention permet de résoudre ce problème grace au fait qu'il consiste à convertir la grandeur de sortie du dispositif numérique en un premier signal modulé en durée, à convertir la grandeur d'entrée analogique en un second signal modulé en durée et à comparer cesdits premier et second signaux modulés en durée pour former le signal de commande du dispositif numérique. Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention l'information numérique de position du dispositif numérique est tout d'abord mise sous forme binaire, et le dispo positif pour la mise en oeuvre de l'invention se caractérise par le fait qu'il comporte un convertisseur binaire-durée rece vant le signal binaire représentatif de la position du dispositif numérique et délivrant une première impulsion modulée en durée dont la durée représente la valeur du signal binaire, et une seconde impulsion modulée en durée, qui est le complément logique de ladite première impulsion, un convertisseur analogique-durée, synchronisé avec le convertisseur binaire-durée au moyen d'une horloge de synchronisation, recevant la grandeur analogique d'entrée et délivrant une troisième impulsion modulée en durée dont la durée représente la valeur de la grandeur analogique d'entrée, et une quatrième impulsion modulée en durée qui est le complément logique de ladite troisième impulsion de sortie, une première porte logique ET recevant lesdites première et quatrième impulsions et une seconde porteET recevant lesdites seconde et troisième impulsions, et une porte OU exclusif recevant les signaux de sortie des première et seconde porte ET et délivrant un signal de sortie modulé en durée qui détermine l'amplitude de la variation nécessaire pour annuler l'écart et est appliqué à une première borne d'entrée du dispositif numérique, alors que le signal de sortie de l'une des portes ET détermine le sens de variation, et est appliqué à une seconde borne d'entrée du dispositif numérique. La conversion binaire-durée est réalisée à l'aide d'un dispositif de type connu, par exemple un compteur, dans lequel n'intervient aucun élément de précision. Le même, la conversion analogiquedurée se fait à l'aide d'un dispositif connu, par exemple un système intégrateur simple rampe comportant une boucle de contreréaction, dans lequel intervient uniquement une tension de référence qui doit étre précise mais qui n'est pas commutée, ce qui évite les problèmes de commutation, et dont la production ne fait intervenir que deux résistances de précision, alors que les procédés de conversion connus utilisant des résistances de précision en font généralement intervenir au moins une dizaine qui doivent en outre être commutées. Les autres éléments utilisés sont des circuits logiques classiques dont la fabrication ne pose aucun problème et dont le cotit est faible. Par conséquent, l'invention fournitun procédé et un dispositif simples, peu motteux et dont le fonctionnement est très fiable, pour asservir la position d'un dispositif numérique à une grandeur analogique. Un procédé et un dispositif de ce type peuvent par exemple être utilisés pour la commande d'un moteur pas à pas ou celle d'un compteur numérique. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation particulière donnée à titre d'exemple et représentée au dessin annexé dans lequel La figure 1, est un schéma de blocs d'une forme de réalisation particulière d'un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention. La figure 2 est un graphique de différentes formes d'ondes apparaissant dans le dispositif de la figure 1. La figure 3 est un schéma détaillé d'une partie du dispositif représenté dans la figure 1. Dans la figure 1, le dispositif suivant l'invention est désigné dans son ensemble par la référence 1. Ce dispositif comporte deux bornes d'entrée 2, 3 recevant res pectivement une grandeur analogique r et le signal de sortie B d'un dispositif numérique 4,et deux bornes de sortie 24, 25 délivrant les signaux nécessaires à l'asservissement du dispositif numérique 4 à la grandeur analogique.V. Ce dispositif numérique 4 peut être constitué par exemple par un moteur pas à pas, dans quel cas son signal de sortie ou signal asservi représente la position angulaire de ce moteur, ou par un compteur réversible, dans quel cas le signal asservi représente la valeur de comptage. Suivant l'invention, le \signal de sortie du dispositif numérique est traité sous forme binaire, c'est-à-dire que dans le cas d'un me- teur pas à pas par exemple la position angulaire est convertie en un signal binaire B, par l'intermédiaire par exemple d'un disque fournissant une information en code Gray puis d'un convertisseur de code Gray en code binaire, de façon bien connue en soi. Dans le cas d'un compteur réversible binaire le signal de sortie est appliqué directement au dispositif d'asservissement 1 suivant l'invention. Be dispositif numérique 4 comporte deux bonnes d'entrée 5, 6 recevant respectiveient un signal d'avance, représentant la valeur absolue de l'écart entre la grandeur analogique d'asservissement V et la grandeur de sortie asservie B du dispositif numérique et apparaissant sur la borne de sortie 24 du dispositif 1, et un signal de signe, représentant le sens de l'avance, c'est-à-dire indiquant si la rotation doit se faire dans le sens direct ou dans le sens inverse dans le cas d'un moteur pas à pas, ou si le comptage se fait dans le sens direct ou inverse dans le cas d'un compteur, et apparaissant sur la borne de sortie 25 du dispositif 1. Suivant l'invention, la comparaison entre la grandeur de sortie B du dispositif numerique 4 et la grandeur analogique d'entrée V est une comparaison de durée. Le signal binaire B représentant la position du dispositif numérique 4 est appliqué sur la borne d'entrée 3 du dispositif d'asservissement 1 suivant l'invention. Cette borne d'entrée 3 est raccordée à une première borne d'entrée 8 d'un convertisseur binaire-durée 7 connu en soi. Ce convertisseur binaire-durée 7 possède en outre, une borne d'entrée de synchronisation 11 et deux bornes de sortie 9, 10. Ces bornes de sortie 9, 10 délivrent respectivement une première impulsion Qn modulée en durée, dont la durée représente la position du dispositif numérique 4, et une seconde impulsion vn qui est le complément logique de la première impulsion. D'autre part, la grandeur analogique d'asservissement V est appliquée sur la borne d'entrée 2 du dispositif d'asservissement 1. Cette borne d'entrée 2 est reliée à une première borne d'entrée 13 d'un convertisseur analogique-durée 12 connu en soi. Ce convertisseur analogique-durée 12 comporte en outre une seconde entrée 16 de synchronisation et deux bornes de sortie 14, 15. Ces bornes de sortie 14, 15 délivrent respectivement une troisième impulsion Qv modulée en durée, dont la durée représente l'amplitude de la grandeur analogique d'asservissement, et une quatrième impulsion vv qui est le complément logique de la troisième impulsion. Le convertisseur binaire-durée 7 et le convertisseur analogique-durée 12 sont synchronisés par une horloge de synchronisation 17 délivrant des impulsions de synchronisation ou ordres de conversion C appliqués sur le-s bornes de synchronisation 11, 16 desdits convertisseurs. Ces impulsions de synchronisation ou ordres de conversion C sont représentés sur la ligne (a) de la figure 2. L'intervalle séparant deux impulsions succes sives est désigné par la référence t. Chaque impulsion déclenche simultanément la conversion binaire-durée et analogiquedurée. Les impulsions Qn et On délivrées par le convertisseur binaire-durée 7 et les impulsions Qv et Qv délivrées par le convertisseur analogique-durée 12, sont respectivement représentées sur les lignes (b), (c), (d), et (e) de la figure 2. Comme on l'a vu ci-dessus la comparaison de la grandeur analogique d'asservissement V et de la grandeur binaire B est une comparaison de durée. Par conséquent, cette comparaison est effectuée sur les impulsions modulées en durée, représentant ces grandeurs, qui sont respectivement délivrées par les convertisseurs 7 et 12. Dans ce but, on prévoit une première porte ET 18 à deux entrées recevant respectivement les premières impulsions Qn et les quatrièmes impulsions Qv, ainsi qu'une seconde porte ET 19 à deux entrées recevant respectivement les secondes impulsions Zn et les troisièmes impulsions Qv. Dans la figure 2, les différentes impul sions sont représentées suivant la logique positive, c'est-àdire que la présence d'une impulsion correspond au niveau logique nit", tandis que l'absence d'impulsion correspond au niveau logique "0". Bien entendu, on peut également utiliser la logique négative grâce à une modification appropriée des circuits logiques correspondants. Les sorties 21, 22 des portes ET 18, 19 sont reliées aux deux entrées d'une porte OU exclusif 20. La sortie 23 de cette porte OU est reliée à la borne de sortie 24 du dispositif d'asservissement 1, éventuellement par l'intermédiaire d'un circuit 26 qui sera décrit en détail ci-après, ladite borne 24 étant elle-meme reliée à la première borne d'entrée 5 du dispositif numérique 4. Comme on le verra ci-après,la durée du signal de sortie de la porte OU 20 correspond à l'amplitude de l'écart existant entre la grandeur asservie et la grandeur d'asservissement, et par conséquent à la correction devant être apportée à la position du dispositif numérique 4. Dans la forme de réalisation représentée le sens de la variation est donné par le signal de sortie de la seconde porte ET t9 qui est appliqué sr la borne d'entrée 6 du dispositif 4, mais il,peut également être donné par le signal de sortie de la pre mière porte 3T 18, comme on le verra ci-après. Le principe de l'invention sera mieux compris en se référant à la figure 2. Comme on l'a vu ci-dessus, l'horloge de synchronisation 17 délivre des impulsions de synchronisation ou ordres de conversion périodiques, représentés sur la ligne (a) de la figure 2, la période de ces impulsions étant désignée par t . Le convertisseur binaire-durée 7 délivre une série d'impulsions Qn dont les dures respectives ; '1 représentent la grandeur binaire qui correspond à la position du dispositif numérique 4, et une série d'impulsions Qn qui sont le complément logique des impulsions Qn, c'est-à-dire possèdent la valeur logique "0" lorsque les premières possèdent la valeur logique "1", c'est-à-dire durantles intervalles de temps 1,{s1 et inversement.De même, le convertisseur analogique-durée 12 délivre une série d'impulsions Qv dont les durées respectives g 2, t'2 représentent la grandeur analogique d'asservissement, et une série d'impulsions Qv qui sont le complément logique des impulsions Qv. Au cours du fonctionnement du dispositif suivant l'invention on peut distinguer trois cas. a) La grandeur d'asservissement et la grandeur asservie sont égales. Dans ce cas, la durée des impulsions Qn et la durée t2 des impulsions Qv sont égales. Pendant l'intervalle Z1 =t2 la porte ET 18 reçoit l'impulsion Qn possédant la valeur logique 1 et l'impulsion Qv possédant la valeur logique "0" et, par conséquent, n'est pas autorisée. De mime, pendant l'intervalle (Z - Z1) elle reçoit l'impulsion Qn = O et l'impulsion Qv = 1 et n'est donc pas non plus autorisée. Pendant l'intervalle de temps tu =22, la porte ET 19 reçoit l'impulsion Qn = O et l'impulsion Qv = l et n'est pas non plus autorisée De même, pendant l'intervalle de temps ( -; 1) corresnondant également à ( # - ; 2), elle reçoit l'impulsion Qn = 1 et l'impulsion Qv = O et reste aussi bloquée. Par conséquent, la porte OU 20, qui ne re çoit aucun signal, ne délivre aucun signal sur la borne de sortie 24 du dispositif 1 et de ce fait la borne d'entrée 5 du dispositif numérique 4 ne reçoit aucun signal et la position de ce dispositif numérique n'est pas modifiée. b) le signal asservi est supérieur au signal d'asservissement, c'est-à-dire que la durée de l'impulsion Qn est supérieure à celle de l'impulsion Qv, ce qui correspond à la seconde impelsion-des trains d'impulsions représentés dans la figure 2, à savoir ; '1 > '2, soit encore '1 = Z'2 + #'. Pendant l'intervalle de temps st, la porte ET 18 reçoit l'impulsion Qn = 1 et l'impulsion Qv = O pendant l'intervalle ;'2 puis l'impulsion Qv = 1 pendant l'intervalle'. Pendant l'in- tervalle il ' la porte ET 18 reçoit donc simultanément deux si- gnaux logiques de valeur 1, à savoir Qn = 1 et Qv = 1, et devient passante.Par contre, la porte iT 19, qui reçoit Qn = O pendant l'intervalle'i et Qv = 1 puis-Qv = O pendant les intervalles et et et#', reste bloquée. la porte OU 20 qui reçoit un signal logique "1", en provenance de la porte ET 18, pendant l'inter valle #', transmet celui-ci à la borne de sortie 24 du dispositif 1 et de là à la borne 5 du dispositif numérique 4. Ce signal représente l'amplitude de l'écart entre le signal asservi et le signal d'asservissement. Dans le cas considéré le signal asservi--doit être réduit, ce qui correspond à une rotation dans le sens inverse pour un moteur pas à pas et à un décomptage pour un compteur.Cette indication peut être transmise à la borne 6 du dispositif numérique 4 de la façon représentée dans la figure 2, en faisant en sorte que l'absence de signal à la sortie de la porte 19 commande une réduction de la valeur du signal asservi, à savoir un sens de rotation inverse ou un décomptage dans les exemples considérés, alors que la présence d'un signal à-la sortie de la porte 19 commande une augmentation de la valeur du signal asservi, à savoir un sens de rotation direct ou un comptage croissant dans les exemples considérés. eci n'est pas limitatif et le sens de la commande peut également être déterminé par le signal de sortie de la porte ET 18.Dans ce cas, la présence d'un signal à la sortie de cette porte ET 18 commande la réduction du signal asservi, tandis que l'absence de signal comme mande l'augmentation du signal asservi. c) Le signal asservi est inférieur au signal d'asservissement, c'est-à-dire que la durée de l'impulsion Qn est inférieure à celle de l'impulsion Qv, ce qui correspond à la première impulsion des trains d'impulsions représentés dans la figure 2, à savoir # 1 > #2, soit encore tt = #2. =2. Pendant l'intervalle de temps ; 2 la porte ET 18 reçoit Qv = O et reçoit Qn n 1 pendant l'intervalle #1 puis Qn = O pendant l'intervalle #. Par conséquent, elle ne reçoit pas simultanément deux impulsions de valeur logique "1" et reste bloquée.Par contre la porte ET 19 reçoit Qv = 1 pendant I'intervalle22 et reçoit Qn = 0 pendant l'intervalle Z 1 puis Qn - 1 pendant l'intervalle Par . Par conséquent, elle reçoit simultanément deux impulsions de valeur logique "1" pendant l'intervalle ii , à savoir Qn = 1 et Qv = 1. Cette porte ET 19 devient donc passante et son signal de sortie est transmis à la borne de sortie 24 du dispositif 1, par l'intermédiaire de la porte OU 20, puis à la borne 5 du dispositif numérique 4. La durée du signal de sortie de la porte OU représente l'écart entre le signal asservi et le signal d'asservissement, donc dans ce cas la valeur dont doit être augementé le signal asservi.D'autre part, comme on l'a vu précédemment, le signal de sortie est aussi transmis à la sortie 25 du dispositif d'asservissement 1 et appliqué à la borne de commande 6 du dispositif numérique 4 pour commander le sens de variation, à savoir une rotation dans le sens direct du moteur ou un comptage croissant dans le cas d'un compteur. Dans la forme de réalisation décrite, on réalise une commande proportionnelle, c'està-dire que le nombre de pas dont doit varier la position du moteur pas à pas ou le nombre d'impulsions de comptage ou de décomptage du compteur est proportionnel à la durée de l'impulsion délivrée par la porte OU 20 sur sa sortie 23. Dans ce cas, il faut intercaler un circuit, représenté en pointillés dans la figure 1 et désigné par la référence 26, entre la sortie 23 de la porte OU et la borne de sortie 24 du dispositif 1, pour transformer l'impulsion de sortie de la porte OU 20, qui est un signal modulé en durée, en un nombre d'impulsions qui est proportionnel à la durée du signal de sortie de la porte OU 20 et qui correspond à un nombre de pas pour un moteur pas à pas et à un nombre d'impulsions de comptage ou de décomptage pour un compteur réversible.Ce circuit peut par exemple être constitué, comme représenté dans la figure 3, par une troisième porte ET 27 à deux entrées recevant le signal de sortie de la porte OU 20 et des impulsions provenant d'une seconde horloge 28 dont la fréquence correspond à la fréquence de commande des pas du moteur ou à la fréquence des impulsions de comptage pour un compteur. Dans le cas d'un compteur la fréquence de cette seconde horloge 28 est par exemple telle que le nombre d'impulsions de comptage ou de décomptage délivré sur la sortie 24 pendant l'intervalle permet au compteur d'annuler, à la fin de la période de conversion r ltécart qui existait au début de la période de conversion, entre la grandeur analogique et la grandeur numérique. Cependant, dans le cas d'un moteur pas à pas par exemple, la fréquence des impulsions de synchronisation ou ordres de conversion C délivrés par l'horloge 17 peut étre choisie de façon que l'écart représenté par les impulsions de durée ss ou , correspondent sensiblement à une variation d'un pas. A titre d'exemple, dans ce cas l'intervalle Z séparant deux impulsions de synchronisation successives est de l'ordre de 5 ms. Le circuit 26 est alors supprimé. Cependant, dans ce cas on peut éventuellement intercaler à la piace du circuit 26, entre la sortie 2 de la porte OU 20 et la sortie 24 du dispositif 1, un filtre qui bloque les impulsions dont la durée est inférieure à un seuil prédéterminé a t au-dessous duquel l'écart correspondant existant entre le signal d'asservissement et le signal asservi est trop faible pour être pris en compte. Bien que l'invention ait été décrite à l'aide d'e simples particuliers, on peut y apporter différentes modifications sans sortir du cadre de cette invention. RSVENDICATIO-çb1S 1) Procédé d'asservissement d'un dispositif numérique à une grandeur d'asservissement analogique, suivant lequel la grandeur asservie apparaissant à la sortie du dispositif numérique, représentative de la position de celui-ci, est comparée à la grandeur analogique pour obtenir un signal de commande, indiquant l'amplitude et le sens de la variation nécessaire pour annuler l'écart, pour le dispositif numérique, caractérisé par le fait qu'il consiste à convertir la grandeur de sortie du dispositif numérique en un premier signal modulé en durée, à convertir la grandeur d'entrée analogique en un second signal modulé en durée et à comparer cesdits premier et second signaux modulés en durée pour former le signal de commande du dispositif numérique. 2) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, comportant éventuellement un transducteur-codeur monté à la sortie du dispositif numérique pour délivrer un signal représentatif de la position dudit dispositif numérique sous forme binaire, caractérisé par le fait qu'il comporte un convertisseur binaire-durée (7) recevant le signal binaire (B) représentatif de la position du dispositif numérique (4) et délivrant une première impulsion modulée en durée (Qn), dont la durée représente la valeur du signal binaire, et une seconde impulsion modulée en durée (Qn), qui est le complément logique de ladite première impulsion, un convertisseur analogique-durée (12), synchronisé avec le convertisseur binaire-durée au moyen d'une horloge de synchronisation (17), recevant la grandeur analogique d'entrée (V) et délivrant une troisième impulsion modulée en durée (Qv), dont la durée représente la valeur de la grandeur analogique d'entrée, et une quatrième impulsion modulée en durée (Qv), qui est le complément logique de ladite troisième impulsion de sortie, une première porte logique ET (18) recevant lesdites première et quatrième impulsions , et une seconde porte ST (19) recevant lesdites seconde et troisième impulsions, et une porte OU exclusif (2G) recevant les signaux de sortie des première et seconde portes ET (18, 19) et délivrant un signal de sortie modulé en durée ( ')qui détermine l'amplitude de la variation nécessaire pour annuler l'écart et est appliqué à une premiere borne d'entrée (5) du dispositif numérique (4), alors que le signal de sortie de l'une des portes ET (18, t9) détermine le sens de variation, et est appliqué à une seconde borne d'entrée (6) du dispositif numérique. 3) Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre, un circuit (26) intercalé entre la porte OU (20) et la première borne d'entrée du dispositif numérique (4), servant à transformer l'impul- sion de sortie de la porte OU (20), qui est un signal modulé en durée, en un nombre d'impulsions de commande proportionnel-à la durée de ladite impulsion. 4) Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit circuit (26) est constitué par une troisième porte ET (27) recevant le signal de sortie de la porte OU (20) et validant une horloge (28) dont la fréquence correspond à celle des impulsions de commande du dispositif numérique et est supérieure à celle de la première horloge de synchronisation (17).