Brevet FR2346905A1 — publié le 19771028

La présente invention se rapporte d'une maniere générale aux conver tisseurs analogiques-numériques et concerne plus particulièrement un convertisseur analogique-numérique qui est spécialement bien adapté pour être utilisé avec des signaux analogiques produits par des dispositifs répondant h l'orientation spatiale d'un organe, tels que les résolveurs ou des dispositifs analogues. Des transducteurs électro-mécaniques, tels que les synchromécanismes ou les résolveurs, trouvent leur application dans un grand nombre de systèmes de navigation, de guidage et de comnande pour obtenir des informations de position, par exemple des informations sur la position d'un arbre ou sur la valeur d'un angle, sous la forme de signaux de sortie analogiques. Ces transducteurs électro-mécaniques présentent un certain nombre d'avantages sur les transducteurs numériques, tels que des codeurs du type magnétique, optique ou mécanique, qui fournissent directement des signaux de sortie sous forme numérique. Parmi les avantages des premiers dispositifs on peut citer leur robustesse mécanique, leur faible coût, leur simplicité et leur excellente imnunité au bruit.Cependant, les informations obtenues sous forme analogique doivent être converties sous une forme numérique pour pouvoir être transmises facilement, par exemple vers des organes de commande, ou pour être appliquées a un système de traitement numérique. Lorsqu une précision élevée est requise, de ltordre de quelques minutes, deux méthodes de codage sont plus généralement utilisées dans la technique antérieure. Selon la première méthode les tensions de sortie d'un résolveur, qui sont proportionnelles au produit de la tension d'alimentation du résolveur par le sinus et le cosinus respectivement de l'angle a mesurer, sont comparées d'une part entre elles er d'autre part par rapport a la tension zéro pour determiner l'octant dans lequel se trouve l'angle a mesurer e Un circuit de sélection d'octant génère d'une part deux tensions proportionnelles respectivement au sinus et au cosinus de 11 angle à mesurer avec les signes appropries, d'autre part les trois bits les plus significatifs de l'angle numérique + . Le reste du circuit fournit alors les bits suivants de l'angle + par une méthode qui peut être la suivante. Un circuit additionneur reçoit les deux tensions de sortie du circuit de sélection d'octant, la plus grande de ces deux tensions ayant été préalablement multipliée par la tangente de l'angle affiché + et les deux tensions étant affectées du signe convenable de telle sorte que la sortie dudit circuit additionneur représente la grandeur sin (B-d) Cette grandeur est une mesure de l'écart existant cos (p entre l'angle à mesurer O et l'angle affiché + .Le signe de cette grandeur, déterminé par un circuit comparateur, commande un registre qui fonctionne par approximations successives. Le contenu de ce registre représente la yaleur de l'angle affiché . , La tangente de l'angle + est obtenue a partir du contenu de ce registre par un circuit de conversion angle(tangente. Un exemple d'un circuit similaire peut être trouvé dans la partie 2 de l'article de Hermann Schmid parue dans la revue américaine "Electronic Design" du Ser avril 197Q, pages 50 a 58. Un avantage important de cette methode réside dans le temps de codage très court par rapport à la période du signal d'alimentation du résolveur.Cela permet en particulier le fonctionnement en multiplex, ctest-à-dire que l'on peut associer a un tel circuit N résolveurs par l'intermédiaire d'un multiplexeur analogique a 2N entrées et deux sorties. Par contre un inconvénient de cette méthode provient du fait que des composantes non utiles du signal sont prises en campte notamnent les composantes harmoniques et le bruit. L'inconvénient précité est supprimé dans les circuits convertisseurs de la deuxième méthode communément appelés "convertisseurs de poursuite". Dans de tels circuits, dont le principe peut être illustré par les convertisseurs de la série SDC du fabricant américain "Analog Devices Inc.", le signal d'erreur proportionnel à sin (on+) est, après démodulation, appliqué a un intégrateur dont la tension de sortie commande un oscillateur commandé en tension. Une seconde intégration est ensuite réalisée par un circuit compteur-décompteur qui reçoit les impulsions dudit oscillateur commandé en tension. Le contenu du circuit compteur-décompteur représente la valeur de l'angle affiché + à partir de laquelle on détermine, comme dans la première méthode, la tangente de l'angle + .Les circuits selon la deuxième méthode sont plus performants que ceux selon la première méthode. Ils présentent en particulier les avantages suivants : les composantes harmoniques de rang pair sont annulées, celles de rang impair sont atténuées proportionnellement à leur rang et les signaux de bruit superposés aux signaux de sortie du résolveur sont filtrés par la bande de boucle. Par contre l'inconvénient généralement reconnu de ces convertisseurs est qu'il faut disposer d'un convertisseur par résolveur car ils ne se prêtent pas à un fonctionnement en multiplex. Aussi un objet de la présente invention est un convertisseur analogique-numérique qui associe les avantages des deux méthodes précitées. Selon une caractéristique de I'invention le convertisseur analogique-zumérique comprend - un circuit d'élaboration du signal d'erreur fournissant, à partir des signaux de sortie du résolveur et de la valeur de l'angle affiché, un signal erreur proportionnel a l'écart entre l'angle à mesurer et l'angle affiché ; - un intégrateur intégrant ledit signal d'erreur ; - un oscillateur commandé par la tension de sortie dudit intégrateur - un compteur-décompteur comptant ou decomptant, selon le signe dudit signal erreur, les impulsions fournies par ledit oscillateur, le contenu dudit compteur-décompteur représentant la valeur de l'angle affiché ; et - des moyens pour appliquer, à l'entrée dudit intégrateur, ledit signal d'erreur pendant une demi-période du signal d'alimentation du résolveur et une tension zéro pendant les N-1 demi-périodes suivantes. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront au cours de la description suivante d'un exemple dTapplica tion préféré, ladite description étant faite à titre d'exemple non limitatif et en relation avec les dessins joints dans lesquels - la figure I est un schéma de principe d'un convertisseur connu dans l'art antérieur - la figure 2 est un schéma d'un convertisseur en accord avec les principes de l'invention ; - la figure 3 montre connnent peut être utilisé le circuit de l'invention dans un fonctionnement en multiplex - les figures 4.a à 4.c représentent des signaux existant dans les circuits montrés aux figures , 2 et 3. Le schéma de la figure 1 montre un convertisseur analogiquenumérique dit "de poursuite", les signaux issus d'un résolveur sont appliqués à un circuit de sélection d'octant S. Ces signaux sont de la forme - - RLsin 8.cos xt et V2 = K.cos O.cos ot, ou e représente l'angle dont a tourné l'axe du résolveur, co est la pulsation de la tension d'alimentation des enroulements du résolveur et K est une constante.Le circuit de sélection d'octant fournit sur les sorties a et b deux tensions proportionnelles respec vivement au sinus et au cosinus de l'angle à mesurer e et ces tensions sont affectées d'un signe tel que l'on puisse considérer l'angle e canine étant compris entre 00 et 450. le circuit 1 applique sur la sortie a la tension proportionnelle à cos e tandis que l'autre tension est appliquée sur la sortie b. La tension présente sur la sortie a est appliquée à un circuit multiplicateur 2 qui reçoit par ailleurs la valeur de la tangente de l'angle affiché . Un circuit additionneur 3 fournit, à partir de la tension de sortie du circuit 2 et de la tension appliquée sur la sortie b du circuit 1, un signal analogique qui est proportionnel à la grandeur sin ) . En cos + effet la tension appliquée sur la sortie b est proportionnelle à sin e tandis que la tension de sortie du circuit multiplicateur 2 est proportionnelle à cos O.tgb ; ladite grandeur représente alors la différence entre les deux tensions appliquées à l'entrée du circuit additionneur 3. Le signal de sortie du circuit additionneur 3 est modulé par la tension d'alimentation des enroulements du résolveur ; un circuit démodulateur 4 est donc prévu qui reçoit par ailleurs ladite tension d'alimentation Val.Le signal-de sortie du circuit démodulateur 4 est appliqué à un intégrateur 5, lequel commande un oscillateur commandé en tension 6. Les impulsions produites par l'oscillateur 6 sont appliquées à un compteur-décompteur 7 qui compte ou décompte les impulsions reçues en fonction du signe de la tension de sortie du circuit démodulateur 4. Cette commande de comptage ou de décomptage (non représentée sur la figure) peut être obtenue en sortie d'un circuit comparateur.Le contenu du compteur-décompteur 7 représente la valeur numérique de l'angle affiché + Les trois bits les plus significatifs sont appliqués au circuit de sélection d'octant 1 et les bits restants représentant la valeur d'un angle compris entre 0" et 45" sont appliqués à un circuit de conversion 8 qui effectue la conversion angle/tangente. La sortie du circuit de conversion 8, représentant tg+ , est appliquée au circuit multiplicateur 2. A l'équilibre, la valeur de l'angle numérique affiché + est peu différente de la valeur de l'angle mesurer 0, l'expression sin (-+) devient alors équivalente à la différence 0-+ et la tension de sortie du circuit additionneur 3 est par conséquent assimilable à une tension d'erreur notée c . La figure 4.a montre cette tension d'erreur obtenue en sortie du circuit démodulateur 4. Un circuit tel que celui de la figure 1 est connu dans l'art antérieur mais il est communément admis qu'il ne permet pas le fonctionnement en multiplex. Or, cet inconvénient est évité dans le dispositif de l'invention grâce aux remarques suivantes. Le signal d'erreur obtenu en sortie du circuit démodulateur 4 est représentatif de l'écart existant entre l'angle à mesurer e et l'angle affiché +, son amplitude est proportionnelle à l'écart entre lesdits angles e et + et son signe est fonction du signe de l'écart. Le signal d'erreur est appliqué à un intégrateur 5 dont la sortie représente donc la vitesse angulaire de l'axe du résolveur. Le signal d'erreur peut ne pas être appliqué en permanence à l'entrée de l'intégrateur à condition de relier l'entrée de l'intégrateur au potentiel zéro pendant les interruptions. La valeur de la vitesse de l'axe du résolveur avant l'interruption est alors conservée et l'angle affiché par le compteur-décompteur 7 évolue linéairement, proportionnellement à cette vitesse. Selon l'invention, on apporte au circuit tel que celui de la figure 1 les modifications mises en évidence dans le schéma de la figure 2. Dans cette figure les éléments fonctionnellement identiques- ceux de la figure J portent les mimes références. Le signal d'erreur e obtenu en sortie du circuit additionneur 3 est maintenant appliqué à l'intégrateur 5 par l'intermédiaire d'un interrupteur 12. Cet interrupteur 12 est commandé par un signal logique obtenu en sortie d'un circuit JJ à partir du signal d'alimentation des enroulements du résolveur. Ce signal d'alimentation Val permet de déterminer l'intervalle de temps pendant lequel le signal d'erreur est appliqué à l'intégrateur. Cet intervalle de temps est défini par la demi T période 2 du signal d'alimentation comme le montre le schéma de la figure 4.b. Ensuite l'entrée de l'intégrateur 5 est reliée au potentiel zéro (figure 4.b) par l'intermédiaire de l'interrupteur 12. L'interrupteur 12 n'appliquant le signal d'erreur e à l'entrée de l'intégrateur 5 que pendant une demi-période du signal d'alimentation, il assure donc également la fonction de démodulation. Le signal de sortie de l'intégrateur 5 est montré à la figure 4.c, il est maintenu à une valeur donstante pendant toute la durée de l'interruption c' est-à-dire pendant N-1 demi-périodes puis, lorsque le signal d'erreur est à nouveau appliqué à l'entrée de l'intégrateur, celui-ci est intégré pendant une nouvelle demi-période de la tension d'alimentation.Les circuits 1, 2, 3 et 8 constituent un sous-ensemble 10 qui sera appelé dans la suite de la description circuit d'élaboration du signal d'erreur. Le schéma de la figure 3 montre le dispositif selon l'invention associé à N résolveurs. Les signaux de sortie de N résolveurs RS, R2,..., RN sont appliqués à un circuit multiplexeur 20. Pendant une demi-période du signal d'alimentation les signaux de sortie d'un seul résolveur sont appliqués à un circuit JO d'élaboration du signal d'erreur. Par l'intermédiaire d'un des interrupteurs121 à 92N, le signal d'erreur c est appliqué à l'intégrateur correspondant au résolveur dont les signaux de sortie sont pris en compte. Ainsi on trouve N intégrateurs 53 à 5N, N oscillateurs commandés en tension 61 à 6N et N compteurs-décompteurs 7J à 7N. Les valeurs affichées par les compteurs-décompteurs 7J, 72,..., 7N sont appliquées au circuit JO d'élaboration du signal d'erreur par l'intermédiaire d'un circuit multiplexeur 30. Les circuits multiplexeurs 20 et 30 et les interrupteurs 121, J22, ..., J 2N sont commandés par des signaux logiques élaborés à partir de la tension d'alimentation Val des résolveurs par le circuit logique de multiplexage JJ. Le fonctionnement du dispositif de la figure 3 est analogue à celui de la figure 2 ; il est par ailleurs bien évident que lorsque la sortie d'un résolveur est prise en compte tous les interrupteurs correspondant aux - autres résolveurs doivent être commutés sur la tension zéro.Il faut toutefois noter que, puisque, pour chaque résolveur, le signal d'erreur n'est pas pris en compte pendant N-l demi-périodes du signal d'alimentation,l'écart maximum entre angle àmesurer e et l'angle affiché ne pourra être égal à celui du circuit de la figure 1 que si le gain de la boucle est plus élevé ou encore si le temps de réponse de a boucle est plus faible. Quoiqu'il en soit pour chaque application un compromis doit être trouvé entre, d'une part le nombre maxiimna de résolveurs et d'autre part le gain de la boucle ou la valeur maximum admissible de l'écart entre lesdits angles e et + . + Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre d'une application particulière,il il est clair qu'elle n'est pas limitée à ladite application et qu'elle est susceptible de variantes ou modifications sans sortir de son domaine. REVENDICATIONS 1. Convertisseur analogique-numérique destiné à donner, sous forme numérique, la valeur d'un angle partir des signaux de sortie d'un dispositif, tel qu'un résolveur, sensible à l'orientation spatiale d'un organe, ledit convertisseur étant du type à double intégration du signal d'erreur et comprenant un circuit d'élaboration du signal d'erreur fournissant, à partir des signaux de sortie du résolveur et de la valeur de l'angle affiché, un signal d'erreur proportionnel à l'écart entre l'angle mesurer et l'angle affiché, un intégrateur intégrant ledit signal d'erreur, un oscillateur commande par la tension de sortie dudit intégrateur, un compteur-décompteur comptant ou décomptant les impulsions fournies par ledit oscillateur selon le signe dudit signal d'erreur, le contenu dudit compteur-décompteur représentant la valeur de l'angle affiché, ledit convertisseur étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour appliquer å ltentrée dudit intégrateur ledit signal d'erreur pendant une demi-période du signal d'alimentation dudit résolveur et une tension zéro pendant les N-1 demipériodes suivantes. 2. Dispositif selon la revendication 1, adapté à fournir N valeurs d'angle numériques à partir des signaux de sortie de N résolveurs, caractérisé en ce qu'il comprend - un multiplexeur analogique recevant les 2N signaux de sortie des N résolveurs; - un circuit d'élaboration du signal d'erreur recevant, par l'intermédiaire dudit multiplexeur, les signaux de sortie d'un desdits N résolveurs - N boucles d'intégration comprenant chacune un intégrateur, un oscillateur commandé en tension et un compteur-décompteur - un circuit de multiplexage appliquant audit circuit d'élaboration du signal d'erreur la valeur affichée dans le compteur-décompteur qui correspond au résolveur dont les signaux de sortie sont pris en compte par ledit rmltiplexeur ; - des moyens sensibles au signal d'alimentation desdits résolveurs permettant:: a) de commander la prise en compte sélective par ledit multiplexeur analogique des signaux-de sortie d'un seul résolveur ; b) d'appliquer, pendant une demi-période dudit signal d'alimentation, ledit signal d'erreur à l'entrée de la boucle d'intégration corres pondant au résolveur choisi et la tension zéro à 11 entrée des N-J autres boucles d'intégration ; et c) de commander ledit circuit de multiplexage pour appliquer audit circuit d'élaboration du signal d'erreur le contenu du compteur décompteur correspondant audit résolveur choisi. 3. Convertisseur selon llune des revendications J- et 2, caractérisé en ce que ledit circuit d'élaboration du signal d'erreur comprend - un circuit de sélection d'octant qui fournit, à partir des signaux de sortie du résolveur et des trois bits les plus significatifs de l'angle affiché, deux tensions proportionnelles respectivement au sinus et au cosinus de l'angle mesurer et affectees d'un signe tel que l'angle à mesurer soit compris entre 0 et 450 - un circuit de conversion fournissant, à partir de la valeur numérique de l'angle affiché, la valeur de la tangente de cet angle - un circuit multiplicateur effectuant le produit de la tension proportion nelle au cosinus de l'angle à mesurer et de la valeur de la tangente de l'angle affiché ; et - un circuit additionneur recevant sur une entrée directe ladite tension proportionnelle au sinus de l'angle à mesurer et sur une entrée inversée le signal de sortie dudit circuit multiplicateur et fournissant en sortie ledit signal d'erreur qui est proportionnel à l'écart entre l'angle à mesurer et l'angle affiché.