Brevet FR2490388A1 — publié le 19820319

1. La présente invention concerne un système de transducteur avec génération d'un signal de vitesse. Il est souvent nécessaire dans de nombreux systèmes d'arrêter un organe mobile en un endroit précis. Par exemple, dans une mémoire à disques magnétiques portant un certain nombre d'informations et de pistes servo, il est nécessaire de positionner la tête d'écriture/lecture sur une piste particulière. De même, dans une imprimante à haute vitesse avec un mouvement intermittent de la roue d'impression, il faut que la roue d'impression soit mise en rotation de fa- çon qu'un caractère particulier se trouve dans sa position d'impression. Un système servo à boucle fermée, tel que le sys- tème décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3.663.880, utilise un signal représentatif de la vitesse instantanée de l'arbre du moteur supportant l'organe à po- sitionner. En conséquence, il est important que le signal de vitesse utilisé pour un tel positionnement ait à tout instant une amplitude directement proportionnelle à la vi- tesse de l'arbre du moteur de support. Selon la présente invention,une pluralité de si- gnaux indicateurs de position, déphasés, sont générés. Une paire de signaux de position qui sont déphasés de 900 sont différentiés de façon à fournir des signaux de vitesse. 2. Chaque signal de vitesse est appliqué à la fois sous sa forme régulière et sous sa forme inversée à un multiple- xeur analogique qui reçoit les autres signaux de position comme signaux de commande. La sortie composite du multi- plexeur, après filtrage de façon à éliminer les signaux déformés hautes fréquences dus à l'échantillonnage, est un signal ayant à tout moment une amplitude directement pro- portionnelle à la vitesse. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci- joints dans lesquels: La figure 1 est un schéma sous forme de blocs d'un circuit de poursuite selon la présente invention; La figure 2 est un schéma d'un composant du circuit de la figure 1; La figure 3 est un diagramme des signaux dépha- sés générés par le circuit de la figure 1; et La figure 4 est un diagramme des signaux de vi- tesse générés par le circuit de la figure 1. En liaison maintenant avec la figure 1, un cir- cuit de commande 2 reçoit comme entrée un signal d'horloge de 2MHz provenant d'un générateur classique d'impulsions d'horloge (non représenté) et produit à une première sor- tie un signal sinusoïdal de 250 KHz, à une seconde sortie un signal en fonction cosinus de 250 KHz ayant une amplitude en courant égale à celle de l'onde sinusoïdale, et à une troisième sortie un signal rectangulaire de 250 KHz appelé signal de référence de phase A. Comme représenté en figure 2, le circuit 2 peut être du type à fonction de Walsh com- prenant une pluralité de bascules 4, une pluralité d'inver- seurs intermédiaires à collecteur ouvert 6 dont les sor- ties sont additionnées en courant de façon à produire des versions à échelon des ondes sinusoïdales et à fonction co- sinus, et des premier et second circuits de filtrage 8 et 10 pour éliminer les fronts raides ou composantes hautes fré- quences des ondes sinusoïdales et à fonction cosinus respec- tivement. Des circuits de commande ayant d'autres configu- rations peuvent être utilisée dans la mesure o ils produi- 3. sent des ondes sinusoïdales et à fonction cosinus qui sont accrochées en phase et ont une même amplitude en courant car le circuit qui fera l'objet de la présente invention utilise une commande par courant parce que l'inductance et la résistance des conducteurs du transducteur ne sont pas étroitement contrôlées pendant la fabrication. Les ondes sinusoidales et à fonction cosinus sont appliquées à des enroulements de stator 12 et 14, respectivement. Par suite de son mouvement par rapport aux enroulements du stator, l'enroulement du rotor 16 délivre un signal sinusoïdal de 250 KHz ayant une phase déterminée par la grandeur de ce mouvement relatif. Le signal de l'enroulement du rotor, après filtrage de façon à éliminer le bruit, est amplifié par un amplificateur 18, puis appliqué à un circuit conformateur 20 de conception classique. Le circuit 20 est un compara- teur haute vitesse qui produit un signal carré ayant une pha- se et une fréquence correspondant à celles du signal du ro- tor. Un signal carré est nécessaire car les détecteurs de pha- se 22, 23, 24 et 25 utilisés dans ce mode particulier de réalisation de la présente invention sont du type OU Exclusif classique qui fonctionnent plus efficacement avec des ondes d'entrée carrées ayant des fronts raides avec un minimum d'instabilité. Le signal de référence de phase A est appliqué à un circuit déphaseur numérique à 8 étages 26, qui est constitué d'un registre de décalage à 8 étages, 28,et d'un multiplexeur 8/1 classique 30. Une entrée du déphaseur 28 reçoit le signal de référencé de phase A et une autre entrée le signal d'horloge, alors que ses 8 sorties sont connectées en parallèles aux 8 entrées du multiplexeur 30. Une entrée du multiplexeur 30 est le signal de référence A et les au- tres entrées sont le signal de référence de phase A retardé progressivement de 1 à 7 impulsions d'horloge comme repré- senté par les formes d'ondes de la figure 3. Les signaux de commande représentés comme des entrées parallèles à 3 mul- tiplets sont accédés à partir d'un microprocesseur par exem- ple, ou à partir d'une autre logique appropriée et appli- quée aux bornes de commande du multiplexeur 30. Un algorith- 4. me traité par le microprocesseur est utilisé pour déterminer lequel des 8 signaux de référence de phase de la figure 3 correspond à une position de piste désirée auquel on veut ac- céder, et par conséquent détermine les signaux de commande du multiplexeur pour l'accès à ce signal de référence de pha- se à partir du multiplexeur. Avec 8 phases, toutes les 8 pistes auront la même référence de phase. Avec le numéro de piste exprimé en binaire, les trois bits les moins signifi- catifs de ce numéro est le numéro de phase, et ces bits sont appliqués aux entrées de signal de commande du multi- - plexeur 30. La sortie accédée du multiplexeur 30 qui, com- me on l'a noté peut être l'une des formes d'onde représen- tées en figure 3, par exemple, la forme d'onde décalée de 4 -impulsions d'horloge, est appliquée à un registre de décala- ge 32 qui produit une première sortie correspondant à son en- trée sans déphasage, une seconde sortie décalée de 450 par rapport au signal d'entrée, une troisième sortie décalée de 900 par rapport au signal d'entrée, une quatrième sortie dé- calée de 1350 par rapport au signal d'entrée. Chacune des quatre sorties du registre 32 est fournie à l'un des détec- teurs de phase 22,23, 24, 25 qui, comme déjà indiqué, reçoivent également la sortie du circuit 20. Les sorties des détecteurs de phase sont des impulsions rectangulaires haute fréquence qui sont modulées en rapport cyclique ou largeur, c'est-à-dire que les sorties ont une amplitude au niveau lo- gique, une largeur ou une période représentative de la rela- tion de phase entre leurs entrées, et un rapport cyclique égal à la fréquence porteuse ou déterminé par celle-ci. Ces sorties ont plusieurs composantes de fréquence, dont l'une est la composante basse fréquence, de l'ordre de quelques mil-, -liers de cycles par seconde pour une vitesse élevée du rotor, qui est le signal de position désiré et d'autres composantes de porteuse à haute fréquence indésirables qui sont filtrées par des filtres 34, 35, 36, 37. Des amplificateurs intermé- diaires 38, 39, 40, 41 reçoivent les sorties des filtres 34, , 36, 37, respectivement, l'amplification étant nécessai- 5. re de façon à commander une impédance de charge de faible valeur par l'intermédiaire des filtres. Ainsi, les signaux de sortie basse fréquence des amplificateurs sont des signaux de position de forme triangulaire à des phases relatives de (0, 450, 900 et 1350, avec les signaux de position ayant une fréquence qui est fonction de la relation entre phases des entrées des détecteurs de phase. Le comptage des transitions de n'importe lequel des quatre signaux de position fournira le numéro de piste recherché pour le système servo. Cependant, la détection de crête du signal de phase zéro peut fournir cette valeur; les détecteurs de crête sont sensibles au gain ou à l'ampli- tude et ne peuvent fournir une valeur précise. Un comptage de piste plus précis est obtenu en détectant les points de passage au zéro ou de coupure de l'amplitude de référence du signal de position 900 étant donné que, avec tous les signaux de position centrés autour de la même amplitude de référence, les points de coupure de l'amplitude de référence du signal de position 900 correspondront aux crêtes du si- gnal de position 0 . En conséquence, le signal de position 900 est fourni à un détecteur classique de passage par zéro 42 dont la sortie est un train d'impulsions se produi- sant à deux fois la valeur de piste. Par conséquent, une simple division par deux du signal de sortie du détecteur 42 fournira cette valeur, laquelle est augmentée du nombre d'étages-du déphaseur numérique 26; par conséquent le trans- ducteur a une plus grande résolution. Les quatre phases du signal de position, c'est-à- dire 00, 450, 90 et 1350, sont utilisées pour fournir un signal ayant à tout moment une amplitude directement pro- portionnelle à la vitesse du rotor. Cela est obtenu en pro- duisant un premier signal de vitesse à partir du signal de position 0 , un signal qui est une inversion du premier si- gnal de vitesse, un second signal de vitesse à partir du signal de position 900 et une inversion du second signal de vitesse. Par conséquent, la sortie de l'amplificateur 38 est fournie à un circuit différentiateur 50 de façon à pro- 6. duire un signal de vitesse "a" et ce signal de vitesse "a" est appliqué à un inverseur 51 de façon à produire un si- gnal de vitesse "b" qui est un signal de vitesse "a" inver- sé. De même,- la sortie de l'amplificateur 40 est appliquée à un circuit différentiateur 52 de façon à produire un si- gnal de vitesse "c" et ce signal de vitesse "c" est fourni à un inverseur 54 de façon à produire un signal de vitesse "d" qui est le signal de vitesse "c" inversé. Comme cela est bien connu, la fréquence de changement du signal de position indique la vitesse et par conséquent, comme repré- senté en figure 4,les signaux de vitesse "a" et "c"t prove- nant des signaux de position de forme triangulaire auront une forme d'onde sensiblement carrée avec une fréquence éga- le à la fréquence des signaux de position et une amplitude correspondant à la fréquence de changement de l'amplitude des signaux de position. Comme cela est également représen- té en figure 4, les signaux de vitesse "b" et "d" sont res- pectivement des signaux de vitesse "a" et "c" inversés. Comme on l'a déjà noté,les signaux de vitesse ne sont que des ondes de forme sensiblement carrée étant donné qu'ils proviennent de signaux de position qui ont des crê- tes quelque peu rondes, par suite de la limitation en largeur de bande du circuit. Plus exactement les signaux de vites- se seront quelque peu trapézoïdaux et de façon à obtenir un signal de vitesse ayant à tout instant une amplitude di- rectement proportionnelle à la vitesse du rotor, les parties plates des signaux de vitesse "a", "b", "c" et "d" devront être échantillonnées séquentiellement. De nouveau, en liaison avec la figure 1, les quatre signaux de vitesse "a", "b", "c" et "d" sont fournis sous forme de quatre entrées à un redresseur synchrone 58, c'est- à-dire à un multiplexeur analogique. Sont également fournis au redresseur synchrone 58 les signaux de position 450 et 1350. Les signaux de position 450 et 135 agissent en si- gnaux de commande d'échantillonnage et déterminent le moment o chaque partie plate de chacun des quatre signaux de vi- tesse "a", "b", "c" et "d" doit être échantillonnée. Plus 7. spécifiquement, lorsque les signaux de position 450 et 1350 ont tous deux une amplitude de niveau haut (niveau logique 11), le signal de position "a" est échantilloné; lorsque le signal de position 45 a une amplitude de niveau haut et le signal de position 1350 une amplitude de niveau bas (niveau logique 10), le signal de position "d" est échan- tillonné; lorsque le signal de position 450 a une amplitude de niveau bas et le signal de position 135 une amplitude de niveau haut (niveau logique 01), le signal de position "c" est échantillonné; et lorsque les signaux de position , 1350 ont tous deux une amplitude de niveau bas (niveau logique 00), le signal de position "d" est échan- tillonné. Ainsi, un signal de sortie composite du redresseur synchrone, après filtrage par un filtre 60 de façon à éli- miner les signaux déformés hautes fréquences dus à l'échantil- lonnage, est un signal ayant à tout moment une amplitude directement proportionnelle à la vitesse du rotor, c'est- à-dire qu'il n'y a pas d'erreur de vitesse du rotor. La polarité du signal de vitesse fournit une indication du sens de rotation du rotor. Le système décritpeut trouver une application dans de nombreux types de système de commande. Par exem- ple, il pourrait être utilisé dans la recherche d'une pis- te d'un disque de stockage d'informations du type magnéti- que, optique ou autres ou dans le positionnement d'une roue ou d'un chariot d'impression à l'endroit d'impression cor- rect. De plus, il peut s'appliquer aussi bien à des trans- ducteurs rotatifs que linéaires. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de varian- tes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 8. REVENDICATIONS 1 - Système de génération d'un signal ayant à tout moment une amplitude directement proportionnelle à la vitesse d'un organe,caractérisé en ce qu'il comprend - un premier moyen pour générer une pluralité de signaux déphasés indicateurs de la position de l'organe; - un moyen de différentiateur prévu pour recevoir certains signaux de la pluralité de signaux de position pour générer une pluralité de signaux indicateurs de la vitesse de l'organe; - un moyen d'inverseur prévu pour recevoir les si- gnaux de vitesse afin de produire des formes inversées en amplitude des signaux de vitesse; et - un moyen d'échantillonnage prévu pour recevoir les signaux de vitesse et les signaux de vitesse inversés comme entrées à échantillonner et les signaux de position non différentiés comme signaux de commande d'échantillonna- ge pour échantillonner séquentiellement les amplitudes des signaux de vitesse afin de fournir à tout moment un signal de sortie composite directement proportionnel à la vitesse de l'organe. 2 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux de position sont déphasés par incré- ments de 450. 3 - Système selon la revendication 2, caractérisé en. ce que les signaux de position reçus par le moyen de dif- férentiateur sont déphasés de 900. 4 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'échantillonnage est un multiplexeur analogique. - Système de fourniture d'un signal indicateur de la vitesse d'un organe parmi des organes d'un transduc- teur,imobiles les uns par rapport aux autres, caractérisé en ce qu'il comprend: - un premier moyen pour générer un signal d'horlo- ge; - un second moyen connecté de façon à recevoir le signal d'horloge afin de générer à la fois un premier signal 9. ayant une phase déterminée par le mouvement relatif des organes mobiles les uns par rapport aux autres et un si- gnal de référence de phase; - un troisième moyen connecté de façon à rece- voir le signal d'horloge et le signal de référence de phase afin de fournir une pluralité de signaux, chacun étant déphasé par rapport à l'autre signal de la pluralité de signaux d'un ou de plusieurs incréments de signal d'horloge; - un quatrième moyen connecté de façon à rece- voir la pluralité de signaux et des signaux de commande pour donner à sa sortie un signal de la pluralité de si- gnaux, ce signal ayant une phase correspondante à la po- sition recherchée par le transducteur; - un cinquième moyen connecté de façon à re- cevoir le signal d'horloge et ledit signal de la plurali- té de signaux afin de fournir une seconde pluralité de signaux, chacun étant déphasé par rapport à l'autre si- gnal de la seconde pluralité des signaux; - un moyen de détecteur de phase connecté de façon à recevoir le premier signal et la seconde pluralité de signaux dans le but de fournir une plura- lité de signaux de position déphasés; - un moyen de différentiateur prévu pour rece- voir certains signaux de la pluralité de signaux de po- sition pour générer une pluralité de signaux indicateurs de la vitesse de l'organe; - un moyen d'inverseur prévu pour recevoir les signaux de vitesse afin de produire des formes in- versées en amplitude des signaux de vitesse; et - un moyen d'échantillonnage prévu pour rece- voir les signaux de vitesse ét les signaux de vitesse in- versés comme entrées à échantillonner et les signaux depo- sition non différentiés comme signaux de commande d'échantillonna- 10. ge pour échantillonner séquentiellement les amplitudes des signaux de vitesse afin de fournir à tout instant un signal de sortie composite directement proportionnel à la vitesse de l'organe.