Brevet FR2560401A1 — publié le 19850830

Circuit de commande à passivité intégrée, L'invention concerne des circuits de commande à passivité intégrée et, plus particulièrement, de tels circuits fonctionnant en association avec des techniques de modulation d'impulsions en durée. Des circuits de servocommande contrôlent les positions d'actionneurs. Les techniques de modu- lation d'impulsions en durée nécessitent l'utilisa- tion de circuits de commande capables de positionner un actionneur en fonction de la durée (ou du déphasage) d'une impulsion (demande de position) dans un cycle minuté (intervalle de modulation). Dans un système à boucle fermée, un signal de retour d'information est engendré en réponse à la position de i'actionneur et ce signal est comparé avec la position demandée afin d'engendrer un signal d'erreur qui est utilisé pour positionner l'actionneuro En conséquence, des défail- lances telles que des défaillances de circuits, ou encore la pelte soit du signal de demande de position, soit du signal de retour d'information, peuvent provoquer non seulement une perte de contrÈle, mais également une dé- faillance d'extrême limite par suite de l'application du courant total à l'actionneur. Dans certaines ap- plications telles que celles relatives à l'industrie aérospatiale, il est préférable de perdre le contrôle d'un actionneur que d'être confronté à une défaillance d'extrême limite. Dans le cas d'une défaillance, une telle perte de contrôle est appelée "passivité intégrée". En conséquence, un objet de la présente in- vention est de conférer une passivité intégrée à un circuit de servocommande, de telle sorte qu'une dé- faillance du circuit ou une perte soit du signal de demande de position, soit du signal de retour d'infor- mation n'entraîne pas une défaillance d'extrême limite de l'actionneur. Suivant l'invention, un actionneur réagit à un signal de commande. Le signal de commande est mo- dulé par impulsions en durée pour fournir un signal de demande de position déphasé qui est appliqué à l'en- trée de rythme d'une premiere bascule et à l'entrée de remise à zéro d'une seconde bascule. Un transformateur linéaire à phase variable est excité en synchronisme avec le signal de demande de position. La sortie de ce transformateur linéaire à phase variable est dépha- sée en fonction de la position de l'actionneur et elle est appliquée à l'entrée de rythme de la seconde bas- cule, ainsi qu'à l'entrée de remise à zéro de la pre- miere bascule. En conséquence, la sortie de la pre- mière bascule est un premier signal d'erreur indiquant la différence de phase entre le signal de demande de position et le signal de retour d'information lorsque celui-ci est déphasé en retard par rapport au signal de demande de position, tandis que la sortie de la seconde bascule est un second signal d'erreur indi- quant la différence de phase entre le signal de demande de position et le signal de retour d'information lors- que celui-ci est déphasé en avance par rapport au si- gnal de demande de position. Les signaux d'erreur sont amplifiés dans le cours du temps en vue de four- nir un premier signal de commande de sortie basé sur le premier signal d'erreur et un second signal de com- mande de sortie basé sur le second signal d'erreur. Ces signaux de commande de sortie contrôlent quatre commutateurs qui sont conçus de telle sorte que la fermeture d'une certaine combinaison de commutateurs entraîne un accroissement de position de l'actionneur et que la fermeture d'une autre combinaison de commu- tateurs entraîne une diminution de position de l'ac- tionneur. Lorsque la position de l'actionneur est ame- née en coïncidence avec le signal de commande, les si- gnaux d'erreur passent à un niveau ZERO. Une limite est imposée à la durée des signaux de commande de sor- tie en vue de prévenir les défaillances d'extrême li- mite. D'autres objets, caractéristiques et avanta- ges de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée ci-après de cette dernière. Dans les dessins annexes: la figure 1 est un bloc-diagramme schématique du circuit de commande de la présente invention; la figure 2 est un graphique illustrant des formes d'ondes représentatives en différents points du circuit de la présente invention; et la figure 3 est une vue schématique plus dé- taillée du circuit de la présente invention. La figure 1 illustre un circuit de commande pouvant fonctionner pour positionner un actionneur 12 en réponse à un signal de commande émis sur une ligne 14. Un circuit modulateur d'impulsions en durée 16 réagit au signal de commande émis sur la ligne 14, ainsi qu'à un signal de synchronisation tel qu'un si- gnal sinusoïdal de référence émis sur une ligne 18, en vue d'engendrer des impulsions (signaux de demande de position) sur une ligne 20, la phase de ces impul- sions étant fonction de l'amplitude du signal de com- mande. Chaque signal de demande de position se situe dans un intervalle de modulation qui est défini par les passages négatifs par zéro successifs du signal sinusoïdal de référence ou, comme cela est préférable dans le contexte des circuits numériquespar les transitions niveau faible/niveau élevé successives du signal si- nusoldal de référence après sa conversion en une onde carrée par uncircuit rectangulaire 22. Les signaux de demande de position se terminent par une transition d'un niveau faible à un niveau élevé. Les signaux dont question ci-dessus sont re- présentés dans le graphique de la figure 2. Le signal sinusoïdal de référence 26 a un passage négatif par zéro au moment (tO), tandis que la transition d'un ni- veau faible à un niveau élevé de la sortie à onde car- rée 28 du circuit rectangulaire 22 a également lieu au moment (tO). La transition d'un niveau faible à un niveau élevé du signal de demande de position 30 a lieu au moment (tl). Dès lors, le déphasage (tl-tO) du signal de demande de position est défini par le moment auquel sa transition d'un niveau faible à un niveau élevé a lieu vis-à-vis de la transition d'un niveau faible à un niveau élevé du signal 28 et il est directement en relation avec l'amplitude du signal de commande. Le déphasage (tl-tO) du signal de demande de position est plus élevé en réponse à un signal de commande destiné à un accroissement de position de l'actionneur. En se référant à nouveau à la figure 1, un transformateur linéaire à phase variable 34 est cou- plé à l'actionneur 12 via une liaison appropriée 35 en vue d'engendrer un signal de retour d'information in- diquant la position de l'actionneur. Le transformateur linéaire à phase variable est excité par le signal sinu- soldal de référence en synchronisme avec la modulation d'impulsions en durée et il est également excité par un signal cosinusoldal qui est dérivé du signal sinu- soldal de référence par un circuit de phase approprié 36. La sortie du transformateur linéaire à phase va- riable (signal de retour d'information) est une onde sinusoïdale, laquelle est déphasée par rapport au si- gnal sinusoïdal de référence d'une grandeur qui est proportionnelle à la position de l'actionneur, cet- te onde étant convertie en une onde carrée par un cir- cuit rectangulaire 38. Telle qu'elle est représentée 256È4 1 graphiquement en figure 2, la transition d'un niveau faible à un niveau élevé du signal de retour d'infor- mation à onde carrée 40 est en coincidence de temps (t2) avec le passage négatif par zéro du signal de re- tour d'information 42. Le déphasage (t2-tO) du si- gnal de retour d'information 42 est proportionnel à la position de l'actionneur et il est plus élevé pour une position accrue de ce dernier. Lorsque la posi- tion de l'actionneur correspond au signal de commande, le déphasage (t2tO) du signal de retour d'information concorde avec le déphasage (tl-tûO) du signal de deman- de de position; en d'autres termes, on a (t2=tl). Lorsque la position de l'actionneur ne correspond pas au signal de commande, le déphasage du signal de retour d'information ne concorde pas avec le déphasage du si- gnal de demande de position et une difféerence de phase (t2-tl) est proportionnelle au manque de concordance. La différence de phase entre le signal de demande de position et le signal de retour d'information est uti- lisée pour déterminer la direction et l'amplitude d'un changement de position de liactionneur qui donnera lieu à une correspondance entre la position de l'actionneur et le signal de commande. Dans le présent exemple, l'actionneur 12 est un moteur de force bidirectionnel à courant continu pouvant fonctionner pour accroître ou réduire sa posi- tion en réponse à la direction dans laquelle une ten- sion différentielle est appliquée aux bornes de son enroulement. La tension différentielle est fournie par une source 44 ayant une premier tension (+V) et une seconde tension (-V), une de celles-ci pouvant être le potentiel de la masse. L'enroulement de l'action- neur se termine par une première entrée 46 et une se- conde entrée 48. Pour le présent exemple, lorsque la première tension (+V) est appliquée à la première en- trée 46 tandis que la seconde tension (-V) est appli- quee à la seconde entrée 48, la position de l'action- neur diminue et, lorsque la première tension (+V) est appliquée à la seconde entrée 48 alors que la seconde tension (-V) est appliquée à la première entrée 46, la position de l'actionneur augmente. Un dispositif bistable, tel qu'une bascule 50, est connecté dans le circuit 10 de telle manière qu'il soit déclenché (CL) par la transition d'un niveau faible à un niveau élevé du signal de demande de position et qu'il soit remis à zéro (R) par la transition d'un ni- veau faible a un niveau élevé du signal de retour d'in- formation à onde carrée. Lorsque la position de l'ac- tionneur surpasse le signal de commande, le signal de retour d'information est en retard sur le signal de demande de position. Il en résulte l'apparition, sur la ligne 51, d'une sortie (QI constituant un premier signal d'erreur qui débute avec la transition d'un ni- veau faible à un niveau élevé du signal de demande de 2 veau faible à un niveau élevé du signal de retour d'information. En d'autres termes, la durée du pre- mier signal d'erreur correspond à la différence de phase (t2-tl) entre le signal de demande de position et le signal de retour d'information et elle constitue une indication de la grandeur de laquelle la posi- tion de l'actionneur surpasse le signal de commande. En se référant à la figure 2, le signal d'erreur 52 est représenté pour cet exemple. En se référant à la figure 1, étant donné que le premier signal d'er- reur est de courte durée et à des niveaux de tension logiques, il est amplifié en durée par un amplifica- teur de largeur d'impulsion 54 ayant un gain de temps (K) en vue d'engendrer, sur une ligne 55, un premier signal de commande de sortie qui est utilisé pour ré- duire la position de l'actionneur de la manière dé- crite ci-après. L'amplificateur de largeur d'impul- sion 54 est essentiellement un dispositif monostable dont la période peut varier en fonction de la durée du signal d'erreur. En d'autres termes, la durée du signal de commande de sortie atteint (K) fois la du- rée du signal d'erreur. Une limite est établie de telle sorte qu'il y ait une seule et unique période maximum qui pourrait survenir en cas de défaillance, ainsi qu'on le décrira ci-après. De la même manière, un dispositif bistable tel qu'une bascule 56, est déclenché (CL) par le si- gnal de retour d'information et est remis à zéro par le signal de demande de position, de telle sorte que sa sortie (Q) apparaissant sur une ligne 57 constitue un second signal d'erreur {non représenté en figure 2) ayant une durée correspondant au temps d'avance du si- gnal de retour d'information sur le signal de position, ce second signal d'erreur indiquant une position de l'actionneur qui est surpassée par le signal de com- mande. De la même manière, le second signal d'erreur est le temps amplifié par un amplificateur 58 ayant un gain (K), ainsi qu'une limite, en vue d'engendrera sur une ligne 59, un second signal de commande de sor- tie qui est utilisé pour accroître la position de l'actionneur. L'actionneur réagit aux signaux de commande de sortie de la manière suivante: On prévoit quatre commutateurs 60, 62, 64, 66, et la fermeture sélective de l'une ou l'autre combinaison de ces commutateurs donne lieu à un accroissement ou une diminution de po- sition de l'actionneur. Etant donné que le premier et le second signal de commande de sortie dépendent d'évènements qui s'excluent mutuellement (c'est-à-dire que le signal de retour d'information est en avance ou en retard sur le signal de demande de position, mais jamais les deux à la fois), leurs apparitions s'ex- cluent également mutuellement. En conséquence, lors- que le premier signal de commande de sortie est engen- dré, le second signal de commande de sortie ne l'est pas. En réponse à l'apparition du premier signal de commande de sortie, le commutateur 60 se ferme et con- necte la première tension (+v) à la première entrée 46 de l'actionneur 12. En réponse à l'absence du se- cond signal de commande de sortie, un inverseur 68 provoque la fermeture du commutateur 62 qui connecte la seconde tension (-V) à la seconde entrée 48 de l'actionneur 12. Cette combinaison de fermetures de commutateurs entraîne une diminution de position de l'actionneur, provoquant ainsi une avance de phase du signal de retour d'information afin que celui-ci cor- responde plus étroitement au signal de demande de posi- tion avec, pour conséquence, le passage du premier si- gnal d'erreur à un niveau ZERO. De la même manière, lorsque le second signal de commande de sortie est engendré, le premier signal de commande de sortie ne l'est pas. En réponse à l'apparition du second signal de commande de sortie, le commutateur 64 se-ferme et connecte la première ten- sion (+V) à la seconde entrée 48. En réponse à l'ab- sence du premier signal de commande de sortie, un in- verseur 70 provoque la fermeture du commutateur 66 qui connecte la seconde tension (-V) à la première entrée 46 de l'actionneur 12. Cette combinaison de fermetu- res de commutateurs entraîne un accroissement de posi- tion de l'actionneur, provoquant ainsi un retard de phase du signal de retour d'information afin que celui- ci corresponde plus étroitement au signal de demande de position avec, pour conséquence, le passage du se- cond signal d'erreur à un niveau ZERO. Entre la fin 2$60401. diun signal de commande de sortie et le début du si- gnal de commande de sortie suivant, il existe un état de repos au cours duquel les commutateurs 62 et 66 se ferment, court-circuitant ainsi l'enroulement de l'actionneur 12, de telle sorte que l'énergie accumu- lée dans le champ magnétique de cet enroulement soit utilisée. La seule et unique période maximum est prévue de telle sorte ctuie défaillance d'extrem limite de l'actionneur 0 ne résulte pas de certains modes de défaillance, no- tamment d'une défaillance d'extrême limite d'un si- gnal de commande de sortie. On considérera le cas ou le signal de retour d'information est perduo La bascule 50 se déclenchera (CL), engendrant ainsi une sortie (Q)o Etant donn-- que le signal de retour d'inrformation est perdu, la bascule 50 n'est pas re- mise a zéro. En conséquence, le signal d'erreur émis sur la ligne 51 passe a un état de défaillance d'ex- trême iimite. Par conséquent, le premier signal de commande de sortie passe également à un état de défail- lance d'extrême limite, mais seulement pour l'unique période maximum. L'apparitionultérieure du signal de demande de position dans l'intervalle d'impulsion sui- vant ne donne pas lieu au redéclenchement de la bas- cule 50; celle-ci reste simplement déclenchée et un autre signal de commande de sortie n'est pas engendré. Le cas est semblable pour la perte du signal de de- mande de position. Il en résultera l'émission d'un second signal de commande de sortie à une seule limite. En conséquence, la perte de l'une ou l'autre entrée (signal de demande de position ou signal de retour d'information) ne donne pas lieu à une défaillance d'extrême limite de l'actionneur. On considérera également le cas d'une défail- lance d'extrême limite d'un signal de commande de sor- tie qui reste non contr8lée, par exemple, celle ré- sultant d'une défaillance de l'amplificateur de lar- geur d'impulsion qui limite la sortie de ce dernier. Par exemple, une défaillance d'extrême limite-du pre- mier signal de commande de sortie émis sur la ligne provoquera une fermeture prolongée du commutateur 60. Si la position de i'actionneur surpasse celle commandée, le signal de retour d'information est en retard sur le signal de commande, si bien que le pre- mier signal d'erreur est engendré et que le second si- gnal d'erreur ne l'est pas. L'apparition du premier signal d'erreur est sans signification dans le con- texte de la défaillance d'extrême limite du premier signal de commande de sortie, mais l'absence du se- cond signal d'erreur provoque la fermeture du commu- tateur 62, lequel ferme le circuit de l'actionneur pour provoquer une diminution de position de ce der- nier. Dès que la position de l'actionneur diminue d'une très faible grandeur en dessous du signal de commande, le second signal d'erreur et le second si-- gnal de commande de sortie sont engendrés et provo- quent la fermeture du commnutateur 64 plutôt que du commutateur 62, si bien que l'actionneur est court- circuité (commutateurs 60 et 64 fermés) et qu'aucun changement n'a lieu dans la position de l'actionneur. Dès lors, dans le cas d'une défaillance d'extrême li- mite d'un signal de commande de sortie, l'actionneur se positionne de lui-même à une faible distance au- delà du signal de commande, mais il ne passera pas à un état de défaillance d'extrême limite. La seule possibilité pour que survienne une défaillance d'ex- trême limite de l'actionneur, est que les deux si- gnaux de commande de sortie passent à un état de dé- faillance d'extrême limite simultanément et dans le sens opposé, ou qu'il se produise une défaillance de certaines combinaisons des commutateurs 60, 62, 64 et 66. Dès lors, on peut constater que le mouve- ment de l'actionneur dépend généralement des transi- tions d'un niveau faible à un niveau élevé des signaux d'entrée (signal de demande de position et signal de retour d'information) et, même dans le cas d'une dé- faillance d'extrême limite d'un signal de commande de sortie, l'actionneur ne passera pas à un état de dé- faillance d'extrême limite. Un schema de principe plus détaillé du cir- cuit de commande est illustré en figure 3. Dans ce circuit, la bascule 50, telle que le modèle "CD4013B" de la "National Semiconductor", est déclenchée (CL) par le signal de demande de position, tandis qu'elle est remise à zéro (R) par le signal de retour d'infor- mation à onde carrée tel qu'il est engendré par un comparateur 74, en l'occurrence, le modèle "CMPO4'" de la "Precision Monolithic". Lorsque la sortie (Q) de la bascule 50 passe à un niveau élevé du fait que le signal de retour d'information est en retard sur le signal de demande de position, la sortie complémentaire (U) passe d'un niveau élevé à un faible faible, ce qui rend astable un dispositif monostable 76 tel que le modèle 74C221l' de la "National Semiconductor", avec, pour résultat, l'émission du premier signal de commande de sortie sur une ligne 77. Le premier signal de commande de sortie persiste jusqu'à ce que le dispositif monostable 76 soit stable, ce qui a lieu lorsque la tension à son en- trée 78 est à la tension de transfert (TR), laquelle est un certain pourcentage de la tension d'alimenta- tion (VDD) 80. Le temps nécessaire pour que la ten- sion à l'entrée 78 atteigne la tension de transfert dépend de la durée du premier signal d'erreur, c'est- 12 041 à-dire la durée de la sortie (Q) de la bascule 50. * On obtient ainsi le gain de temps dont il a été ques- tion ci-dessus en se référant à la figure 1 et qui est mis en oeuvre de la manière suivante: Un transistor 82 fonctionne à la manière d'un commutateur qui est mis en circuit, avec mise à la masse d'une ligne 83, pendant la durée du premier signal d'erreur. Au cours de ce laps de temps, un condensateur 84 se charge, via une résistance 86, à une valeur proportionnelle à la tension (niveau logi- que) et à la durée du premier signal d'erreur. Lors- que le transistor 82 est mis hors circuit, à la fin du premier signal d'erreur, le condensateur 84 est chargé dans la direction opposée par la tension d'ali- mentation 80, via l'ensemble de la résistance 86, ain- si que des résistances 88 et 90. Cette charge accumu- lée surmonte la charge opposée provenant du premier signal d'erreur et elle continue à s'élever jusqu'à la tension de transfert (TR) pour rendre stable le dispositif monostable 76. Bien que la courbe de char- ge ne soit pas une fonction linéaire, le gain de temps ainsi réalisé pour de faibles signaux d'erreur est relativement linéaire. On prévoit un second condensateur de plus grande capacité 92 qui se charge plus lentement que le condensateur 84 et qui établit la période unique maximum. La période unique maximum est choisie de telle sorte qu'elle soit supérieure à l'intervalle de modulation pour la facilité de l'ana- lyse. Le circuit associé à la bascule 56 est essen- tiellement le même que celui décrit ci-dessus à propos de la bascule 50, si bien qu'il est superflu d'en don- ner une description complémentaire. Les commutateurs semi-conducteurs 94, 96, 98 et 100 correspondent aux commutateurs 60, 62, 64 et 66 de la figure 1 respectivement, et ils connectent sé- lectivement l'enroulement 102 de 1'actionneur 12 à la source de tension 44. La paire de commutateurs 94 et 98 est le compl!ment de la paire de commutateurs 96 et ; on choisira, par exemple, le modèle "IRFF9130" de l! "InRernational Rectifier' pour les premiers et le modèle "IRFF130" de la 'International Rectifier", pour les seconds r:endant ainsi superflue l'incorporation dec inverseurs (68 et 70 de la figure 1) Le circuit dérive une c-aractristique de passivité intégrée supplé- mentaire du mode de décfaUilance des dispositifs élec- troniques utilisés. Par exemple, le mode de défaillan- ce des dispositifs a semi-conducteurs décrits en se ré- fEérant à la figure 3 est de ne pouvoir passer à un ni- veau élevé ou faible et non pas d'osciller. IL est entendu que I sont relatifs. En consequence, la description ci-dessus de la présente invention est destinée à permettre la mise en oeuvre de celle-ci par l'homme de métier. On comprendra que diverses autres formes de réalisation, modifications et substitutions se prêtant à l'utilisa- tion particulière envisagée apparaîtront lors de l'exa- men et de la mise en oeuvre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Circuit de commande à passivité intégrée destiné à positionner un actionneur en réponse à un signal de commande, dans lequel l'actionneur compor- te une première entrée et une seconde entrée, tandis qu'ilt peut fonctionner dans le sens d'une réduction de sa position en réponse à l'application d'une pre- mière tension à sa première entrée alors qu'une secon- de tension est appliquée à sa seconde entrée, cet ac- tionneur pouvant également fonctionner dans le sens d'un accroissement de sa position en réponse à l'ap- plication de la première tension a sa seconde entrée alors que la seconde tension est appliquée à sa pre- mière entrée, ce circuit comprenant: un moyen destiné à engendrer un signal de demande de position modulé par impulsions en durée en réponse au signal de commande, le déphasage du signal de de- mande de position à l'intérieur de l'intervalle de modulation étant fonction du signal de commande; un moyen destiné à engendrer un signal de retour d'information déphasé en réponse à la position de l'actionneur; un premier dispositif bistable ayant une entrée de rythme connectée pour réagir au signal de demande de position, ainsi qu'une entrée de remise à zéro con- nectée pour réagir au signal de retour d'information, de façon à fournir un premier signal d'erreur en ré- ponse au temps de retard du signal de retour d'infor- mination vis-à-vis du signal de demande de position; un second dispositif bistable ayant une entrée de rythme connectée pour réagirau signal de retour d'information, ainsi qu'une entrée de remise à zéro connectée pour réagir au signal de demande de position, de façon à fournir un second signal d'erreur en répon- se au temps d'avance du signal de retour d'information vis-à-vis du signal de demande de position; un moyen destiné à engendrer un premier signal de commande de sortie en réponse au premier signal d'erreur; un moyen destiné à fournir un second signal de commande de sortie en réponse au second signal d'er- reur; un premier commutateur pouvant fonctionner pour appliquer la première tension à la premiere entrée de l'actionneur en réponse à la présence du premier si- gnal de commande de sortie; un deuxième commutateur pouvant fonctionner pour appliquer la première tension à la seconde entrée de l'actionneur en réponse à la présence du second signal de commande de sortie; un troisième commutateur pouvant fonctionner pour appliquer la seconde tension à la seconde entrée de l'actionneur en réponse à l'absence du second signal de commande de sortie; et un quatrième commutateur pouvant fonctionner pour appliquer la seconde tension à la première entrée de l'actionneur en réponse à l'absence du premier signal de commande de sortie. 2. Circuit selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le premier signal de commande de sor- tie est engendré en guise de fonction de prolongation de temps du premier signal d'erreur et ne dépasse pas une limite, tandis que le second signal de commande de sortie est engendré en guise de fonction de prolon- gation de temps du second signal d'erreur et ne dé- passe pas la limite.