Brevet FR2602106A1 — publié le 19880129

La présente invention concerne principalement un générateur de signal électrique en forme de rampe. Quoique non exclusivement, elle est particulièrement appropriée à être mise en oeuvre dans les systèmes à variateur de vitesse destinés à la commande du déplacement d'organes mobiles dans les ensembles industriels automatisés et elle sera décrite ci-après plus spécialement en rapport avec une telle application. On sait que, dans la plupart de ces systèmes à variateur de vitesse, l'asservissement en boucle fermée du déplacement d'un organe mobile s'effectue à partir d'un signal d'erreur résultant de la comparaison d'un signal de consigne prescrivant le déplacement. à atteindre et d'un signal provenant d'un capteur susceptible de mesurer le déplacement réellement obtenu. I1 va de soi que la fiabilité dans le temps et la précision d'un tel système ne peuvent être effectives que si ledit signal de consigne est lui-même engendré avec une grande précision et une grande fiabilité. Toute erreur ou tout glissement du signal de consigne entraine une erreur ou un glissement correspondant dudit signal d'erreur, c'est-à-dire du signal de commande du variateur de vitesse, et donc un mauvais fonctionnement du système. Or, dans les ensembles industriels automatisés, les organes mobiles déplacés doivent prendre des -positions pour lesquelles sont exigées une grande précision et, surtout, une grande fiabilité dans le temps. Le plus souvent, ledit signal de consigne présente, en fonction du temps (c'est-à-dire en fonction du déplacement d'un organe mobile), une forme trapezoidale, constituée d'une rampe d'accélération permettant de faire passer la vitesse dudit organe mobile depuis une vitesse nulle à la position initiale de celui-ci jusqu'à une vitesse de croisière, d'un palier de vitesse de croisière, puis d'une rampe de décélération permettant de faire décroitre en douceur la vitesse dudit organe mobile depuis ladite vitesse de.croisière jusqu'à une vitesse nulle atteinte à la position finale dudit organe mobile. Un tel signal de consigne trapézoldal est engendré généralement par un circuit intégrateur à condensateur, les rampes d'accélération et de décélération correspondant respectivement à la charge et à la décharge dudit condensateur. Ces rampes sont déterminées rigidement par la constante de temps du circuit intégrateur. Celui-ci comporte, dans les systèmes connus, un amplificateur opérationnel. Or, comme on le sait, un amplificateur opérationnel présente des instabilités dues principalement à des oscillations parasites ou à des défauts de vieillissement des composants annexes, qui fixent la constante de temps. Ainsi, dans les systèmes connus, non seulement les rampes sont figées rigidement par la constante de temps, mais encore les rampes sont instables et il en résulte un mauvais fonctionnement du variateur de vitesse. La présente invention a pour objet de remédier à-ces inconvénients et de réaliser un générateur de signal électrique à rampe réglable et stable. A cette fin, selon l'invention, le générateur de signal électrique en forme de rampe est remarquable en ce qu'il comporte - un générateur d'impulsions - des moyens de comptage des impulsions émises par ledit générateur d'impulsions ; et - un convertisseur numérique-analogique pour convertir les nombres d'impulsions donnés par lesdits moyens de comptage en tension d'amplitude correspondante. Ainsi, dans le générateur de signal électrique en forme de rampe selon l'invention, le signal de sortie desdits moyens de comptage varie au rythme des impulsions émises par ledit générateur d'impulsions, de sorte que l'amplitude du signal délivré à la sortie dudit convertisseur numérique-analogique varie au même rythme. Il en résulte la formation d'une rampe. On voit que la fiabilité et la précision de la rampe engendrée dépendent uniquement de la fiabilité et de la précision dudit générateur d'impulsions. Or, celles-ci peuvent être très élevées, par exemple en utilisant un oscillateur à quartz. De préférence, afin de pouvoir faire varier aisément la pente des rampes engendrées, ledit générateur d'impulsions est constituée par une horloge formée par l'association d'une pluralité d'oscillateurs à quartz. Ainsi, il est possible que ledit générateur d'impulsions engendre des suites d'impulsions de fréquences différentes, et donc des rampes de pentes réglables. Si le générateur selon l'invention doit uniquement engendrer une rampe ascendante (ou descendante), lesdits moyens de comptage comportent uniquement un compteur (ou un décompteur). Toutefois, dans le cas où, le plus souvent, le générateur doit engendrer un signal trapézoidal, c'est-à-dire comportant une rampe ascendante (ou d'accélération) et une rampe descendante (ou de décélération), il est avantageux que lesdits moyens de comptage soient du type compteur-décompteur. De préférence, ledit générateur selon l'invention comporte des premiers moyens de commande permettant de commander lesdits moyens de comptage dans la fonction compteur, dans la fonction décompteur ou à l'arrêt. Dans ce dernier cas, lesdits moyens de comptage sont du type à mémoire permettant de garder le dernier nombre compté lorsqu'ils sont commandés à l'arrêt. Ainsi, le générateur selon l'invention peut engendrer des signaux de forme trapézoldale comportant une rampe ascendante et une rampe descendante, reliées par un palier. Avantageusement, le générateur d'impulsions engendre des impulsions de fréquence variable ou bien des impulsions dont la fréquence peut être choisie parmi une pluralité de valeurs prédéterminées. Il est ainsi possible de faire varier la pente desdites rampes. A cet effet, on peut prévoir des seconds moyens de commande permettant de régler à une valeur désirée la fréquence des impulsions émises par le générateur d'impulsions. Ces seconds moyens de commande peuvent être regroupés avec lesdits premiers qui commandent lesdits moyens de comptage, par exemple sous la forme d'un processeur. Pendant la génération d'une rampe, lesdits moyens de commande peuvent, soit maintenir constante, soit faire varier, la fréquence des impulsions émises par ledit générateur d'impulsions. La présente invention concerne également un système pour la commande du déplacement d'un organe mobile, au moyen d'un moteur actionné par un variateur de vitesse, un capteur de vitesse étant associé audit organe mobile pour adresser sa mesure audit variateur de vitesse. Selon l'invention, un tel système est remarquable en ce qu'il comporte un générateur de signal électrique en forme de rampe tel que spécifié ci-dessus, ledit générateur adressant son signal de sortie audit variateur de vitesse qui est commandé par la différence entre le signal provenant dudit générateur et celui provenant dudit capteur. De préférence, afin de rendre un tel système encore plus fiable, on peut y intégrer une boucle d'asservissement en distance. Dans ce cas, ledit système comporte un capteur pour la mesure de la distance parcourue par ledit organe mobile et lesdits moyens de commande, après établissement d'une loi des distances théoriques à parcourir par ledit organe mobile en fonction du temps - comparent à chaque instant la distance réellement parcourue à la distance théorique qui aurait due être parcourue ; et - agissent sur ledit générateur d'impulsions pour faire varier sa fréquence dans le sens annulant l'éventuel écart ressortant de la comparaison. Les figures des dessins annexés feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est un schéma synoptique du générateur de signal électrique conforme à la présente invention. Les figures 2a,2b et 2c sont des représentations temporelles schématiques de signaux en différents points du schéma de la figure 1. La figure 3 montre un signal de forme trapézoldale susceptible d'être engendré par le générateur de la figure 1. La figure 4 est le schéma synoptique du système de déplacement d'un organe mobile conformément à l'invention, avec asservissement en distance. Le générateur 1, conforme à l'invention et montré schématiquement sur la figure 1, comporte une horloge à quartz 2, un compteur-décompteur numérique 3 et un convertisseur numérique-analogique 14. La sortie de l'horloge à quartz 2 est reliée à l'entrée du compteurdécompteur 3 par une liaison 5 et la sortie dudit compteur-décompteur 3 est reliée à l'entrée du convertisseur 4 par une liaison 6. La sortie 7 du convertisseur 4 constitue la sortie du générateur 1. A sa sortie, l'horloge à quartz 2 émet un signal A formé par une suite d'impulsions 8 (figure 2a), dont la fréquence -peut de préférence être choisie entre plusieurs valeurs et/ou être réglable. Par suite, la partie compteur du compteur-décompteur 3 compte les impulsions 8 et fournit à sa sortie un signal B représentatif, à chaque instant, du nombre d'impulsions 8 comptées. Sur la figure 2b, à des fins de clarté, on a représenté le signal B sous la forme d'un histogramme, mais en réalité le compteurdécompteur 3 fournit une suite de nombres sous forme numérique. Le convertisseur numérique-analogique 4 transforme lesdits nombres en un signal de tension C (Figure 2c), présentant la forme d'une rampe puisqu'étant la représentation analogique d'une suite dont chaque terme est un nombre supérieur d'une unité au précédent. Les explications ci-dessus seraient les mêmes mutadis mutandis dans le cas où l'on utiliserait la partie décompteur du compteur-décompteur 4 : on obtiendrait alors une rampe descendante D (voir la figure 3) au lieu de la rampe ascendante C (figures 2c et 3). Le générateur 1 comporte de plus un dispositif de commande 9 susceptible de commander l'horloge 2 par sa partie 9b et par la liaison 10 et le compteur-décompteur 3 par sa partie 9a et par la liaison 11. Le dispositif de commande 9 est par exemple du type processeur. Il va de soi que les dispositifs 9a et/ou 9b pourraient être différents, par exemple manuels, et séparés au lieu d'être regroupés et séquentiels. Si l'on veut, avec le dispositif de la figure 1, obtenir à la sortie 7 un signal trapézoidal tel que le signal S représenté sur la figure 3, on procède de la façon suivante - à l'instant to (auquel on suppose le générateur remis à zéro), le dispositif de commande 9 compose à l'horloge 2 une fréquence d'impulsions déterminée et commande le fonctionnement en comptage du compteur-décompteur 3. Cet état est maintenu jusqu'à l'instant tl, de sorte que, à la sortie 7, on obtient la rampe ascendante C entre to et tl - à l'instant tl, le dispositif de commande 9 arrête le fonctionnement du compteur-décompteur 3 (et éventuellement de l'horloge 2), de sorte que le dernier nombre compté reste à la sortie dudit compteur-décompteur 3.Il en résulte, dans le signal à la sortie 7, un palier E, qui peut être maintenu jusqu'à l'instant t2 - à cet instant t2, l'horloge 2 étant en fonctionnement, le dispositif de commande 9 commande le fonctionnement en décomptage du compteur-décompteur 3. Cet état est maintenu jusqutà l'instant t3, de sorte que, à la sortie 7, on obtient la rampe descendante D entre t2 etat3.- Il est évident que la -fréquence de la suite des nombres apparaissant à la sortie du compteur-décompteur 3 est la même que celle des impulsions 8. Par suite, la pente des rampes ascendante C et descendante D est directement liée à la fréquence des impulsions 8 émises par l'horloge 2. On remarquera que si la fréquence des impulsions 8 est réglable, ou pour le moins peut être choisie entre plusieurs valeurs différentes, le dispositif de commande 9 peut - choisir des fréquences d'impulsions 8 différentes pour la rampe ascendante C et pour la rampe descendante D - faire varier la fréquence des impulsions 8 entre les instants to et tl (ou t2 et t3) afin de faire varier la pente de la rampe C (ou de la rampe D). Cette pente n'est donc pas forcément constante sur tout l'intervalle tl-to (ou t3-t2). L'horloge 2 peut être constituée de plusieurs oscillateurs à quartz de fréquences différentes, associés à des diviseurs de fréquence et à des commutateurs afin de délivrer une pluralité de fréquences d'impulsions différentes, dont chacune d'elles correspond à une position (commandée par le dispositif 9b) desdits commutateurs. On remarquera qu'il est avantageux d'obtenir les fréquences élémentaires de l'horloge 2 par division des fréquences de base des oscillateurs à quartz, puisque l'erreur de fréquence due aux éventuels glissements desdits quartz est atténuée par une telle division. Le compteur-décompteur 3 et le convertisseur 4 peuvent être de tout type connu. Par exemple, ledit convertisseur est du type DAC 85 CB IV de la Société BURR BROWN. Sur la figure 4, on a représenté schématiquement l'application du générateur de la figure 1 à la réalisation d'un système comportant un variateur de vitesse 12 et un moteur 13 pour déplacer un organe mobile 14 (par exemple un bras de robot). A cet organe mobile 14 est associé un capteur de vitesse 15 qui, par une liaison 16, adresse sa mesure au variateur de vitesse 12=. Par ailleurs, celui-ci reçoit le signal S provenant du générateur 1 selon l'invention. Ainsi, le variateur de vitesse 12 prend en compte les éventuels écarts du signal émis par le capteur 15 par rapport au signal S (qui constitue la référence) et commande le moteur 13 dans le sens tendant à annuler lesdits écarts. Selon une particularité importante de la présente invention, on prévoit un capteur de déplacement 17 lié à l'organe mobile 14 et une liaison 18 entre ledit capteur 17 et la partie 9b du dispositif de commande 9. Ainsi, celui-ci peut, après établissement d'une loi des distances théoriques à parcourir par ledit organe mobile 14 en fonction du temps - comparer à chaque instant la distance réellement parcourue à la distance qui aurait due être parcourue, grace à des moyens de comparaison, non représentés, qui lui sont intégrés ; et - agir, par la liaison 10, sur ledit générateur d'impulsions 2 pour faire varier sa fréquence dans le sens annulant un éventuel écart-ressortant de la comparaison. Ainsi, grâce à cet asservissement en distance, le mobile 14 exécute la trajectoire théorique souhaitée. Cette particularité, associée au fait que le système selon l'invention peut être facilement programmé, permet à l'invention de perfectionner largement -les automates. REVENDICATIONS 1 - Générateur de signal électrique en forme de rampe, caractérisé en ce qu'il comporte - un générateur d'impulsions (2) - des moyens (3) de comptage des impulsions (8) émises par ledit générateur d'impulsions (2) ; et - un convertisseur numérique-analogique (4) pour convertir les nombres d'impulsions donnés par lesdits moyens de comptage en tension d'amplitude correspondante. 2 - Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de comptage (3) sont du type compteur-décompteur. 3 - Générateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens de commande (9a) permettant de commander lesdits moyens de comptage (3) dans la fonction compteur, dans la fonction décompteur ou à l'arrêt. 4 - Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de comptage (3) sont du type à mémoire permettant de garder le dernier nombre compté lorsqutils sont commandés à l'arrêt. 5 - Générateur selon la revendication î, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions (2) engendre des impulsions de fréquence variable. 6 - Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions (2) engendre des impulsions dont la fréquence peut être choisie parmi une pluralité de valeurs prédéterminées. 7 - Générateur selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte des seconds moyens de commande (9b) permettant de régler à une valeur désirée la fréquence des impulsions (8) émises par le générateur d'impulsions (2). 8 - Générateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens de commande (9b) maintiennent constante la fréquence des impulsions (8) émises par le générateur d'impulsions (2) pendant la génération d'une rampe. 9 - Générateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens de commande (9b) font varier la fréquence des impulsions (8) émises par le générateur d'impulsions (2) pendant la génération d'une rampe. 10 - Générateur selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que lesdits premiers (9a) et seconds (9b) moyens de commande sont regroupés en un unique dispositif de commande (9) à processeur. 11 - Système pour la commande du déplacement d'un organe mobile (14) au moyen d'un moteur (13) actionné par un variateur de vitesse (12), un capteur de vitesse (15) étant associé audit organe mobile (14) pour adresser sa mesure audit variateur de vitesse (12), caractérisé en ce qu'il comporte un générateur (1) de signal électrique en forme de rampe spécifiée sous l'une quelconque des revendications 1 à 10, ledit générateur adressant son signal de sortie audit variateur de vitesse (12) qui est commandé par la différence entre le signal provenant dudit générateur (1) et celui provenant dudit capteur (15). 12 - Système selon la revendication 11 comportant un générateur tel que spécifié sous l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (17) pour la mesure de la distance parcourue par ledit organe mobile (114) et en ce que lesdits moyens de commande, après établissement d'une loi des distances théoriques à parcourir par ledit organe mobile (114) en fonction du temps - comparent à chaque instant la distance réellement parcourue à la distance qui aurait due être parcourue ; et - agissent sur ledit générateur d'impulsions (2) pour faire varier sa fréquence dans le sens annulant un éventuel écart ressortant de la comparaison.