Brevet FR2642177A1 — publié le 19900727

Dispositif de mesure de la stabilité des circuits asservis L'invention concerne le prélèvement des signaux permettant la mesure de la stabilité de systèmes électroniques asservis. D'une manière classique la mesure de la stabilité utilise la boucle d'asservissement. La difficulté dans la mesure des caractéristiques de gain et phase des systèmes asservis à grand gain réside dans la stabilisation en continu de la sortie lorsque l'on ouvre la boucle d'asservissement. Un exemple caractéristique est la mesure du gain et de la phase, en boucle d'asservissement ouverte, d'un amplificateur opérationnel dont le gain est de l'ordre de 106. Comme représenté figure 1E, l'amplificateur opérationnel OP a sa sortie reliée à son entrée négative par une boucle d'asservissement B constituée par une résistance R, et la mesure en boucle ouverte est impossible les bornes E et S sont les bornes d'entrée et de sortie en boucle ouverte.Pour effectuer la mesure, il faut, comme représenté figure 1B, limiter le gain par une résistance de stabilisation RS entre la sortie de l'amplificateur OP et l'entrée négative ; le gain RS/R est alors pratiquement limité à 1000. La mesure se fait en appliquant un signal Vi sur la borne d'entrée E et en mesurant le signal Vo sur la borne de sortie S, ces bornes étant celles de la boucle ouverte. Le but de l'invention est d'effectuer une mesure de gain et de phase sans perturber le système asservi. L'invention a pour objet un dispositif de mesure de la stabilité des circuits asservis comportant une boucle d'asservissement, ayant lorsqu'elle est ouverte une borne d'entrée et une borne de sortie, le circuit asservi ayant une impédance d'entrée et une impédance de sortie, caractérisé par le fait qu'il comprend un générateur de tension inséré en série dans ladite boucle, entre les bornes d'entrée et de sortie, et un circuit de mesure relié aux bornes d'entrée et de sortie de ladite boucle, et que ledit générateur de tension a une impédance de. sortie plus petite que l'impédance d'entrée du circuit asservi. L'invention va être décrite à l'aide d'un exemple de réalisation illustrée par les figures annexées dans lesquelles - les figures 1A et 7B sont relatives à l'art connu, - la figure 2 est un schéma de principe du dispositif de mesure de l'invention, - la figure 3 représente un générateur de tension dans le dispositif de la figure 2, - la figure 4 est un schéma équivalent du générateur de tension de la figure 3, - la figure 5 représente un circuit de mesure du dispositif de la figure 2, - la figure 6 est un diagramme de signaux de tension mesurés par le circuit de mesure de la figure 5. =e dispositif de mesure de l'invention représenté schématiquement figure 2 comprend un générateur de tension alternative 1 et un circuit de esure 2 ; le générateur de tension alternative 1 est connecté en série dans la boucle d'asservissement B du système asservi S'A ; les bornes E et S sont les bornes d'entrée et de sortie du système asservi, en boucle ouverte, le générateur de tension alternative étant inséré entre lesdites bornes. Le circuit de mesure 2 est connecté d'une part entre la borne d'entrée n et la masse et d'autre part entre la borne de sortie S et la masse. La figure 3 représente le générateur de tension alternative 1 de la figure 2 ; il est constitué par un générateur sinusoidal 4 et un transformateur T, dont l'enroulement primaire EP est relié au générateur sinusoidal et l'enroulement secondaire ES est relié aux bornes E et S de la boucle d'asservissement B ; le transformateur T comporte un écran 3 relié à la masse. Afin de ne pas perturber la mesure, l'impédance présentée par le secondaire, c'est-à-dire l'impédance de sortie Zs du générateur de tension 1, est très faible devant l'impédance d'entrée du système asservi SA ; cette condition est réalisée avec un enroulement secondaire ayant un petit nombre de spires. 5e circuit de mesure 2 peut etre un oscilloscope qui permet de mesurer l'amplitude des signaux aux bornes E et S ainsi que leur déphasage. La figure 4 représente le schéma électrique équivalent du générateur de tension 1. Dans cette figure 4 - Ns est le nombre de spires de l'enroulement secondaire, - Rs est la résistance de l'enroulement secondaire, - Np est le nombre de spires de l'enroulement primaire, - Rp est la résistance de l'enroulement primaire, - Ri est la résistance interne du générateur sinusoidal 4. L'impédance Zg du générateur de tension, vue -des bornes E et S est Zg = Ps + (Rp i Ri) Ns )2 zip ) La capacité- entre l'écran 3 et l'enroulement secondaire ES a une valeur telle que son impédance soit très grande devant l'impédance de sortie Zo du système asservi SA. Le figure 5 représente le circuit de mesure 2 des figures 1 et 2. Ce circuit de mesure comporte quatre amplificateurs A7 à A4, un commutateur K à quatre positions a, b, c, d, et un voltmètre alternatif 7. - Le premier amplificateur A7 a une entrée positive reliée à la masse et une entrée négative reliée d'une part à sa sortie par un potentiomètre P1, et d'autre à la borgne d'entrée E par une résistance R9. - Le deuxième amplificateur A2 a une entrée positive reliée à la masse, et une entrée négative reliée d'une part à sa sortie par une résistance R2 et d'autre part à la borne de sortie S par une résistance R1. - Le troisième amplificateur A3 a une entrée positive reliée à la masse et une entrée négative reliée à sa sortie par une résistance R7 ; cette entrée négative est également reliée d'une part à la sortie du deuxième amplificateur A2 par une résistance R3 et d'autre part à la sortie du premier amplificateur A7 par une résistance 4. - Le quatrième amplificateur - a une entrée positive reliée à la masse et une entrée négative reliée à sa sortie par une résistance R8 ; cette entrée négative est également reliée d'une part 3 la borne de sortie S par une résistance R5 et d'autre part à la sortie du premier amplificateur Al par une résistance R6. - Le commutateur K a un premier plot fixe "a" relié en sortie du deuxième amplificateur A2, un deuxième plot fixe "b" relié en sortie du premier amplificateur Al, un troisième plot fixe "c" relié en sortie du quatrième amplificateur A4, et un quatrième plot fixe "d" relié en sortie du troisième amplificateur A3 ; le plot mobile du commutateur K est relié à un voltmètre alternatif V lui même relié à la masse. Dans cette figure 5, UE est le signal d'entrée, entre la borne E et la masse, appliqué au système asservi SA, figure 2, US est le signal de sortie du système asservi, entre la borne de sortie S et la masse, US1 est le signal de sortie deuxième amplificateur 2, UEl est le signal de sortie du premier amplificateur Al, 1 est le signal de sortie du troisième amplificateur A3, et W2 est le signal de sortie du quatrième amplificateur A4. - La figure 5 est un diagramme des signaux de la figure 5, ces signaux étant mesurés à l'aide du voltmètre V. Le premier amplificateur Al, associé à la résistance R9 et au potentiomètre P1, est un inverseur. P1 est un potentiomètre logarithmique gradué en décibels ; il permet de régler le gain du premier amplificateur Al de façon à obtenir l'égalité des valeurs absolues des signaux UE1 et US7 : UEl = '\usî ; |US1| ; en sortie on a donc : UE1 = -k UE. Le deuxième amplificateur A2 est un inverseur de gain égal à 1, les résistances R1 et R2 étant égales ; en sortie on a donc US1 = -US . Le troisième amplificateur est un additionneur inverseur des signaux UE1 et US1 ; en sortie on obtient W1 = (UE1 + US1) = -UE1 - US1 =kUE + US Le quatrième amplificateur A4 est un additionneur inverseur des signaux US et UE1; en sortie on obtient W2 = -(UE1 + US) = k UE - US Dans la figure 6 on a OB = US OA = US1 = - US = - OB OH = UE OC =-k UE OI = W1 = k UE + US or OG = W2 = kUE - US tg ODF = OF/OD = W2/W1 Wl or H3B = AOC = ADC = 2 ODC d'où HO5 = 2 arc tg W2/W1 puisque ODC = ODF. Le déphasage S/E du signal US en sortie du système asservi SA par rapport au signal UE en entrée dudit système asservi est donc égal à Le commutateur K permet de balayer successivement les plots fixes a, b, c, d ; on a donc plot a = mesure du signal US1 plot b = mesure du signal UE1, et réglage du potentiomètre Pl pour obtenir l'égalité des valeurs UE1 = UE1 = US1 plot c = mesure du signal W2 plot d = mesure du signal Wl Le potentiomètre P1 donne directement, par lecture de sa graduation, le gain US/UE du sytème asservi. Les valeurs de W1 et de W2 permettent le calcul de tg W2/W1 et d'en déduire la valeur du déphasage correspondant # S/E = 2 arc tg W2/W1. REVENDICATlONS : 1/ Dispositif de mesure de la stabilité des circuits asservis comportant une boucle d'asservissement (B), ayant lorsqu'elle est ouverte une borne d'entrée (E) et une borne de sortie (S), le circuit asservi ayant une impédance d'entrée et une impédance de sortie, caractérisé par le fait qu'il comprend un générateur de tension (1) inséré en série dans ladite boucle, entre les bornes d'entrée et de sortie, et un circuit de mesure (2) relié aux bornes d'entrée et de sortie de ladite boucle, et que ledit générateur de tension a une impédance de sortie plus petite que l'impédance d'entrée du circuit asservi. 2/ Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le générateur de tension (i) est constitué par un transformateur (T) et un générateur sinusoïdal (4), ledit transformateur ayant un enroulement primaire (EP) relié au générateur swnlsoldal (4), un enroulement secondaire (ES) relié aux bornes entrée (~) et de sortie (S) de la boucle d'asservissement (B), et un écran (3) relié à la masse. 3/ Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit de mesure (2) comprend, un premier (AI), un deuxième (A2), un troisième (A3), un quatrième (A4) amtlificatears inverseurs ayant chacun une entrée positive reliée à la masse, un commutateur (K) ayant un premier (a), un deuxième (b), un troisième (cj, un quatrième (d) plots fixes, un plot mobile, et un voltmètre alternatif (V) relié au plot mobile et à la masse, que le premier amplificateur (A1) a une entrée négative relie à la borne d'entrée (E) de la boucle d'asservissement (B) et une sortie reliée a son entrée négative par un potentiomètre wP1) pour faire varier le gain dudit premier amplificateur ( que le deuxième amplificateur (A2) a un gain égal à un, et une entrée négative reliée à la borne de sortie (S) de la boucle d'asservissement (B), que le troisième amplificateur (A3) est un additionneur ayant une entrée négative reliée d'une part en sortie du premier a.mp -ficateur (A1) et d'autre part en sortie du deuxième amplificateur (A2), que le quatrième amplificateur (A4) est un additionneur ayant une entrée négative reliée d'une part à la borne de sortie (S) de la boucle d'asservissement et d'autre part part en sortie du premier amplificateur (Al), et que chacun des plots fixes du commutateur (K) est relié en sortie d'un amplificateur différent.