Brevet FR2694627A1 — publié le 19940211

COMPARATEUR DE SEUILS ANGULAIRES POUR ORGANES TOURNANTS La présente invention a pour objet un comparateur de seuils angulaires pour un organe tournant tel qu'un arbre moteur, générant des signaux de type "resolver". Le "resolver" est un capteur de position angulaire d'un organe tournant très utilisé, notamment en robotique, lorsqu'il s'agit de déterminer, avec précision a position angulaire d'un organe tournant. Les signaux délivrés par le resolver peuvent, par ailleurs être utilisés pour asservir l'arbre en position. A cet effet, un enroulement est monté sur l'axe et alimenté par un courant sinusoïdal à haute fréquence, par exemple de 10 kHz. Au cours de sa rotation, ce bobinage induit des courants dans deux bobines perpendiculaires l'une à l'autre . Les capteurs de type resolver sont appréciés depuis longtemps pour leur robustesse et leur résolution théoriquement infinie.Un resolver délivre des informations sous forme de deux signaux électriques, modulés en amplitude, respectivement: S1 =Ksine x sin 2rrft S2=KcosO xsin2rlft formules dans lesquelles, K est l'amplitude commune aux deux sorties, O I'angle mesuré de 0 à 360 , sin 2nft la porteuse de fréquence élevée par rapport à dq / dt. A partir de ces deux signaux, il est possible de déterminer l'angle O. II existe différents types de démodulateurs capables d'extraire l'angle O sous une forme analogique ou numérique. Ces modulateurs font appel à des multiplicateurs de fréquences. Dans le cas de l'extraction numérique, ils ont pour but principal de rechercher une haute précision ( 12,16, voire 18 bits) et relèvent par conséquent de technologies coûteuses. Certaines applications et c'est le cas typique de la commutation de moteurs à courant continu sans balais demandent la détermination de seuils angulaires, le resolver étant suivi d'un démodulateur et de comparateurs de seuil. Mais les démodulateurs sont chers et il faut autant de comparateurs (analogiques ou numériques) que de seuils utiles. Dans le cas d'une comparaison numérique, le codage binaire s'accommode mal des géométries ternaires qui sont fréquentes les moteurs triphasés comprenant le plus souvent six ou douze pôles. II est donc nécessaire dans ce cas d'augmenter la résolution du démodulateur ce qui se traduit par un accroissement du coût. La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients et de proposer un moyen économique de détection d'un nombre quelconque de seuils angulaires. Elle est, bien entendu, applicable à tout système comparateur présentant des caractéristiques analogues à celles d'un resolver. Selon la présente invention, le procédé de détection de seuils angulaires d'un organe tournant par un circuit de type "resolver" comprenant un enroulement primaire alimenté par une porteuse haute fréquence et deux enroulements secondaires fixes, est caractérisé en ce qu'il consiste à injecter, dans l'enroulement primaire un signal carré symétrique puis à démoduler à la sortie de chacune des sorties des circuits secondaires les signaux de sortie au moyen de démodulateurs et à détecter les seuils prédéterminés par des comparateurs. Ce signal remplace le signal sinusoïdal classique. La forme éventuellement distordue des signaux de sortie est sans influence sur le résultat étant donné que l'on ne s'intéresse qu'aux transitions. Chacune des sorties S1 et S2 est démodulée par un redresseur synchrone. On applique, dans un premier temps le signal de chacune des sorties sur un démodulateur sur lequel on applique simultanément le signal modulé et la porteuse. Le démodulateur comprend, comme connu en soi, un filtre passe-bas et un commutateur rapide de signal analogique. Le multiplieur est remplacé, par un dispositif de commutation, commandé au rythme du signal d'excitation, en tout ou rien. La commutation rapide du signal analogique entre deux voies peut être effectuée, par exemple, par un multiplexeur. On dispose ainsi des deux sorties sinq et cosq démodulées avec leur signe. Cela est possible si l'amplitude K des signaux est connue. La valeur de K est égale à la racine carrée de la somme des carrés des signaux S1 et S2. Mais I'extraction de la racine n'est pas économiquement intéressante. Aussi, selon une autre caractéristique de l'invention, on exploite le fait que l'amplitude K est toujours proportionnelle à l'amplitude du signal d'excitation (haute fréquence porteuse) qu'il suffit de mesurer à l'entrée du circuit. Les comparateurs détectent alors un ratio des éléments de la chaîne indépendant des tensions d'alimentation et des rendements considérés comme stables. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la mesure de référence d'amplitude n'est pas continue mais alterne entre +Vm et -Vm. II en résulte une plus grande facilité de traitement de l'alternatif par rapport au continu (dérives, valeurs moyennes nulles) et une réduction du nombre des comparateurs dans le cas pratique très fréquent où les seuils angulaires présentent des symétries par exemple : + ou - 60 , 1200 . . Un seul comparateur , suivi d'un échantillonneur logique convenablement synchronisé peut alors détecter deux seuils. La présente invention vise également un circuit comparateur de seuils angulaire comprenant un enroulement primaire et deux enroulements secondaires, les deux enroulements secondaires étant connectés à des comparateurs de seuils dont les sorties sont connectées à des mémoires, elles-mêmes reliées à une logique de décodage, se chargeant de distinguer les angles qui, par exemple, ont le même sinus mais un cosinus de signe opposé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs en regard des figures qui représentent: - la figure 1 le schéma d'un comparateur suivi d'un échantillonneur synchronisé; - la figure 2 un autre schéma d'un échantillonneur plus soigné; - la figure 3, le schéma de principe d'un circuit selon l'invention; - la figure 4 un schéma d'illustration de la répartition de secteurs. Le procédé selon l'invention permet de simplifier le calcul de la position angulaire d'un organe tournant. Le schéma de la figure 1 représente un circuit comparateur. Sur les bornes d'entrée du comparateur 1 est appliqué le signal V1 ou V2 provenant du resolver ( non représenté) constitué de la porteuse et du sinus ou cosinus de l'angle de l'organe tournant par rapport à la position de référence. A la sortie du comparateur 1 est directement appliquée la porteuse prélevée à l'entrée du circuit primaire du resolver. Ce signal primaire peut, en cas de besoin etre amplifié ou atténué et décalé par rapport à l'origine. Par battement des deux signaux, la porteuse est éliminée et le signal ainsi obtenu est appliqué sur des mémoires déclenchées 2 et 3 qui le comparent à des valeurs de références.A la sortie des mémoires 2 et 3, apparaissent des seuils représentatifs de l'angle de l'organe tournant à un moment donné. La figure 2 représente un étage de mise en forme des signaux de synchronisation permettant des mesures plus précises que le simple prélèvement de l'amplitude du signal d'entrée. Dans le circuit générateur 4 de signaux carrés, comprenant un oscillateur 13, est branché le primaire 5 du resolver. La borne 6 du primaire 5 est à la masse et la borne 7 est connectée à un circuit RC 8 dont la constante de temps est du même ordre que celle des filtres passe-bas des démodulateurs sinus et cosinus ce qui supprime l'erreur de gain en dynamique de l'amplificateur opérationnel 9. L'amplificateur 9 reçoit sur ses deux entrées, respectivement une tension de référence Vref. et le signal de sortie de l'enroulement primaire 5, après passage par une résistance 10. Le rythme des multiplexeurs 12 est synchronisé par la liaison 11. La figure 4 représente le schéma complet d'un détecteur de seuil selon l'invention. On retrouve sur cette figure des éléments précédemment mentionnés et, notamment, le primaire 5 du resolver, ainsi que quatre comparateurs 1 et les mémoires déclenchables 2. Les enroulements secondaires 15 et 16, mesurant respectivement le sinus et le cosinus de l'angle q du resolver sont reliés à des amplis différentiels 17 destinés à ajuster l'amplitude des signaux secondaires. Si cette amplitude est égale à "1", ces amplificateurs ne sont pas nécessaires.De préférence, on détecte les angles inférieurs à 45" sur la sortie sinus et les angles supérieurs à 45" sur la sortie cosinus. II en résulte une influence réduite de dispersion des gains entre les différentes voies, une dérivée dV/dt plus élevée ce qui se traduit par une commutation plus franche des comparateurs et une meilleure utilisation des excursions de tension d'alimentation. L'oscillateur 13 est relié au primaire 5 par un diviseur de fréquence 18 qui divise la fréquence par 2. La sortie du diviseur 18 est connectée au primaire 5 par l'intermédiaire d'un amplificateur d'adaptation 19. On retrouve sur ce schéma le circuit RC 8 et l'ampli opérationnel 9 connectés à la sortie du diviseur 18 par la liaison 11. Ce circuit mesure, conformément à une caractéristique de l'invention, I'amplitude du courant d'excitation et, après un ajustement en 20 et une division de tension en 21, est appliqué sur l'une des entrées des comparateurs 1 qui, dans l'exemple représenté sont au nombre de quatre , ce nombre pouvant varier en fonction du nombre de seuils à détecter La seconde entrée des comparateurs reçoit, bien entendu le signal de sortie des amplificateurs 17 par l'intermédiaire de circuits RG ( non référencés).Le diviseur de tension 21 est, par exemple, choisi pour correspondre au sinus d'un angle de 30". Comme indiqué précédemment, quatre comparateurs 1 permettent de détecter huit seuils grâce aux mémoires déclenchables 2 et 3 dont l'une des entrées est reliée à la sortie des comparateurs et dont l'autre est reliée au générateur qui en assure le déclenchement. A cet effet, deux portes "ET" 22 et 23 assurent la sélection des seuils négatifs et positifs. Une tension auxiliaire peut éventuellement etre appliquée par un générateur 24 sur l'entrée des comparateurs 1. Les sorties S1 à S6 des mémoires 2,3 sont connectées à un étage logique de décodage 25 qui est spécifique à chaque application. Les mémoires 2 et 3 peuvent éventuellement être intégrées à l'étage logique 25. Dans le cas où il s'agit de détecter douze secteurs régulièrement répartis sur un tour, chaque secteur étant égal à 30". A partir de la position d'origine, les sorties des six comparateurs prennent successivement les valeurs représentées sur la Fig.4. Les douze secteurs sont représentés par les lettres a....l, les sorties des comparateurs étant désignées par S1.... S6. Chacun des secteurs est identifié par une équation logique simplifiée et, par exemple: a=S2S3S6 k= S1 S6. Ces équations sont simplifiées mais il est possible d'exploiter la redondance pour détecter ou corriger les défaillances d'un ou plusieurs comparateurs. Comme indiqué précédemment, il suffit d'un comparateur analogique sur le signal sinus pour le signal S2, et d'un autre pour le signal cosinus S5, deux mémoires sinus donnant S1 et S3 et deux mémoires cosinus S4 et S6. II va de soi que de nombreuses variantes peuvent être apportées, notamment par substitution de moyens techniquement équivalents, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1" procédé de détection de seuils angulaires d'un organe tournant par un circuit de type "resolver" comprenant un enroulement primaire alimenté par une porteuse haute fréquence et deux enroulements secondaires fixes, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter, dans l'enroulement primaire un signal carré symétrique, puis à démoduler à la sortie de chacune des sorties des circuits secondaires les signaux de sortie au moyen de démodulateurs et à détecter les seuils prédéterminés par des comparateurs. 2" Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste mesurer l'amplitude du signal d'entrée sur le circuit resolver et à l'appliquer sur les démodulateurs au moyen de multiplexeurs. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur de référence prélevée est alternée entre les valeurs positive et négative de la tension d'alimentation du resolver. 4" Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que au moins une mémoire déclenchable est associée à chaque comparateur. 5o Circuit comparateur de seuils angulaire pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant un enroulement primaire et deux enroulements secondaires, les deux enroulements secondaires étant connectés à des comparateurs de seuils caractérisé en ce que les sorties des comparateurs sont connectées à des mémoires, elles-mêmes reliées à une logique de décodage.