CH635948A5

CH635948A5 - Dispositif d'asservissement de position.

Info

Publication number: CH635948A5
Application number: CH894679A
Authority: CH
Inventors: Yves Mulet-Marquis
Original assignee: Kollmorgen Tech Corp
Priority date: 1978-10-05
Filing date: 1979-10-04
Publication date: 1983-04-29
Also published as: GB2040467B; DE2940894B2; JPS5569813A; FR2440574A1; DE2940894A1; DE2940894C3; US4310790A; JPS5833565B2; CA1154521A; GB2040467A; FR2440574B1

Description

La présente invention concerne un dispositif d'asservissement de position, en particulier pour commander la position angulaire d'un organe.

Il est courant que les informations de commande de la position d'un organe de réglage soient élaborées sous forme numérique. Le traitement d'informations numériques apporte, par rapport aux signaux analogiques, les avantages de la précision et de la stabilité.

Il est donc souhaitable de disposer d'un dispositif d'asservissement qui puisse prendre en compte directement des informations de consigne numérique, sans passer par la conversion analogique. D'une façon plus générale, il est souhaitable de réaliser sous forme numérique la plus grande partie du traitement du signal.

Dans cette optique, il a été proposé, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 227 863, de réaliser un dispositif d'asservissement du type comportant

— un premier générateur délivrant un premier et un second s signal identiques déphasés l'un par rapport à l'autre de 90°,

— un capteur de position angulaire du type résolveur ayant un rotor couplé à un organe dont la position angulaire est à commander, deux entrées reliées au premier générateur pour recevoir respectivement le premier et le second signal, et une io sortie délivrant un signal de mesure dont la phase est représentative de la position angulaire réelle dudit organe,

— un second générateur recevant une information numérique de consigne sous forme d'un mot binaire et délivrant un signal de consigne de même fréquence que le premier et le

15 second signal et ayant une phase représentative de la position angulaire désirée dudit organe,

— un générateur de signal d'écart relié à la sortie du capteur et au second générateur pour délivrer un signal d'écart représentatif du déphasage entre le signal de mesure et le signal de

20 consigne, et

— un dispositif de commande pour commander la position angulaire dudit organe en fonction du signal d'écart.

Dans ce dispositif d'asservissement connu, des signaux rectangulaires, dérivés d'une horloge par division de fréquence, 25 sont appliqués directement au résolveur. Il en résulte une taux élevé d'harmoniques dans le signal de mesure, au point qu'il est nécessaire de le filtrer avant utilisation.

On sait qu'il n'existe pas de filtres passebas parfaits procurant une coupure totale et franche et ne provoquant pas de 30 déphasage jusqu'à la fréquence de coupure. Il en résulte donc nécessairement que la phase du signal de mesure est affectée par le déphasage du filtre, lequel déphasage est particulièrement instable, en particulier en fonction de la température. Le gain en précision et en stabilité espéré du fait de la réalisation sous 35 forme numérique d'une partie du traitement de signal et le gain en précision recherché par le filtrage se trouvent alors en grande partie anéantis par les perturbations apportées par le filtre.

L'invention a alors pour but de réaliser un dispositif d'asservissement dans lequel le traitement de signal est réalisé pour une 40 grande part de façon numérique sans que cela nécessite, pour une bonne exploitation du signal de mesure, de prévoir un filtrage de ce dernier.

Ce but est atteint par un dispositif d'asservissement du type défini ci-avant, dans lequel, conformément à l'invention: 45 - chacun des premier et second signaux engendrés par le premier générateur est une approximation numérique d'un signal sinusoïdal en étant constitué d'alternances comprenant chacune une pluralité de paliers, de manière à avoir un taux d'harmoniques réduit, et 50 - le générateur de signal d'écart compare la phase du signal de sortie du capteur non filtré directement à la phase du signal de consigne.

Selon une particularité du dispositif d'asservissement conforme à l'invention, le générateur de signal d'écart comporte un 55 démodulateur synchrone qui reçoit un signal de commande de fréquence égale à celle du signal de consigne, en phase avec celui-ci, et formé d'impulsions rectangulaires de durée égale à la moitié de leur période, de manière, au cours de demi-périodes successivement du signal de commande, à faire passer d'une 60 valeur positive à la valeur négative opposée le gain entre une entrée du démodulateur recevant le signal de mesure et une sortie du démodulateur reliée à la sortie du générateur de signal d'écart.

Le signal d'écart peut alors être élaboré en prenant la valeur 65 moyenne du sginal fourni à la sortie du démodulateur.

D'autres particularités et avantages du dispositif conforme à l'invention rassortiront à la lecture de la description d'un mode particulier de réalisation de ce dispositif, description faite ci-

3

635 948

après à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins joints qui illustrent:

- figure 1 : un schéma-bloc d'un mode de réalisation d'un dispositif d'asservissement conforme à l'invention,

- figure 2: un schéma d'un mode de réalisation d'un circuit du générateur du dispositif de la figure 1,

- figures 3A à 3G: des diagrammes de signaux fournis par les circuits du dispositif représenté par la figure 1,

- figure 4 et 5 : deux vues très schématiques en coupe longitudinale et en coupe transversale du montage du dispositif dont le schéma est donné par la figure 1, et

- figure 6: une vue de la courbe illustrant les variations du couple du moteur de commande du montage illustré par la figure 5, en fonction de la position angulaire du rotor de ce moteur.

Le dispositif illustré par le schéma de la figure 1 comporte une horloge 10, un diviseur de fréquence 11 recevant les impulsions de l'horloge 10, un générateur 12 recevant le signal de sortie du diviseur 11 et comportant deux circuits 12a, 12b délivrant un signal SIN (sinus) et un signal COS (cosinus) déphasés l'un par rapport à l'autre de 90°. Les signaux SIN et COS sont appliqués aux enroulements statoriques 14,15 d'un résolveur 13. Le rotor du résolveur 13 est solidaire en rotation d'un organe dont la position angulaire autour de son axe 21 est à commander. Un signal de mesure SM, dont la phase est représentative de la position angulaire dudit organe, est fourni aux bornes de l'enroulement de sortie du résolveur et est appliqué à une entrée 18a d'un générateur 18 de signal d'écart SE. L'autre entrée 18b du générateur 18 reçoit un signal de consigne SC dont la phase est représentative de la position angulaire désirée dudit organe et qui est délivré par un générateur 17 auquel sont appliquées les impulsions de l'horloge 10. Le générateur 17 reçoit l'information de consigne (position angulaire désirée)

sous forme numérique (mot binaire C). Le signal d'écart fourni en sortie du générateur 18 est amplifié par un amplificateur 19 pour actionner un moteur 20 qui commande le déplacement dudit organe pour faire coïncider sa position angulaire réelle avec la position angulaire désirée.

Le dispositif d'asservissement et son fonctionnement seront décrits ci-après plus en détail. On se référera aux figures 1,2 et 3A à 3G.

L'horloge 10 est un générateur à haute fréquence stabilisée par quartz qui délivre un signal SO appliqué au diviseur 11. Ce dernier fournit un signal SI à fréquence Fl (figure 3A).

Le circuit 12a du générateur 12 comporte, de façon connue en soi, un réseau de résistance RI à R6 qui ont un point commun formant la sortie du circuit 12a où apparaît le signal SIN. Les autres bornes des résistances RI à R6 reçoivent des signaux respectivement VI à V6 (figure 2) obtenus à partir du signal SI. Les signaux SI et VI à V6 sont formés d'impulsions de fréquence Fl et de durée égale à la moitié de leur période. Ces signaux VI à V6 sont décalés les uns des autres d'une durée t.

Le signal SIN obtenu (figures 2 et 3B) est un signal d'allure sinusoïdale, de fréquence Fl et dont chaque alternance est formée de plusieurs paliers. Dans l'exemple illustré, une double alternance est formée de 12 paliers différents du fait que l'on utilise un jeu de six résistances. La durée t est alors égale à l/12e de la période du signal SI. Le signal SI étant utilisé

19t comme référence de phase, le signal VI est retardé de —

par rapport au signal SI de manière que les signaux SI et SIN soient en phase.

Les valeurs des résistances sont déterminées pour conférer aux différents paliers des hauteurs telles que la forme du signal approche au mieux celle d'un signal sinusoïdal. Le taux d'harmoniques contenus dans le signal SIN peut être très réduit. D'une façon générale, si 2p est le nombre de paliers utilisés pour former une double alternance, il peut ne subsister que les har-5 moniques de rang k (2p) ± 1, k étant un nombre entier.

Le circuit 12b, analogue au circuit 12a, engendre le signal COS (figure 3C) qui correspond au signal SIN décalé de 90°.

Le signal SM (figure 3D) en sortie du resolver 13, utilisé en déphaseur, est déphasé par rapport au signal SIN d'une quantité io ©m représentative de l'angle mécanique du rotor de résolveur.

Le générateur 17 comporte un compteur-décompteur 17a dont la capacité est déterminée de manière que les impulsions de l'horloge H lui fassent accomplir des cycles de comptage (ou décomptage) successifs à la fréquence FI. Le compteur-dé-15 compteur 17a forme diviseur de fréquence et délivre le signal SC à la fréquence Fl (figure 3E). Le déphasage ©c entre le signal SC et le signal SI est déterminé par pré-réglage initial du compteur-décompteur à une valeur correspondant au mot binaire C. Ce dernier est, par exemple, stocké dans un registre 17b 20 connecté au compteur-décompteur 17a.

Le signal SC est formé d'impulsions rectangulaires de durée égale à la moitié de leur période et est appliqué au générateur 18.

Le générateur 18 comporte un démodulateur 18c dont le 25 gain, entre son entrée 18a recevant le signal SM et sa sortie 18a délivrant un signal SD (figure 3F), passe alternativement d'une valeur positive à la valeur négative opposée (de +1 à — 1 par exemple) au cours des demipériodes successives du signal SC qui constitue le signal de commande du démodulateur. 30 Un circuit 18d reçoit le signal SD, en élabore la valeur moyenne en délivre le signal d'écart SE sous forme d'un signal continu dont l'amplitude est égale à ou proportionnelle à cette valeur moyenne (figure 3G). Il est en effet apparent que la différence entre les déphasages 0m et 0C est proportionnelle à la valeur 35 moyenne du signal SD.

Le faible taux d'harmoniques contenus dans les signaux SIN et COS et, par voie de conséquence, dans le signal SM fait qu'il est possible de comparer la phase de ce dernier au signal de consigne SC sans filtrage préalable susceptible d'introduire des 40 déphasages parasites.

En outre, l'utilisation d'un résolveur à transformateur tournant comme capteur de position élimine d'avoir recours à un contact électrique glissant ou tournant susceptable d'amoindrir le fiabilité du système.

45 Cette fiabilité est encore accrue en utilisant un moteur 20 à courant continu, oscillant sans balais avec un débattement angulaire limité (par exemple 60° de part et d'autre d'une position centrale).

Le rotor du moteur est constitué par un aimant permanent 50 21 (fi gures 4,5) et le stator 22 est un tore en matériau ferromagnétique sur lequel sont bobinés des conducteurs 23,24 dans lesquels les courants sont de directions opposées.

Un tel moteur peut présenter une courbe caractéristique de couple telle que celle de la figure 6. Le débattement de ±60° est 55 suffisant dans de nombreuses applications, en particulier par exemple pour commander la position angulaire d'une came.

Le résolveur 13 est fixé mécaniquement au carter 25 du moteur 20, l'axe de sortie du résolveur se prolongeant à l'extérieur du résolveur pour former l'arbre du moteur.

60 Ainsi est évitée toute imprécision pouvant résulter d'un accouplement susceptible d'introduire un jeu.

Un boîtier 26 sur lequel s'appuie le stator 22 contient les composants électroniques du dispositif d'asservissement.

2 feuilles dessins

Claims

635 948

1. Dispositif d'asservissement de position comportant:

- un premier générateur délivrant un premier et un second signal identiques déphasés l'un par rapport à l'autre de 90°,

- un capteur de position angulaire du type résolveur ayant un rotor couplé à un organe dont la position angulaire est à commander, deux entrées reliées au premier générateur pour recevoir respectivement le premier et le second signal, et une sortie délivrant un signal de mesure dont la phase est représentative de la position angulaire réelle dudit organe,

- un second générateur recevant une information numérique de consigne sous forme d'un mot binaire et délivrant un signal de consigne de même fréquence que le premier et le second signal et ayant une phase représentative de la position angulaire désirée dudit organe,

- un générateur de signal d'écart relié à la sortie du capteur et au second générateur pour délivrer un signal d'écart représentatif du déphasage entre le signal de mesure et le signal de consigne, et

- un dispositif de commande pour commander la position angulaire dudit organe en fonction du signal d'écart, caractérisé en ce que:

- chacun des premier et second signaux engendrés par le premier générateur est une approximation numérique d'un signal sinusoïdal en étant constitué d'alternances comprenant chacune une pluralité des paliers, de manière à avoir un taux d'harmonique réduit, et

- le générateur de signal d'écart compare la phase du signal de sortie du capteur non filtré directement à la phase du signal de consigne.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de signal d'écart comporte un démodulateur synchrone qui reçoit un signal de commande de fréquence égale à celle du signal de consigne, en phase avec celui-ci, et formé d'impulsions rectangulaires du durée égale à la moitié de leur période, de manière, au cours de demi-périodes successives du signal de commande, à faire passer d'une valeur positive à la valeur négative opposée le gain entre une entrée du démodulateur recevant le signal de mesure et une sortie du démodulateur reliée à la sortie du générateur de signal d'écart.

2

REVENDICATIONS

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour délivrer ledit signal d'écart sous forme d'un signal représentatif de la valeur moyenne du signal de sortie du démodulateur.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de commande est un moteur à courant continu, oscillant, sans balais, à débattement angulaire limité.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe de sortie du résolveur et l'arbre du moteur sont confondus.