FR2555317A1

FR2555317A1 - Capteur de vitesse et procede pour detecter la vitesse d'un moteur electrique universel

Info

Publication number: FR2555317A1
Application number: FR8417727A
Authority: FR
Inventors: Wayne Zavis; David A Saar
Original assignee: Black and Decker Inc
Current assignee: Black and Decker Inc
Priority date: 1983-11-23
Filing date: 1984-11-21
Publication date: 1985-05-24
Also published as: JPS60152278A; US4527101A

Abstract

DANS CE CAPTEUR, LA VITESSE D'UN MOTEUR M ET INCLUANT UN DISPOSITIF RESISTIF BRANCHE EN SERIE AVEC LE CIRCUIT ELECTRIQUE DU MOTEUR, IL EST PREVU UN CONVERTISSEUR 16 RACCORDE AU DISPOSITIF RESISTIF PAR UN CIRCUIT D'AMPLIFICATION ET DE FILTRAGE 12 ET CONVERTISSANT LA TENSION DE SORTIE DUDIT DISPOSITIF EN DES VALEURS NUMERIQUES, UN MICROPROCESSEUR 18 ACCOUPLE AU CONVERTISSEUR ET COMMANDE PAR UNE MEMOIRE 20 POUR REALISER UNE TRANSFORMATION DE FOURIER RAPIDE DES VALEURS NUMERIQUES PRODUITES ET FOURNIR UN SPECTRE D'AMPLITUDE DE LA TENSION DE SORTIE ET UN DISPOSITIF 26 SERVANT A AFFICHER UNE VITESSE DU MOTEUR CORRESPONDANT A LA COMPOSANTE SPECTRALE D'AMPLITUDE MAXIMUM DETERMINEE. APPLICATION NOTAMMENT AUX REGULATEURS DE LA VITESSE DE ROTATION D'UN MOTEUR ELECTRIQUE.

Description

La présente invention concerne un appareil et un procédé pour détecter la

vitesse d'un moteur électrique et plus

particulièrement un appareil et un procédé pour détecter direc-

tement la vitesse d'un moteur électrique universel.

La vitesse de rotation des moteurs électriques était détectée, de façon typique, en utilisant des techniques soit directes, soit indirectes. Dans le cas de la technique de détection directede la vitesse, un capteur discret, qui

fournit un signal de sortie analogique ou numérique, est accou-

plé de façon opération. Les capteurs discrets ques qui fournissent un

nsducteurs de captage.

it des transducteurs pho-

-toeLeccr1queb qu = *........ tion avec une roue ta-

chymétrique ajourée ou avec des capteurs magnétiques qui coo- pèrent avec une roue dentée. Lorsque la roue ajourée ou la roue dentée circule à travers le capteur coopérant avec elle,

un train d'impulsions numériques est produit avec une fréquen-

ce de récurrence des impulsions, proportionnelle à la vitesse du moteur. Etant donné que la solution utilisant une détection directe de la vitesse requiert un capteur discret qui est raccordé de façon opérationnelle au moteur, il faut

souvent accroître les dimensions du carter du moteur de maniè-

re à loger le capteur. De même l'exigence d'utiliser un capteur discret accroît le coût des pièces détachées et les coûts de fabrication, de montage et d'entretien du moteur. La technique de détection indirecte de la vitesse n'utilise pas de capteurs discret et par conséquent contourne certains des inconvénients liés à la détection directe de la vitesse. Dans le cas de la solution de détection indirecte de la vitesse, des perturbations du courant ou de la tension dépendant de la vitesse dans le circuit du bobinage du moteur peuvent être mesurées et traitées

de manière à fournir un signal de sortie analogique ou numéri-

que qui est représentatif de la vitesse du moteur. Lors du traitement des perturbations du courant ou de la tension, il

est souvent difficile de déceler et d' amplifier les pertur-

bations et de les distinguer par rapport à d'autres composan-

tes de fréquence qui peuvent être présentes, y compris les com-

posantes de fréquence de l'alimentation en énergie et les com-

posantes de fréquence parasites dues à la commutation et aux

balais, en particulier dans les zones de la forme d'onde d'ali-

mentation en énergie proches de l'axe zéro, o l'amplitude des perturbations du courant ou de la tension tend vers zéro en même temps que la forme d'onde de la source d'alimentation

en énergie.

Lorsque les exigences relatives à la commande de moteurs électriques deviennent plus importantes, il. existe un besoin accru de dispositifs fiables et précis de détection de la vitesse du moteur et de dispositifs associés de commande du moteur qui possèdent des capacités plus importantes et une plus grande souplesse dans leurs applications, que les dispositifs

antérieurs, de manière qu'on puisse utiliser un seul capteur in-

direct de vitesse pour réaliser la commande d'une gamme étendue

de moteurs.

Compte tenu de ce qui précède, un but général de la présente invention est,parmi d'autres, de fournir un

procédé et un appareil fiables et précis de mesure de la vites-

se d'un moteur électrique universel.

Un autre but de la présente invention consiste à fournir un appareil servant à mesure la vitesse d'un moteur électrique en utilisant des techniques de détection indirecte e de mettre en oeuvre un capteur de vitesse, qui soit moins onéreux à

fabriquer et plus compact que les capteurs de vitesse de mo-

teurs, du type utilisant un capteur discret de vitesse.

Un autre but de la présente invention consiste à mettre en oeuvre un appareil qui détecte de façon indirecte la vitesse d'un moteur électrique par analyse des composantes de fréquence présentes dans le circuit du moteur en utilisant une transformée

de Fourier permettant d'identifier la composante de fré-

quence d'amplitude maximum et représentative de la vitesse du moteur. Un autre but de la présente invention consiste à fournir un appareil qui détecte directement la vitesse d'un moteur électrique et qui utilise des dispositifs qui peuvent être fabriqués moyennant l'utilisation de techniques de fabri- cation de circuits intégrés de manière à fournir un appareil réalisant la fonction désirée de détection de la vitesse avec

un nombre minimum de composants.

Conformément à ces objectifs ainsi qu'à d'autres objectifs, la présente invention met en oeuvreun capteur indirect

de vitesse et un procédé de détection de la vitesse d'un mo-

teur électrique, selon lequel les variations du courant, qui se répètent dans le circuit du bobinage du moteur en fonction de la vitesse de ce dernier sont détectées sous la forme de variations de la tension, sont filtrées de manière à éliminer les composantes de fréquence indésirables situées au-dessus et au-dessous de la gamme des fréquences prévues pour le moteur, et sont envoyées à un convertisseur analogique/ numérique qui convertit le signal d'entrée analogique en un signal de sortie numérique. Un microprocesseur commandé par un programme mémorisé reçoit l'information numérique et agit en

tant que processeur de traitement de signaux numérique en fai-

sant subir à l'information numérique une transformation de

Fourier rapide en vue de produire le spectre d'amplitude cor-

respondant. Ce spectre est examiné de manière à identifier

la composante spectrale d'amplitude maximum de manière à dé-

tecter la vitesse de rotation du moteur.

Dans la forme de réalisation préférée, un élément résistif est monté dans le circuit du moteur électrique de telle sorte qu'au moins une partie du courant consommée par le moteur électrique traverse cet élément résistif en développant, aux bornes dudit élément résistif, un signal de tension qui est représentatif du flux de courant traversant le circuit du

moteur. Des variations du courant consomme par le moteur appa-

raissent en partie par le fait que la réluctance du trajet magnétique défini entre les pôles de champ et les pôles de

l'induit mobile varie pendant la rotation d'induit à une vi-

tesse proportionnelle à la vitesse de l'induit. Le spectre

résultant des signaux inclut une composante de fréquence repré-

sentative de la vitesse du moteur ainsi que des composantes de fréquence représentative de l'alimentation en énergie,et des bruits parasites dûs à la commutation et aux balais. Le signal de

sortie du moteur est envoyé à une voie de traitement des si-

gnaux, qui inclut de préférence des filtres à condensateurs

commutés, qui élimine les composantes spectrales situées au-

dessus et au-dessous de la gamme des fréquences prévue pour

la gamme des vitesses du moteur, et un convertisseur analogi-

que/numérique qui convertit le signal filtré en des valeurs

numériques correspondantes.Un microprocesseur à programme md-

morisé soumet l'information numérique à une transformation de

Fourier rapide et sélectionne la composante spectrale d'ampli-

tude maximum en tant que signal représentatif de la vitesse du moteur. La transformée est réalisée en utilisant la technique "papillon" selon laquelle on effectue des itérations multiples pour obtenir le résultat désiré. Conformément à un aspect de la présente invention, l'utilisation de la mémoire et le rendement de calcul sont accrus grâce à la définition d'emplacements de

mémoire pour les nombres réels et imaginaires et par la mémo-

risation ultérieure uniquement des composantes de nombres réels aux emplacements définis à la fois pour les valeurs réelles et imaginaires. Le circuit de détection indirect de la vitesse

conforme à la présente invention fournit un procédé de traite-

ment d'un signal de tension dépendant de la vitesse de manière

à envoyer un signal de sortie numérique à un circuit utilisa-

teur, tel qu'un circuit de commande de la vitesse du moteur, et un appareil pour la fabrication duquel on peut utiliser

les seules techniques des circuits intégrés afin de réa-

liser un détecteur indirect de la vitesse possédant un nombre réduit de composants et présentant un coût faible par rapport

2555317.

aux dispositifs antérieurs de détection de la vitesse, en par-

ticulier aux dispositifs de détection de la vitesse qui utili-

sent un capteur discret.

D'autres caractéristiques et avantages de la pré-

sente invention ressortiront de la description donnée ci-après

prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels:

- la figure 1A est une vue de face partielle schéma-

tique d'un pôle de champ et d'un induit d'un moteur électrique pris à titre d'exemple, et montrant trois pôles d'induit et quatre entrefers d'induit situés en vis-à-vis de la face du p8le de champ;

- la figure lB est une vue partielle de face, égale-

ment schématique, du pôle de champ et de quatre pôles d'induit et de trois entrefers d'induit en vis-à-vis du pôle de champ; - la figure 2 est un schéma-bloc de l'organisation globale d'un capteur indirect de vitesse conforme à la présente invention;

- la figure 3A est un schéma-bloc partiel du cir-

cuit indirect de détection de la vitesse de la figure 2 et re-

présente des dispositifs d'amplification et de filtrage des signaux.; - la figure 3B est un schéma-bloc partiel d'une seconde partie du circuit de détection indirect de la vitesse

de la figure 2, incluant des dispositifs de traitement numéri-

que; - la figure 3C est une légende indiquant la manière dont les figures 3A et 3B doivent être lues; et - la figure 4 est un organigramme d'un programme de commande servant à réaliser l'analyse désirée de la

transforméede Fourier rapide.

On va décrire ci-après une forme de réalisation

préférée de l'invention.

Un ensemble capteur de vitesse/dispositif de com-

mande d'un moteur conforme à la présente invention et servant à la détection indirecte de la vitesse d'un moteur électrique utilise les variations ou perturbations du flux de courant, qui

se développent dans un circuit du moteur en raison de la rota-

tion de l'induit, en tant que source de signaux d'entrée pour la détermination de la vitesse du moteur. Les figures 1A et lB représentent la manière dont les variations du flux de courant

sont provoquées dans le circuit du moteur par suite de la ro-

tation de l'induit. La figure 1A est une représentation schéma-

tique du pôle de champ FP situé au voisinage d'un induit repré-

senté schématiquement et comportant des pôles d'induit équi-

distants P0, P'1, P2, P3 et P4, qui circulent successivement au-dessous du pôle de champ FP lorsque l'induit tourne, par

exemple suivant la direction de la flèche telle que représentée.

Sur la figure 1A, trois pôles d'induit, à savoir P1, P2 et P3, sont situés directement au-dessous du pôle de champ FP ainsi

que quatre fentes (non référencées)entre les pôles. La configu-

ration entre les pôles d'induit et le pôle de champ sur la figure 1A fournit une première valeur de réluctance dans le trajet magnétique défini entre le pôle de champ FP et l'induit. La figure lB représente la configuration entre les pôles d'induit et les pôles de champ, lorsque l'armature a tourné sur une distance d'une demi-fente dans la direction indiquée. Comme représenté sur la figure lB, quatre pôles d'induit, à savoir P0o' P'1, P2 et P3, et trois fentes entre pôles sont représentés au-dessous du pôle de champ FP. Cette dernière configuration entre les pôles d'induit et le pôle de champ sur la figure lB

fournit une seconde valeur de réluctance dans le trajet magné-

tique défini entre le pôle de champ FP et son induit A, cette seconde valeur de réluctance étant inférieure à la première valeur de rélactance correspondant à la figure 1A. Etant donné que le nombre des pôles d'induit P au-dessous du pôle de champ

FP varie pendant la rotation de l'induit, la quantité de maté-

riau magnétique situéeau-dessous du pôle de champ FP varie conformément à la rotation de l'induit, ce qui provoque une variation de la réluctance du trajet magnétique situé entre le

pôle de champ FP et l'induit et entraîne, d'une manière récur-

2555317.

rente, des variations ou des perturbations du courant consommée.

par le moteur en fonction de la vitesse de rotation de l'induit.

Un capteur indirect de vitesse conforme à la pré-

sente invention, qui utilise les variations récurrentes de cou-

rant décrites ci-dessus est représenté dans le schéma-bloc de la figure 2 et est repéré par la référence 10. Une impédance

de détection du courant, réalisée sous la forme d'une résistan-

ce Rs, ou un autre dispositif d'impédance approprié tel qu'un transformateur d'intensité, est montée en série avec un moteur M, de sorte que le courant du moteur traverse la résistance de détection Rs. Comme conséquence du flux de courant traversant la résistance Rs, un potentiel de tension Vm se développe aux bornes de la résistance Rs, l'amplitude de cette tension Vm dépendant de la valeur choisie pour la résistance de détection

Rs et de l'intensité du flux du courant la traversant. La ten-

sion Vm varie en fonction des variations du courant provoquées par les variations de la réluctance, qui sont fonction de la vitesse, lorsque l'induit tourne. L'alimentation en énergie AC/ACC délivrée au moteur M est commandée par un thyristor commutable Th qui est également branché en série avec le moteur M. La tension Vm est envoyée à un amplificateur muni d'un filtre 12 qui réalise l'amplification detension du signal et transmet les composantes de fréquence situées dans la gamme

des fréquences auxquelles on s'attend pour la gamme des vites-

ses du moteur, et bloque ou au moins atténue fortement les com-

posantes de fréquence inférieures et supérieures à la gamme des fréquences prévues, ces fréquences indésirables incluant les composantes de fréquence de l'alimentation en énergie à basse fréquence, les composantes de bruits parasites à basse fréquence des balais et les composantes de bruits parasites de commutation à haute fréquence. Le signal filtré et amplifié est envoyé à un convertisseur analogique/numérique 16 qui convertit le signal analogique en des mots numériques possédant une durée binaire sélectionnée (par exemple 8, 12 ou 16 bits), la valeur

numérique des différents mots numériques successifs correspon-

dant à la valeur analogique associée du signal Vm correspon-

dant à la vitesse.

Le signal de sortie numérique du convertisseur analogique/numérique 16 est envoyé à un micro-ordinateur C qui contient le microprocesseur 18 et une mémoire associée 20. Le microprocesseur 18 est commandé en partie par un détecteur de

synchronisation 22 et un circuit logique associé de cadence-

ment et de commande qui valide la fonction de détermination de la vitesse pendant un "créneau" temporel du signal d'alimentation.en énergie, lorsqu'un signal suffisant indiquant la vitesse est présent, de manière à améliorer

plus encore le fonctionnement du capteur de vitesse.

Comme cela sera décrit plus complètement ci-après en référence aux figures 3A, 3B et 4, le microprocesseur 18 évalue, sous la commande d'un programme mémorisé, le signal de sortie numérique du convertisseur analogique/numérique 16 et envoie l'information de la vitesse actuelle du moteur à un dispositif 24 de commande du moteur et/ou à un dispositif 26 d'affichage de la vitesse du moteur. La phase de détermination

de la vitesse est réalisée en effectuant une transformée -

de Fourier rapide aux valeurs numériques en vue d'obtenir le spectre d'amplitude et en identifiant ensuite la composante

spectrale de valeur maximum.

L'information sur la vitesse du moteur, envoyée

au dispositif 24 de commande du moteur,est utilisée pour réa-

liser la commande de ce dernier au moyen de la délivrance de signaux de commande appropriés "CTRL" au thyristorTh. En outre le signal de sortie du microprocesseur 18 peut être envoyé à un dispositif d'affichage 26 afin de fournir une indication

de la vitesse du moteur.

Une forme de réalisation préférée de la présente

invention est représentée sur les figures 3A et 3B (lues con-

formément à la légende de la figure 3C) et est désignée d'une manière générale par le chiffre de référence 100. Comme cela est représenté, la résistance d'échantillonnage Rs et le triac

T sont branchés en série avec le moteur M. La tension détec-

r tée Vm est envoyée à une voie de traitement des signaux qui inclut un filtre actif passe-bas défini par l'amplificateur A1, par un premier filtre F1, par un second amplificateur A2, par un second filtre F2, par un troisième amplificateur A3 et par un convertisseur analogique/numérique ADCo Le trajet de filtragedes signaux est agencé de manière à tcransmettre un spectre détermié de fréquences pour la gamme des vitesses du moteur, tout en atténuant les fréquences situées au- dessus et au-dessous du spectre désiré ou attendu de fréquences. Les fréquences atténuées incluent la forme d'onde d'alimentation

en énergie, le bruit parasite de commutation et le bruit para-

site des balais.

Le signal de tension Vm est envoyé au filtre actif passe-bas incluant l'amplificateur A1e et ffectuant une coupure

de fréquence et un cadrage usues de fréquence, qui sont déter-

minés de manière classique pardes résistances R1i R2P R3 et par un condensateur C. Le signal de sortie délivré par liamplificateur A1 est envoyé à l'entrée d'un filtre F1 qui est agencé de manière à transmettre les fréquences supérieures à une fréquence sélec=

tionnée et à atténuer les fréquences inférieures à cette fré-

quence de coupure. Dans la forme de réalisation préférée, le filtre F1 est du type à condensateur commuté, tel que par exemple le type de filtre à condensateur commuté portant le N 5620 et fabriqué par la Société dite Eo Go & G. Reticon

Company de Sunnyvale, Californie, 94086, Etats Unis d'Amérique.

Le filtre F1 est raccordé à une horloge CLK qui délivre des impulsions de commutation à un multiple choisi de la fréquence

désirée de coupure du filtre. Dans le cas de la forme de réa-

lisation décrite, l'horloge CLK délivre un signal de sortie à

384 kHz.

Le signal de sortie du filtre F1 est envoyé à l'amplificateur A2 constitué par un amplificateur opérationnel inverseur dont le gain et la tension résiduelle sont commandés

de la manière usuelle par des résistances R4, R5 et R6. Le pro-

duit du gain par la largeur de bande de l'amplificateur A2 peut être une mesure de l'atténuation des fréquences supérieures,

qui contribue à atténuer les composantes de fréquence de l'hor-

loge CLK appliquées au signal de sortie du filtre F1.

Le signal de sortie de l'amplificateur A2 est en-

voyé au second filtre F2 qui est du même type que le filtre F1 et fonctionne de façon semblable. Le signal de sortie du filtre

F2 est envoyé à un amplificateur A3 de post- filtrage, consti-

tué par un amplificateur opérationnel dont le gain et la ten-

sion résiduelle sont commandés par les résistances R7, R8 et R9.

Des amplificateum opérationnels appropriés pour les amplificateurs A1, A2 et A3 incluent le dispositif désigné par LM324 et fabriqué par la Société dite National Semiconductor

Company, Santa Clara, Californie 95051, Etats Unis d'Amérique.

Le signal de sortie de l'amplificateur A3 est envoyé au convertisseur analogique/numérique ADC qui fonctionne

de façon classique en convertissant le signal de sortie analogi-

que de l'amplificateur A3 en une valeur numérique à bits multi-

ples. La fréquence d'échantillonnage du convertisseur analogi-

que/numérique ADC est égale au moins au double de la fréquence maximale à laquelle prevue dans la plage des fréquences determinées.Un convertisseur analogique/numérique ADC est le convertisseur désigné par 574 AKD et fabriqué par la Société dite Hybrid Systems, Inc., Billerica, Massachusetts 01821,

Etats Unis d'Amérique.

Le signal de sortie du convertisseur-analogique/

numérique ADC est envoyé à un bus de sortie à conducteurs mul-

tiples B qui est raccordé à la section de traitement représen-

tée sur la figure 3B.

Cette section de traitement comporte un micropro-

cesseur MP et une mémoire morte (ROM) associée, un registre

de sortie R, et un dispositif de commande CTR. Le microproces-

1 1 seur MP comporte l'unité logique arithmétique usuelle (ALU), une mémoire à accès direct "monopuce" RAM, un ou plusieurs registres de travail et un cristal externe XTL qui commande le cycle d'exécution. Un microprocesseur approprié MP est le microprocesseur désigné par TMS 32010 et fabriqué par la Société dite Texas Instruments, Inc., de Dallas, Texas 75222,

Etats Unis d'Amérique.

La mémoire morte ROM contient un programme mémori-

sé servant à commander le fonctionnement du microprocesseur MP, comme cela va être décrit ci-après de façon plus complète, et la mémoire à accès direct RAM contient des cases de mémoire servant à la mémorisation temporaire des valeurs numériques représentant différents résultats de calculsintermédiaires et final. Bien que différentes mémoires à usage général conviennent pour le but projeté, il est approprié d'utiliser des mémoires EPROM modèle 2732A fabriquées par la Société dite Intel Corp., Santa Clara, Californie 95051, Etats Unis d'Amérique. Si on le désire, on peut également incorporer la mémoire ROM sous la

forme d'un élément monopuce intégré du microprocesseur MP.

Le microprocesseur MP reçoit un signal de synchro-

nisation "SYNC" de la part d'un circuit de synchronisation qui inclut un détecteur de passage à zéro, qui détecte le passage à

zéro ou l'annulation de la forme d'onde d'alimentation en cou-

rant alternatif et fournit un signal de passage à zéro au micro-

ordinateur afin d'indiquer un créneau temporel le long de la forme d'onde de l'alimentation en courant alternatif, lorsque

le signal de tension Vm représentatif de la vitesse et déli-

vré par la résistance de détection Rs sera le plus visible.

Un créneau temporel approprié apparaît pendant la partie de la

pente descendante, qui suit les maxima des différentes alter-

nances positives de la forme d'onde d'alimentation en énergie.

L'utilisation d'un circuit de synchronisation fournit une pro-

babilité supérieure d'utilisation de signaux valables pour amé-

liorer la fiabilité du fonctionnement de mesure de la vitesse.

Comme représenté sur la figure 3A, le circuit SYNC comporte

un dispositif diviseur de tension qui comporte des résistan-

ces R10 et Ril et des diodes D1 et D2, et qui est raccordé par l'intermédiaire d'une résistance R12 à l'entrée inverseuse d'un comparateur de tension A4 ayant une hystérésis commandée de la manière usuelle par l'intermédiaire de résistances R13,

R14 et R15. Un comparateur de tension approprié est le compara-

teur LM393 fabriqué par la Société dite National Semiconductor

Company de Santa Clara, Californie 95051.

Au cours du fonctionnement, le microprocesseur MP agit conformément au programme mémorisé dans la mémoire morte ROM de manière à réaliser une transformée de Fourier du signal de sortie numérique du convertisseur analogique/numérique ADC, grâce à laquelle le signal de sortie du moteur est converti en des éléments en sinus et en cosinus, en des constantes et en

des coefficients à l'aide desquels le contenu spectral de l'am-

plitude peut être quantifié d'une manière discrète.

Le signal de sortie du microprocesseur MP, qui est un nombre binaire à bits multiples représentatif de la vitesse du moteur M, est envoyé au registre R et y est conservé. Le

nombre représentatif de la vitesse est mis à jour lors de cha-

que cycle de calcul, comme cela va être décrit ci-après de fa-

çon plus complète,et est mis à la disposition du dispositif de

commande CTR pour être utilisé dans le but de commander la vi-

tesse du moteur. Le dispositif de commande CTR peut en outre recevoir une commande de vitesse de la part d'un commutateur du type formant basculeur T, un commutateur d'incrémentation/ de décrémentation SW, un clavier KP ou analogue. Le signal de sortie du dispositif de commande CTR est envoyé à la grille du

thyristor Th de manière à réaliser la commande désirée du mo-

teur. Le dispositif de commande CTR peut prendre l'une parmi plusieurs formes de dispositifs, incluant un micro-ordinateur monopuce tel que le micro-ordinateur MC146805G2 fabriqué par la Société dite Motorola Semiconductor Products, Inc., Phoenix, Arizona e503G, Etats Unis d'Amérique. En outre le dispositif de commande CTR peut recevoir un signal d'entrée d'étalonnage et de contrôle "TACH" par l'intermédiaire d'un amplificateur

opérationnel A5 fonctionnant à la manière d'un tampon.

Lors de la mise en oeuvre de la transformée de Fourier, différents algorithmesde calcul conviennent. Dans la forme de réalisation préférée, le programme mémorisé commande

le microprocesseur MP de manière qu'il réalise une transforma-

tion "papillon", selon laquelle quatre nombres introduits(A, B, C et D) sont utilisés pour calculer quatre nombre sortants

(A', B', C' et D') conformément aux formules "papillon" suivan-

tes.

A' = A+B+C+D

B'= (A-jB-C+jD)Wk C'=(A-B+C-D)W2k D'=(A+jB-C-jD)W3k W=e-j j= %A-1 Le microprocesseur effectue une transformée de Fourier rapide à 64 points, grâce à laquelle 16 transformations

de ce type sont effectuées dans chacun des trois cycles de cal-

cul. Chaque cycle commence avec 64 nombres complexes mémorisés

dansdes cases numérotés de 0 à 63 dans la mémoire RAMetstermi-

ne par un nouvel ensemble de nombres mémorisé de la même maniè-

re. Le signal de sortie fourni par le premier cycle de calcul

devient alors le signal d'entrée pour le cycle de calcul sui-

vant.

Lors du premier cycle, il se produit 16 transfor-

mations "papillon" numérotées de 0 à 15. La valeur de k est

égale à l'indice papillon(n) divisée par 32.

Papillons du cycle 1 Pour le nombre n de papillons, avec n = 0,1,2,.. 15 A arrive de la position d'entrée O+n B arrive de la position d'entrée 16+ n C arrive de la position d'entrée 32+n D arrive de la position d'entrée 48+n A' passe à la position de sortie O+n B' passe à la position de sortie 16+n C' passe à la position de sortie 32+n D' passe à la position de sortie 48+n

Lors du cycle numéro deux, quatre groupes de qua-

tre transformées sont effectués. Le premier groupe agit

sur les seize premiers nombres (cases 0 à 15), le second grou-

pe travaille sur les seize nombres intervenant ensuite (cases 16 à 31), etc. Pour ce cycle, un nombre de groupes est affecté, à savoir n = 0 à 3. Dans chaque groupe, le nombre indice papil-

lon n = 0 à 3. De même pour ce cycle, la valeur de a est égale

au nombre indice papillon divisé par 8 (k=n/8).

Papillons du cycle 2 Pour les papillons du groupe g, nombre n, avec g=0, 1, 2, 3 et n = 0, 1, 2, 3, A arrive du nombre de position d'entrée 16*g+0+ n B arrive du nombre de position d'entrée 16*g+4+n C arrive de la position d'entrée 16*g+8+n D arrive de la position d'entrée 16*g+12+n A' passe à la position de sortie 16*g+0+n B' passe à la position de sortie 16*g+4+n C' passe à la position de sortie 16*g+8+n D' passe à la position de sortie 16*g+12+n Lors du troisième cycle final, seize transformées "papillons"individuelles sont effectuées. Pour ce cycle, le nombre indice papillon est toujours 0, et le nombre de groupes

est g = 0 à 15. De même k est toujours 0.

Papillons du cycle 3 Pour les papillons du groupe g, avec g = 0, 1, 2, A arrive du nombre de position d'entrée 4*g+0 B arrive du nombre de position d'entrée 4*g+1 C arrive du nombre de position d'entrée 4*g+2 D arrive du nombre de position d'entrée 4*g+3 A' passe au nombre de position de sortie 4*g+0 B' passe au nombre de position de sortie 4*g+1 C' passe au nombre de position de sortie 4*g+2 D' passe au nombre de position de sortie 4*g+3 Enregistrement des données Le signal de sortie du troisième cycle final n'est pas dans l'ordre requis pour les résultats finals. C'est pour- quoi il est nécessaire de réarranger les données avant de les utiliser. L'algorithme utilisé pour cela est représenté dans le tableau quivant: Algorithme de réarrangement final

Régler la valeur de l'indice i à 0.

Pour l'indice r=0 à 3, effectuer ce qui suit.

Pour l'indice s=0 à 3, effectuer ce qui suit.

* Pour l'indice t=0 à 3, effectuer ce qui suit.

Déplacer la position d'entrée 16*t+4*s+r jusqu'à la position

de sortie i. Ajouter 1 à l'indice i.

La nature et la caractéristique de la transformée ci-dessus sont décrites de façon détaillée dans la publication AM29500 de la Société dite Advanced Micro Devices of Sunnyvale,

Californie 94086 (1982) et dans la publication de Elliot, D.F.

et Rao, K.R.,"Transformées rapides, algorithmes, analyses, apE

plications", Academic Press (N.Y.) 1982, pp. 58 et suivantes.

La transformeé décrite ci-dessus est mise en oeuvre conformément à l'organigramme de la figure 4. Comme cela est représenté sur cet organigramme, le microprocesseur MP est initialisé par réglage de t=0 et n=0 et par définition

de 64 cases de mémoire complexes (0-63) dans la mémoire RAM.

Le nombre complexe de cases inclut des cases pour la partie

réelle et pour la partie imaginaire de chaque nombre complexe.

Lors de la détection du bord retombant de la position de syn-

chronisation détectée fournie par le circuit"SYNC" (figure 3A) et après un intervalle de temps approprié, de par exemple 1 ms, deux valeurs numériques de deux échantillons successifs distants

d'un autre intervalle d'attente égal à environ 63,6 As et pro-

venant du convertisseur analogique/numérique sont mémorisés dans la première case de la mrémoire (n=0). L'indice de comDtaqe n est incrémenté, on laisse écouler un intervalle de temps analogue (63,6 "s) et la procédure de mémorisation continue jusqu'à ce que 50 cases de mémoire aient été remplies. Ensuite le reste des cases de mémoire est réglé à zéro. Une transformée de Fourier rapide à 64 points, base 4, est mise en oeuvre confor- mément aux équations de transformation et à la technique des cycles "papillon " multiples indiqués précédemment. Ensuite les chiffres sont enregistrés dans les cases de mémoire comme indiqué plus haut et la donnée de sortie est décodée de manière à obtenir 64 points de données réels à partir de 64 pointsde

données complexes fournis par la transformée de Fourier rapide.

Les parties réelles et imaginaires des nombres sont analysées comme cela est indiqué de manière à identifier la composante de valeur maximale du spectre d'amplitude résultant, et ensuite la valeur maximale et les valeurs voisines de cette valeur sont déterminées. La résolution est étendue à l'aide d'un facteur K (par exemple 4) pour déterminer la valeur de sortie désirée de

la vitesse.

Conformément à une caractéristique de l'invention,

le rendement de calcul est accru grâce à l'utilisation des com-

posants imaginaires des couples de nombres complexes pour re-

présenter des nombres réels et accroître de ce fait la résolu-

tion. Lorsque la conversion analogique/numérique est réalisée,

deux nombres réels sont échantillonnés dans chaque case de mé-

moire de nombres complexes, avec une représentation de deux points sur la courbe analogique du domaine temporel, au lieu

d'une représentation d'un nombre complexe (C=R+Ij). Par con-

séquent on peut charger 128 valeurs à l'entrée (ce qui fournit 64 points de données réelles à la sortie). Les 128 valeurs sont représentées par 100 lectures de conversion analogique/

numérique plus 28 zéros (14 cases de mémoire de nombres com-

plexes, avec deux valeurs zéro pour chaque case de mémoire) comme cela est représenté par la suite d'instructions indiquée

sur le côté gauche de la figure 4.

La présente invention fournit un capteur de vitesse qui fonctionne d'une manière indirecte, c'est-à-dire qui ne nécessite pas des transducteur de captage direct de la vitesse,

tel que par exemple des capteurs photoélectriques ou magnéti-

ques et des roues ajourées ou dentées associées, utilisées de façon typique par le passé. Grâce à l'utilisation d'un dispo-

sitif commandé par un microprocesseur, qui réalise une trans-

formation de Fourier rapide, il est possible d'obtenir une précision de 1 % sur une plage de vitesses s'étendant entre et 35000 tours par minute. Etant donné que les circuits des formes de réalisation décrites peuvent être réalisés à l'aide des techniques de fabrication des circuits intégrés, il est possible d'obtenir un capteur indirect de vitesse possédant un nombre réduit de composants et de faibles

coûts de fabrication, pour une précision élevée.

Comme cela ressortira à l'évidence pour les spécia-

listes de la technique, on peut réaliser différentes variantes

et apporter différentes modifications à l'appareil et au procé-

dé de détection indirecte de la vitesse, conforme à la présen-

te invention, sans pour autant sortir du cadre de cette der-

nière.

Claims

REVENDICATIONS

1. Capteur servant à détecter la vitesse de fonctionnement d'un moteur électrique à courant alternatif (M) du type provoquant des variations récurentes ou de courant à travers ses enroulements en fonction de sa vites- se et comportant un dispositif résistif (Rs) raccordé en série avec le circuit dudit moteur de manière à délivrer des variations de sortie de la tension, qui sont fonction

du courant dans le circuit du moteur électrique, caracté-

risé en ce que: - un convertisseur analogique/numérique (16) est raccordé au dispositif résistif (Rs) pour réaliser la conversion de la tension de sortie de ce dispositif en des valeurs numériques correspondantes possédant le nombre de bits choisi,

- un microprocesseur (18) est accouplé au con-

vertisseur analogique/numérique (16) et est commandé par une mémoire (20) de manière à réaliser une transformée de Fourier rapide sur les valeurs numériques délivrées par le convertisseur analogique/numérique (16) de manière à fournir un spectre d'amplitudes de la tension de sortie, délivré par le dispositif résistif et à identifier la composante spectrale d'amplitude maximum de ce spectre, - un dispositif (26) d'affichage de la vitesse du moteur est raccordé au microprocesseur (18) de manière

à présenter une valeur de la vitesse du moteur qui corres-

pond à la composante spectrale d'amplitude maximum.

2. Capteur selon la revendication 1, caractéri-

sé en outre en ce qu'un dispositif de filtrage (12) est branché entre le dispositif résistif et le convertisseur

analogique/numérique (16) de manière à transmettre des va-

riations de tension à des fréquences attendues pour la

plage des vitesses du moteur.

3. Capteur selon la revendication 2, caracté-

risé en outre en ce que ledispositif de filtrage (12) est

un filtre à condensateurs commutés.

4. Capteur selon la revendication 3, caracté-

risé en outre en ce que le dispositif de filtrage (12) est

constitué par une pluralité de filtres (F1,F2) à condensa-

teurs commutés, montés en cascade.

5. Capteur selon la revendication 2, caracté-

risé enoutre en ce qu'un amplificateur (A1,A2) est raccordé au filtre (F1, F2) de manière à compenser l'affaiblissement

du signal de tension provoqué par le filtre.

6. Capteur selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 ou 5, caractérisé en ce qu'un dispositif de détec-

tion de tension (R10-R15,A4) est raccordé à la source d'a-

limentation en courant alternatif du moteur électrique (M) et envoie des signaux de validation au microprocesseur (18)

de manière à réaliser la transformée de Fourier rapide.

7. Capteur selon la revendication 6, caractéri-

sé en outre en ce que le dispositif de détection de la ten-

sion comporte un dispositif de détection de tension nulle.

8. Capteur selon la revendication 1, caracté-

risé en outre en ce qu'un dispositif (24) de commande de la vitesse du moteur (M) est raccordé au microprocesseur (16)

afin de commander la vitesse du moteur en réponse à la vi-

tesse détectée de ce moteur.