FR2810470A1 - Motorized electromagnetic movement for precision displacement and angular positioning of, but not exclusively, an optical systems mirrors uses electronic controller to supply two stator electromagnetic field generators - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un mouvement motorisé électromagnétique pour déplacement positionnement angulaire de précision. Elle concerne également un procédé de mise en oeuvre d'un tel mouvement. The invention relates to an electromagnetic motorized movement for precision angular positioning displacement. It also relates to a method of implementing such a movement.
L'invention a des applications dans les techniques industrielles nécessitant un déplacement et un positionnement angulaire précision pour une amplitude maximale de 45 . Elle est plus particulièrement, mais pas exclusivement, destinée à être mise en oeuvre dans le domaine des dispositifs d'optique, et, encore plus particulièrement mais pas exclusivement, dans les applications necessitant le déplacement et le positionnement rotation d'un ou de plusieurs composants optiques, par exemple de miroirs . The invention has applications in industrial techniques requiring precise displacement and angular positioning for a maximum amplitude of 45. It is more particularly, but not exclusively, intended to be implemented in the field of optical devices, and, even more particularly but not exclusively, in applications requiring the displacement and the rotational positioning of one or more components optical, for example mirrors.
Dans le domaine de l'optique, les laser et les dispositifs de mesure nécessitent un positionnement extrêmement précis d'éléments optiques du type miroir, lentilles, filtres réseaux ou autres. En effet, les longueurs d'ondes mises en jeu sont extrêmement courtes et les éléments doivent être positionnés avec une précision fonction de ces longueurs d'onde. C'est par exemple, le cas des cavités laser, dont les miroirs doivent être positionnés fonction de la longueur d'onde du rayonnement qui doit être produit. De plus, ce positionnement doit aussi être stable dans le temps. In the field of optics, lasers and measuring devices require extremely precise positioning of optical elements of the mirror type, lenses, network filters or the like. In fact, the wavelengths involved are extremely short and the elements must be positioned with precision as a function of these wavelengths. This is for example the case of laser cavities, the mirrors of which must be positioned as a function of the wavelength of the radiation which must be produced. In addition, this positioning must also be stable over time.
Ces contraintes sont encore plus fortes dans dispositifs dans lesquels des longueurs d'ondes modifiables ou variables doivent être produites ou mesurées. C'est par exemple le cas pour les laser accordables ou les spectromètres à balayage. Dans ces dispositifs, un élément, par exemple un miroir, monté mobile en rotation doit pouvoir être mis en mouvement, déplacé et positionné par un mouvement motorisé selon un signal de consigne de positionnement (valeur désirée de position angulaire) afin de déterminer la longueur d'onde d'émission ou de mesure. Les caractéristiques essentielles d'un tel mouvement sont la précision du positionnement du déplacement angulaire (dont la vitesse instantanée), la stabilité, la répétabilité et la résolution angulaire. Ces caractéristiques concernent donc des propriétés aussi bien statiques que dynamiques. A titre d'exemple, dans ces applications d'optique, une amplitude angulaire maximale de fonctionnement inférieure à 20 est recherchée et le positionnement est préférentiellement possible entre et 10 . La résolution est comprise entre 100 000 à 300 000 points ou plus l'amplitude maximale de fonctionnement. La stabilité à long terme est d'environ 10 fois la résolution. La stabilité de la vitesse instantanée est de plus ou moins 30 % sur 6 points de résolution. La vitesse de deplacement est en général comprise entre 0,1 /seconde à 4 /seconde. These constraints are even stronger in devices in which modifiable or variable wavelengths must be produced or measured. This is for example the case for tunable lasers or scanning spectrometers. In these devices, an element, for example a mirror, mounted movable in rotation must be able to be set in motion, moved and positioned by a motorized movement according to a positioning setpoint signal (desired value of angular position) in order to determine the length d 'emission or measurement wave. The essential characteristics of such a movement are the precision of the positioning of the angular displacement (including the instantaneous speed), the stability, the repeatability and the angular resolution. These characteristics therefore relate to both static and dynamic properties. For example, in these optical applications, a maximum angular operating amplitude of less than 20 is sought and positioning is preferably possible between and 10. The resolution is between 100,000 to 300,000 points or more the maximum operating range. Long-term stability is approximately 10 times the resolution. The stability of the instantaneous speed is more or less 30% on 6 points of resolution. The speed of movement is generally between 0.1 / second to 4 / second.
Les mouvements motorisés connus de l'état de l'art, utilisent un organe moteur, moteur pas à pas généralement, agissant sur un organe demultiplicateur, une vis micrométrique généralement, ce dernier agissant sur bras de levier monté pivotant autour d'un axe de rotation. Dans ce type de mouvement, une démultiplication importante est introduite par la vis micrométrique et il suffit que le moteur pas à pas ait une resolution de 1 000 points sur un tour, soit 360 . Cependant; ces divers éléments disposés en série, transformant le mouvement de rotation du moteur pas à pas en déplacement linéaire puis de nouveau en rotation, sont sources de multiples irrégularités, points durs, ou jeux. Ces défauts peuvent apparaître et/ou évoluer au cours du temps et en particulier à la suite de l'usure du mouvement. Ce type de mouvement présente aussi une inertie importante du fait du nombre d'éléments mis en mouvement et nécessite aussi une puissance de commande importante. Ainsi, pour déplacer sur quelques degrés un miroir d'un poids inférieur à 1 gramme, de tels mouvements peuvent consommer jusqu'à 6 watts. Cette énergie se dissipe en partie sous forme de chaleur qui crée de nouveaux problèmes de stabilité au cours du temps. The motorized movements known from the state of the art, use a motor member, generally a stepping motor, acting on a multiplier member, a micrometric screw generally, the latter acting on a lever arm mounted pivoting about an axis of rotation. In this type of movement, a significant reduction is introduced by the micrometric screw and it suffices that the stepping motor has a resolution of 1000 points on one revolution, that is 360. However; these various elements arranged in series, transforming the rotational movement of the stepping motor into linear displacement then again into rotation, are sources of multiple irregularities, hard points, or clearances. These defects can appear and / or evolve over time and in particular as a result of wear and tear of the movement. This type of movement also has significant inertia due to the number of elements set in motion and also requires significant control power. Thus, to move a mirror weighing less than 1 gram over a few degrees, such movements can consume up to 6 watts. This energy is partially dissipated in the form of heat which creates new problems of stability over time.
Dans certains cas, il est possible de palier partiellement à certains de ces défauts par l'utilisation d'un capteur de position angulaire dont la mesure est comparée à la consigne (valeur désirée de position angulaire) pour correction dans un dispositif de contrôle électronique agissant sur l'organe moteur. In some cases, it is possible to partially overcome some of these faults by using an angular position sensor, the measurement of which is compared with the setpoint (desired angular position value) for correction in an electronic control device acting on the motor organ.
Afin de résoudre ces problèmes, l'invention propose de réaliser un dispositif permettant le déplacement et le positionnement en rotation par un organe moteur directement, sans interposition d'un organe démultiplicateur. L'invention permet d'obtenir un mouvement motorisé qui a, au minimum, les caractéristiques de précision et de résolution des systèmes de l'état de la technique indiquées plus haut. Le mouvement motorisé de l'invention peut être utilisé dans toute application nécessitant un déplacement et un micro positionnement angulaire précision. In order to solve these problems, the invention proposes to produce a device allowing displacement and rotational positioning by a drive member directly, without the interposition of a reduction member. The invention makes it possible to obtain a motorized movement which has, at a minimum, the characteristics of precision and resolution of the systems of the state of the art indicated above. The motorized movement of the invention can be used in any application requiring displacement and micro angular precision positioning.
L'invention concerne donc un mouvement motorisé électromagnétique pour déplacement et positionnement angulaire de précision comportant un organe moteur et un dispositif de contrôle électronique comportant au moins une entrée de signal de consigne de positionnement angulaire, ledit organe comportant un élément mobile du type rotor et un élément fixe du type stator, le rotor comportant un axe autour duquel il tourne. The invention therefore relates to an electromagnetic motorized movement for precision movement and angular positioning comprising a motor member and an electronic control device comprising at least one angular positioning reference signal input, said member comprising a movable element of the rotor type and a fixed element of the stator type, the rotor having an axis around which it rotates.
Selon .l'invention rotor comporte en outre un bras comportant à chacune de ses deux extrémités opposées un aimant, ledit bras étant solidaire perpendiculairement audit axe, le point de solidarisation correspondant sensiblement au point d'équilibre dudit bras comportant lesdits aimants, lesdits aimants suivant dans leurs déplacements un chemin porté par un cercle de rotation dont le centre correspond audit axe, le stator comporte deux générateurs électriques de champ magnétique disposés en deux points cercle de rotation, les deux points étant séparés de 135 à 180 entre eux préférentiellement de 170 à 180 entre eux, la droite virtuelle joignant points ne passant pas par l'axe, lesdits générateurs étant commandés par moins deux sorties de signaux de commande dudit dispositif de contrôle électronique. According to the rotor invention further comprises an arm comprising at each of its two opposite ends a magnet, said arm being integral perpendicular to said axis, the attachment point corresponding substantially to the point of equilibrium of said arm comprising said magnets, said magnets according to in their movements a path carried by a circle of rotation whose center corresponds to said axis, the stator comprises two electric magnetic field generators arranged at two points circle of rotation, the two points being separated from 135 to 180 preferably between them from 170 to 180 between them, the virtual straight line joining points not passing through the axis, said generators being controlled by at least two control signal outputs of said electronic control device.
Dans divers modes mise en oeuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être combinés selon toutes les possibilités techniquement possibles sont mis en couvre: - L'axe est monté en rotation sur un roulement à bille. - L'axe est solidaire capteur de position angulaire. In various embodiments of the invention, the following means can be combined according to all the technically possible possibilities are covered: - The axis is mounted in rotation on a ball bearing. - The axis is integral with the angular position sensor.
- Un index est fixé perpendiculairement à l'axe et au bras, ledit index portant à une première de ses deux extrémités un aimant supplémentaire et une bobine supplémentaire fixe est disposée en relation avec ledit aimant supplémentaire, la bobine supplémentaire servant à mesurer la vitesse de rotation dudit mouvement. - An index is fixed perpendicular to the axis and to the arm, said index carrying an additional magnet at a first of its two ends and a fixed additional coil is arranged in relation to said additional magnet, the additional coil being used to measure the speed of rotation of said movement.
- L'index est équilibré par rapport audit axe, une charge étant disposée à seconde extrémité dudit index. - The index is balanced with respect to said axis, a load being placed at the second end of said index.
- La bobine supplémentaire présente une section de mesure sensiblement carrée ou rectangulaire, la section de mesure étant suffisante pour que l'aimant supplémentaire soit en relation avec ladite bobine supplémentaire lors de ses déplacements. - The additional coil has a substantially square or rectangular measurement section, the measurement section being sufficient for the additional magnet to be in relation to said additional coil during its movements.
- Le mouvement est utilisé dans un appareil optique, miroir étant solidaire de l'axe. Par exemple, le miroir peut être directement fixé sur l'axe ou miroir peut être fixé sur l'extrémité d'un bras de levier, ledit bras de levier étant fixé perpendiculairement audit axe, en particulier, il envisagé de placer le miroir vers la seconde extrémité de l'index. - The movement is used in an optical device, mirror being integral with the axis. For example, the mirror can be directly fixed on the axis or mirror can be fixed on the end of a lever arm, said lever arm being fixed perpendicular to said axis, in particular, it is envisaged to place the mirror towards the second end of the index.
- Le dispositif de contrôle électronique comporte en outre une seconde entrée recevant un signal de position pour former une boucle d'asservissement, ledit signal de position étant fourni par le capteur de position, ledit dispositif contrôlant lesdits générateurs par des signaux de commande afin que la position du capteur de position corresponde à la consigne. - The electronic control device also comprises a second input receiving a position signal to form a servo loop, said position signal being supplied by the position sensor, said device controlling said generators by control signals so that the position of the position sensor corresponds to the setpoint.
- Le dispositif de contrôle électronique comporte en outre des moyens permettant d'introduire un terme d'amortissement dans la boucle d'asservissement, ledit terme étant un signal de vitesse de rotation. - The electronic control device further comprises means making it possible to introduce a damping term into the servo loop, said term being a speed signal.
- Le dispositif de contrôle électronique comporte en outre un différenciateur, ledit différenciateur permettant de produire un signal de vitesse de rotation à partir du signal de position. - The electronic control device further comprises a differentiator, said differentiator making it possible to produce a speed signal from the position signal.
- Le dispositif de contrôle électronique comporte en outre une troisième entrée recevant le signal de vitesse de rotation produit par la bobine supplémentaire. - The electronic control device also has a third input receiving the speed signal produced by the additional coil.
- Le dispositif de contrôle électronique comporte des moyens de calcul analogique. - Le dispositif de contrôle électronique comporte des moyens de calcul numérique ou digital. - The electronic control device includes analog calculation means. - The electronic control device includes digital or digital calculation means.
- dispositif de contrôle électronique comporte au moins un processeur de signaux digitaux (DSP). - electronic control device comprises at least one digital signal processor (DSP).
L'invention concerne également un procédé de mise en oeuvre d'un mouvement motorisé électromagnétique pour déplacement et positionnement angulaire précision. The invention also relates to a method of implementing an electromagnetic motorized movement for precise angular displacement and angular positioning.
Selon ce procédé, dans un mouvement motorisé selon l'une ou plusieurs des caractéristiques précédentes éventuellement combinées, on envoie un signal de consigne de positionnement angulaire audit mouvement, Dans divers modes de mise en oeuvre de l'invention de procédé, les moyens suivants pouvant être combinés selon toutes les possibilités techniquement possibles sont mis en couvre: - on mesure la position angulaire de l'axe et on corrige dans le dispositif de contrôle électronique les signaux de commande afin que la position angulaire mesurée corresponde à la consigne. According to this method, in a motorized movement according to one or more of the preceding characteristics which may be combined, an angular positioning setpoint signal is sent to said movement. In various embodiments of the invention of the method, the following means being able to be combined according to all the technically possible possibilities are set in cover: - the angular position of the axis is measured and the control signals are corrected in the electronic control device so that the measured angular position corresponds to the setpoint.
- on introduit une étape supplémentaire consistant à déterminer la vitesse de rotation du mouvement sous la forme d'un signal de vitesse de rotation et on introduit ledit signal de vitesse dans le dispositif de contrôle sous forme d'un terme de correction supplémentaire introduisant un amortissement. - an additional step is introduced consisting in determining the rotational speed of the movement in the form of a rotational speed signal and said speed signal is introduced into the control device in the form of an additional correction term introducing a damping .
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, et des dessins associés où - la Figure 1 représente une vue d'un mouvement motorisé selon mode de mise en pauvre de l'invention en coupe transversale verticale passant par l'une des bobines et par l'axe, - la Figure 2 représente une vue du dessus de ce même mouvement motorisé. The present invention will be better understood on reading the description of an embodiment of the invention, and the associated drawings where - Figure 1 shows a view of a motorized movement according to lean mode of the invention in vertical cross section passing through one of the coils and through the axis, - Figure 2 shows a top view of the same motorized movement.
Sur la figure 1, le mouvement motorisé est représenté selon une coupe transversale verticale passant par un des générateurs électrique de champ magnétique, en l'espèce ici, une bobine 6 et par l'axe 3. Une platine 2 sert support au mouvement 1 qui comporte un élément mobile ou rotor et élément fixe ou stator, Le rotor comporte un axe 3, vertical sur le schéma qui est mobile en rotation autour de lui-même. Un roulement à bille 10 permet de maintenir libre en rotation 3 sensiblement perpendiculaire à la platine 2. L'axe 3 comporte une gorge niveau du roulements afin de le stabiliser verticalement ainsi que representé sur la figure. Dans d'autres modes de mise en oeuvre de l'invention, un second roulement à bille (non représenté) pourra être utilisé afin d'améliorer stabilité dudit rotor. Eventuellement, cet ensemble de deux roulements à billes pourra correspondre à un roulement comportant deux rangées étages superposés de billes. Le terme roulement à billes est considéré ici comme générique et tout système de palier permettant la rotation d'un axe avec minimum de résistance est considéré: roulement à rouleau, palier magnétique... In FIG. 1, the motorized movement is represented in a vertical cross section passing through one of the electric magnetic field generators, in this case here, a coil 6 and through the axis 3. A plate 2 serves as support for the movement 1 which has a movable element or rotor and fixed element or stator, The rotor has an axis 3, vertical on the diagram which is movable in rotation around itself. A ball bearing 10 makes it possible to keep free in rotation 3 substantially perpendicular to the plate 2. The axis 3 has a groove at the level of the bearings in order to stabilize it vertically as shown in the figure. In other embodiments of the invention, a second ball bearing (not shown) may be used in order to improve the stability of said rotor. Optionally, this set of two ball bearings may correspond to a bearing comprising two rows of superposed stages of balls. The term ball bearing is considered here as generic and any bearing system allowing the rotation of an axis with minimum resistance is considered: roller bearing, magnetic bearing ...
Un capteur de position 7 solidaire de la platine 2 permet de mesurer la position angulaire de 3. Ce capteur de position sera préférentiellement un capteur permettant de faire des mesures sans contact, par exemple optiquement, afin de diminuer les frottements et autres sources d'irrégularités. Ce peut être un capteur incrémental ou autre, absolu ou relatif, et le signal de position généré pourra être digital ou analogique et par exemple sinus/cosinus. Des moyens de conversion pour adaptation sont éventuellement prévu en fonction des types (analogique et/ou numérique) de moyens utilisés dans le dispositif de contrôle électronique 8. Le signal de position est envoyé sur la ligne 71 vers le dispositif contrôle électronique. Le rotor comporte un bras 4, sensiblement perpendiculaire à l'axe 3. Le bras 4 comporte à ses deux extrémités opposées deux aimants 41, 41'. Ce bras 4 est préférentiellement fixé à sa position d'équilibre sur l'axe 3. Le rotor comporte également un index 5 allongé sensiblement perpendiculaire à l'axe 3 et au bras 4 et qui est aussi monté fixé sensiblement son point d'équilibre. A une première extrémité de l'index 5, est disposé un aimant supplémentaire 9' (non visible sur la figure 1) et à la seconde extrémité dudit axe 5 est disposé un contrepoids 51. Un tel mouvement, bien que représenté vertical sur la figure, peut fonctionner dans toute autre position. Dans d'autres modes de mise en oeuvre de l'invention, le contrepoids 51 pourra être omis, l'index 5 s'étendant entre l'axe 3 et l'aimant supplémentaire 9'. L'ensemble des éléments formant le rotor: l'axe 3, le bras 4 et ses deux aimants 41, 41', l'index 5 et son aimant supplémentaire 9' ainsi que son éventuel contrepoids 51 sont donc mobiles en rotation autour à l'axe 3. A position sensor 7 secured to the plate 2 makes it possible to measure the angular position of 3. This position sensor will preferably be a sensor making it possible to make contactless measurements, for example optically, in order to reduce friction and other sources of irregularities . It can be an incremental or other sensor, absolute or relative, and the position signal generated can be digital or analog and for example sine / cosine. Conversion means for adaptation are optionally provided depending on the types (analog and / or digital) of means used in the electronic control device 8. The position signal is sent on line 71 to the electronic control device. The rotor has an arm 4, substantially perpendicular to the axis 3. The arm 4 has at its two opposite ends two magnets 41, 41 '. This arm 4 is preferably fixed at its equilibrium position on the axis 3. The rotor also has an elongated index 5 substantially perpendicular to the axis 3 and to the arm 4 and which is also mounted fixed substantially its point of equilibrium. At a first end of the index 5, an additional magnet 9 'is arranged (not visible in FIG. 1) and at the second end of said axis 5 is disposed a counterweight 51. Such a movement, although shown vertical in the figure , can operate in any other position. In other embodiments of the invention, the counterweight 51 may be omitted, the index 5 extending between the axis 3 and the additional magnet 9 '. All the elements forming the rotor: the axis 3, the arm 4 and its two magnets 41, 41 ', the index 5 and its additional magnet 9' as well as its possible counterweight 51 are therefore mobile in rotation around the 'axis 3.
Du fait de la fixation du deuxième axe 4 sensiblement à son point d'équilibre, les deux aimants 41 et 41' sont sensiblement disposes symétriquement par rapport à l'axe 3 et, dans leurs mouvements, décrivent trajectoire supportée par un cercle de rotation 61 (figure 2) dont le centre correspond à l'axe 3. Due to the fixing of the second axis 4 substantially at its point of equilibrium, the two magnets 41 and 41 'are substantially arranged symmetrically with respect to the axis 3 and, in their movements, describe the trajectory supported by a circle of rotation 61 (Figure 2) whose center corresponds to axis 3.
Le stator est constitué de deux générateurs magnétiques 6 et 6' dont champ magnétique généré peut varier en fonction des signaux de commande produits par le dispositif de contrôle électronique 8. Dans un mode préféré de réalisation, les générateurs de champ magnétique sont des électroaimants du type bobine à noyau. Les bobinages à noyau 6 et 6' sont fixés sur la platine 2. Ils pourront eventuellement comporter sur la face opposée aux aimants 41 et 41', un contre-aimant destiné à améliorer les qualités du champ magnétique généré. Dans d'autres formes de mise en oeuvre de l'invention, les électroaimants pourront comporter un noyau métallique se refermant au niveau d'un entrefer dans lequel les éléments 41 et 41' pourront se déplacer. Les électroaimants pourront chacun comporter deux bobines disposées de part et d'autres des aimants 41 et 41'. The stator consists of two magnetic generators 6 and 6 ′ whose magnetic field generated can vary depending on the control signals produced by the electronic control device 8. In a preferred embodiment, the magnetic field generators are electromagnets of the type core coil. The core windings 6 and 6 'are fixed on the plate 2. They may optionally include on the face opposite to the magnets 41 and 41', a counter magnet intended to improve the qualities of the magnetic field generated. In other embodiments of the invention, the electromagnets may include a metal core closing at an air gap in which the elements 41 and 41 'can move. The electromagnets may each comprise two coils arranged on either side of the magnets 41 and 41 '.
Sur Figure 1, le mouvement motorisé est représenté dans une position dans laquelle l'aimant 41 est placé dans le champ magnétique généré par l'électroaimant 6. Le second électroaimant 6' n'étant pas disposé symétriquement le long du cercle de rotation par rapport à l'axe 3, le second aimant 41' décalé par rapport au second électroaimant 6'. In Figure 1, the motorized movement is shown in a position in which the magnet 41 is placed in the magnetic field generated by the electromagnet 6. The second electromagnet 6 'not being arranged symmetrically along the circle of rotation relative to at axis 3, the second magnet 41 'offset from the second electromagnet 6'.
Un dispositif de contrôle électronique 8 assure le contrôle du fonctionnement du mouvement. Le dispositif de commande fournit en sortie les signaux de commande des électroaimants 6 et 6' par respectivement, les liaisons 61 et '. Dans une forme de mise en oeuvre de l'invention évoluée, le dispositif de contrôle en plus de recevoir par la liaison 81, une consigne de positionnement angulaire reçoit sur deux entrées supplémentaires un signal de position fourni par le capteur de position 7 par la ligne 71 et un signal de vitesse rotation fourni par l'aimant supplémentaire 9' et la bobine supplémentaire 9 par la ligne 91. Dans une autre forme de mise en oeuvre de l'invention le signal de vitesse de rotation pourra être directement calculé à l'intérieur dispositif de contrôle 8 par un différenciateur à partir du signal de position reçu par la ligne 71. An electronic control device 8 controls the operation of the movement. The control device outputs the control signals for the electromagnets 6 and 6 'via the links 61 and' respectively. In one embodiment of the advanced invention, the control device in addition to receiving via the link 81, an angular positioning instruction receives on two additional inputs a position signal supplied by the position sensor 7 by the line 71 and a speed signal supplied by the additional magnet 9 'and the additional coil 9 by the line 91. In another embodiment of the invention the speed signal can be directly calculated with the inside control device 8 by a differentiator from the position signal received by line 71.
Dans 1e cas d'une recherche d'une performance extrême du système en résolution et précision, les signaux de position et de vitesse (éventuellement calculé dans le dispositif de commande) seront préférentiellement fournis en entrée dudit dispositif de contrôle. Ainsi, dans la forme la plus évoluée, le dispositif de contrôle assure un asservissement en position et vitesse du mouvement motorisé. Les éléments de calcul du dispositif de contrôle assurent alors la correction des signaux de commande des bobines électromagnétiques en cas de différence entre la consigne de positionnement et le signal de position afin que la position angulaire du mouvement motorisé corresponde à la consigne prévue, le signal de vitesse introduisant un amortissement dans la boucle de contrôle et d'asservissement. En effet, dans un dispositif de controle n'ayant que deux entrées correspondant à la consigne de positionnement et signal position, il pourra se produire des instabilités sous forme d'oscillation, plus moins importantes en fonction de l'amortissement mécanique, à l'approche de la position angulaire prévue par la consigne car la fonction de transfert d'un tel système comporte un terme du second ordre significatif système oscillant. Le système peut, à la limite, se comporter comme oscillateur. La fréquence des oscillations, plus ou moins amorties, correspond à la fréquence de résonance. Ainsi, dans un système naturellement peu amorti il est preférable d'introduire un terme supplémentaire d'amortissement dans la fonction de transfert et préférentiellement sous forme d'un signal de vitesse de rotation dans l'asservissement. In the case of a search for an extreme performance of the system in resolution and precision, the position and speed signals (possibly calculated in the control device) will preferably be supplied at the input of said control device. Thus, in the most advanced form, the control device provides servo-control in position and speed of the motorized movement. The calculation elements of the control device then ensure the correction of the control signals of the electromagnetic coils in the event of a difference between the positioning setpoint and the position signal so that the angular position of the motorized movement corresponds to the setpoint, the signal of speed introducing damping in the control and servo loop. Indeed, in a control device having only two inputs corresponding to the positioning setpoint and position signal, there may be instabilities in the form of oscillation, less significant depending on the mechanical damping, at approach to the angular position provided by the setpoint because the transfer function of such a system includes a significant second order term oscillating system. Ultimately, the system can act as an oscillator. The frequency of the oscillations, more or less damped, corresponds to the resonance frequency. Thus, in a naturally poorly damped system, it is preferable to introduce an additional damping term in the transfer function and preferably in the form of a speed signal in the servo.
Dans d'autres formes de mise en oeuvre de l'invention plus simples, le signal vitesse pourra être omis et, éventuellement celui de position. Ainsi, dans des formes moins évoluées, l'asservissement se fait en position seulement voire aucun asservissement n'est effectué, le système étant alors ouvert. envisage aussi le cas où le terme d'amortissement correspond ' un moyen purement mécanique. In other simpler forms of implementation of the invention, the speed signal may be omitted and possibly that of position. Thus, in less advanced forms, the control is done in position only or no control is performed, the system then being open. also considers the case where the term depreciation corresponds to a purely mechanical means.
Le dispositif de contrôle électronique 8 pourra être réalisé en électronique analogique. Dans ce cas, si le capteur de position 7 fournit signaux digitaux ou des impulsions, ces derniers sont transformés par convertisseur en signal de position analogique. Dans d'autres modes de mise en oeuvre de l'invention, il sera possible d'incorporer dans le dispositif de commande 8 des éléments de calcul numérique digital. De même certains signaux fournis au dispositif de contrôle pourront être des signaux digitaux. Par exemple, la consigne fournie par la ligne 81 peut correspondre à des valeurs binaires. Ces valeurs binaires seront soit transformées dans un convertisseur digital analogique en signaux analogiques soit utilisées directement dans des éléments de calcul digital. Dans le cas où la vitesse est calculée à partir du signal de position, une fonction de calcul différentiel analogique ou digital selon le cas sera incorporée dans le dispositif de commande 8. Enfin, les signaux commande des bobines seront préférentiellement analogiques, des convertisseurs digitaux analogiques dans le cas d'un dispositif de contrôle digital, fournissant des signaux de commande analogique à des amplificateurs de puissance attaquant lesdites bobines. Cependant, il est aussi envisagé que le signal commande des bobines soit un signal digital, par exemple du type à modulation de largeur d'impulsion, de fréquence suffisamment élevée. The electronic control device 8 can be produced in analog electronics. In this case, if the position sensor 7 supplies digital signals or pulses, the latter are transformed by converter into an analog position signal. In other embodiments of the invention, it will be possible to incorporate digital control elements into the control device 8. Likewise, certain signals supplied to the control device may be digital signals. For example, the setpoint provided by line 81 may correspond to binary values. These binary values will either be transformed in an analog digital converter into analog signals or used directly in digital computing elements. In the case where the speed is calculated from the position signal, an analog or digital differential calculation function as the case may be will be incorporated in the control device 8. Finally, the control signals of the coils will preferably be analog, analog digital converters in the case of a digital control device, supplying analog control signals to power amplifiers driving said coils. However, it is also envisaged that the signal controlling the coils is a digital signal, for example of the type with pulse width modulation, of sufficiently high frequency.
La Figure 2 correspond à une vue supérieure du mouvement motorisé de la Figure 1. L'index 5 comporte à une extrémité opposée à l'aimant supplémentaire 9' un contrepoids 21 d'équilibrage. Dans une forme simplifiée de mise oeuvre de l'invention, ce contrepoids 51 pourra être omis, l'index 5 ne s'étendant qu'entre l'axe 3 et l'aimant supplémentaire 9'. Dans une application d'optique, un miroir est solidarisé à l'axe 3. Le miroir pourra être directement placé sur l'axe 3 ou être fixé sur un bras de levier, exemple sur la seconde extrémité de l'index 5 au niveau du contrepoids 51 comme représenté par l'élément 52 sur la figure 2 seulement. Les deux générateurs de champ magnétique 6, 6' sont disposés le long du cercle de rotation 61 de telle façon que droite virtuelle 62 passant en leur centre ne coupe pas l'axe 3. Figure 2 corresponds to a top view of the motorized movement of Figure 1. The index 5 has at one end opposite to the additional magnet 9 'a counterweight 21 for balancing. In a simplified form of implementation of the invention, this counterweight 51 may be omitted, the index 5 extending only between the axis 3 and the additional magnet 9 '. In an optical application, a mirror is secured to the axis 3. The mirror may be directly placed on the axis 3 or be fixed on a lever arm, for example on the second end of the index 5 at the level of the counterweight 51 as represented by element 52 in FIG. 2 only. The two magnetic field generators 6, 6 ′ are arranged along the rotation circle 61 so that the virtual straight line 62 passing through their center does not intersect the axis 3.
générateurs de champ 6 et 6' peuvent être séparés de 135 à 180 entre Cependant afin que le mouvement motorisé puisse fonctionner selon les caractéristiques préférentiellement définies, amplitude de fonctionnement d'environ 10 , les générateurs 6 et 6' seront séparés de 165 à 180 entre eux. La disposition angulaire précise est en fonction des tailles respectives des aimants 41., 41', de la surface des champs magnétiques générés et l'amplitude maximale de fonctionnement souhaitée. Ainsi, par exemple, disposition des deux générateurs 6 et 6' à environ 170 degrés l'un par rapport à l'autre a permis la réalisation d'un dispositif dans lequel l'amplitude maximale de rotation est de 6 . Afin de mesurer la vitesse de rotation du rotor, l'aimant supplémentaire 9' disposé sur l'index 5 balaye la surface de mesure d'une bobine supplémentaire 9 de mesure de vitesse de rotation. Afin d'obtenir des mesures sensiblement linéaires en fonction de la vitesse, la bobine de mesure de vitesse 9 sera préférentiellement rectangulaire ou carré et de surface de mesure suffisante pour être balayée par l'aimant sur toute l'amplitude de rotation maximale. field generators 6 and 6 'can be separated from 135 to 180 between However, so that the motorized movement can operate according to the preferentially defined characteristics, operating amplitude of approximately 10, the generators 6 and 6' will be separated from 165 to 180 between them. The precise angular arrangement is a function of the respective sizes of the magnets 41, 41 ′, the surface of the magnetic fields generated and the maximum amplitude of operation desired. Thus, for example, arrangement of the two generators 6 and 6 'at approximately 170 degrees relative to each other has made it possible to produce a device in which the maximum amplitude of rotation is 6. In order to measure the speed of rotation of the rotor, the additional magnet 9 ′ placed on the index 5 scans the measurement surface of an additional coil 9 for measuring the speed of rotation. In order to obtain substantially linear measurements as a function of the speed, the speed measurement coil 9 will preferably be rectangular or square and of measurement area sufficient to be swept by the magnet over the entire maximum amplitude of rotation.
Le signal de vitesse de rotation est transmis au dispositif de commande 8 la ligne 91. L'entrée de la ligne 91 dans le dispositif de commande se fera préférentiellement en haute impédance afin de rendre négligeable les effets électromécaniques induits par l'interaction aimant 9' et bobine 9. Le courant généré par une bobine étant proportionnel à la variation du flux magnétique la traversant, on obtient en sortie de la bobine une valeur de signal de vitesse sensiblement proportionnelle à la vitesse de déplacement de l'aimant 9' sur la surface de mesure de la bobine 9. The speed signal is transmitted to the control device 8 on line 91. The input of line 91 into the control device will preferably be at high impedance in order to make negligible the electromechanical effects induced by the magnet interaction 9 ' and coil 9. The current generated by a coil being proportional to the variation of the magnetic flux passing through it, one obtains at the output of the coil a speed signal value substantially proportional to the speed of movement of the magnet 9 'on the surface coil 9.
Les exemples de mise en oeuvre de l'invention ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. En particulier, le terme bras 4 et le terme index ne sont nullement limitatifs, ces éléments pouvant être remplacés chacun par forme pleine, un disque par exemple, sur lequel les aimants 41 et 41' ainsi qu'éventuellement l'aimant supplémentaire 9' seraient fixés selon la disposition relative des divers éléments entre eux correspondant à l'invention. même, disposition des différents éléments par rapport à la platine 2 pourra être inversée, le codeur de position 7 pouvant se trouver du même côté que les aimants 41 et 41'. Enfin, le codeur de position pourra faire partie intégrante du rotor, dans un tel cas, un disque codé sera disposé au niveau et dans le plan bras 4 et de l'index 5, le capteur de position 7 et le rotor formant alors un tout.The examples of implementation of the invention are given for information only and are not limitative. In particular, the term arm 4 and the term index are in no way limiting, these elements being able to be replaced each by a solid form, a disc for example, on which the magnets 41 and 41 ′ as well as possibly the additional magnet 9 ′ would be fixed according to the relative arrangement of the various elements between them corresponding to the invention. same, arrangement of the different elements relative to the plate 2 can be reversed, the position encoder 7 can be on the same side as the magnets 41 and 41 '. Finally, the position encoder can be an integral part of the rotor, in such a case, a coded disc will be placed at the level and in the arm plane 4 and of the index 5, the position sensor 7 and the rotor then forming a whole. .
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