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La présente invention concerne des systèmes de contrôle et plus particulièrement des dispositifs et un procédé de commande de la rotation d'un arbre en correspondance avec des indications représentées par des im- pulsions électroniques.
Dans les systèmes de commande par chiffres, on emploie des calcu- lateurs électroniques du genre utilisant des systèmes de numération uni- taires pour exprimer les résultats élaborés. Dans un tel système de,numé- ration, les informations concernant des accroissements définis d'une fonc- tion sont représentés par des'impulsions électroniques. Un tel système, appelé ici système "1 - O", sort ses résultats sur deux canaux ou voies.
L'un de ces canaux conduit une impulsion de référence qui définit l'instant où est intervenu la variation de la fonction. L'autre canal conduit les informations électroniques, sous la forme d'une impulsion ou d'une non-im- pulsion, représentant la variation de la fonction. Selon la présente' in- vention, un" coïncidence entre une impulsion du premier canal et une im- pulsion du second canal indique, par exemple, un accroissement positif de la fonction; cependant que l'absence d'une impulsion sur le second canal lors de la présence d'une impulsion sur le premier,canal indique un accrois- sement négatif de la fonction. Ainsi, la somme des accroissements positifs et négatifs de la fonction à partir d'un instant de référence arbitraire représente à chaque instant la grandeur de la fonction.
L'une des caractéristiques de la présente invention est de trans- former par des dispositifs appropriés ces impulsions d'informations en ro- tation d'un arbre. Lorsque se produit une impulsion de référence quel- conque, l'arbre tourne d'une quantité déterminée; et, suivant, que l'in- formation sur le second canal est une impulsion ou une non-impulsion, cette , rotation est dans le sens des aiguilles d'une montre (dextrorsum) ou en sens inverse (senestrorsum)o
La présente invention concerne un appareil pour commander le sens de rotation de l'armature d'une machine électrique, dans lequel la posi- tion de l'armature par rapport aux pièces polaires de la machine est déter- minée par les états relatifs de dispositifs de commutation,% deux états d' équilibre associés auxdites pièces polaires et en contrôlant la polarité.
Il est caractérisé par la mise en oeuvre d'un réseau logique possédant un couple de canaux d'entrée conduisant les impulsions représentant les don- nées, et des circuits logiques connectés aux circuits d'entrée et de sortie desdits dispositifs, dentelle sorte que, pendant tout l'intervalle d'une im- pulsion, des potentiels soient appliqués auxdits circuits d'entrée selon la signification relative des impulsions et'les états relatifs desdits dis- positifs de commutation à deux états d'équilibre, de manière à modifier les- dits états relatifs et à contrôler le sens de rotation de l'armature.
Dans une réalisation de cet appareil qui est présentée ici, on met en oeuvre deux canaux d'entrée conduisant les impulsions venant d'un calculateur à chiffres, par exemple qui détermine une fonction définissant la rotation d'un arbreo L'arbre est entraîne par un moteur quadripolaire, à courant continu, adapté pour fonctionner,en fait , comme un,moteur bi- polaire. Les pôles opposés du moteur ont leurs enroulements connectés en série.
L'un des circuits des enroulements série est relié à travers un premier interrupteur basculant à une source de courant continu; cependant que l'autre circuit des enroulements série est relié à travers un deuxième interrupteur à bascule à la source de courant continuo Un circuit de com- mande de l'interrupteur est prévu, qui utilise les informations en prove- nance du calculateur récupérées sur les deux canaux, pour commander le po- sitionnement des interrupteurs basculants de telle manière que'l'on puisse inverser les polarités des pôles du moteur, par conséquent faire tourner 1'
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armature d'un quart de tour à chaque impulsion de référence dans le sens exigé par l'information recueillie.
L'invention sera maintenant décrite avec références partieuliè- res aux dessins ci-joints dans lesquels :
Fig. 1 est une vue d'ensemble schématique du système de commande par chiffres.
Fig. 2 est un diagramme de câblage du moteur à courant continu et des commutateurs de commande connectant les enroulements créateurs des champs polaires à la source de courant.
Fige 3 est un schéma des connections du circuit flip-flop à entrée unique employé en fait d'interrupteur.
Fig. 4 est un schéma représentant les conditions logiques qui dé- terminent l'excitation des pôles du moteuro
Figo 5 représente un circuit logique à diode destiné à résoudre les équations logiques qui définissent les conditions de basculement des flip-flops des commutateurs.
En se reportant d'abord à la disposition-de la présente invention représentée en Figo 1, un calculateur à chiffres 1 envoie des impulsions é- lectroniques d'information sur le canal P en même temps que des impulsions de référence de synchronisation sur le canal 0. Ces deux canaux débouchent leurs impulsions dans un circuit de commande logique des commutateurs 2.
Le fonctionnement du circuit logique 2 est sous la dépendance des entrées d'impulsions des canaux P et C et du prépositionnement des commutateurs dans le coffret de commutation 4. A chaque impulsion de référence, se produit une variation de tension sur les lignes de sortie du circuit lo- gique 2. Après avoir été amplifié.dans l'amplificateur 3 ce potentiel a- juste les positions des commutateurs dans le coffret de commutation 4.
Cet ajustement des commutateurs inverse, dans un sens convenable, l'exci-- tation des pôles du moteur 5 sous l'action de là source de courant 6, de manière à effectuer soit une rotation supplémentaire dans le sens dextrorsum soit dans le sens contraire, de la part de l'arbre 7.
Dans la Fig. 1, on a représenté les impulsions d'information sous la forme "1 - 0" émises par le calculateur sur les canaux P et C. Une im- pulsion de référence se produit de préférence à des intervalles de-temps déterminés sur le canal C. Une impulsion sur le canal P, quand elle existe se produit en concordance avec l'impulsion de référence. 'Une coïncidence d'impulsions sur les canaux représente un accroissement de rotation de la part de l'arbre 7, tandis que l'absence d'une impulsion sur le canal P, lorsqu'une impulsion se produit sur le canal 0, représente un accroisse- ment de rotation en sens inverse de la part de l'arbre 7.
La Fige 2 représente un schéma des connexions du moteur 5 et des commutateurs dans le coffret de commutation 40 Le moteur 5 est composé d' une armature 8 à aimant permanent et de quatre pôles également espacés.
La paire de pôles horizontale est désignée comme pôles A et la paire de pôles verticale comme pôles B. Les enroulements 9 et 10'qui entourent les pôles horizontaux de gauche'et de droite A, respectivement, sont connec- tés en série; les enroulements 21 et 22 qui entourent les pôles verticaux supérieur et inférieur B, respectivement, sont connectés en série. Les pôles opposés du moteur'sont enroulés de telle sorte que, lorsque les cir- cuits série ainsi obtenus sont excités, une unité polaire devienne le pôle Sud et l'autre le pôle Nord. Fondamentalement, le moteur est bipolaire, puisque les pôles adjacents d'une même polarité peuvent être considérés comme un seul pôle scindé en deux.
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Dans le présent circuit, toute rotation supplémentaire correspond à une rotation de 90 de l'armature 8. Pour faciliter le repérage, les positions stables de l'armature motrice 8 ont été indiquées dans les qua- drants I, II, III, IV.
Les extrémités des enroulements du pôle A sont connectées aux contacts fixes supérieurs de droite et de gauche 11 et 12 du commutateur 'de gauche S1. Les contacts fixes inférieurs de droite et de gauche 13 et
14 de ce commutateur sont connectés aux extrémités opposées des enroulements du pôle Ao Les contacts mobiles de droite et de gauche 15 et 16 du commu- tateur sont solidaires d'une barrette 17e Cette barrette 17 est rappelée par le ressort 18 de manière à maintenir normalement les contacts mobiles
15 et 16 contre les contacts fixes supérieurs de droite et de gauche 11 et 12 respectivement.
Un électro-aimant 19, disposé sous la barrette mo- bile 17, fonctionne de manière à amener les contacts mobiles de droite et de gauche 15 et 16 sur les contacts fixes inférieurs de droite et de gauche 13 et 14 respectivement, à chaque fois que l'électro-aimant 19 est excité -0 Les contacts mobiles de droite et de gauche 15 et 16 sont con- nectés respectivement aux extrémités négative (la terre) et positive de la source de tension continue 6.
Ainsi, le commutateur S1 est un commu- tateur 'basculant, puisque, lorsqu'il est en position supérieure, il excite les pôles A de manière que le pôle droit A est le pôle Nord et le pôle gauche A le pôle Sud, et que, lorsqu'il est en position inférieure, il ex- cite les pôles A de façon que le pôle droit A soit le pôle Sud et le pôle gauche A, le pôle Nord.
L'excitation de 1'électro-aimant 19 est obtenue au moyen d'un tube amplificateur 20, à la plaque duquel'il est connecté. Chaque fois que 1 e tube 20 est conducteur, la barrette 17 du commutateur S1 est atti- rée vers le bas, de manière à basculer le positionnement des contacts,,
De même, les extrémités des enroulements 21 et 22 de la paire de poles B du moteur 5 .sont connectées à une paire de contacts fixes supé- rieurs 23 et 24 du commutateur S2.
Les contacts fixes inférieurs 25 et 26 de ce dernier commutateur viennent se connecter aux extrémités opposées des enroulements du pôle Bo Les contacts mobiles 27 et 28 sont normalement , maintenus au contact des extrémités fixes supérieures 23 et 24 respective- ment, grâce au ressort de rappel 29; cependant, chaque fois que le second électro-aimant 30 e'st excité par la conduction du second tube applifioa- teur 32, les contacts mobiles 27 et 28 sont attirés vers le bas et vien- nent au contact des extrémités fixes inférieures 25 et-26 respectivement du commutateur de droite S2.
Il est alors évident que, selon le positionnement des commuta- teurs basculants S1 ou S2 ,les paires de pôles A et B du moteur 5 pèsent avoir une polarité ou l'autre.
Comme les pôles opposés ont toujours des polarités différentes, les pôles adjacents de même polarité peuvent être considérés comme formant un seul pôle scindé en deux partieso Dans la Fige 2, le pôle horizontal droit A et le pôle verical inférieur B sont considérés comme formant un pôle Nord dans les conditions de connexions représentées.
Leurs champs se combinent donc pour produire un pôle Nord magnétique ef- fectif Ne dirigé vers le quadrant IV du moteur. L'armature 8 est alors alignée de façon à avoir son pôle Sud attiré vers ce pôle Nord effectif,. Ne
En se rapportant ensuite à la Figo 3, un diagramme schématique de connexions est représenté, concernant un circuit flip-flop classique et bien connu, utilisé ici pour concrétiser les conditions de commutation dans
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la présente invention. Le circuit flip-flop comprend deux triodes V1 et V2 dont chacune des plaques et,des grilles sont interconnectées au moyen d'une résistance R en parallèle avec une capacité Co Les plaques'de chacune des triodes sont connectées à travers des résistances de charge séparées R1 à une source E de courant continu positive.
Les grilles des' tubes sont con- nectées au point X à travers des résistances de grille séparées R2, et rame- nées à une polarisation négative V à traves une résistance commune R3.
Le circuit flip-flop fonctionne de telle manière que chaque impulsion d'en- trée positive appliquée au point X bascule le circuit, éteignant ainsi la triode qui était conductrice, et vice-versa. Les bornes de sortie de droi- te et de gauche 34 et 35 sont connectées respectivement aux plaques des triodes V2 et V1.
Un potentiel' élevé-sur la borne de sortie droite 34 in- dique que l'une des alternatives de la proposition représentée par le flip- flop est vraie ; potentiel élevé sur la borne de sortie gauche 35 indique que l'autre alternative de la proposition est vraieo
Chaque fois que le flip-flop est considéré comme étant dans une position "un", une lampe au néon L, connectée en série avec une résistance de chute R4 en parallèle avec la résistance de charge R1, s'allume,- et cha- que fois que le flip-flop est considéré comme étant dans une position il zéro'! la même lampe au néon s'éteint. De la sorte, 1 état "un" se produit lorsque le tube V1 est conducteur,
et qu'un potentiel-faible apparaît sur la borne de sortie 350 En même temps un potentiel élevé apparaît sur la borne de sortie 340
Le tableau suivant indique la proposition qui est représentée dans le circuit commutation logique. Comme on l'a vu, ces propositions sont du genre binaire c'est-à-dire qu'elles ont deux états d'évidence re- présentés sur le tableau par 1 ou O.
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Les réseaux logiques sont établis de telle sorte que l'état d'exis- tence d'une proposition à chaque instant, c'est-à-dire l'état vrai, soit physiquement détecté comme étant un potentiel élevé; cependant que l'état de non-existence, c'est-à-dire l'état faux, est détecté comme étant un fai- ble potentiel.
Dans la disposition présente, la proposition du canal C con- duit l'impulsion de référence C qui définit le moment où se produit un chan- gement dans le système, donc elle n'a un sens que pour cet état particulier ainsi qu'on l'a représenté par 1 dans le tableau. Par ailleurs, les deux états d'une proposition sur.le canal P ont un sens, l'état l, matérialisé par une impulsion P sur le canal, représente une rotation de l'arbre 7 dans le sens senestrorsum; cependant que l'état 0, matérialisé par un potentiel inverse sur le canal P, soit P', représente une rotation de l'arbre 7 dans le sens dextrorsum.
En ce qui concerne les propositions A1 et Bl qui sont obtenues des flip-flops, les états 0 et 1 de ces propositions correspondent aux chif- fres contenus dans les circuits des flip-flops. Ces états (ou sorties) sont représentés par les lettres données aux flip-flops, ces lettres étant con- venablement indicées. De plus, la sortie de gauche est distinguée de la droite au moyen d'un "prime". Par exemple, dans le flip-flop Al, la sortie droite dont le potentiel est élevé lorsque le flip-flop contient un "un", est désignée par A1, cependant que sa sortie gauche, qui est à un potentiel élevé lorsque le flip-flop contient "zéro", est désignée par A1'.
Comme on le voit sur la Fig. 2, les sorties de droite A1 et B1 des flip-flops Al et B1 respectivement, sont connectées à travers des di- viseurs de tension 36 et 37 aux grilles du premier et du second tubes 20 et 32 respectivement. Donc, comme on le voit sur la Fige 4, en se repor- tant d'abord aux pôles horizontaux A, lorsque le commutateur, S-,est po- sitionné de manière que le pôle gauche A soit pôle Nord et le pole droite A soit pôle Sud, le flip-flop Al est considéré comme contenant le chiffre "un". Inversement, lorsque le commutateur S1 est positionné de manière que le pôle gauche A soit Sud et le pôle droit A soit Nord, le flip-flop Al est considéré comme contenant le chiffre "zéro".
De même, lorsque le pôle B supérieur est Nord et que le pôle B inférieur est Sud, le flip-flop Bl contient le chiffre "un", et lorsque le pôle B supérieur est Sud et que le pôle B inférieur est Nord, le flip-flop Bl est considéré comme contenant le chiffre "zéro".
Par conséquent, la conduction des tubes amplificateurs 20 et 32 et par suite le positionnement des commutateurs S1 et S2 sont déterminés par les chiffres contenus dans les flip-flops Al et Bl respectivement.
Le tableau de vérité a été établi pour déterminer les relations existant entre les états des propositions d'entrée C, P, Al et BL, de ma- nière à engendrer les propositions d'entrée dans le commutateur basculant a et b.
La première colonne C contient la proposition de référence qui, comme on peut le remarquer, est toujours représentée par un 1. Comme les entrées des propositions P, A1 et Bl peuvent exister dans chacun des deux états, une table binaire à 8 décimales a été écrite,dans les colonnes res- pectives, représentant toutes les combinaisons possibles entre elles.
Dans le but de compléter cette table, les états des flip-flops Al et Bl sont analysés, en même temps que les états de l'entrée Po Si P est 0, les flip- flops Al et Bl doivent être basculés de manière que le pôle Nord effectif Ne
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du moteur à courant continu se déplace d'un quart de tour dans le sens dextrorsum; si P est 1, les flip-flops Al et Bl doivent être basculés de manière que le pôle Nord effectif Ne se déplace d'un quart de tour dans le sens senestrorsum.
Si l'on se rapporte au tableau, on remarque que la première ran- gée ne comporte que des zéros pour Al et Bl. Pour un tel positionnement des flip-flops, le pôle Nord effectif est dans le quadrant IV du moteur de Fige 20 De toutes façons, P égal à 0 détermine une rotation dans le sens dextrorsum. Ainsi, dans le but de déplacer ce pôle Nord effectif dans le sens dextrorsum vers le quadrant III, lorsque se produit la prochaine impulsion de référence 0, Al doit se trouver placé dans une condition "un" c'est-à-dire que la polarité à travers les pôles horizontaux A doit être renversée; tandis que Bl reste le même, c'est-à-dire la polarité des pôles verticaux B est maintenueo Ainsi Al devient "un" et Bl reste 0 dans les colonnes "changements recherchés" du tableau.
Les propositions d'entrée des commutateurs basculants a et b pour les flip-flops Al et Bl respec- tivement, sont représentées par un 1 dans le tableau-lorsque les flip-flops respectifs doivent changer d'état, et par un 0 lorsqu'aucun changement n' est recherché. Ainsi a est indiqué par un 1 et b par un 0 dans la pre- mière rangée.
Si l'on se rapporte à la cinquième rangée du tableau, on peut remarquer que les flip-flops Al ét Bl sont revenus à zéro tous les deux, de telle sorte que le pôle Nord effectif est de nouveau dans le quadrant IV du moteur. Cependant, P est égal à 1 dans ce cas, ce qui définit une rotation dans le sens senestrorsum. Ainsi, dans le but de déplacer le pôle Nord effectif vers le quadrant I dans le sens senestrorsum, et au moment où se produit la prochaine impulsion de référence, Al reste inchangé:, mais Bl doit passer à une condition "un". Comme le flip-flop Bl doit être bas- culé pour effectuer ce changement,un 1 est placé dans la colonne b et un 0 dans la colonne.!. dans la cinquième rangée du tableau.
En utilisant le même raisonnement, on peut analyser chacune des autres combinaisons des propositions d'entrée, et remplir les rangées restantes du tableau.
En utilisant les états des quatre propositions d'entrée du ta- bleau, on peut alors écrire les équations pour les propositions de commu- tation d'entrée a et b en se servant de la notation logique symbolique.
La. proposition de commutation a est vraie (indiquée par 1 dans sa colonne respective) pour quatre combinaisons possibles des états d'entrée.
Ainsi : a = CP'A1'B1' + CP'A1B1 + CPA1'B1 + CPA1B1' ou en simplifiant : a = [P'(A1'B1'+ A1B1) + P(A1'B1 + A1B1)] C De la même manière : b = CP'A1'B1 + CP'A1B1'+ CPA1'B1'+ CPA1B1 ou en simplifiant : b = [P'(A1'B1 + A1B1') + P(A1'B1' + A1B1)] C
En se rapportant à la Fig. 5, on décrit ensuite le réseau logi- que qui permet une résolution physique des équations d'entrée de commuta- tion a et bo
Deux circuits de base sont nécessaires pour résoudre ces équa- tions : un circuit de multiplication logique connu aussi comme un circuit "et"; et un circuit d'addition logique connu aussi comme un circuit "ou".
Sur la Fig. 5, la première partie entre parenthèses de l'équa- tion a soit (A1' B1' + A1 B1), qui est aussi la deuxième partie entre parenthèses de l'équation µ est obtenue en multipliant les termes A1' et
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B1' dans un circuit de multiplication logique type, soit 40. Cela s'ob- tient en appliquant les potentiels des sorties gauches des flip-flops Al et Bl sur les diodes d'entrée 41 et 42o respectivement.. Les plaques des diodes 41 et 42 sont connectées à un noeud 43.
Ce noeud 43 est connecté. à une source de tension positive E+ à travers une résistance R Chaque fois que les termes .11 et B1' sont vrais, leurs potentiels sont relati- vement élevés, et le courant qui passe normalement à travers la résistance
R5 est interrompu; ainsi la ligné de solution 45 connectée au noeud 43 voit son potentiel relativement augmenté. De la même manière, les termes A1 et
B sont multipliés dans un circuit 46 dont la sortie est recueillie sur la ligne de solution 47.
Les lignes 45 et 47 sont alors débouchées dans un circuit d'addition logique type, soit 49' Dans ce circuit, les cathodes des diodes d'entrée 50 et 51 sont connectées à un noeud commun 52 ramené à la terre à travers une résistance Chaque fois que l'une ou les deux lignes 45 ou 47 se trouvent portées à un potentiel relativement élevé le courant qui passe à travers la résistance R élève le potentiel de la ligne d'addition de sortie 54 à une valeur relativement importante qui représente la somme logique (A1'B1' + A1 B1).
D'une manière semblable, la deuxième partie entre parenthèses de l'équation a, soit (A1 ' B1 + A1B1 '), qui est aussi la première partie entre parenthèses de l'équation b. est engendrée et représentée par un po- tentiel élevé sur la ligne 57.
Dans le but d'obtenir la solution de l'équation b, la sortie sur la ligne 54 est débouchée vers la gauche dans un troisième multiplicateur 56 où elle se trouve combinée avec le terme P alimenté sur le canal P à partir du calculateur 1. La sortie sur la ligne 57, d'un autre côté doit être multipliée par l'état de la proposition du canal P représentée par le terme P'. Ce dernier terme est obtenu en inversant le'potentiel du canal P dans un tube mutateur 58. Ainsi, la solution sur la ligne 57 est com- binée avec le terme P' dans le circuit de multiplication 59. La sortie de ce dernier circuit de multiplication 59 est alors combinée avee-la sortie' d'un troisième multiplicateur 56 dans un second circuit d'addition 60. Fi- nalement, la sortie du circuit 60 est combinée avec l'impulsion de référen- ce C dans le circuit final 61.
Lorsque les deux entrées vers le circuit 61 sont relativement élevées en potentiel, une impulsion positive est envoyée sur le point de basculement commun du flip-flop B1, changeant ainsi son état et par consé- quent le positionnement du commutateur S2
La solution de l'équation a s'obtient de la même manière en mul- tipliant d'abord sur la ligne 54 et sur la ligne 57 avec les termes P' et P respectivement, en faisant la somme des produits ainsi obtenus, puis en multipliant le résultat par l'impulsion de référence Ce Chaque fois que le potentiel représentant a est relativement élevé, le flip-flop A1 est bas- culé dans sa position opposée et par conséquent le commutateur S1 est inver- sé.
Il est bien entendu que dans le fonctionnement du circuit logique décrit ci-dessus, l'espacement des impulsions de référence sur le canal C est suffisant dans le temps pour que,après avoir déclenché une impulsion de basculement, les flip-flops aient le temps de se positionner en leurs nouveaux états avant que l'impulsion suivante de référence n'arrive sur le canal C.