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D'une manière générale, un circuit de servo-mécanisme électrique comporte un moteur électrique alimenté à partir d'une source de courant contrôlée par la ou les grandeurs en fonction desquelles doit s'effectuer la commande (de réglage ou autre) assurée par le servo-moteur. Ce moteur entrai- ne, directement ou par l'intermédiaire d'une transmission quelconque, par exemple un train d'engrenage, l'organe à commander. La réunion de ces éléments constitue un maillon du circuit de servo-mécanisme dont l'ensemble se pré- sente sous la forme d'une chaîne à circuit fermé.
Dans une telle chaîne, comportant un moteur qui exécute une com- mande, conformément aux directives reçues par la source de courant qui l'a- limente, la principale condition à réaliser, est la rapidité d'exécution de la commande, autrement dit, la rapidité de réponse, qui constitue une me- sure de la qualité du servo-mécanisme Le temps de mise en vitesse du mo- teur est ainsi déterminant, la valeur la plus faible devant être recherchée, pour permettre d'asservir aussi exactement que possible la commande effec- tuée aux fluctuations des directives reçues.
La constante de temps de mise en vitesse du moteur dépend, d'une part, de l'inertie des organes entraînés par le moteur et de la résistance électrique de la source de courant et du circuit qui l'alimentent, d'autre part, de l'inertie et de la résistance électrique propres du moteur lui- même, ce qui peut se traduire par la formule :
T = (C + c ( R + r ) où T est la constante de temps de mise en vitesse du moteur, C la capicité équivalente à l'inertie des organes entraînés par le moteur, ramenée à l'ar- bre de ce moteur, c la capacité équivalente à l'intertie propre du moteur, R la résistance de la source de courant et du circuit d'alimentation du moteur, r la résistance interne du moteur.
On posera
To = CR qui serait la valeur prise par T pour un moteur ne possé- dant ni inertie ni résistance interne propre, et : to = cr, qui est la constante de temps propre du moteur.
La constante de temps de mise en vitesse du moteur s'écrit alors :
EMI1.1
T = Tao (1 1 +. (1 + r ) G R La valeur minimum de T est obtenue lorsque les égalités :
EMI1.2
o r to - R - To sont satisfaites, ce qu'il est toujours possible de réaliser.
Cette valeur minimum est alors :
EMI1.3
T.. T. (1 1 + â + 2 V -T6
L'examen de cette formule montre que la valeur minimum de la cons- tante de temps de mise en vitesse du moteur d'un servo-mécanisme électrique n'est qu'exceptionnellement invariable. D'autre .part, en effet, l'inertie que le moteur doit vaincre peut ne pas être constante, ou des causes parasites, telles que le vent, peuvent produire des effets équivalents à une variation de cette inertie; les capacités équivalentes C et c ne sont donc pas forcé- ment constantes.
Mais c'est surtout la résistance R + r du circuit source de courant -moteur qui, suivant les conditions de température extérieure et d'é- chauffement des machines, peut varier dans un rapport pouvant pratiquement atteindre deux. Or, il est connu que, si le maximum de performances a été recherché dans le dimensionnement d'un servo-mécanisme, les circuits d'as-
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servissement dont le rôle est d'assurer un fonctionnement exempt d'oscilla- tions, ne permettent qu'une tolérance relativement faible sur les constantes de temps, en particulier de celle de mise en vitesse, l'écart de phase résul 'tant d'une variation importante de ces constantes produisant, suivant son sens, soit un amortissement excessif, soit l'apparition d'oscillations de réglage
La présente invention,
a pour objet un procédé et ses dispositions de réalisation ayant pour but d'améliorer la stabilité de la rapidité de réponse des servo-mécanismes électriques.
Ce procédé est essentiellement caractérisé, en ce que, la valeur de la constante de temps de mise en vitesse du moteur du servo-mécanisme est maintenue fixe, à sa valeur optimum, qui peut être choisie à volonté dans chaque cas (par exemple à la valeur minimum ou au voisinage de cette valeur), malgré les variations dinrtie des organes entraînés par le moteur et les variations de résistance du circuit source de courant-moteur, par la mise en oeuvre, soit par un opérateur, soit par un automate, de moyens de correction influant sur les éléments dont dépend la dite constante de temps, ces moyens de correction peuvent agir, par exemple, sur la source de courant, sur le circuit d'alimentation du moteur, sur le moteur lui-même ou sur les organes entraînés par celui-ci.
En se référantaux figures schématiques 1 à 10 ci-jointes, on va décrire divers exemples, données à titre non l'imitatif de dispositifions de mi- se en.oeuvre du procédé objet de l'invention. Ces dispositions de réalisa- tion devront être considérées comme faisant partie de l'invention étant entendu que toutes dispositions éauivalentes pourront être aussi bien utili- sées sans sortir du cadre de celle-cio
Seuls ont été représentés, sur les figures, les éléments nécessai- res à la comprehension de l'invention, les éléments analogues, dans les différentes figures, portant des références identiqueso
Il est à remarquer qu'une des conditions d'utilisation des dis- positions de mise en oeuvre de l'invention,
est que ces dispdsitions aient une très faible constante de temps propre de réponse. Il faut, en effet, que la correction apportée à la valeur de la constante de temps de mise en vi- tesse du moteur, soit effectuée dans un temps qui ne soit qu'une faible fraction de la valeur de T à corriger, pratiquement un dixième au plus.
Dans une première série d'exemples de réalisation, suivant les figo 1 à 8 on supposera qu'un opérateur agira manuellement pour corriger
T La correction imposée par les variations des paramètres R, r, C, c, mis en jeu dans le circuit source de courant-moteur, constituant un maillon de la chaîne de servo-mécanisme, sera d'abord effectuée par action sur le fac- teur R + r du circuit source de courant-moteur, suivant les fig 1 à 5 tan- dis qu'elle sera effectuée par action sur le facteur C = C dans les exemples des figo 6 à 80
Dans l'exemple de la fig 1, la source de courant alimentant le moteur, est un générateur 1, contrôlé ( les organes de ce contrôle n'étant pas figurés) par la ou les grandeurs en fonction desquelles doit s'effec- tuer la commande assurée par le moteur 2 qui entraîne, par l'intermédiaire d'une transmission 3,
un organe 4 destiné à effectuer ia commande (réglage, etc..) désiréeo Si une variation de résistance 'se produit dans-' le' circuit générateur 1-moteur 2 au cours du fonctionnement, un opératue règle manuellemnt corformément à la, présente invention, un rhéostat 5 inséré dans le circuit, de manière à rétablir la valeur de la résistance totale du circuit qui correspond à la valeur de T à maintenir fixe. La valeur de la résistance totale du rhéostat
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5 doit, bien entendu, être au moins égale à la variation maximum possible de résistance du circuit.
De même, si une variation d'inertie du moteur ou des organes entraînes par celui-ci se produit, une variation de la résistance totale du circuit, effectuée, grâce au rhéostat 5, par l'opérateur, permet- tra de maintenir fixe la valeur de la constante de temps de mise en vites- se du moteur 2.
Il n'est cependant pas possible de réduire, par ce moyen, la valeur de To
En se référant à la fig. 2, on arrive à maintenir T, à une valeur fixe réduite,en rempdaçant conformément à l'invention, le rhéostat de l'exem- ple de la fig. 1 par une machine 6, entraînée parun moteur 7, quelconque et fonctionnant en survolteur, insérée dans le circuit générateur 1- moteur
2 et dont l'enroulement d'excitation 8 est sous la dépendance d'un ampli- ficateur 9 comportant, à l'entrée, un shunt réglage 10 placé dans le cir- cuit générateur 1 - moteur 2 et manoeuvré par un opérateur.
Lorsque le shunt 10 est réglé à une position déterminée, la machine
6 introduit dans le circuit une tension proportionnelle au courant qui tra- verse ce shunto Une variation de résistance dans le circuit y provoque une variation de la chute de tension ohmique et, par conséquent, une variation de la tension appliquée au moteur 2. Pour rétablir la valeur de la tension appliquée au moteur 2, il faut que la tension introduit par la mancine 6 compense cette variation. L'opérateur agit,alors sur le shunt réglable
10 dans le sens convenable pour que la tens'ion fournie par la machine 6 prenne la valeur nécessaire.
De même, si une variation' d'inertie du moteur ou départies entraînées par celui-ci se produit, l'opérateur, par action sur le shunt réglage 10, fait varier la tension fournie par la machine 6, afin de maintenir fixe la valeur de T.
De préférence, la machine 6, qui pourrait aussi bien fonctionner en dévolteur ou en survolteur, suivant la valeur de T que l'on désire main- tenir fixe, ne sera pas du type à excitation série, qui conviendrait mal, par suite de l'introduction dans le circuit de l'inductance des inducteurs. série. D'autre part, l'amplificateur 9 sera, de préférence, à contre-réaotion.
L'amplificateur 9 pourrait d'ailleurs dans une réalisation sim- plifiée, être supprimé, la variation de la tension prélevée sur le shunt 10 étant directement utilisée pour fournir l'excitation de la machine 6.
L'adjonction d'un rhésotat ou d'un survolteur-dévolteur dans le circuit générateur-moteur peut être évitée, conformément à l'exemple de réalisation de la fig. 3. Dans cet exemple, suivant l'invention, la tension délivrée par 1 amplificateur 9, alimenté par le shunt 10, est utilisée pour agir sur l'excitation du générateur 1 par l'enroulement 12 alimenté, en 13, par la ou les grandeurs en fonction desquelles doit s'effectuer la commande par l'intermédiaire d'un circuit de contrôle 14 de type quelconque.
Le ré- glage à sa valeur fixe de la constante de temps de mise en vitesse du mo- teur 2 s'effectue-par un opérateur, comme dans le cas de la fig. 2, par ac tion sur le shunt réglable 10
Pour éviter les actions en retour dues aux couplages magnétiques des enroulements 11 et 12, on peut insérer, respectivement, dans les circuits correspondants, les enroulements d'un transformateur de découplage 15, dont l'effet est d'annuler dans chaque enroulement 11 et 12 les conséquences de l'induction mutuelle de ces enroulements;
,
On pourrait, d'ailleurs, arriver au même résultat en utilisant le montage de la fig. 4 dans laquelle un petit transformateur 16 mesure 1 influence de l'enroulement 12 sur l'enroulement 11 et réagit sur l'entrée de l'amplificateur 9 De même un petit transformateur 17 mesure, l'influence de l'enroulement 11 sur l'enroulement 12 et réagit sur l'entrée 'du circuit
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de contrôle 14
Dans l'exemple de la fig.
5,le générateur estconformément à l'invention, supposé être une amplidyne.La tension délivrée par l'ampli- ficateur 9 peut alors être utilisée dans l'enroulement 11 pour agir sur l'axe secondaire, comme il a été représenté, aussi 'bien que sur l'axe pri- maire de l'amplidyne. Dans ce dernier cas, il suffit de se référer à la fig3 et de remplacer le générateur 1 par une ampli dyne
Suivant les fige 6 et 7, la correction est effectuée par l'in- termédiaire d'un opérateur, par utilisation d'une variation de la capacité- équivalent du moteur 2 Cette capacité est caractérisée par le terme c, qui varie suivant 1 inverse du carré du flux du moteur.
Dans l'exemple de la figo 6, conformément à l'invention, un opé- rateur agit sur l'excitation 18 du moteur 2 par un moyen quelconque, non représenté, pour maintenir T fixe, que ses variations soient dues à une variation de résistance du circuit générateur-moteur ou à une variation de l'inertie du moteur ou des organes entraînés par celui-ci.
Dans l'exemple de la fig 7, le moteur principal 2 est lié mé- caniquement à un moteur auxiliaire 19, de taille beaucoup plus réduite que lui, les induits de ces deux moteurs étantmontés en sérieL'opéra- teur agira, comme dans le cas de la fige 6, mais sur l'excitation 20 du moteur auxiliaire 19, l'excitation du moteur principal 2 restant fixe.On peut, dans ce cas, effectuer non seulement la modification, mais aussi l'in- version du champ du moteur auxiliaire, les limites de réglage étant imposées par la saturation dans chaque sens, de l'excitation
En désignant par k le rapport des forces contre-électromotrices du moteur auxiliaire à plein champ et du moteur principal, l'amplitude du ré- glage possible de T est donnée par l'expression :
EMI4.1
( 1 + k )2 1 - k
Enfin, l'opérateur peut agir sur la valeur de 0 + c à l'aide d'un intermédiaire mécanique. Suivant l'invention, on intercale sur l'arbre du mo- teur 2, soit un embrayage magnétique, soit, de préférence, comme il est re- présenté à la fig 8 un accouplementasynchrone 21 dont on règle l'excita- tion 22 et qui introduit progressivement dans la chaîne, ou en élimine pro- gressivement, pour maintenir T à sa valeur fixe choisie, une inertie supplé- mentaire fournie par une masse 23 (fige 8).
Dans une deuxième série d'exemples de réalisation, suivant les fig.
9 et 10, ce n'est plus un opérateur qui agit manuellement, sur les paramé- trés du circuit pour maintenir fixe la valeur de la constante de temps de mise en vitesse du moteur 2 Une plus grande rapidité de réponse et, par conséquent, une précision de réglage considérablement améliorée est obtenue en remplaçant l'opérateur par un automate.
Eb se référant à la figo9, on constitue, conformément à la présage ivnention un circuit'image 24 comportant un condensateur 25 de capacité Ca et une résistance 26 de valeur Ra, Ca et Ra étant constantseCet ensemble 24 possède naturellement une constante de temps Ta = CaRa, qui sera choisie égale à la valeur artificielle fixe de T recherchée pour l'équipement du ser- vo-mécanisme et définitivement choisie lors du réglage.
Cet ensemble 24 est soumis, à son entrée 27, aux mêmes directives que celles qui sont appli- quées, par l'intermédiaire du circuit de contrôle 14, à l'enroulement 12 du générateur 1 alimentant le moteur 2 du servo-mécanisme. Il est donc tra- versé par un courant qui reste l'image de celui qui est transmis au moteur, tant que le circuit générateur 1 - moteur 2 réagit suivant la constante de
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temps Ta. IL peut encore être prévu une résistance 28, de valeur Rc élevée devant Ra, en dérivation aux bornes du condensateur 25, et représentant ainsi l'image de la consommation du servo-mécanisme à vitesse constante.
Un circuit représenté schématiquement par un rectangle 29 compare les valeurs des intensités traversant respectivement le circuit principal et le cir- cuit de mesure, des tensions proportionnelles à ces intensités étant appli- quées au circuit 29 en 30 et 31, respectivement. L'écart décelé entre l'in- tensité du courant parcourant le circuit générateur 1- moteur 2 et celle du courant traversant le circuit image 24 et délivré en 32 et appliqué à un système amplificateur 33 La tension qui est fournie par l'amplificateur 33 est utilisée pour modifier automatiquement grâce a l'enroulement 34, l'excitation du générateur 1, de la manière diorite en se référant à la fige 3, afin de maintenir T à sa valeur fixe Ta.
Naturellement, la grandeur fournie par l'amplificateur 33 pourrait aussi bien, conformément à la présente invention, être utilisée pour modi-
EMI5.1
fier l'un des paramètres quelconques mis en jeu dans le circuit générateur 1 - moteur 2, suivant un des autres procédés qui ont été décrits précédem- ment dans le cas d'un réglage effectué par un opérateur :réglage automa-
EMI5.2
tique du rhéostat 5 (fig. 1 ), de l'excitation 8 du soervoltear 6 (fig#21, de l'enroulement 111 de lamplicrle'1-(f.g;
5' d.e Ifexcitatitin 18 du moteur 2- yf.g.6),da 'I''ooitaticn "a du moteur aitxiHad.rt 19 C-1'tg1'))de 1"exoita%ian 22 de l'accouplement asynchrone 21 fig.8
Dans la variante de la fig. 10, le circuit représenté schématique- ment par le rectangle 29 compare, suivant l'invention,' les valeurs de la tension aux bornes du condensateur, 25 et de la tension fournie par une gé- nératrice tachymétrique 35 entraînée par le moteur 2. Comme dans l'exemple de la fig. 9, l'écart décelé est appliqué à un système amplificateur 33 dont la tension qu'il fournit est utilisée pour modifier automatiquement, grâce à l'enroulement 34, l'excitation du générateur 1.
Dans ce cas encore, on pourrait aussi bien l'utiliser pour modifier l'un des paramètres quelconques mis en jeu dans:39 circuit générateur 1- moteur 2, suivant un des autres pro- cédés qui ont été décrits dans le cas d'un réglage effectué par un opérateur.