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La présente invention concerne les systèmes de commande automatiques destinés spécialement aux machines- outils.
Dans une réalisation connue d'un système de commandé automatique pour machines-outils, on dérive d'une bande, ou autre enregistrement, des signaux représentant les va- leurs d'une coordonnée en des points de référence discrets pris sur le lieu que doit décrire l'outil de la machine.
A partir de ces signaux dérivés, on produit, par interpo- @ lation, un signal de régie électrique, variable, qui cons- titue l'un des signaux d'entrée du servo-système destiné à déplacer l'outil ou le porte-pièce dans la direction de la coordonnée considérée. Par ailleurs, un organe à analo- gie, indicateur de position, délivre un signal électrique représentant le déplacement communiqué par le servo-sys- tème; ce signal, appliqué en réaction audit système, cons- titue sa seconde entrée, le servo-système fonctionnant de @
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la façon bien connue pour tenter de maintenir l'égalité entre les signaux de régie et de réaction.
Il est souvent commode d'utiliser un code binaire-décimal pour enregistrer les signaux et il convient alors de convertir ces derniers en signaux électriques analogues pour les conserver et les interpoler. Un appareil effectuant une telle conversion est décrit dans la demande de brevet britannique n 31.535/55 (IPQ 2379), et conformément à cette demande de brevet, on produit des tensions distinctes représentant les éléments de code décimal successifs des signaux enregistrés et on additionne ces tensions à l'aide'd'une série de transfor- mateurs abaisseurs, afin d'obtenir l'analogue recherché.,
De plus, l'organe de production du signal analogue de posi- tion peut aussi utiliser une série de transformateurs,,
dont les signaux de sortie représentent la contribution des élé- ments de code des différents ordres de la numération consi- dérée et sont combinés de façon convenable pour donner naissance à l'analogue désiré. On exige habituellement qu' un système de commande automatique, du type décrit dans le précédent paragraphe, fonctionne avec une très grande¯pré- cision, pouvant atteindre jusque 1/10.000e. Un moyen d'obtenir une haute précision consiste à choisir aussi grande que possible les tensions de chiffrage que l'on ad- ditionne pour produire les tensions analogues.
En d'autres termes, la garnie de tensions couverte par l'ordre numéral le plus élevé utilisé à la formation de la tension analogue doit être grande afin de permettre de nombreuses subdivi- sions, correspondant aux éléments de code, ou chiffres, des ordres inférieurs. Mais il existe une limite pratique pour la gamine de tensions de l'ordre numéral le plus élevé. On peut obtenir une précision supplémentaire en omettant le ou les éléments de code de l'ordre le plus élevé des si- gnaux de régie et de réaction, pourvu que ces éléments ne changent que d'une unité pendant toute période où les mêmes points de référence sont utilisés.
Cet expédient donne...
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cependant lieu à quelque difficulté parce que, dans le si- gnal de régie ou de réaction, il se produit un passage brus que d'un extrême à l'autre dans la valeur du chiffre de l'ordre le plus élevé que l'on conserve, chaque fois qu'un chiffre omis change de valeur. De plus, par suite de la présence d'une erreur, il se peut qu'un bond se produise dans le signal de réaction à un moment différent du bond produit dans le signal de régie, de telle sorte qu'il ré- sulte une discontinuité inacceptable dans le signal d'er- reur. On supposera, par exemple, que le chiffre de l'ordre le plus élevé qu'on conserve dans le signal de régie soit huit, et que le chiffre correspondant du signal analogue- de position soit deux.
La différence détectée par le servo- amplificateur est alors plus six, et, à moins de prendre des précautions, le servo-moteur déplace l'objet sous com- mande de six unités dans le sens positif, alors qu'en fait le déplacement requis peut être de quatre unités dans le sens négatif. Il peut sembler possible d'opérer en suppo- sant que l'erreur est toujours inférieure à la moitié de la valeur maximum du chiffre de l'ordre le plus élevé re- tenu dans le signal de régie, et de conditionner le fonc- tionnement d'après une grandeur de l'erreur, mais une telle manière de procéder conduirait aussi à de notables diffi- cultés d'ordre pratique, là où une commande permanente est primordiale.
La présente invention a pour objet de réduire les difficultés indiquées dans le paragraphe précédent.
Conformément à la présente invention, il est prévu un système de commande automatique où une variable est com- mandée sous l'influence d'un signal d'erreur que l'on dérive par comparaison d'un signal de régie et d'un signal de réac. tion, ce dernier représentant la valeur de la variable, et où les signaux de régie et de réaction sont dérivés des points de sortie d'un potentiomètre, dont un signal de sor-
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tie peut représenter des points correspondants dans des gammes de variation successives de cette variable ; ou- tre, des dispositifs sont prévus pour faire glisser virtuel- lement le potentiomètre en vue d'empêcher les points de sortie de franchir une extrémité du potentiomètre par suite du passage de la variable d'une gamme à une autre.
La présente invention repose sur le fait que les valeurs absolues des signaux de régie et de réaction sont sans importance, pourvu que leur différence soit correcte en grandeur et signe. Par conséquent, la position indivi- duelle des points de sortie sur le potentiomètre importe peu si leur position relative est correcte. Il faut évidem-. ment que la gamme des tensions du potentiomètre soit suf- fisante pour couvrir la plus grande différence susceptible d'exister entre les signaux de régie et de réaction, et, si l'on admet que la différence peut avoir l'un ou l'autre signe, la gamme de tension minimum doit être double de la plus grande différence possible. De préférence, le rôle du dispositif de glissement est de maintenir le point de sor- tie du signal de réaction au point milieu, ou à proximité du point milieu du potentiomètre.
Grâce à l'invention, il ne peut se produire ni dis- continuité, ni ambiguïté et l'on peut négliger n'importe quel chiffre-- ou plusieurs chiffres - de l'ordre supérieur, pour autant que l'on considère le signal d'entrée normal du servo-amplificateur. Il se peut, évidemment, que l'on ait à tenir compte du ou des chiffres négligés en certaines cir- constances, par exemple, au début d'une nouvelle opération, mais, pour ce faire, on peut employer un canal de commande approximative de la machine, sans réduire la précision glo- bale.
Pour bien faire comprendre l'invention, on en décri- ra ci-après, à titre d'exemple, un mode de réalisation en
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se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
Figure 1 représente sous forme simplifiée l'appareil à analogie, indicateur de position d'un système de commande automatique pour machine-outil, et figure 2 montre le circuit schématisé de la partie électrique de cet appareil.
Sur ces figures, on a représenté en X3 le moteur, actionné par le signal de sortie d'un amplificateur à courant alternatif, dont le signal d'entrée est le signal d'erreur issu de l'une ou l'autre de deux boucles du type dit" magslip " dans la littérature anglo-saxonne et qui assurent respectivement une commande approximative et une commande précise. Les rcepteurs de ces boucles sont dé- signés par X1 et X2 et les émetteurs respectifs sont en- traînés par le moteur, qui déplace le plateau porte-pièce de la machine. Ce dernier moteur est sensible, à son tour, au signal de sortie d'un servo-amplificateur de régie, qui compare le signal de régie avec un signal de réaction pro- duit par le montage représenté sur les figures et consti- tuant l'analogue de la position du plateau porte-pièce.
Par cette disposition, le moteur X3 est amené à suivre le déplacement du plateau, mais la charge du plateau est re- tirée du moteur X3 afin que le montage destiné à produire le signal analogue de position puisse être un montage de haute précision, à faible charge. Un signal représentant la position du plateau porte-pièce est dérivé par un trans- formateur à couplage variable X4, et par les interrupteurs par
SWB, SWA et SI,70, qui sont actionnés/le moteur X3 par l'in- termédiaire des boites d'engrenage successives G1 à G4, qui ont les rapports de démultiplication indiqués sur le dessin.
Le transformateur X4 et l'interrupteur SWS produi- sent, pour le signal-analogue de position, des contribu- tions de chiffrage de deux ordres de numération inférieure
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Ainsi, l'interrupteur SWB est un interrupteur à plots, ces derniers étant réunis aux prises d'un autotransforna- teur TR4 qu'alimente une source de référence de tension alternative de 1000 pps, connectée entre les barres omnibus B1 et B2. On a représenté les plots alignés pour la commo- dité du dessin, mais, en pratique, ils sont disposés en cercle et les balais SWB1 et SWB2 sont montés diamétrale- ment opposés sur l'arbre de sortie de la botte d'engrenage G2.
Les tensions de sortie captées par les balais SWB1 et SWB2 assurent la contribution des chiffres d'ordre in- férieur alternativement pendant le passage d'un plot à l'autre sur l'interrupteur SWA. Le transformateur X4 a deux enroulements de rotor, dont les axes magnétiques sont perpendiculaires, entre eux, le rotor étant entraîné par l'arbre de sortie de la botte d'engrenage G1, qui actionne aussi le rotor du récepteur "magslip" X1. L'enroulement de stator du transformateur est alimenté par la tension de référence issue des barres omnibus B1 et B2, par l'inter- médiaire du transformateur TR7. Le transformateur X4 est d'une construction telle que, pendant des quarts de révo- lution successifs de l'arbre du rotor, les enroulements du rotor captent alternativement des tensions qui varient de façon linéaire avec l'angle.
Ces tensions sont injec- tées au moyen des transformateurs TR5 et TR6 dans les con- ducteurs de sortie de TR4. Les transformateurs TR5 et TR6 ont chacun un noyau toroïdal unique et un enroulement pri- maire connecté aux bornes de l'enroulement de rotor cor- respondant du transformateur X4. Un enroulement sefondaire du transformateur TR5 est bobiné dans les conducteurs de sortie de rang impair du transformateur TR4, tandis qurun enroulement secondaire du transformateur TR6 est bobiné dans les conducteurs-de rang pair du transformateur TR4.
Les enroulements des transformateurs TR5 et TR6 peuvent avoir chacun seulement une spire, obtenue en passant le
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conducteur respectif une fois seulement dans le noyau toroldal, comme il est indiqué sur la figure. De plus, les enroulements secondaires de TR5, et même ceux de TR6, sont bobinés alternativement en sens opposés comme le mon- trent les signes plus et moins sur la figure. Ceci est prévu pour tenir compte du fait que les signaux issus des enroulements de rotor de X4 ehangent de signe à chaque demi-révolution.
Les balais SWB1 et SWB2 couvrent les dis- tances qui séparent les centres des plots adjacents, à chaque quart de révolution de l'arbre de rotor de X4 et, grâce à la disposition décrite, au lieu de varier par faibles degrés tandis que les balais passent d'un plot à l'autre, la tension issue de SWB1 ou SWB2 varie uniformé- ment entre les valeurs existant au droit des prises de l'auto-transformateur TR4, par suite de la contribution injectée dans les conducteurs par le transformateur X4. Il est évident, d'après le dessin, que la tension de sortie est prise entre SWB1 (ou SWB2 suivant le cas) et le point milieu de l'auto-transformateur TR4. Ce dernier se pro- longe au delà des points de connexion aux barres omnibus B1 et B2 pour tenir compte de l'incertitude du minutage de l'interrupteur SWA.
Les transformateurs TR2 et TR3 injectent dans les conducteurs de sortie de l'interrupteur, SWA les contributions combinées de X4 et TR4.
L'interrupteur SWA comporte un balai SWA1 entraîné par l'arbre de sortie de la boite d'engrenage G3. Ce balai explore une série de plots (disposés en cercle) auxquels sont raccordés les fils d'alimentation d'une série de re- lais RLA-RLK, chacun commandant cinq interrupteurs de re- lais, désignés par RLA1, RLA2, etf... La boîte d'engrenage G3 a un rapport de démultiplication tel que le balai SWA1 couvre, à chaque demi-révolution des balais SWB1 et SWB2, une distance égale à celle qui sépare les centres des plots adjacents de l'interrupteur SWA. On a adopté les
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symboles habituels pour représenter les interrupteurs de relais qui sont normalement ouverts ou normalement fermés.
Par exemple, les interrupteurs RLA1 à RLK4 sont normalement fermés et ne s'ouvrent que lorsque les relais respectifs sont excités ; se produit pour les interrupteurs de relais RLA3-RLK3. L'auto-transformateur TR1 comprend le potentiomètre de l'interrupteur SWA; il est divisé en sections dont les connexions électriques peuvent être commandées sélectivement par un des interrupteurs de re- lais RLA1 à RLK1, et RLA2 à RLK2. Le signal de sortie du transformateur TR1 s'obtient au point PA par l'intermédiai- re d'un des interrupteurs RLA3-RLK3. Pour expliquer le fond tionnement de l'interrupteur SWA, on suppose que le balai SWA1 est dans la position indiquée sur la figure.
Le relais RLA est excité, et les interrupteurs RLA4 et RLA5 sont ouverts. Ces derniers empêchent l'excitation prématurée des relais RLB ou RLK, car il est nécessaire que le balai SWA1 soit du type à fermeture avancée pour assurer la continuité du signal de sortie de l'organe à analogie.
L'excitation du relais RLA inverse également la position des interrupteurs RLA1, RLA2 et RLA3. Ceci provoque la mise en circuit ouvert, entre les points marqués f1 et f2 du transformateur TR1, qui est court-circuité lorsque tous les relais sont mis hors tension, et provoque également le raccordement desdits points aux barres omnibus B1 et B2 Des forces électro-motrices 5k, 6k, 7k, etc...
(où k est une constante) sont alors appliquées, comme le montre la figure, aux barres omnibus B3 à B12, allant des prises du transformateur TR1 aux interrupteurs RLA3-RLK3. Cependant, seul est fermé l'interrupteur RLA3, afin que le signal analogue de position qui apparaît au point de sortie PA est égal à 5k plus la contribution de SWB, qui est démul- tipliée comme il convient par les transformateurs TR2 et TR3 pour représenter des chiffres d'ordre inférieur.
Les barres-omnibus B3 à B12 partant de l'auto- .
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transformateur TR1 conduisent aussi à des dispositifs de commutation qui, sous l'action de signaux dérivés d'un en- registrement et représentant les valeurs d'une coordonnée aux points de référence , produisent des tensions d'ampli- tude correspondante. On appellera ces tensions : signaux des points de référence. Le montage représenté sur les figures est destiné à servir dans un système de commande où un signal-de régie est dérivé par interpolation entre . trois signaux des points de référence, et pour effectuer une telle interpolation, il faut prévoir la conservation de quatre signaux de ce genre, ou davantage.
Cette conser- va.tion est assurée par les dispositifs de commutation, qui sont sensibles aux signaux dérivés de la bande, et les mènes barres omnibus servent tous ces dispositifs, chacun d'eux pouvant être de la construction décrite dans la demande de brevet britannique n 31535/55. Toutefois, pour simplifier la description, on va considérer comme si- gna.l de régie un signal dérivé sans interpolation, et comme dispositif de commutation sensible aux signaux dérivés de l'enregistrement, on a représenté l'interrupteur SWD, dont le sélecteur SWD1 est apte à choisir l'une des barres om- nibus B3-B12, la. barre choisie représentant le chiffre de l'ordre le plus élevé dans le signal de régie.
On a repré- senté un transformateur TR10 pour injecten dans le conduc- teur venant du sélecteur SWD1 une tension représentant la contribution des chiffres d'ordre inférieur, une telle contribution des chiffres d'ordre inférieur étant dérivée par exemple de la façon décrite dans la demande de brevet n 31535/55. Le signal analogu de position dérivé de PA est comparé au signal de régie, de la façon connue, et la différence est utilisée comme signal d'erreur pour le ser- vo-moteur qui déplace le plateau porte-pièce.
On suppose que la position de SWD1 correspond au chiffre 3. Cet interrupteur choisit alors une tension de
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8k à laquelle s'ajoute la contribution d'ordre inférieur fournie par le transformateur TR10. La servo-boucle, qui comporte le moteur X3, tend alors à actionner les interrup- teurs SWA, SWB et le transformateur X4 pour égaliser les signaux de régie et de position. En particulier, elle amène le balai SWA1 à la position 3 et excite le relais RLC.
Ceci déplace les points de connexion des barres omnibus B1 et B2 et les amène en f3 et f4, et bien que la contribution de TR1 au signal analogue de position reste égale à 5k (dérivée par l'intermédiaire de l'interrupteur RL03), la contribu- tion de l'ordre le plus élevé choisie par le dispositif de commutation pour le signal de régie est 5k également. La servo-boucle peut ainsi produire l'égalité voulue sans am- biguïté. Le fonctionnement est le même si, avec le balai SWA1 dans la position indiquée, qui correspond à un chiffre de valeur 0, le sélecteur du signal de régie est dans la position 8, car il choisit alors la tension 2k sur le trans, formateur TR1, et le signal appliqué au servo-amplifica- teur est de signe opposé, comme il convient.
Le montage tel qu'on l'a décrit jusqu'ici fonctionne tant qu'un signal de régie et le signal analogue de posi- tion ne diffèrent pas de plus de 5 en ce qui concerne la le valeur du chiffre de l'ordre/plus élevé que l'on conserve.
Dans ces conditions, il n'existe aucune ambiguïté dans le signal d'erreur dérivé par comparaison des signaux de régie et de position, et ce résultat s'obtient par un glissement visuel du potentiomètre formé par le transformateur TR1, si bien qu'aucun des points de sortie au droit desquels on ex- trait les deux signaux ne peut passer une extrémité du po- tentiomètre. Le glissement de ce dernier dépend de la posi- tion du balai SWA1 qui, à son tour, est sensible à la va- riable contrôlée , à savoir, la position du plateau dans le cas considéré.
Pour faciliter un tel glissement du poten- tiomètre, le transformateur TR1 comprend une série de sec-
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tions raccordées en formation cyclique par les interrup- teurs RLA1 à RLK1, et le glissement s'obtient par la mise sélective en circuit ouvert de la formation entre deux des sections, au moyen des interrupteurs.
Pour faire face à l'éventualité d'une différence entre les signaux de régie et de position supérieure à celle que peut traiter le montage tel qu'il a été décrit, jusqu'ici, le transformateur TR8 et l'interrupteur SWC dé- livrent une représentation du chiffre de l'ordre numéral le plus élevé nécessaire pour fournir une indication abso- lue de la position du plateau porte-pièce, tandis qu'un dispositif de commutation, illustré simplement sous la forme de l'interrupteur SWF, délivre, en accrod avec TR8, une représentation comparable du chiffre correspondant du signal de régie, Les signaux de sortie des deux interrup- teurs SWC et SWE sont soustraits par le transformateur TR9 et la différence constitue un signal d'erreur qui alimente un servo-moteur de commande approximative.
Si c'est néces- saire, on peut inclure une approximation des chiffres d'or- dre inférieur dans les signaux de sortie des interrupteurs SWC et SWE.
Dans le système de commande auquel est destiné le montage décrit ici, on emploie l'interpolation pour déri- ver, de signaux de points de référence discrets, un signal de régie virtuellement variable en permanence. Mais l'in- vention n'est pas limitée à la dérivation du signal de ré- gie par interpolation. Cependant, si le signal de régie est dérivé par interpolation entre les signaux de points de référence, dont les chiffres de l'ordre le plus élevé sont tous dérivés de TR1, il est à noter que les chiffres représentés dans chacun de ces signaux ne doivent pas nor- malement différer de plus de 5 du chiffre correspondant du signal analogue de position.
Le dispositif représenté pour faire glisser le poten- tiomètre formé par TR8 peut être modifié de nombreuses
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façons. De plus, les signaux de régie et de réaction qui sont comparés peuvent être dérivés de potentiomètres diffé- rents, pourvu que des dispositions soient prises pour les faire glisser à l'unisson. On peut aussi se dispenser des interrupteurs de relais RLA4 à RLK4 et RLA5 à RLK5, en adaptant sur le balai SWA1 deux contacts espacés d'une longueur égale à celle qui sépare les centres des plots adjacents de l'interrupteur SWA, et en plaçant un inter- rupteur dans le fil de terre de chaque balai, ces inter- rupteurs étant normalement ouverts et se fermant altérna- tivement sous la commande des balais SWB1 et SWB2.
Le glissement du potentiomètre formé par TR8 n'intervient pas dans le fonctionnement de SWB, la contribution des chiffres d'ordre inférieur étant injectée par des transformateurs dans les barres omnibus B3 à B12. La contribution des chif- fres d'ordre inférieur "flotte" donc avec les barres omni- bus. On peut aussi modifier de bien des façorsle moyen d'as surer la contribution des chiffres d'ordre inférieur et l'on peut même s'en dispenser dans certains cas.
REVENDICATIONS ;
1/ Dispositif de commande automatique caractérisé en ce qu' une variable est commandée sous l'influence d'un signal d'erreur obtenu par comparaison d'un signal de régie et d'un signal de réaction, ce dernier représentant la valeur de la variable, en ce que les signaux de régie et de réaction sont dérivés des points de sortie d'un potentiomètre, dont un signal de sortie peut représenter des points correspondants dans des gammes de variation et successives de la variable,/en ce qu'un dispositif est pré- vu, pour faire glisser virtuellement le potentiomètre afin d'empêcher les points de sortie de franchir une extrémité du potentiomètre par suite du passage de la variable d'une gamme de variation à une autre.
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2/ Dispositif de commande automatique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de glisse- ment est influencé par la variable et fonctionne de manière à maintenir le point de sortie du signal de réaction au point milieu, ou à proximité du point milieu du potentio- mètre.
3/ Dispositif de commande automatique suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le potentio- mètre comprend une série de sections disposées en une for- mation cyclique et que le dispositif de glissement comprend les moyens de mettre sélectivement en circuit ouvert la formation entre deux de ces sections.
4/ Dispositif de commande automatique suivant les revendications 2 et 3, cara.ctérisé en ce que le potentio- mètre porte des prises espacées auxquelles on peut connec- ter sélectivement le point de sortie du signal de réaction, ces prises représentant les valeurs du chiffre de l'un des ordres de numéra.tion et en ce qu'un dispositif est prévu pour superposer à la tension produite au droit de la. prise choisie une tension représentant une contribution d'au moins un chiffre d'un ordre de numération inférieur.
5/ Dispositif de commande automatique suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'un point de sortie pour le signal de régie est aussi relié sélectivement aux prises du potentiomètre.
6/ Dispositif de commande automatique, en substance comme décrit ci-dessus a.vec référence aux dessins annexés,. -
7/ Dispositif de commande automatique suivant les' revendications 1 à 6 dans son application à la commande- d'une machine-outil.