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La présente invention concerne un servo-mécanisme perfectionné elle se rapporte plus particulièrement à une servo-boucle fermée particulière comportant un oirouit de li- mitation de signal d'erreur pour limiter l'allure de fonction- nement du moteur commandé dans la boucle,
Dans une machine-outil automatique comportant un mécanisme de commande de positionnement d'un point à un autre, il est souvent souhaitable de pouvoir effectuer un usinage suivant un parcours rectiligne reliant des points d'une pièce ainsi que d'exécuter des opérations localisées telles qu'un perçage et un alésage.
Pour exécuter un usinage de surface reotiligne d'une manière uniforme et satisfaisante, la vites- se de déplacement entre des pointe programmés doit être contrô. lée de fuçon précise de manière à obtenir un fini superficiel satisfaisant et à empêcher une surcharge de l'outil de coupe, La grandeur du signal d'erreur engendré dans un servo-méoanisme pour assurer le déplacement d'un élément commandé d'une position à une autre ne reste pas uniforme au cours du déplacement de l'é- lément mais prend au contraire une valeur maximale lorsque l'é- lément est le plus éloigné de la position finale et décroît au fur et à mesure que l'élément se rapproche de cette position finale.
En conséquence, il est difficile d'utiliser ce signal pour obtenir un déplacement uniforme et régulier d'un élément commandé entre deux points.
@ C'est pourquoi la présente invention a pour objet un servo-mécanisme qui commande la vitesse de fonctionnement dumoteur dudit mécanisme de façon précise et en fonction d'une vitesse prédéterminée, de manière à obliger un élément commandé à se déplacer à une vitesse pratiquement uniforme d'un pointa un autre
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Un avantage de la présente invention réside dans le fait que, dans une servo-boucle fermée, le niveau du signal d'erreur orée dans la boucle peut être limité pratiquement et rigoureusement à une valeur prédéterminée,
oe qui permet d'obtenir une vitesse uniforme de déplacement de l'élément commandé dans une gamme étendue de déplacement entre deux points prédéterminés*
Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait que le niveau du signal d'erreur peut être limité sans avoir à utiliser des dispositifs de commutation mécaniques destinés à maintenir le signal d'erreur de sortie à un état re- lativement constant.
Conformément-à la présente invention, on a conçu un servo-méoanisme perfectionné comportant un moteur assurant l'entraînement d'un élément commandé dans une certaine gamme de positions, et un appareil de positionnement analogique qui produit un signal d'erreur assurant la commande du moteur, le dit signal d'erreur variant en fonction de la différence entre d'une part la position instantanée de l'élément commandé et d'au- tre part une position finale prédéterminée de l'élément, le ser- vo-méoanisme comportant un dispositif de commande du moteur as- servi au signal d'erreur ainsi qu'un circuit de limitation de signal d'erreur disposé entre l'appareil de positionnement ana- logique et le dispositif de commande de moteur,
ledit circuit de limitation maintenant le signal d'erreur et par conséquent la vitesse d'avance créée par le moteur à un niveau prédéterminé,
Le circuit limiteur produit une limitation rigou@eu- se du signal d'entrée à un niveau d'amplitude maximum prédéter- miné à sa sortie. Le niveau de limitation est déterminé par le réglage d'une mémoire d'information de vitesse d'avance reliée au circuit limiteur. Par conséquent, en maintenant le signal d'erreur à un niveau d'amplitude maximum en vue de son introduo-
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tion dans un amplificateur, l'entraînement assuré par l'ampli- fioateur est limité en conséquence et il se définit une vitesse de déplacement de l'élément commandé.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention seront mis en évidence dans la suite de la description et en se référant au dessin annexé sur lequel$ - la figure 1 est un schéma d'ensemble d'un servo- mécanisme figuré à l'aide de rectangles; - les figures 2,3 et 4 sont des représentations gra- phiques de paramètres à l'intérieur de la servo-boucle, la po- sition du chariot étant indiquée en abscisse et respectivement, la tension d'erreur, la tension du limiteur et le nombre de tours minute ayant été portés en ordonnée; - la figure 5 est un schéma d'un circuit limiteur à pont et d'un réseau de polarisation sous courant continu relié à ce dernier.
Le schéma d'ensemble de la figure 1 représente un servo-méoanisme dont la fonction est de produire un mouvement d'un chariot 10 de machine-outil d'un point à un autre et sui- vant un certain axe, ce chariot pouvant être par exemple la table d'une perceuse à commande automatique. Le chariot 10 est mis en position par un moteur hydraulique 12 agissant par l'intermédiaire d'un mécanisme à engrenage 14. Les positions dans lesquelles le chariot est déplacé sont définies par des potentiels de courant alternatifs réglés dans une mémoire de positionnement 16, qui peut être , par exemple, un réseau divi- seur de tension permettant la sélection de tensions de courant alternatif sinusoïdales. Les tensions sinusoïdales sont appli- quées par un câble 18 à un appareil de positionnement analogi- que 4 vitesses multiples 20.
L'appareil 20 utilise des disposi- tifs de résolution ou séparateurs comportant chacun une paire d'enroulements de stator disposés en quadrature. Par applioa-
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tion des tensions sinusoïdales fournira par la mémoire 16 aux enroulements de stator des dispositifs de résolution de l'appa- reil 20,une position angulaire zéro est définie pour l'enroule. ment de rotor de chaque séparateur, c'est-à-dire que, pour cha- que combinaison particulière d'une tension sinusoïdale appliquée aux stators des séparateurs de l'appareil 20, il existe une po- sition angulaire du.
rotor de cet appareil pour laquelle la ten- sion créé*, dans celui-ci est nulle.* Les rotors de l'appareil de positionnement analogique 20 sont accouplée par un mécanisme à engrenages représenté pur la ligne en trait interrompu 22 de ma- nière à être entraînés par le moteur 12 lorsque oelui-oi '.assure le déplacement du chariot 10. Le sens d'entraînement assuré par le moteur 12 par l'intermédiaire du mécanisme à engrenages 22 est tel que le rotor est entraîné en direction de sa position de zéro puisque le potentiel appliqué au rotor est prélevé, par l'intermédiaire d'un conducteur 24, pour produire un signal d'er- reur dont la présence provoquera le fonctionnement du moteur 12.
Le conducteur 24 est relié à un pré-amplificateur 26 dans lequel le signal d'erreur en courant alternatif est amplifié. Le signal d'erreur amplifié est ensuite transmis, par l'intermédiaire d'un conducteur 28, à un circuit détecteur 30, relié à une source de tension alternative de référence 32. Le oirouit détenteur four- nit un signal d'erreur en courant continu sortant par le conduc- teur 34, ce signal étant proportionnel au courant alternatif arrivant par le conducteur 28, et ayant une polarité déterminée par la phase du signal d'entrée appliqué au conducteur 28. Le ' conducteur 34 est raccordé à un circuit limiteur 36 qui couple le signal d'erreur à un conducteur de sortie 38.
L'amplitude du signal d'erreur passant par le conducteur 38 est limitée à une valeur prédéterminée par le circuit limiteur 36. L'amplitude du signal d'erreur passant dans le conducteur 38 est fonction... des potentiels de courant continu appliqués aux conducteurs 40 et 42 qui sont raccordés au circuit limiteur 36 de manière à 16
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polariser et à définir la limite supérieure du signal d'erreur appliqué au conducteur 38.
Les potentiels appliqués aux oonduo- tours 40 et 42 sont fonction du réglage d'une mémoire de vitesse d'avance 44, Le conducteur 38 assure la transmission du signal d'erreur limité en courant continu à un circuit de sommation
46 auquel est appliqué un potentiel de stabilisation en courant continu fourni, par l'intermédiaire d'un conducteur 48, par un tachymètre 50.
Le tachymètre 50 est entraîné par un méoanisme à engrenages représenté par la ligne en trait interrompu 52, relié au moteur 12 de manière à produire un potentiel de courant continu dans le conducteur 48 en fonction de la vitesse de fonctionnement du moteur 12, Ce potentiel est ajouté algébrique- pont au signal d'erreur limité envoyé dans le conducteur 38 de manière à stabiliser le fonctionnement de la boucle d'une manière bien connue et à provoquer un amortissement du fonctionnement oscillatoire du système.
Le signal d'erreur limité qui a été modifié dans le circuit de sommation 46 est appliqué, par l'in- termédiaire du conducteur 54, à un roseau de compensation 56, tel qu'un réseau à résistance et condensateur, ou bien un air cuit d'intégration qui peut être composé d'un amplificateur de courant continu , l'une ou l'autre solution étant bien connue dans le domaine des servo-mécanismes. Le but du réseau de com- pensation 56 est d'augmenter la caractéristique de réponse en basse-fréquence de la boucle auxiliaire comportant le tachymètre
50, qui est influencé en majeure partie par la fréquence de char- ge du moteur.
Le signal d'erreur limité et modifié sortant du réseau de compensation 56 est transmis par l'intermédiaire d'un conducteur 58 jusqu'à un amplificateur 60 qui produit, dons le câble 62, un courant de sortie proportionnel au signal envoyé dans le conducteur 58.
Le câble 62 transmet la sortie amplifiée une servo-soupape 64 qui fonctionne comme un transducteur pour transformer le courant de sortie en une action mécanique qui @
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contrôle le débit et le sens d'écoulement du fluide envoyéspar l'intermédiaire d'une tuyauterie représentée en 65, au moteur
12 qui déplaoe le chariot 10 tout en entraînant le tachymètre
50 et le rotor de l'appareil de positionnement analogique 20,
La vitesse de fonctionnement du moteur 12 dépend de l'intensité du signal appliqué à la servo-soupage 64 qui est elle.*môme contrôlée par l'amplitude du signal en provenance du oirouit-limiteur 36.
Le sens de fonctionnement du moteur 12 dé- pend de la polarité du signal appliqué à la servo-soupape 64 et l'amplitude maximale est symétrique, dans les deux polarités, par rapport à la tension de référence zéro. Le circuit limiteur 36 est représenté en-détail sur la figure 5. L'entrée dans le limiteur 36 en provenance du circuit déteoteur 30 est transmise par le conducteur 34 et la sortie du limiteur 36 est transmise par le conducteur 38, Le circuit limiteur 36 est composé d'un circuit à pont comportant des diodes 66,67,68, 69 dont le niveau de la sortie est déterminé par la tension de polarisation en courant continu appliquée à celui-ci par l'intermédiaire des conducteurs 40, 42 à partir de la mémoire de vitesse d'avance 44 et par la valeur des résistances 74,
76* Un potentiel posi- tif est appliqué au conducteur 40 tandis qu'un potentiel néga- tif.est appliqué au conducteur 42. Lorsqu'il n'existe sueur- si- gnal d'entrée dans le conducteur 34, les diodes, 66 à 69 sont toutes rendues conductrices par les potentiels appliqués aux conducteurs 40 et 42 et un courant passe -dans les résistances 74 et 76. Lorsque les diodes 66 à 69 sont conductrices, le' résistance est pratiquement nulle et le potentiel appliqué au potentiel d'entrée 34 doit être le môme que celui appliqué au conducteur de sortie 38.
Egalement, puisque les diodes 66 à 69 sont conductrices, elles sont bilatérales et un potentiel alors appliqué au conducteur d'entrée 34 provoque le passage d'une composante de courant en chacune des diodes 66 à 69 jusqu'à ce
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que cette composante de courant atteigne, dans certaines des diodes, une valeur pour laquelle elle est égale au courant en. gendré par les potentiels de polarisation.
Si le potentiel dans le conducteur 34 devient positif, la composante de courant en- gendrée par celui-ci s'oppose au courant passant dans les diodes
66 et 69.Pour une valeur déterminable du potentiel dans le con- ducteur 34, le courant de signal résultant de ce potentiel est égal et opposé au courant de polarisation et il bloque la diode
66, Pour une valeur un peu supérieure de l'intensité du signal passant dans le conducteur 34, la composante de courant de si- gnal sera égale au courant de polarisation dons la diode 69 et, du fait qu'elle a une direction opposée, elle bloquera cette diode. Les diodes 66 et 69 restent toutes deux bloquées pour des valeurs supérieures du signal passant dans le conducteur d'entrée 34 et le conducteur de sortie 38 est isolé de celui-ci.
' Le potentiel appliqué au conducteur de sortie 38 est maintenant uniquement fonction du courant passant dans la résistance 74 et le conducteur 38 en provenance de la ligne 40, ce oourant reve- nant à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 78. Ce cou- rant est pratiquement constant et en conséquence, le potentiel appliqué au conducteur de sortie 38 est bloqué à une valeur oor- respondante, On voit par conséquent que le potentiel appliqué au conducteur de sortie 38 correspond à celui appliqué au con- ducteur d'entrée 34 jusqu'à ce que le potentiel d'entrée attei- gne une valeur prédéterminée, moment à partir duquel le poten- tiel du conducteur de sortie 38 est limité à une valeur positi- ve prédéterminée et est empêché d'augmenter.
Si le.potentiel du conducteur d'entrée 34 varie dans le sens négatif, les dio- des 68 et 67 seront bloquées successivement de la même manière afin d'isoler le conducteur de sortie 38 du conducteur d'entrée
34 et de rendre le potentiel du conducteur de sortie 38 unique- ment fonction du courant circulant entre la masse et le oonduo-
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teur de polarisation 42 par l'intermédiaire de la résistance 78 de lu diode 69 et de la résistance 76, L'effet de cette condition est également de limiter le potentiel appliqué au con- ducteur de sortie 38 à une valeur négative maximale prédétermi- née,
Un réglage du potentiel appliqué aux conducteurs 40, 42 modifie les valeurs maximales positive et négative qui peuvent être appliquées au conducteur de sortie 38.
Un auto- transformateur 80 est branché aux bornes d'une source de po- tentiealternatif 82 et un potentiel sélectionné est dérivé de celui-ci par l'intermédiaire du curseur 84, Le potentiel cor- respondant au curseur 84 est appliqué au primaire du transfor- mateur 86 qui orée un potentiel alternatif dans le secondaire 88 dont le centre est relié à la masse par un conducteur 90, Les diodes 91, 92, 93.
94 du circuit de sortie du secondaire 88 assurent un redressement à double alternance du potentiel alter- natif ainsi orée et les condensateurs 95,96 filtrent l'ondulation de manière à donner un potentiel de courant continu de valeur constante dans les conducteurs de polarisation 40,42. Ceci con- stitue le circuit de la mémoire de vitesse d'avance 44 et le réglage de sa sortie représentée par le potentiel dans les conducteurs 40,42 est effectué en choisissant la position du curseur 84.
L'effet du limiteur 36 est représenté graphiquement sur les figures 2, 3 et 4. Sur la figure 2, la courbe 98 repré- sente la tension d'erreur de l'appareil de positionnement à ana- logie 20, tracée en fonction de la position instantanée du cha- riot dans un système où l'appareil de positionnement à analogie 20 est un système de commande à vitesses multiples faisant in- tervenir des éléments analogiques de réglage de position gros- sier, moyen et micrométrique, d'une manière bien connue.
Au début.! de l'opération de positionnement, le signal d'erreur est impor
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tant et, à mesure que l'opération progresse, la tension d'er- reur diminue jusqu'à la valeur zéro pour laquelle le chariot 10 est dans sa nouvelle position choisie La tension d'erreur pro- duit une sortie à partir du circuit limiter 36, Cette tension de sortie du limiteur est tracée en fonction de la position instantanée du chariot 10 sur la figure 3 et elle est indiquée par la courbe 100. Cette courbe montre qu'un signal d'erreur tel que celui de la figure 2 produit une sortie limitée 100 qui est constante dans un large domaine de positions du chariot et qui ne diminue que lorsque le chariot 10 se rapproche très près de la nouvelle position.
La figure 4 est une courbe donnant la vitesse du moteur 12 en tours par minute,en fonction de la position instantes du chariot 10. Comme on peut le voir, la courbe 102 qui indique la vitesse du moteur en tours minute dans l'opération de positionnement est similaire à la courbe 100 de la figure 3 et indique que le moteur 12 fonctionne à une vitesse uniforme pendant une grande partie de l'opération de positionnement, jusqu'à ce que le chariot 10 se rapproche très près de la nouvelle position choisie.
REVENDICAGIONS. -
1.- Servo-mécanisme perfectionné, comprenant un moteur assurant l'entraînement d'un élément commandé dans une certaine gamme de positions, un appareil de positionnement à analogie qui produit un signal d'erreur pour commander le moteur, ledit signal d'erreur variant en fonction de la différence entre la position instantanée de l'élément commandé et une position @- nale prédéterminée de l'élément, caractérisé en ce qu'un dispo- sitif de commande du moteur commande ce dernier en réponse au signal d'erreur et en ce qu'un circuit de limitation de signal d'erreur est installé entre l'appareil de positionnement à ana- logie et le dispositif de commande de moteur, ledit circuit de limitation maintenant le signal d'erreur,
et par conséquent la vitesse d'avance produite par le moteur à un niveau prédétermi-
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2.- servo-mdoanisme suivant la revendication 1, oarac- térisé en ce que le moteur est réversible de façon à déplacer l'élément dans deux sens dans une gamme de positions et suivant un axe, une polarité dudit signal d'erreur provoquant le dé- placement d'un élément dans un sens en direction d'une position finale choisie, une autre polarité du signal d'erreur provoquant le déplacement de l'élément dans l'autre sens, ledit circuit de limitation maintenant le signal d'erreur à un niveau ou à une amplitude prédéterminée pour chaque polarité.
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3#¯ Servormécanisme suivant l'une ou l'autre des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit de limi- tation est constitué par un pont à diodes branché entre l'ap- pareil de positionnement à analogie et le dispositif de oomman- de de moteur et agissant de manière à limiter l'amplitude maxi- male du signal d'erreur à un niveau prédéterminé,
4.- Servo-mécanisme suivant l'une ou l'autre des re- vendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un circuit de polari- sation pré-réglable est branché en parallèle avec le circuit de limitation, ledit circuit de polarisation agissant de maniè- re à régler l'amplitude du signal d'erreur.
5. - Servo-mécanisme suivant la revendication 4, carac- térisé en ce que le circuit de polarisation fournit un poten- tiel de polarisation en courant continu au circuit limiteur et un dispositif permet de régler sélectivement oe potentiel de polarisation , de manière à assurer le réglage de la vi- tesse maximum de fonctionnement du moteur.