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"Système électronique de contrôle de la vitesse d'une bande mobile"
La présente invention se rapporte à de systèmes de contrôle de vitesse, en particulier à ceux qui sont utilisés pour l'entraînement de bandes à des vitesses contrôlées, et plus particulièrement à des dispositifs d'entraînement de bande magnétique à vitesse variable, bon marché.
Une technique courante pour maintenir constante la vitesse d'une bande mobile implique le contrôle du moyen d'un galet d'entraînement. La bande cet entraînée
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par le contact direct de la circonférence du galet d'entrainement avec la surface de la bande, un galet de contre-pression étant prévu du côté opponé de la bande pour réduire uu minimum le glissement. lorsqu'on utilise un moteur synchrone alimente par une source de courant alternatif stable, on peut se fier sur le galet d'antrainement pour stabiliser la vitesse de la bande entre une source de couple constant et des bobines de reprise ou enrouleuses.
Ces dispositifs d'entraînement à galet d'entraînement sont employée très souvent dans des systèmes a bande magnétique lorsqu'il est nécessaire d'éliminer de grandes variations longitudinales de la vitesse.
Pour changer la vitesse, des arrangements dien- grunagea et de poulies variables sont employée pour une démultiplication à partir d'une vitesse fondamentale, L'emploi du système d'entraînement à galet d'entra!- nement présente certains Inconvénients* Premièrement, des entraînements à galets d'entraînement à vitesse constante et des transimssions à couple constant séparés rendent ce système plus complexe que souhaitable,
en particulier lorsque des changements de la vitesse de la bande sont nécessaires* Il y a aussi.de nombreux organes mobiles qui ont pour conséquence d'augmenter le coût et la surveillance* La galet d'entraînement et le + de galet+contre-pression ou pinoement associé doivent être réglés soigneusement mais ne peuvent toujours pas régler la vitesse de la bande aussi bien qu'on le souhaiterait. En outre, la pression et le mouvement du galet d'entraînement sur la bande provoquent l'usure de celle-ci et
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l'accumulation. de charges statiques dans le système.
En outre, avec le dispositif d'entraînement à galet d'entraînement, les variations de la vitesse de la bande sont limitées à des multiples de la vitesse du moteur synchrone, qui est lui-même complètement assujetti à une variation quelconque de la fréquence et de la tension d'alimentation. En outre, ces systèmes consomment une grande puissance par rapport à la puis- sance nécessaire pour le simple mouvement de la bande entre les bobines.
Certains dispositifs d'entraînement de bande n'utilisent pas d'entraînement par galet d'entraînement mais ils entraînent la bande en faisant tourner la bobine enrouleuse ou les bobines enrouleuse et dérouleuse. L'entraînement des bobines à une vitesse constante fait varier la vitesse de la bande selon la longueur de la bande qui est enroulée momentanément sur la bobine entraînée.
Il est possible de déterminer la longueur de bande enroulée sur la bobine et d'entraîner celle-ci à une vitesse calculée pour maintenir la bande à une vitesse relativement constante, mais la complexité de tels systèmes est excessive pour la pluparl iles applications pratiques,
D'une manière idéale, un dispositif de contrôle d'entraînement d'une bande doit avoir une gamme continue de réglage de vitesse obtenue au moyen d'un système électronique simple et avec une faible consommation en puissance. La vitesse de la bande mobile doit être indépendante des variations de la Douro. d'énergie.
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Néanmoins, un tel système doit fonctionner avec de faibles pulsations de son et fluctuations de la bande dans toute la gamme de vitesses.
L'invention se propose en conséquence de fournir 1 - un système d'entraînement pour entraîner une bande à des vitesses variables contrôlées dans une gamme de vitesses continue ; - un système pour entraîner de bandes à des vitesse continûment réglables, qui soit mécaniquement simple et qui ait une faible consommation en puissance - un système d'entraînement de bande magné tique perfectionné pour entraîner la bande à des vitesses constantes choisies dans une gamme continue, qui soit mécaniquement simple et bon marohé et qui ait une faible consommation en puissance ; - un arrangement de contrôle de vitesse perfectionné spécialement utile pour entraîner une bande à des vitesses contrôlées ;
- un système perfectionné pour contrôler électriquement la vitesse d'un élément entraîné sous la commande de signaux de contrôle.
Les mécanismes pour entraîner des bandes à des vitesses contrôlées conformes à l'invention n'utilisent pas d'entraînement par galet d'entraînement mais détectent la vitesse momentanée de la bande.Un générateur d'impul- sions commandé par la bande est utilisé pour fournir des impulsions de durée contrôlable à des fréquences de répétition correspondantes qui contrôlent directement le mouvement de la bande.
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Dans un système d'entraînement de bande magnétique pria à titre d'exemple, un moteur en courant continu est accoupla directement à une des bobines pour contrôler la vitesse d'une bande se dépliant entre une bobine dérou- leuse et une bobine enrouleuse sans dispositif d'entra!- nement intermédiaire à galet d'entraînement* Un générateur d'impulsions couple de façon à être commandé par le mouvement de la bande fournit des impulsions à une vitesse choisie pour une vitesse nominale donnée de la bandes Cette information relative à une fréquence de répétition d'impulsions est transformé* en une suite d'impulsions rectangulaire à l'aide d'un multivibrateur contrôlable
dont les impulsions de sortit peuvent être réglées en durée, Un filtre passe-bas couple au multivibrateur engendre ensuite, à partir de la suite d'impulsions, un signal d'erreur en courant continu qui est amplifié et convenablement transformé de façon à agir en signal de commande pour le moteur en courant continu.
Des variations de la vitesse de la bande provoquent une variation du rapport des durées des parties positive et négative du signal de sortie du multivibrateur et font varier en conséquence le signal d'erreur provenant du filtre passe-bas. Le signal d'erreur est ensuite utilisé pour faire varier la valeur de la tension appliquée aux bornes des enroulements du rotor du moteur en courant continu de façon à produire la vitesse requise du moteur pour maintenir la bande à la vitesse voulue* On peut choisir n'importe quelle vitesse voulue de la bande dans une gamme étendue simplement en réglant le temps de rétablissement du multivibrateur qui détermine la durée des impulsions de sortie d'une desdites parties
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positive et négative.
On décrira, ci-après l'invention en se référant aux dessine annexée dans lesquels t
La figure 1 est un schéma d'un exemple d'un système d'entraînement de bande selon l'invention la figure 2 comprend des graphiques représentant différentes j'ormes d'ondes idéalisées engendrées en différants pointe du système de la,figure 1 dans différentes conditions 1 et la figure 3 est un schéma, en partie simplifiée d'une combinaison d'un amplificateur avec un moteur qui peut être utilisée dans le système de la figure 1.
+ une La figure 1 représente sous+forme- simplifiés les éléments principaux d'un système d'entraînement de bande selon l'invention* Les circuits d'enregistrement et de reproduction, les organes de contrôle d'entraînement et les supporta de bobines peuvent être de n'importe quel type classique et ne sont donc pas représentés d'une manière détaillée. Toutefois, comme on le voit sur la figure 1, il est nécessaire de n'employer que pou d'élé- ments actifs.
Une bobine enrouleuse 10 et une bobine dérouleuse 11 montées sur un panneau avant d'entraînement de bande portent une bande 13 d'une ' certaine longueur s'étendant le long d'un trajet de boucle qui passe devant un transducteur magnétique d'enregistrement 14 et un transducteur magnétique de reproduction 15.
Le trajet de bande rectiligne passant par les transducteurs 14 et 15 est établi par deux galets de guidage espacés 16 et 17, dont le premier, à savoir le galet 17,se comporte en
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moyen d'analyse de vitesse. A cet effet, le premier galet de guidage 17 a une forme telle qu'il comprend ou qu'il lui est fixé une roue de minutage 18 ayant une série de graduation réparties sur une circonférence, doue forme de variations magnétiques, électriques ou optiques régulièrement espacées représentant des incrément))).
Par exemple, une tète magnétique im-nobile 19 est adjacente à la roue de minutage 18 pour engendrer des impulsions au moyen,de variations séparées de la perméabilité d'une circonférence pendant la rotation du galet de guidage 17. Les spécialistes reconnaîtront qu'il est possi- ble d'utiliser un nombre quelconque d'arrangements de marquage et d'analyse, y compris un système de marques et d'analyse photoélectrique.
La circonférence de la roue de minutage 18 présente un nombre total de positions réparties sur celleci, approprié pour la production d'une suite d'impulsions d'une fréquence de répétition choisie pour une vitesse donnée de la bande. Dans 1'exemple présent, une vitesse de bande de 20,3 cm par seconde est choisie comme valeur moyenne de la gamme de fonctionnement* Avoo un diamètre approprié du galet do guidage pour une vitesse de rotation de 1,904 tour par seconde correnpondant à la vitesse moyenne de la bande do 20,3 cm/s, la roue de minutage doit présenter 105 graduations d'incrément réparties sur une oiroonféranoe.
La bobine enrouleuse 10 est entraînée par un système réducteur de vitesse à poulies à partir d'un moteur en courant continu 20 qui est couplé de façon
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h, recevoir des signaux de commande variable engendrée lors du fonctionnement du système, Des dimensions typiques de poulies appropriées pour obtenir un rapport convenable de réduction de vitesse correspondent & une écrie consis. tant en une poulie 22 de 1,27 cm montée sur l'arbre du moteur, une poulie 23 couplée de 10,15 cm entraînée par une courroie de liaison 24, une autre poulie 25 de 1,27 cm montée sur l'arbre de la poulie 23 de 10,15 cm et un plateau tournant 26 de 23,
73 cm entraîné par la poulie 25 de 1,27 cm par l'intermédiaire de la courroie 27. La bobine enrouleuse 10 peut être montée soit directement sur le plateau tournant soit sur un arbre commun 28, si on le désire. La bobine dérouleuse 11 peut être re- tenue légèrement par frottement et entraînée par un moyen de couplage classique '(non représenté) pour des opération@ de rebobinage à grande vitesse. Pour cet arrangement d'en- traînement et les circuits associés, il suffit d'employer un petit moteur en courant continu 20.
Une suite d'impulsions représentant la vitesse de la bande est engendrée continuellement par un circuit . amplificateur et oonformatour d'impulsions 31 couplé de façon à recevoir les signaux à partir de la tête magné- tique 19.
Ce circuit peut être classique et par conséquent il n'est pas représenté dans le détail, mais il peut consister en un détecteur de arête ou en un circuit dif- férentiateur qui commande un générateur d'impulsions du type oscillateur à blocage ayant une petite durée de cycle Des impulsions de tension pointues provenant de ce circuit déterminent dans le temps les passages des incréments ou gra- duations successifs de la roue de minutage 18 et, par suite,
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L'avance dans le temps de la bande elle-même. Ces impul- sions de tension du sortie pointues sont ensuite utilisées ,
.Pour décloncher un génrateur d'impulsions contrôlable comprenant dans le cas présent un univibrateur 32 ayant un état de travail d'une durée contrôlée. On peut faire varier la durée ce l'impulsion de travail d'une manière bien connue on réglant un des éléments par exemple une résistance variable 33, pour changer la constante de temps du circuit de rétablissement* D'autre circuits servant à la môme fonction paraîtront évidents aux spécialistes, de tels oircuito comprenant par exemple une combinaison d'un bivibrateur avec un organe à retard variables Avec cette dernière combinaison,
lahvibrateur peut être placé dans l'état de travail par chaque impulsion d'entrée, les mômes impulsions étant aussi appliquées ultérieurement à une borne d'entrée de rétablissement par l'intermédiaire d'une ligne à retard variable.
Ainsi, le signal de sortie développé sur la borne "de travail" présente une forme d'onde rectangulaire consistant en une suite d'impulsions modulées en fréquence.
Quel que soit le type du générateur d'impul- nions de durée variable, l'élément de réglage déterminant la durée de l'impulsion de travail eet maintenu constant en amplitude et en durée pour une vitesse donnée voulue de la bande. Toutefois, le signal de sortie varie sous forme de la variation de la fréquence de répétition des im- pulsions provenant de l'univibrateur 32 et, par conséquent, ceci ae traduit par une variation du pourcentage de tempe
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pendant lequel le signal a une polarité au lieu de la polarité oppose.
La durée de l'impulsion de travail est choisie de telle sorte que si la)vitesse est exacte, chaque impulsion positive a une durée égale à celle de chaque impulsion négative. Le générateur* impulsions peut être arrangé do façon à fournir des impulsions de tension d'amplitudes égales par rapport au potentiel de la manne de référence de telle sorte qu'un filtre passe-bas 34 couplé fournisse à partir du signal de forme d'onde rectangulaire un signal de sortie en courant continu dont l'amplitude indique un écart quelconque de l'équilibre et dont la polarité indique le sens de cet écarté On peut aussi employer d'autre. circuits producteurs de signaux moyens, et il n'est pas nécessaire d'utiliser un conducteur de Nasse de référence,
ainsi qu'il paraîtra évident aux spécialisten. Dans un exemple de réalisation pratique d'un système selon l'invention, un filtre passe-bas 34 ayant une fréquence limite supérieure de llo/s fournit un signal d'erreur approprié. Un amplificateur de commande 35 en courant continu est couplé de façon à contrôler la vitesse variable du moteur 20 en courant continu au moyen de ce signal d'erreur. L'amplificateur de courant continu 35 réagit au signal d'erreur en courant continu en faisant varier l'intensité du courant appliqué aux enroulements du rotor du moteur 20 en courant continu et complète ainsi la partie de contrôle de vitesse du système d'entraînement de bande.
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La compréhension du fonctionnement du dispo- sitif selon l'invention sera facilitée par l'examen des formes d'onde de la figure 2 ainsi que du système de la figure 1. Les signaux de déclenchement engendrée à partir de la roue de minutage 18 et le détecteur de gradua, tione 19 ont une fréquence normale correspondant à un cycle par intervalle de 5 millisecondes pour une vitesse de bande voulue de 20,3 cm/s (figure 2A). Ainsi, le générateur d'impulsions est réglé de façon à fournir une impulsion de travail de 2,5 millisecondes avant le rétablissement, ainsi qu'il est représenté par la figure 2B. Ceci correspond à la partie positive du signal qui varie entre deux niveaux de tension égaux et opposées de par et d'autre d'un potentiel de référence zéro.
Si la bande avance trop lentement, les impulsions de déclenchement sont trop espacées (figure 20), étant donné que l'univibrateur 32 reste, au cours de chaque cycle de son fonctionnement plua longtemps dans l'état de repos que dans l'état de travail (figure 2D) et un signal d'erreur en courant continu négatif est prélevé sur le filtre passe-bas 34. Un tel signal a pour effet d'augmenter la vitesse du moteur en courant continu 20, ramonant ainsi la bande à la vitesse normale choisie.
Réciproquement, une vitesse trop grande provoque un espacement trop petit,des impulsions de déclenchement (figure 2E), la partie positive de la forme d'onde de sortie du multivibrateur (figure 2F) ayant maintenant une surface plus grande, fournissant ainsi un signal net en courant continu positif pour ralentir le moteur en courant continu.
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Les systèmes selon l'invention sont facilement adaptables à des vitesses de bande allant de 5,08 cm/g à 40,6 omis en utilisant des éléments de oirouit standard, bien qu'il n'y ait pas de limitation inhérente à la gamme des vitessesde bande pouvant être obtenue, Dans toute cette gamme, la vitesse de la bande reste pratiquement constante, ainsi qu'il est raie en évidence par des mesures typiques de hululement do 0,25 % à 0,50 % en valeur quadratique moyenne de 0 à 250 c/s, pour citer des exemples pratiques, L'élémination de la nécessité de systèmes d'entraînement par galet d'entraînement compliqués et coûteux ainsi que de leurs nombreux éléments associés constitue simplement un des avantagea du système,
bien qu'il constitue un avantage important. Ce système atténue beaucoup ou complètement divers problèmes posés par l'usure par frottement sur la bande par suite de l'excentricité du galet d'entraînement et du galet de contre-pression et par la difficulté de guider la bande entraînée par le galet d'entraînement. Ceci est accompagné par une réduction notable de la puissance nécessaire pour actionner le système d'entraînement de bande. Un exemple de système selon l'invention fonctionne avoo une consommation de puissance de l'ordre de dix watts seulement,en courant continu, comprenant à la fois le moteur et les circuits électroniques. La tension continue d'alimentation elle-même peut varier beaucoup, entre plus et moins 20 % à partir d'une valeur nominale de 24 volts, sans affecter le fonctionnement.
Par conséquent, le système est idéal pour des Installations ramassées et portatives..
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La figure 3 représente un exemple de combinaison d'un générateur de signaux d'erreur avec un amplificateur de commande pouvant être utilisée avantageusement dans des systèmes colon l'invention, Dans oe cas,
la roue de minutage 41 est solidarisée par un arbre commun 42 au galet de guidée 16.La roue de minutage 41 présente une perméabilité variuble suivant une circonférence suivant une certaine répartition sous forme de 105 dente régulièrement espacées formées dans la matière magnétique formant la circonférence de la rouet Un noyau magnétique 43 immobile est placé do telle sorte qu'une de son extrémité$ est très voisine de la circonférence de la roue 41 pour détecter les graduations constituées par les dents,
Des changements dans la répartition magnétique provoquées par le passage des dents devant l'extrémité du noyau 43 sont détectés par un enroulement de captae et transmis à un amplificateur 44. Los signaux alternatifs provenant de l'amplificateur 44 peuvent être ensuite utilisés par un générateur d'impulsions 45 du type oscillateur de blocage pour engendrer une impulsion pointue une fois par cycle pour indiquer le passage de chaque dent de la roue 41.
Le baeouleur 46 est réglé au moyen de la résistance variable 47 dans le circuit de rétablissement pour produire une"impulsion de travail"d'une durée égale à la moitié des intervalles de temps séparant les passages des dents successives quand la bande avance à la vitesse voulue*
La bande avançant sa vitesse nominale choisie, le moyen de mesure de vitesse maintient la sortit du filtre passe-bas 48 couplé au potentiel de référence zéro.
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Ainsi qu'il a été oignalé précédemment, un niveau de référence do zéro volt n'est pas nécessaire maie il n'est employé que pour simplifier la description.
Il paraîtra évident ci-après aux spécialistes qu'on peut choisir n'importe quel niveau de tension commode comme niveau de référence et que oe dernier pourraitmôme être rendu variable de telle aorte qu'il pourrait Atre employé dune un réglage do la vitesse par vernier. De même, on pourrait rendre variable l'amplitude des impulsions positives ou des impulsiono négatives pour un réglage par vernier.
En outre,les spécialistes reconnaîtront que la roucz de minutage szparée et le générateur d'impulsions 45 peuvent être omis si des impulsions de déclenche- ment sont enregistrées sur une piste de minutage séparée sur la bande aile-même, des impulsion. peuvent être ensuite reproduites et comparées à un étalon choisi(au moyen d'une ligne à retard par exemple ou d'un moyen analogue) pour oontrô'- ler la vitesse actuelle de la bande.
Il est aussi possible de reproauire les signaux de la pinte de minutage de la bande en les appliquant à un filtre passe-bande étroit choisi pour la vitesse appropriée et d'utiliser un filtre passe-haut et un filtre passe-bas de part et d'autre de la bande étroite pour déterminer si la vitesse est élevée ou lente,.
On va se référer maintenant à l'exemple de réalisation de l'invention de la figure 3 1 la tension de sortie du filtre passe-bas 48 appliquée à l'entrée de l'amplificateur de commande 35 est nominalement nulle
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quand la vitesse de la bande correspond à la vitesse choi- sie, On suppose que le point de fonctionnement de l'am- plifioateur 35 est réglé initialement de façon à permettre le passage d'un courant vers l'induit du moteur en courant continu 20 pour obtenir une vitesse de 5*600 tours/minute*
On y parvient en choisissant les résistances 49 et 51 de telle sorte que la tendon de polarisation statique souhai- tée soit appliquée a la base du transistor 53.
Un signal d'erreur quelconque est ensuite appliqué par l'intermédiaire de la résistance 52 à la base initialement polarisée à son niveau statique. Quand la vitesse de la bande est grande,le signal d'erreur est positif et augmente la tension de polarisation de la base du transistor n-p-n 53, réduisant ainsi la tension d'émetteur de celui-ci.
La tension d'émetteur réduite est ensuite appliquée à la base du second transistor n-p-n 54 pour augmenter sont impédance entre émetteur et colleoteur, Ceci réduit le courant de base du transistor p-n-p 55 puisque la base du transistor 55 est connectée au oolleoteur du transistor
54 à la manière d'un amplificateur' de courant continu classique, Le transistor 55, dont le collecteur est à la masse, est en série avec les enroulements d'induit du moteur en courant continu 20. Lu diminution du courant de la base du transistor augmente la tension de son émetteur, de sorte qu'une tension plus basse est appliquée aux bornes des enroulements d'induit du moteur 20.
Lo moteur 20 est du type à excitation séparée et la diminution de la tension d'induit provoque le ralentisement du moteur 20. Lo con- traire est valable quand la vitesse est trop basse et que le moteur 20 cherche ainui le point de fonctionnement k tension d'erreur minimum.
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