FR3090151A1

FR3090151A1 - Procédé et système de traitement de signal pour extraire un signal utile d’un signal perturbé

Info

Publication number: FR3090151A1
Application number: FR1872882A
Authority: FR
Inventors: Majid SOULEY
Original assignee: Latelec
Current assignee: Latelec
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2038-12-13
Also published as: WO2020120618A1; FR3090151B1; US20220019641A1; EP3895041A1

Abstract

L’invention concerne un procédé (100) de traitement de signal pour extraire un signal utile d’un signal perturbé P1 dans le cas où le signal perturbé P1 est formé par la somme d’une composante sinusoïdale S1 et d’une composante supplémentaire X1. Le signal utile correspond à l’une de ces composantes. Le procédé comporte : - une détermination (110) de valeurs du signal perturbé P1 en trois instants successifs t1, t2 et t3, - une détermination (120) de valeurs auxdits trois instants t1, t2 et t3 d’un signal P2 comportant une composante sinusoïdale S2 de même amplitude que la composante sinusoïdale S1 et en quadrature de phase par rapport à la composante sinusoïdale S1, - un calcul (130) d’une valeur du signal utile à l’instant t3 en fonction des valeurs du signal perturbé P1 et des valeurs du signal P2 aux trois instants t1, t2 et t3. Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Titre de l'invention : Procédé et système de traitement de signal pour extraire un signal utile d’un signal perturbé

Domaine de l’invention

[0001] La présente invention appartient au domaine du filtrage d’un signal pour en extraire une composante utile. Notamment, l’invention concerne un procédé et un dispositif pour extraire une composante utile d’un signal perturbé formé par la somme d’une composante sinusoïdale et d’une composante supplémentaire.

Etat de la technique

[0002] Il est connu d’utiliser des filtres qui rejettent une partie indésirable d’un signal afin de ne conserver qu’une partie utile du signal.

[0003] On connaît par exemple les filtres passe-bas qui atténuent les hautes fréquences, les filtres passe-haut qui atténuent les basses fréquences, ou bien les filtres passe-bande qui ne laissent passer qu’une bande définie de fréquences en atténuant les fréquences à l’extérieur de la bande passante.

[0004] L’implémentation d’un filtre peut se faire avec des composants électroniques ou bien de façon numérique.

[0005] Lorsqu’un filtre est implémenté avec des composants électroniques, on parle de filtre analogique. Ce genre de filtre s’applique sur des signaux continus en temps réel. Un filtre analogique peut être réalisé avec des composants électroniques passifs, comme par exemple des résistances, des condensateurs, ou des bobines. Un filtre analogique peut également être réalisé avec des composants électroniques actifs comme des amplificateurs opérationnels associés à des composants passifs ou des transistors.

[0006] L’utilisation d’un filtre analogique dans un dispositif entraîne une augmentation du coût, et potentiellement du poids et du volume du dispositif. Aussi, les filtres analogiques sont peu adaptatifs puisqu’ils dépendent des composants électroniques qui les composent. En outre, les filtres analogiques peuvent subir une dégradation avec le temps et avec certaines conditions de l’environnement, comme par exemple la température.

[0007] Un filtre numérique correspond à une succession d’opérations mathématiques ou algorithmiques opérés sur un signal discret. Ces opérations sont définies de telle sorte qu’elles modifient le contenu spectral du signal d’entrée en atténuant certaines composantes spectrales non désirées. Contrairement aux filtres analogiques, qui sont réalisés à l'aide d'un agencement particulier de composants électroniques, les filtres numériques sont réalisés par du logiciel spécifique dans un ordinateur ou bien par des circuits intégrés dédiés ou des processeurs programmables : EPGA (acronyme anglais de « Field-Programmable Gate Array »), processeur de signal numérique (DSP, acronyme anglais de « Digital Signal Processor »), microcontrôleur, etc.

[0008] Le principe du traitement pour un filtre numérique est la convolution : des échantillons du signal en entrée sont mémorisés dans une mémoire tampon, et des échantillons sont produits en sortie. Chaque échantillon en sortie est la somme de produits d'échantillons en entrée de la mémoire tampon avec des coefficients conservés dans une autre mémoire tampon. Suivant sa complexité, un filtre numérique peut donc être relativement gourmand en mémoire et en temps de calcul. Au-delà du coût, Γutilisation d’un filtre numérique introduit inéluctablement un retard plus ou moins grand par rapport au signal reel.

[0009] Pour déterminer la valeur d’un biais de mesure perturbant une composante sinusoïdale, il est connu également de calculer une valeur moyenne sur une période de ladite composante sinusoïdale. Une telle solution ne permet cependant pas de déterminer ledit biais de mesure en temps réel puisqu’il est nécessaire de faire une moyenne sur une période complète de la composante sinusoïdale avant de pouvoir déterminer la valeur du biais. En outre, une telle solution peut manquer de précision si la valeur du biais change au cours de la période sur laquelle la moyenne est effectuée. Exposé de l’invention

[0010] La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur, notamment ceux exposés ci-avant.

[0011] A cet effet, et selon un premier aspect, il est proposé par la présente invention, un procédé de traitement de signal pour extraire un signal utile d’un signal perturbé Pi mesuré par un capteur. Le signal perturbé Pi est formé par la somme d’une composante sinusoïdale Si et d’une composante supplémentaire X_b Le signal utile correspond à l’une des composantes parmi la composante sinusoïdale Si et la composante supplémentaire Xi. Le procédé comporte les étapes suivantes :

- une détermination de valeurs du signal perturbé Pi en trois instants successifs t_b t₂et t₃,

- une détermination de valeurs auxdits trois instants t_b t₂ et t₃ d’un signal P₂comportant une composante sinusoïdale S₂ de même amplitude que la composante sinusoïdale Si et en quadrature de phase par rapport à la composante sinusoïdale Si,

- un calcul d’une valeur du signal utile à l’instant t₃ en fonction des valeurs du signal perturbé Pi et des valeurs du signal P₂ aux trois instants t_b t₂ et t₃.

[0012] En procédant ainsi de manière récurrente sur une fenêtre glissante pour les instants t_bt₂ et t₃, il est possible de reconstruire le signal utile.

[0013] On entend par « signal » une grandeur physique, par exemple une grandeur électrique (une différence de potentiel électrique, une intensité d’un courant électrique, une mo dulation d’une variation périodique d’un potentiel ou d’un courant électrique, etc.), dont la variation dans le temps est représentative d’une information.

[0014] On entend par « composante » d’un signal un membre d’une somme de signaux composant ledit signal.

[0015] On dit que le signal Pi est « perturbé » car il comporte, en plus d’une composante utile directement représentative de l’information recherchée, une autre composante non désirée qui vient s’ajouter à la composante utile.

[0016] On entend par « composante sinusoïdale Si » un signal sinusoïdal pur qui peut s’écrire sous la forme :

[Math. 1]

S] = S X sin (û)t + φ)

[0017] S est 1’« amplitude » de la composante sinusoïdale Sp II s’agit d’une constante correspondant à la valeur maximale que peut prendre la composante sinusoïdale Sp ω est la pulsation et φ est la phase à l’origine pour la composante sinusoïdale Sp

[0018] Une composante sinusoïdale S₂ est en quadrature de phase par rapport à la composante sinusoïdale Si si elle est déphasée de 90° par rapport à la composante sinusoïdale Si, c’est-à-dire si elle peut d’écrire sous l’une des formes suivantes :

[Math. 2]

S 2 = S x sin ( ω t + φ - x cos ( ω t + φ )

[Math. 3]

S’2 = S’ x sin ( ω f + φ + ) = S’ x ( - 1) x cos (ω t + φ )

[0019] Un tel procédé de traitement de signal selon l’invention permet de fournir une valeur du signal utile à un instant donné de façon quasiment temps réel, sans utiliser de filtre analogique ou numérique.

[0020] Dans des modes particuliers de mise en œuvre, l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.

[0021] Dans des modes particuliers de mise en œuvre, une valeur prise par la composante supplémentaire Xi à l’instant t₃ est calculée en fonction des valeurs du signal perturbé Pi et des valeurs du signal P₂ aux trois instants t_b t₂ et t₃ sous la forme :

[Math. 4] . Pi(fD- p;(r₂) pf(t₂)- ri(f₃ ^2(il,+ P At·/)- PAtû - p₂(ù)- P₂(t₂) pu TPP 11. η < t < r · : I PAt-A- PAC) ’ PAhP PAh)

[0022] Dans l’ensemble de la description, la notation Pi(tj) correspond à la valeur d’un signal Pi prise à l’instant tj.

[0023] De préférence, la composante Xi est telle, et les instants t_b t₂, et t₃ sont choisis de

[0024]

[0025]

[0026]

[0027]

[0028]

[0029]

[0030] telle sorte qu’une variation du signal Xi au sein de l’intervalle [q ; t₃] est faible devant l’amplitude de la composante sinusoïdale Sp Par exemple une variation du signal Xi au sein de l’intervalle [q ; t₃] est inférieure à 1.4%, voire inférieure à 1%, de l’amplitude de la composante sinusoïdale Sp

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le signal utile correspond à la composante sinusoïdale Si du signal perturbé Pp et la valeur du signal utile à l’instant t ₃ est égale à :

[Math. 5] = Pi(t₃)- ^l(f₃)

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le signal utile correspond à la composante supplémentaire Xi du signal perturbé Pp et la valeur du signal utile Xi à l’instant t₃ est égale à Xi(t₃).

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la composante Si est un signal sinusoïdal de période T, et le signal P₂ est obtenu par un décalage temporel du signal perturbé Pp le décalage temporel étant égal à T/4.

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le signal P₂ est mesuré par un deuxième capteur.

Si le signal P₂ comporte, outre la composante sinusoïdale S₂, une composante supplémentaire X₂, alors de préférence une variation de X₂ dans l’intervalle [tp t₃] est faible, par exemple inférieure à 1.4%, voire inférieure à 1%, devant l’amplitude de la composante sinusoïdale S₂.

Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le signal P₂ est un signal perturbé comportant, outre la composante sinusoïdale S₂ en quadrature de phase par rapport à la composante sinusoïdale Sp une composante supplémentaire X₂. Des valeurs des composantes Xi et X₂ à l’instant t₃ sont alors calculées en fonction des valeurs des signaux perturbés Pi et P₂ aux trois instants tp t₂ et t₃ sous la forme :

[Math. 4]

[Math. 6]

Selon un deuxième aspect, la présente invention concerne un dispositif de traitement de signal pour extraire un signal utile d’un signal perturbé Pp Le dispositif de traitement de signal comprend un premier capteur permettant de mesurer ledit signal perturbé Pp Le signal perturbé Pi est formé par la somme d’une composante sinusoïdale Si et d’une composante supplémentaire Xp Le signal utile correspond à l’une des composantes parmi la composante sinusoïdale Si et la composante supplémentaire X_b Le dispositif comprend en outre une unité de traitement configurée pour :

- déterminer, à partir des mesures effectuées par ledit premier capteur, des valeurs du signal perturbé Pi en trois instants successifs t_b t₂ et t₃,

- déterminer des valeurs auxdits trois instants t_b t₂ et t₃ d’un signal P₂ comportant une composante sinusoïdale S₂ de même amplitude que la composante sinusoïdale Si et en quadrature de phase par rapport à la composante sinusoïdale S_b

- calculer une valeur du signal utile à l’instant t₃ en fonction des valeurs du signal perturbé Pi et des valeurs du signal P₂ aux trois instants t_b t₂ et t₃.

[0031] Dans des modes particuliers de réalisation, l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.

[0032] Dans des modes particuliers de réalisation une valeur de la composante supplémentaire Xi à l’instant t₃ est calculée en fonction des valeurs du signal perturbé Pi et des valeurs du signal P₂ aux trois instants t_b t₂ et t₃ sous la forme : [Math. 4] ,1 p _t, Pî(tl) - Pï(t₂) ri(t₂) - Pi(t t₃) - P₂( tl ) + - p.,(_b)- p₂(r

Pi(ti) - Pi(t₂) PJtJ - P.ltJ P₂(t₂)- P₂(tj - P₂(t₃)- P₂(t₂)

[0033] Dans des modes particuliers de réalisation, le signal utile correspond à la composante sinusoïdale Si du signal perturbé P_b et la valeur du signal utile à l’instant t₃ est égale à : [Math. 5] •9(h) = Pi(t₃)- X,(t₃)

[0034] Dans des modes particuliers de réalisation, le signal utile correspond à la composante supplémentaire Xi du signal perturbé P_b et la valeur du signal utile à l’instant t₃ est égale à Xi(t₃).

[0035] Dans des modes particuliers de réalisation, la composante Si est un signal sinusoïdal de période T et l’unité de traitement est configurée pour déterminer une valeur du signal P₂ à un instant f à partir de la valeur du signal perturbé Pi à l’instant f - T/4 ou à l’instant f + T/4.

[0036] Dans des modes particuliers de réalisation, le dispositif de traitement de signal comporte en outre un deuxième capteur permettant de mesurer le signal P₂, et les valeurs du signal P₂ aux instants t_b t₂ et t₃ sont déterminées à partir des mesures effectuées par ledit deuxième capteur.

[0037] Selon un troisième aspect, la présente invention concerne un résolveur comportant un dispositif de traitement de signal selon l’un quelconque des modes de réalisation précédentes. Le résolveur comporte un stator et un rotor. Le rotor comporte une bobine primaire. Le stator comporte une première bobine secondaire et une deuxième bobine secondaire. La première bobine secondaire et la deuxième bobine secondaire sont agencées à 90° l’une par rapport à l’autre.

[0038] Le signal Pi est déterminé à partir d’une tension induite par la bobine primaire dans la première bobine secondaire mesurée par le premier capteur. Le signal P₂ est déterminé à partir d’une tension induite par la bobine primaire dans la deuxième bobine secondaire mesurée par le deuxième capteur.

[0039] Les signaux Pi et P₂ comportent chacun respectivement une composante sinusoïdale Si et S₂ en quadrature de phase et de même amplitude. Le signal Pi comporte une composante supplémentaire X_b Le signal P₂ comporte une composante supplémentaire X2·

[0040] Des valeurs des composantes Si et S₂ à l’instant t₃ sont calculées en fonction des valeurs des signaux perturbés Pi et P₂ aux trois instants t_b t₂ et t₃. Un angle de rotation du rotor à l’instant t₃est alors déterminé en fonction des valeurs des composantes sinusoïdales Si et S₂ à l’instant t₃.

Présentation des figures

[0041] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures 1 à 9 qui représentent : [0042] [fig.l]

La figure 1 représente schématiquement un dispositif de traitement de signal selon l’invention,

[0043] [fig.2]

La figure 2 représente schématiquement les principales étapes d’un procédé selon l’invention pour extraire un signal utile à partir d’un signal perturbé, [0044] [fig.3]

La figure 3 représente schématiquement une composante sinusoïdale SI, d’un signal utile XI, et d’un signal Pl formé par la somme des deux composantes SI et XI, [0045] [fig.4]

La figure 4 représente schématiquement la détermination des valeurs d’un signal Pl et d’un signal P2 en trois instants tl, t2 et t3, le signal P2 correspondant à un décalage temporel du signal Pl, [0046] [fig.5]

La figure 5 représente schématiquement un signal Pl et d’un signal P2 comportant chacun respectivement des composantes sinusoïdales SI et S2 en quadrature de phase et de même amplitude l’une par rapport à l’autre, [0047] [fig.6]

La figure 6 représente schématiquement un résolveur comportant un dispositif de traitement de signal selon l’invention,

[0048] [fig.7]

La figure 7 représente schématiquement la détermination des valeurs des signaux PI et P2 représentés à la figure 5 en trois instants tl, t2 et t3.

[0049] [fig.8]

La figure 8 représente schématiquement les valeurs prises par des signaux PI et P2 au cours du temps,

[0050] [fig.9]

La figure 9 représente schématiquement les valeurs prises par des signaux PI et P2 en trois instants tl, t2 et t3.

[0051] Dans ces figures, des références identiques d’une figure à une autre désignent des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas nécessairement à une même échelle, sauf mention contraire.

[0052] Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention

[0053] Tel qu’indiqué précédemment, la présente invention vise à offrir une solution peu encombrante, peu onéreuse, et quasi temps réel pour extraire un signal utile d’un signal perturbé.

[0054] La figure 1 représente schématiquement un dispositif 10 de traitement de signal comportant un premier capteur 12 permettant de mesurer un signal perturbé P_b Le signal Pi est représentatif d’une grandeur physique, par exemple une grandeur électrique (une différence de potentiel électrique, une intensité d’un courant électrique, une modulation d’une variation périodique d’un potentiel ou d’un courant électrique, etc.), dont la variation dans le temps est représentative d’une information.

[0055] On dit que le signal Pi est « perturbé » car il comporte, en plus d’une composante utile directement représentative de l’information recherchée, une composante non désirée qui vient s’ajouter à la composante utile. Dans le cadre de l’invention, on considère que le signal perturbé Pi est formé par la somme d’une composante sinusoïdale Si et d’une composante supplémentaire X_b Le signal utile correspond soit à la composante sinusoïdale Si soit à la composante supplémentaire X_b

[0056] Dans certains modes de réalisation, le dispositif 10 de traitement de signal peut comporter un deuxième capteur 13.

[0057] Le dispositif 10 de traitement de signal comporte en outre une unité de traitement 11. L’unité de traitement 11 est capable de collecter des mesures réalisées par les capteurs 12, 13. Dans ce but, les capteurs 12, 13 et l’unité de traitement 11 peuvent communiquer par exemple via une communication filaire ou via une communication sans fil. L’unité de traitement 11 comporte par exemple un ou plusieurs processeurs et une mémoire (disque dur magnétique, mémoire électronique, disque optique, etc.) dans laquelle est mémorisée un produit programme d’ordinateur, sous la forme d’un ensemble d’instructions de code de programme à exécuter pour mettre en œuvre les différentes étapes d’un procédé de traitement de signal pour extraire un signal utile à partir d’un signal perturbé. Alternativement ou en complément, l’unité de traitement 11 comporte un ou des circuits logiques programmables (FPGA, PLD, etc.), et/ou un ou des circuits intégrés spécialisés (ASIC), et/ou un ensemble de composants électroniques discrets, etc., adaptés à mettre en œuvre tout ou partie desdites étapes dudit procédé.

[0058] La figure 2 représente schématiquement les principales étapes d’un tel procédé 100 de traitement de signal pour extraire un signal utile à partir d’un signal perturbé Pi comportant une composante sinusoïdale Si. Le procédé 100 comporte les étapes suivantes :

- une détermination 110, à partir des mesures effectuées par le premier capteur 12, de valeurs du signal perturbé Pi en trois instants successifs t_b t₂ et t₃,

- une détermination 120 de valeurs auxdits trois instants t_b t₂ et t₃ d’un signal P₂comportant une composante sinusoïdale S₂ de même amplitude que la composante sinusoïdale Si et en quadrature de phase par rapport à la composante sinusoïdale Si, - un calcul 130 d’une valeur du signal utile à l’instant t₃ en fonction des valeurs du signal perturbé Pi et des valeurs du signal P₂ aux trois instants t_b t₂ et t₃.

[0059] Différentes méthodes peuvent être envisagées pour déterminer les valeurs auxdits instants t_b t₂ et t₃ d’un signal P₂ comportant une composante sinusoïdale S₂ de même amplitude que la composante sinusoïdale Si et en quadrature de phase par rapport à la composante sinusoïdale Si.

[0060] La figure 3 représente schématiquement une composante sinusoïdale S_b une composante supplémentaire X_b et un signal P_b pour un premier mode de mise en œuvre du procédé 100 de traitement de signal selon l’invention. Le signal Pi est formé par la somme des deux composantes Si et X_L Les composantes Si et Xi et le signal PI sont représentés en fonction du temps : le temps est représenté en abscisse tandis qu’une valeur prise au cours du temps par le signal Pi ou par les composantes Si et Xi est représentée en ordonnée.

[0061] Pour ce premier mode de mise en œuvre, le signal utile correspond à la composante supplémentaire X_b II s’agit par exemple d’un signal présentant des portions continues constantes dont les valeurs sont représentatives de données transmises sur un bus de données. La composante sinusoïdale Si correspond à un signal de perturbation qui vient s’ajouter au signal utile. Il peut s’agir par exemple d’un signal sinusoïdal de fréquence 50 Hz provenant du couplage électromagnétique entre le circuit électronique mettant en œuvre le bus de données et des conducteurs du réseau d’alimentation électrique. Le signal Pi correspond à la somme de la composante supplémentaire X_b c’est-à-dire le signal utile, avec la composante sinusoïdale Si, c’est-à-dire le signal de perturbation.

[0062] La courbe représentée en figure 4 est une vue agrandie d’une portion du signal Pi représentée en figure 3. Sur cette portion, la composante supplémentaire Xi conserve une valeur constante ou quasiment constante. La figure 4 illustre comment il est possible de déterminer les valeurs en trois instants t_b t₂ et t₃ d’un signal P₂ comportant une composante sinusoïdale S₂ de même amplitude que la composante sinusoïdale Si et en quadrature de phase par rapport à la composante sinusoïdale Si.

[0063] Il est en effet possible de créer artificiellement un signal P₂ correspondant à une image du signal Pi décalée temporellement d’un quart de période de la composante sinusoïdale Si. Un tel signal P₂ présente par construction une composante sinusoïdale S₂de même amplitude que la composante sinusoïdale Si et en quadrature de phase par rapport à la composante sinusoïdale Si. Dans l’exemple représenté à la figure 4, le signal P₂ est en avance de phase par rapport au signal P_b

[0064] Si on note T la période de la composante sinusoïdale S_b il apparaît alors que la valeur prise par le signal P₂ à un instant ti correspond à la valeur prise par le signal Pi à un temps (ti - 174), la valeur prise par le signal P₂ à un instant t₂ correspond à la valeur prise par le signal Pi à un temps (t₂ - T/4), et la valeur prise par le signal P₂ à un instant t₃ correspond à la valeur prise par le signal Pi à un temps (t₃ - T/4) :

P₂(ti) = Pi(ti - T/4),

P₂(t₂) = Pi(t₂-T/4),

P₂(t₃) = Pi(t₃-T/4,

[0065] Dans l’exemple considéré, l’unité de traitement 11 est cadencée par une horloge dont la fréquence est au moins quatre fois plus élevée que la fréquence de la composante sinusoïdale Si. L’unité de traitement 11 est configurée pour échantillonner le signal Pi à des instants (ti - T/4), (t₂ - T/4), (t₃ - T/4), t_b t₂, t₃. On obtient ainsi des valeurs du signal Pi et du signal P₂ aux instants t_b t₂, t₃. Ces valeurs sont mémorisées dans la mémoire de l’unité de traitement 11.

[0066] Il convient de noter qu’il peut être suffisant d’échantillonner le signal Pi en seulement quatre instants si les instants t_b t₂ et t₃ sont choisis de sorte que t₂ = (t₃ - T/4) et ti = (t₂ - T/4). Les instants t_b t₂, t₃ ne correspondent cependant pas nécessairement à des intervalles réguliers.

[0067] Il convient de noter également qu’il est possible, dans une variante, de créer artificiellement un signal P₂ en retard de phase d’un quart de période par rapport au signal P i. Dans ce cas, on aurait :

P₂(ti) = Pi(ti + T/4), p₂(t₂) = Pi(t₂ + T/4),

P₂(t₃) = Pi(t₃ + T/4).

[0068] La figure 5 représente schématiquement un signal Pi et un signal P₂ pour un autre mode particulier de mise en œuvre du procédé 100 de traitement de signal selon l’invention.

[0069] Le signal Pi et le signal P₂ comportent chacun respectivement une composante sinusoïdale Si et une composante sinusoïdale S₂. Les composantes sinusoïdales Si et S₂sont en quadrature de phase l’une par rapport à l’autre et de même amplitude.

[0070] Le signal Pi est formé par la somme de la composante sinusoïdale Si et d’une composante supplémentaire X_b Le signal P₂ est quant à lui formé par la somme de la composante sinusoïdale S₂ et d’une composante supplémentaire X₂.

[0071] Pour chaque graphique illustré en figure 5, le temps est représenté en abscisse tandis qu’une valeur prise au cours du temps par les signaux Pi et P₂ ou par les composantes S i, S₂, Xi et X₂ est représentée en ordonnée.

[0072] Dans le mode particulier de mise en œuvre décrit en référence à la figure 5, pour le signal P_B le signal utile correspond à la composante sinusoïdale Si tandis que la composante supplémentaire Xi correspond à un signal de perturbation. De manière similaire, pour le signal P₂, le signal utile correspond à la composante sinusoïdale S₂tandis que la composante supplémentaire X₂ correspond à un signal de perturbation. Les composantes supplémentaires Xi et X₂ sont par exemple des signaux aléatoires correspondant à une perturbation d’origine technique ou environnementale (mauvaise conception du circuit électronique de mesure, biais introduit dans la mesure du capteur, influence de la température ou de l’humidité sur la valeur mesurée du signal, interférences avec des signaux parasites provenant d’autres dispositifs électroniques, etc.).

[0073] Un dispositif 10 de traitement de signal mettant en œuvre le mode particulier de mise en œuvre décrit en référence à la figure 5 comporte un deuxième capteur 13 permettant de mesurer le signal P₂.

[0074] Dans l’exemple considéré et illustré à la figure 5, c’est en raison de la nature des signaux Pi et P₂ et de la manière dont sont agencés les capteurs que les composantes sinusoïdales Si et S₂ sont en quadrature de phase et qu’elles ont la même amplitude.

[0075] Un tel dispositif 10 de traitement de signal peut notamment être mis en œuvre dans un résolveur 20 tel que celui illustré à la figure 6. Le résolveur 20 comporte un stator 30 et un rotor 40. Le rotor 40 comporte une bobine primaire 4L Le stator comporte une première bobine secondaire 31 et une deuxième bobine secondaire 32. La première bobine secondaire 31 et la deuxième bobine secondaire 32 sont agencées à 90° l’une par rapport à l’autre. La bobine primaire 41 est alimentée avec une tension sinusoïdale V₄i d’amplitude V_o et de pulsation ω :

[Math. 7]

V₄₁ = V_Q x sin (oot)

[0076] Une tension induite par la bobine primaire 41 dans chaque bobine secondaire 31, 32 varie alors sinusoïdalement lors de la rotation du rotor :

[Math. 8]

V₃₁ = K x cos Θ x V_o x sin ( ent + φ ) [Math. 9]

V₃₂ = K x sin Θ x V_o sin (cot + φ)

[0077] où :

- K est une constante représentative d’un rapport de transformation du résolveur 20, - 0 est l’angle de rotation du rotor 40 par rapport au stator 30,

- φ est un déphasage entre la tension V_4[ aux bornes de la bobine primaire 41 et les tensions V31 et V32 aux bornes respectivement de la première bobine secondaire 31 et de la deuxième bobine secondaire 32.

[0078] Le dispositif 10 de traitement de signal comporte un premier capteur 12 permettant de mesurer un signal Pi obtenu après démodulation de la tension V₃₁ observée aux bornes de la première bobine secondaire 31. Ce signal peut en outre comporter une composante supplémentaire Xi correspondant à un signal de perturbation :

[Math. 10]

Px = X x Vq x cos θ + Xi

[0079] De manière similaire, le dispositif 10 de traitement de signal comporte un deuxième capteur 13 permettant de mesurer un signal P₂ obtenu après démodulation de la tension V₃₂ observée aux bornes de la deuxième bobine secondaire 32. Ce signal peut lui aussi comporter une composante supplémentaire X₂ correspondant à un signal de perturbation :

[Math. 11]

P 2 = K x V_o x sin Θ + X₂

[0080] On se retrouve alors dans un cas similaire à celui représenté à la figure 5 avec : [Math. 12]

S₁ = K x V_Q x cos Θ [Math. 13]

S 2 = K x V_o x sin Θ

[0081] Les courbes représentées en figure 7 sont des vues agrandies respectivement d’une portion du signal Pi et d’une portion du signal P₂ représentés en figure 5. Tel qu’illustré sur la figure 7, il est possible de déterminer les valeurs en trois instants t_b t₂et t₃ du signal Pi et du signal P₂, le signal P₂ comportant une composante sinusoïdale S₂de même amplitude et en quadrature de phase par rapport à la composante sinusoïdale Si du signal P_b

[0082] Dans ce but, l’unité de traitement 11 est cadencée par une horloge et configurée pour échantillonner le signal Pi et le signal P₂ à partir des valeurs obtenues respectivement par le premier capteur 12 et par le deuxième capteur 13 à des instants t_b t₂, t₃. Les valeurs prises par les signaux Pi et P₂ aux instants t_b t₂, t₃ sont mémorisées dans la mémoire de l’unité de traitement 11 du dispositif 10 de traitement de signal.

[0083] Il convient de noter que les instants t_b t₂, t₃ ne correspondent pas nécessairement à des intervalles réguliers.

[0084] La suite de la description s’attache à détailler comment la valeur du signal utile en un instant t₃ peut être calculé à partir des valeurs du signal perturbé Pi et des valeurs du signal P₂ mesurées en trois instant t_b t₂ et t₃

[0085] La figure 8 représente schématiquement l’évolution des valeurs d’un signal Pi et d’un signal P₂ au cours du temps lorsque les signaux Pi et P₂ comportent respectivement une composante sinusoïdale Si et une composante sinusoïdale S₂ de même amplitude et en quadrature de phase l’une par rapport à l’autre. Les signaux Pi et P₂ comportent en outre respectivement une composante supplémentaire Xi et une composante supplémentaire X₂. Les valeurs prises par le signal Pi au cours du temps sont représentées en abscisse ; les valeurs prises par le signal P₂ au cours du temps sont représentées en ordonnée. Les composantes sinusoïdales Si et S₂ dessinent alors au cours du temps un cercle dont le centre se déplace en raison des composantes supplémentaires Xi et X₂.

[0086] A un instant to donné, si on considère que les composantes supplémentaires Xi et X₂varient relativement peu autour de l’instant t₀, le centre d’un cercle dessiné par les valeurs prises par les composantes sinusoïdales Si et S₂ à des instants proches de t₀ a pour abscisse la valeur prise par le signal Xi à l’instant t₀, et il a pour ordonnée la valeur prise par le signal X₂ à l’instant to.

[0087] Ainsi, et tel qu’illustré à la figure 9, pour des instants d’échantillonnage t_b t₂ et t₃, le point A ayant pour coordonnées (Pi(ti), P₂(ti)), le point B ayant pour coordonnées (Pi(t₂), P₂(t₂)), et le point C ayant pour coordonnées (Pi(t₃), P₂(t₃)) sont sensiblement placés sur un cercle dont le rayon est égal à l’amplitude des composantes sinusoïdales Si et S₂et dont le centre est un point O ayant pour coordonnées (Xi(t₃), X₂(t₃)).

[0088] Il convient de noter que ceci reste valable tant que les composantes Xi et X₂ sont telles, et les instants t_b t₂, et t₃ sont choisis de telle sorte qu’une variation du signal Xi et une variation du signal X₂ au sein de l’intervalle [ti ; t₃] restent faibles devant l’amplitude des composantes sinusoïdales Si et S₂.

[0089] De préférence, une variation du signal Xi et une variation du signal X₂ au sein de l’intervalle [ti ; t₃] est inférieure à 1.4% de l’amplitude des composantes sinusoïdales Si et S₂.

[0090] Autrement dit, si on note S la valeur de l’amplitude des composantes sinusoïdales Si et S₂, on a de préférence :

[Math. 14]

V t_h <1.4% xS

[Math. 15]

V t„ ΐ^ϊΐδΐ₃\, 1^(^)-^2(^.)1 <1.4% xs

[0091] De façon encore plus préférentielle, une variation du signal Xi et une variation du signal X₂ au sein de l’intervalle [ti ; t₃] est inférieure à 1% de l’amplitude des composantes sinusoïdales Si et S₂.

[0092] Tel qu’illustré à la figure 9, les segments [AB] et [BC] forment des cordes d’un cercle dont le rayon est égal à l’amplitude des composantes sinusoïdales Si et S₂, et leur médiatrice respective (dl) et (d2) se coupent au centre O de ce cercle. En nommant M le milieu du segment [AB] et N le milieu du segment [BC], les produits scalaires suivants sont nuis :

[Math. 16]

AB · ÔM = O

[Math. 17]

BC · ON = 0

[0093] Ce qui se traduit par :

[Math. 18] (PdtJ-P^tj) x (x_l(t₃)-^P1(f2'^l2^P1(t'⁾) + (P₂(f2)-P₂(ti)) x (x₂(t₃)-^f2(t2)2^P2(f|) ) =0

[Math. 19] (•Pi(f₃)-Pi(i₂)) x (xrtt₃)-^P1(t:J2^P1(f2) ) + (P₂(t₃)-P₂(r₂)) x (x₂(r₃)-^P2(f;J2^P2(f2) ) 0

[0094] Ces deux équations permettent alors d’obtenir :

[Math. 4] . Pi(tD- p?( t₂) p?(t₂)- p'i{t

2<^tl)+ P₂(t,)~ P₂(t,) - P₂(t₃)~ P₂(t Pi(t,)- Pi(t₂J Pi(t₂) - P_t(rj P₂(t₂)- P₂(rJ- P₂(t₃)- P₂(t₂7

[Math. 6] x₂(M = [wih)- |x(Pi(t₂)+ Pi(t₃))] X p'^+ |x (%(%)+ %(%))

[0095] Il est ainsi possible de calculer la valeur du signal utile à l’instant t₃ en fonction des valeurs du signal Pi et des valeurs du signal P₂ en trois instants t_b t₂, t₃. En effet, si le signal utile correspond à la composante supplémentaire X_b alors la valeur du signal utile est la valeur Xi(t₃) calculée ci-dessus ; si le signal utile correspond à la composante sinusoïdale S_b alors la valeur du signal utile à l’instant t₃ est égal à :

[Math. 5] ^l(t₃) = Piîh)- *i(t₃)

[0096] Il est alors possible d’obtenir un grand nombre de valeurs du signal utile en fonction du temps en procédant de manière récurrente en choisissant un grand nombre de triplets (t_b t₂ et t₃). Avantageusement, les instant t_b t₂ et t₃ peuvent être déterminés sur une fenêtre glissante. Il est ainsi possible de reconstruire le signal utile extrait du signal perturbé.

[0097] Dans le premier mode de mise en œuvre décrit en référence aux figures 3 et 4, les valeurs prises par la composante supplémentaire Xi sont représentatives de données transmises sur un bus de données. La composante supplémentaire XI correspond au signal utile tandis que la composante sinusoïdale Si correspond à un signal de perturbation qui vient s’ajouter au signal utile. Des mesures du signal Pi peuvent être réalisées de manière récurrente, et dès que six mesures (ou éventuellement quatre mesures) du signal Pi à des instants (ti - 174), (t₂ - Ί74), (t₃ - 174), t_b t₂, t₃ sont disponibles (T étant la période de la composante sinusoïdale Si), alors le procédé 100 de traitement de signal permet de calculer une valeur Xi(t₃) du signal utile à l’instant t₃. La valeur Xi(t₃) correspond à une valeur à l’instant t₃ du signal fourni par le bus de données pour laquelle la perturbation sinusoïdale non désirée a été supprimée.

[0098] Il convient de noter que dans ce premier mode de mise en œuvre, il est préférable que les mesures du signal Pi nécessaires au calcul 130 d’une valeur du signal utile soient réalisées sur une période de temps pendant laquelle la composante Xi garde une valeur sensiblement constante (autrement dit il convient d’éviter que ces mesures soient réalisées sur une période de temps qui chevauche deux portions pendant lesquelles la composante supplémentaire Xi prend des valeurs constantes différentes). Dans ce but il est par exemple possible de vérifier que les différentes mesures du signal Pi utilisées pour le calcul 130 d’une valeur du signal utile ne varient pas l’une à l’autre d’une valeur supérieure à un certain seuil.

[0099] Dans le deuxième mode de mise en œuvre décrit en référence aux figures 5 à 7, les composantes supplémentaires Xi et X₂ correspondent à une perturbation des signaux Pi et P₂ mesurés respectivement par le premier capteur 12 et le deuxième capteur 13. Les composantes sinusoïdales Si et S₂ correspondent en revanche à des signaux utiles qu’il convient d’extraire respectivement du signal Pi et du signal P₂.

[0100] Des mesures des signaux Pi et P₂ peuvent être réalisées de manière récurrente par le premier capteur 12 et par le deuxième capteur 13 du dispositif 10 de traitement de signal. Dès que trois mesures pour chaque signal sont disponibles en des instants t_b t₂et t₃, le procédé 100 de traitement de signal permet de calculer une valeur Xi(t₃) de la composante Xi à l’instant t₃ et une valeur X₂(t₃) de la composante X₂ à l’instant t₃ afin d’en déduire les valeurs Si(t₃) et S₂(t₃) des signaux utiles Si et S₂ à l’instant t₃.

[0101] Il est alors possible de définir la valeur de l’angle 0 de rotation du rotor 40 par rapport au stator 30 du résolveur 20 à l’instant t₃ :

[Math. 20]

Θ = arc tan j

[0102] La description ci-avant illustre clairement que, par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs fixés.

[0103] Le procédé 100 de traitement de signal selon l’invention et son dispositif 10 associé permettent d’extraire un signal utile d’un signal perturbé lorsque ledit signal perturbé comporte une composante sinusoïdale.

[0104] Ce procédé 100 peut être facilement mis en œuvre par une unité de traitement 11 responsable de collecter et de traiter des mesures d’un signal perturbé fournies par un capteur 12, 13.

[0105] Le procédé 100 ne nécessite pas I’utilisation d’un filtre matériel reposant sur des composants électroniques qui peuvent être, selon l’application visée, lourds, volumineux et coûteux.

[0106] Le procédé 100 ne nécessite pas non plus I’utilisation d’un filtre numérique nécessitant souvent des ressources importantes en termes de calculs et de mémoire.

[0107] Le procédé 100 repose sur un calcul 130 qui donne une valeur immédiate du signal utile à extraire à un instant donné à partir d’au plus six mesures. La détermination d’une valeur du signal utile à un instant donné est donc réalisée avec une forte réactivité, quasiment instantanément, ce qui est un avantage considérable pour les systèmes dits « à temps réel ».

[0108] De manière générale, il est à noter que les modes de mise en œuvre et de réalisation considérés ci-dessus ont été décrits à titre d’exemples non limitatifs, et que d’autres variantes sont par conséquent envisageables.

[0109] En particulier, l’invention a été décrite pour un mode de mise en œuvre relatif à un signal fourni par un bus de données, et pour un mode de mise en œuvre relatif à deux signaux fournis par un résolveur. L’invention est néanmoins applicable à d’autres modes de mise en œuvre.

[0110] La méthode est en effet applicable dès lors qu’il est possible d’exprimer un phénomène physique par un signal sinusoïdal qui contiendrait une erreur de mesure, ou bien par un signal quelconque qui serait perturbé par un signal sinusoïdal. Pour obtenir une bonne précision du calcul 130 d’une valeur du signal utile à extraire, il est néanmoins préférable d’utiliser des intervalles d’échantillonnage tels que la composante supplémentaire X_b X₂ varie peu par rapport à l’amplitude de la composante sinusoïdale S_b S₂ pendant la période de temps sur laquelle sont effectuées les mesures nécessaires audit calcul 130.

Claims

Revendications [Revendication 1] Procédé (100) de traitement de signal pour extraire un signal utile d’un signal perturbé Pi mesuré par un premier capteur (12), ledit signal perturbé Pi étant formé par la somme d’une composante sinusoïdale Si et d’une composante supplémentaire X_b ledit signal utile correspondant à l’une des composantes parmi la composante sinusoïdale Si et la composante supplémentaire X_b ledit procédé comportant : - une détermination (110) de valeurs du signal perturbé Pi en trois instants successifs t_b t₂ et t₃, - une détermination (120) de valeurs auxdits trois instants t_b t₂ et t₃ d’un signal P₂ comportant une composante sinusoïdale S₂ de même amplitude que la composante sinusoïdale Si et en quadrature de phase par rapport à la composante sinusoïdale S_b - un calcul (130) d’une valeur du signal utile à l’instant t₃ en fonction des valeurs du signal perturbé Pi et des valeurs du signal P₂ aux trois instants t_b t₂ et t₃. [Revendication 2] Procédé (100) selon la revendication 1 dans lequel une valeur prise par la composante supplémentaire Xi à l’instant t₃ est calculée en fonction des valeurs du signal perturbé Pi et des valeurs du signal P₂ aux trois instants t_b t₂ et t₃ sous la forme : _P (t \ p _{<t }+} Fï(tD- ?i(t₂) Pi(f₂)~ PÎ(t₃) y X 1 ^p2(9)-P₂(fi) + p₂(f₂)- P₂(t_x) P₂(tJ- P₂(t₂) PAt₂)~ P2OO P₂(t₃)~ P₂(t₂) [Revendication 3] Procédé (100) selon la revendication 2 dans lequel ledit signal utile correspond à la composante sinusoïdale Si du signal perturbé P_b et la valeur du signal utile à l’instant t₃ est égale à : «i(t₃) = -Pi(t₃)- ^i(t₃) [Revendication 4] Procédé (100) selon la revendication 2 dans lequel ledit signal utile correspond à la composante supplémentaire Xi du signal perturbé P_b et la valeur du signal utile Xi à l’instant t₃ est égale à Xi(t₃). [Revendication 5] Procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 4 dans lequel la composante Si est un signal sinusoïdal de période T et le signal P₂ est obtenu par un décalage temporel du signal perturbé P_b ledit décalage temporel étant égal à T/4. [Revendication 6] Procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 4 dans lequel le signal P₂ est mesuré par un deuxième capteur (13). [Revendication 7] Procédé (100) selon la revendication 6 dans lequel le signal P₂ est un

signal perturbé comportant, outre la composante sinusoïdale S₂ en quadrature de phase par rapport à la composante sinusoïdale Si, une composante supplémentaire X₂, et des valeurs des composantes Xi et X₂ à l’instant t₃ sont calculées en fonction des valeurs des signaux perturbés

Pi et P₂ aux trois instants tp t₂ et t₃ sous la forme :

x₂(r₃j = [xdt₃)- |x(Pi(t₂)+ p,(t₃))] x p⁴it²j: |x(W + pyy [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10]

Dispositif (10) de traitement de signal pour extraire un signal utile d’un signal perturbé Pp comprenant un premier capteur (12) permettant de mesurer ledit signal perturbé Pp le signal perturbé Pi étant formé par la somme d’une composante sinusoïdale Si et d’une composante supplémentaire Xp ledit signal utile correspondant à l’une des composantes parmi la composante sinusoïdale Si et la composante supplémentaire Xp ledit dispositif (10) comprenant en outre une unité de traitement (11) configurée pour :

- déterminer, à partir des mesures effectuées par ledit premier capteur (12), des valeurs du signal perturbé Pi en trois instants successifs tp t₂ et h,

- déterminer des valeurs auxdits trois instants tp t₂ et t₃ d’un signal P₂comportant une composante sinusoïdale S₂ de même amplitude que la composante sinusoïdale Si et en quadrature de phase par rapport à la composante sinusoïdale Sp

- calculer une valeur du signal utile à l’instant t₃ en fonction des valeurs du signal perturbé Pi et des valeurs du signal P₂ aux trois instants tp t₂ et

Dispositif (10) selon la revendication 8 dans lequel une valeur de la composante supplémentaire Xi à l’instant t₃ est calculée en fonction des valeurs du signal perturbé Pi et des valeurs du signal P₂ aux trois instants tp t₂ et t₃ sous la forme :

p (t } p (t W¹)- ^pï(D) Pi(r₂)~ Pi(t₃) 1 P₂(_t2)_- py_tk) - P₂(ty~ P₂(t₂)
2 ^x P^ty P2G2')- P2(h) “ P2C3)- P₂(hl

Dispositif (10) selon la revendication 9 dans lequel ledit signal utile correspond à la composante sinusoïdale Si du signal perturbé Pp et la valeur du signal utile à l’instant t₃ est égale à :

Si(t₃) - Pi(t₃)- Xi(t₃)

[Revendication 11] Dispositif (10) selon la revendication 9 dans lequel ledit signal utile correspond à la composante supplémentaire Xi du signal perturbé Pi et la valeur du signal utile à l’instant t₃ est égale à Xi(t₃). [Revendication 12] Dispositif (10) selon l’une des revendications 8 à 11 dans lequel la composante Si est un signal sinusoïdal de période T et l’unité de traitement (11) est configurée pour déterminer une valeur du signal P₂ à un instant f à partir de la valeur du signal perturbé Pi à l’instant f - T/4 ou à l’instant f + T/4. [Revendication 13] Dispositif (10) selon l’une des revendications 8 à 11 comportant en outre un deuxième capteur (13) permettant de mesurer le signal P₂, et les valeurs du signal P₂ aux instants t_b t₂ et t₃ sont déterminées à partir des mesures effectuées par ledit deuxième capteur (13).

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