FR2521799A1 - Dispositif de commande d'un moteur electrique pas a pas - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE COMMANDE D'UN MOTEUR ELECTRIQUE PAS A PAS. DANS LE DISPOSITIF DECRIT, UN CIRCUIT DE COMMUTATION CC PERMET DE CONNECTER LES BOBINES DE DEUX PHASES B, B QUI NE SONT PAS ALIMENTEES SIMULTANEMENT, A UNE SOURCE DE TENSION V OU A UN CIRCUIT DE DETECTION CD. UN CIRCUIT LOGIQUE CL, CL, CL, COMMANDE PAR UNE SOURCE DE SIGNAUX D'HORLOGE G ET PAR UN GENERATEUR D'IMPULSIONS DE COMMANDE PROGRAMMEES PG, FOURNIT A SON TOUR DES SIGNAUX DE COMMANDE AUX CIRCUITS CC ET CD. LE DISPOSITIF EST AGENCE POUR REALISER UN ASSERVISSEMENT DU MOTEUR EN FONCTION DE LA VITESSE ET DE LA POSITION DU ROTOR A DIFFERENTS MOMENTS DU CYCLE DE COMMANDE SELON UN PROGRAMME DETERMINE. L'INVENTION S'APPLIQUE A DES MOTEURS PAS A PAS DI- OU POLYPHASE ET PERMET D'ECONOMISER UN MAXIMUM D'ENERGIE ELECTRIQUE TOUT EN ASSURANT UN FONCTIONNEMENT PARFAIT MEME DANS LE CAS DE MOTEURS A TOLERANCES DE FABRICATION RELATIVEMENT LARGES.

Description

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DISPOSITIF DE COMMANDE D'UN MOTEUR ELECTRIQUE PAS A PAS

La présente invention concerne un dispositif de commande d'un moteur électrique di-ou polyphasé à fonctionnement pas à pas comportant un rotor aimanté et au moins deux circuits magnétiques de stator séparés, couplés chacun avec au moins une bobine électrique Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de commande comportant une source d'énergie électrique, agencée pour pouvoir être reliée, par l'intermédiaire d'un circuit de commutation, aux bobines de chacun des circuits de stator séparés pour leur fournir des impulsions de commande, un générateur d'impulsions commandé par une source de signaux d'horloge pour fournir des impulsions de commande programmées faisant partie d'au moins une série programmée, un circuit de détection dont au moins une entrée est agencée pour pouvoir

être connectée, par l'intermédiaire du circuit de com-

mutation, auxdites bobines de chacun des circuits de stator séparés, ce circuit de détection comportant au moins un circuit intégrateur muni d'un dispositif de remise à zéro et au moins un premier circuit comparateur agencé pour comparer, au moins temporairement, le signal de sortie du circuit intégrateur avec une première valeur de référence de position, ainsi qu'un circuit logique de commande connecté par ses entrées à la source de signaux d'horloge, au générateur d'impulsions et aux sorties du

circuit de détection, ce circuit logique de commande four-

nissant, à ses sorties,des signaux de commande de com-

mutation aux entrées du circuit de commutation,et des

signaux de commande de détection au circuit de détection.

Un tel dispositif de commande est décrit dans la demande de brevet français No 81 02 180 Il vise notamment à faire fonctionner un moteur pas à pas du type susmentionné, plus

33 particulièrement un moteur d'horlogerie, au moyen d'impul-

-2 -

sions de courant d'entraînement de durée limitée, généra-

lement plus courte, à amplitude donnée, que la durée maximale nécessaire pour assurer le fonctionnement dans le 'cas le plus défavorable pouvant se présenter dans une série de moteurs, du fait des écarts dans les caractéris- tiques magnétiques, mécaniques et électriques de ces moteurs Il permet ainsi de réaliser une certaine économie d'énergie électrique et de prolonger en conséquence la durée de vie des piles utilisées pour l'alimentation de

tels moteurs.

Il s'avère toutefois que l'économie pouvant être obtenue au moyen d'un dispositif de commande tel que décrit ci-dessus, demeure assez limitée et que les tolérances de fabrication doivent être relativement étroites pour assurer un

fonctionnement satisfaisant du moteur.

La présente invention a pour but d'améliorer la commande des moteurs du type concerné de façon à réaliser, d'une part, une économie maximale d'énergie électrique consommée par le moteur et, d'autre part, à permettre l'élargissement des tolérances de fabrication des moteurs, tout en garantis

sant un fonctionnement pas à pas parfait de ceux-ci.

A cet effet, dans le dispositif de commande selon l'in-

vention, le circuit de détection comporte au moins un

deuxième circuit comparateur pour comparer,au moins tempo-

rairement, un signal de vitesse provenant desdites bobines, avec une valeur de référence de vitesse, et le circuit logique de commande est agencé pour commander le circuit de commutation en fonction des signaux de sortie desdits circuits comparateurs de façon que le moteur soit alimenté à des instants déterminés par des impulsions de courant d'entraînement de durée déterminée, de façon à assurer le

fonctionnement souhaité du moteur.

3 _ 2521799

-3-

Selon une forme d'exécution préférée, le circuit de détec-

tion comporte un troisième circuit comparateur agencé pour comparer le signal de sortie de l'intégrateur avec une ôax Lième valeur de référence de position, le circuit logique de commande étant agencé pour commander le circuit de com- mutation de façon que le moteur soit alimenté, au besoin, à des instants déterminés,par des impulsions de courant

de freinage.

Un tel dispositif de commande permet de faire fonctionner un moteur du type mentionné plus haut avec un minimum d'énergie électrique et de telle façon que le passage d'un pas et d'un seul,sous l'effet de chaque impulsion de commande,soit garanti D'autre partdes écarts importants dans les caractéristiques magnétiques, mécaniques et électriques des moteurs deviennent acceptables sans que

le fonctionnement parfait des moteurs ne soit affecté.

L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description

d'une forme de réalisation, donnée ci-après à titre d'exemple et illustrée par les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue de dessus d'un moteur à rotor aimanté tel qu'il peut être utilisé en rapport avec le dispositif de commande selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe du moteur de la figure 1, selon la ligne brisée II 1 l,

la figure 3 est-un diagramme schématique des flux et des-

couples apparaissant, en fonction de la position angulaire du rotor, dans un moteur idéal selon-les figures 1 et 2, commandé en mode diphasé, la figure 4 est un schéma bloc d'un exemple-de réalisation

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du dispositif de commande selon l'invention, les figures 5 à 7 sont des schémas détaillés des circuits de certaines parties du dispositif selon la figure 4, la figure 8 est un schéma bloc d'une autre partie du dispositif de la figure 4, et la figure 9 est un schéma décrivant le fonctionnement du

dispositif de la figure 4.

Le moteur représenté aux figures 1 et 2 comporte un rotor en forme de disque 1, aimanté axialement de façon à présenter

sur chacune de ses surfaces des pôles magnétiques alterna-

tivement positifs et négatifs Les parties délimitées par des traits pointillés et désignés par N et S représentent les pôles apparaissant sur la surface supérieure de l'aimant multipolaire,soit dans le présent exemple N = 10 paires de pôles La figure 1 montre en outre deux éléments de stator 2 et 3 formant des circuits magnétiques de stator séparés et comportant chacun une pièce 4, 5 en forme de U, en matériau hautement perméable, dont les extrémités libres

forment les parties polaires du circuit magnétique cor-

respondant Des bobines 6, 7 sont enfilées sur une des branches de chaque pièce en forme de U et sont reliées à

un dispositif de commande non représenté aux figures 1 et 2.

L'axe 8 du rotor et les éléments de stator sont fixés sur une partie de support 9, les pièces en forme de U s'engageant dans des rainures de cette platine et étant maintenues par

une partie annulaire 10, moulée avec la platine 9.

Les éléments de stator représentés sont orientés radialement et disposés de façon que les pôles du rotor passent entre les parties polaires de ces éléments La distance angulaire entre ces éléments est de o< = 117 et l'angle électrique

37 correspondant N Z = 1170 = 3 x 360 + 900.

-5- Le dispositif de commande selon l'invention peut commander un moteur du type décrit en rapport avec les figures 1 et 2 en fournissant des impulsions d'entrainement alternativement aux bobines des circuits magnétiques associés aux deux phases selon un mode de fonctionnement diphasé bien connu. Ces deux phases sont désignées ci-après par phase 1 et

phase 2 et les bobines correspondantes par b et b ( réfé-

renciées 6 et 7 dans la figure 1), étant entendu que d'une façon générale b 1 et b 2 peuvent être constituées chacune de plusieurs bobines associées à un nombre correspondant

ou inférieur de circuitsmagnétiques de stator.

La figure 3 montre les variations de flux et de couples relatives aux deux phases 1 et 2 du moteur concerné,

supposé idéal, en fonction de l'angle de rotations du rotor.

La position de repos de départ du rotor a été désignée par et correspond à un extrémum du couple dû au courant dans la phase 1 Soit Cni 1 ce couple produit par ni 1 ampère-tours résultant d'un courant i 1 appliqué à la bobine bl Le rotor avance sous l'effet de ce couple et se stabilise en un point 'Xo + Tr/2 N, position d'équilibre définie par

le couple de verrouillage C 04 représenté à la figure 3.

Ce couple de verrouillage est un couple d'origine purement magnétique agissant sur le rotor en absence de courant et il présente une fréquence quadruple de celle du couple dû au courant Le flux induit par le mouvement du rotor dans le noyau de la bobine b 2 durant ce premier pas, suit la courbe t a 2 ' selon la figure 3 En ce qui concerne le courant d'entraînement il on suppose ici qu'il soit constant et maintenu jusqu'au moment o le rotor passe par la position d'équilibre % + t /2 N. Pour avancer d'un nouveau pas, on alimente de façon similaire la bobine b 2, la bobine b 1 n'étant pas alimentée pendant cette séquence En appliquant ni 2 ampère-tours à la bobine -6- b 2, le rotor est soumis à un couple Cni 2 et il avance de nouveau d'un angle de -it/2 N pour se stabiliser à la position d'équilibre suivante 7 &+ R/ N Pendant ce mouvement,un

flux i al est induit par le rotor dans la bobine b 1.

Pour effectuer le pas suivant, la bobine b est alimentée par un courant il, c'est-à-dire par un courant de sens contraire à celui qui avait été appliqué en-x', ce qui crée un couple désigné par C-nil, la bobine b 2 n'étant pas aliment durant cette séquence Enfin, pour le quatrième pas de ce cycle, la bobine b 2 est alimentée par un courant -i 2 et produit un couple C-ni 2 Le fonctionnement se répète ensuite de façon analoque au cycle décrit, le moteur étant alimenté au point 4 + 2 lt/N comme en -Co et

ainsi de suite avec la période de 2 Z/N.

Le fonctionnement de principe qui vient d'être décrit est modifié par l'utilisation du dispositif de commande selon

l'invention sur la base des considérations suivantes.

On sait qu'il n'est pas nécessaire de maintenir le courant d'entraînement pendant toute la durée de l'avancement du

rotor, mais que celui-ci peut atteindre la position d'équi-

libre stable suivante sous l'effet d'une impulsion élec trique plus courte, du fait de son énergie cinétique et de la présence du couple C 04 qui agit dans le sens de l'avancement du rotor dans la deuxième moitié de l'angle de rotation d'un pas Il a donc été proposé d'interrompre l'impulsion de commande dès que le rotor a atteint une certaine position,

telle que par exemple le point A indiqué sur la figure 3.

A cet effet,on utilise la tension induite dansla bobine non alimentée, dans laquelle le flux magnétique varie par exemple selon 1 'a 2 et l'on détecte le moment o l'intégrale de cette tension atteint une valeur de référence donnée,

34 pour couper le courant d'entraînement.

7- Il s'avère toutefois que les moteurs -fabriqués en grande série présentent des variations assez importantes de leur caractéristiques, cequi peut se traduire en particulier par une imprécision des positions d'équilibre stable et une déformation de la courbe de variation du couple de verrouillage par rapport au cas idéal d'une variation sinusoïdale telle que représentée à la figure 3 Or, un décalage de la position de repos, et donc du point de départ de l'intégration du signal induit, affecte fortement la détermination de l'instant de coupure du courant Par ailleurs, les variations des caractéristiques magnétiques, mécaniques et électriques d'un moteur à l'autre nécessitent

une marge de sécurité importante dans la durée de l'impul-

sion de courant pour garantir le passage d'un pas dans le cas le plus défavorable ce qui limite l'économie d'énergie réalisable En outre, les moteurs ainsi commandés peuvent avoir une tendance à effectuer un double pas, l'énergie

conférée au rotor pouvant dans certains cas être assez -

grande pour que le mouvement ne soit pas amorti au point d'équilibre visé mais que le rotor atteigne la position

d'équilibre suivante.

Pour améliorer la sécurité du fonctionnement, on pourrait opérer une sélection assez rigoureuse parmi les moteurs en ce qui concerne leurscaractéristiques, ce qui augmenterait toutefois considérablement le prix de revient par moteur accepté On pourrait également,du moins théoriquement,prévoir un réglage individuel de chaque dispositif de commande,

mesure qui n'est évidemment pas applicable dans une fabrica-

tion en grande série.

La solution réalisée par le dispositif de commande qui sera décrit ciaprèsconsiste en un asservissement pratiquement 34 complet du moteur en faisant intervenir des critères de -8 - position et de vitesse du rotor selon un certain schéma

en fonction du temps.

La figure 4 montre le schéma bloc d'une forme d'exécution du dispositifde commande selon l'invention. Les bobines désignées par b et b représentent une ou i J plusieurs bobines associées respectivement à des phases différentes du moteur et elles sont donc couplées avec des circuits magnétiques séparés Dans le cas du moteur diphasé décrit ici à titre d'exemple,les bobines associées aux deux phases 1 et 2 seront branchées au moyen d'un circuit de commutation CC soit à une source d'énergie

électrique V,soit à un circuit de détection CD Ce branche-

ment sera désigné par un signe + s'il correspond à une alimentation par un courant dans un premier sens ou à une

tension induite dans un premier senset par un signe -

s'il correspond à un branchement dans le sens inverse.

D'autre part, bi et bj représenteront, selon l'état du cycle de commande, les bobines de la phase 1 ou de la phase 2, de sorte que i et j pourront prendre les valeurs + et 2 Ainsi, le branchement des bobines dans les quatre états 1, 2, 3, 4 du cycle de commande peut être représenté par le tableau suivant b b 1 + 1 l bt 2 2 b + 2 b_ + 3 b -2 4 b_ 2 b+, -9- Dans le schéma de la figure 4, le circuit de commutation CC fournit,au moins temporairement, un signal e représentant la tension induite dans l'une ou l'autre bobine, au circuit de détection CD,qui fournit à son tour des signaux logiques clc 2, c 3 à un circuit logique de commande CL 1, CL 2, CL 3. Une source de signaux d'horloge G 1 fournit des impulsions Syl ayant une durée tlmin, par exemple tlmin = 2,44 msec, et une période T, par exemple T = 1 sec, au circuit logique de commande ainsi qu'à un générateur d'impulsions PG Ce dernier engendre des impulsions de commande programmées 51 i, 52, 54 constituant une série programmée dans laquelle les impulsions 51, 52, 53, 54, ayant chacune une durée T, sont déclenchées successivement, par exemple dans l'ordre 51, 52, 53, 54, chacune par le flanc avant d'une

impulsion Sy 1 respective.

Le générateur PG peut être constitué par u circuit intégré SANYO PMM 8713, dont les bornes 10 à 13 fournissent les impulsions 51 à 54, les impulsions Sy 1 étant appliquées à

la borne 3 de ce circuit La borne 4 est reliée à un com-

mutateur DR permettant de définir le sens de rotation du moteur par l'application soit d'un potentiel V 1, par exemple V = 5 Volts, soit du potentiel de la masse, c'est-à-dire 0, à cette entrée de PG Selon la position du commutateur DR, les impulsions 51, 52, 53, 54 apparaîtront dans cet ordre, ce qui correspond à un sens de rotation, ou dans l'ordre inverse, c'est-à-dire 54, 53, 52, 51, ce qui correspond au sens de rotation inverse Ces impulsions de commande 51 à 54 sont appliquées au circuit logique CL 1, CL 2, CL 3, qui délivre à ses sorties,des signaux de commande de commutation Dk, à savoir D 1 à D 4, D 6 à Dg et D 10 à D 13, au circuit de commutation Le circuit logique fournit également des signaux de-commande de détection,

à savoir rs et Q 6 + Q 1 ' au circuit de détection.

Les figures 5 à 8 montrent plus en détail la réalisation du dispositif selon la figure 4 Plus particulièrement, la figure 5 montre les bobines du moteur b, b, le

circuit de commutation CC et le circuit de détection CD.

Chaque bobine peut être branchée, de façon connue, dans un sens ou dans l'autreauxbornes de la source d'énergie électrique V, par l'intermédiaire de transistors MOS respectifs, M 1 à M 4 et M 6 à M 9 La tension de la source d'énergie électrique V,dont une borne est ici reliée à la masseiest par exemple de 1,5 Volts Les bobines peuvent également être court-circuitées au moyen des transistors MOS susmentionnés L'état de conduction de ceux-ci est commandé par des signaux de commande le commutation

respectifs D 1 à D et D 6 Dg, fournis par le circuit logique.

Quatre interrupteurs supplémentaires du type "analog switch", désignés par A 511 à AS et commandés par des signaux de commande de commutation respectifs D 11 à D 13, permettent de brancher l'une ou l'autre bobine, dans un sens ou dans l'autre, à l'entrée du circuit de détection CD On obtient ainsi à l'entrée de CD un signal e correspondant à la

force électromotrice induite dans ces bobines.

Le circuit de détection CD comporte un circuit intégrateur I réalisé sur la base d'un amplificateur opérationnel O P 1, une capacité d'environ 0, 06 jp F étant prévueentre la borne d'entrée et la sortie de O Pl selon le schéma de la figure 5 L'intégrateur I peut être remis à zéro au moyen d'un dispositif RS, constitué de préférence par un interrupteur du type "analog switch" A 55 Cet interrupteur est commandé par un signal de commande de détection rs fourni au circuit CD Le signal e étant appliqué à l'entrée du circuit intégrateur I, celui-ci fournit un signal e 3 qui est appliqué aux entrées de deux circuits comparateurs C et C Ceux-ci sont constitués par des amplificateurs

2 3 '

11 - opérationnels désignés respectivement par OP 3 et OP 2 à

une entrée desquelles sont appliquées des tensions de réfé-

rence respectives U 2 et U 3 A la sortie des comparateurs C 2 et C 3 apparaissent des signaux logiques correspondants c 2 et c 3. Le signal d'entrée e est appliqué, d'autre part, à une première entrée d'un amplificateur opérationnel OP 4 jouant le rôle d'organe d'inhibition Des périodes d'inhibition sont définies par un signal de commande de détection Q 6 + Q 1 qui est appliqué à une deuxième entrée de OP 4 En dehors de ces périodes, un signal e 2 apparaît à la sortie de OP 4 et est appliqué à une entree d'un circuit comparateur C 1 Le comparateur C 1 est constitué par un amplificateur opérationnel OP à une entrée duquel est appliquée une tension de référence U 1 A la sortie de C 1 apparait un signal

logique correspondant c 1.

La figure 6 montre une première partie CL du circuit logique.

-Le signal c 3 est appliqué&à la borne 13 d'un circuit multi-

vibrateur monostable M Sll constitué par une partie d'un circuit intégré HEF 4528 BP du fabricant français RADIO TECHNIQUE COMPELEC et d'un circuit RC extérieur connecté auk bornes 14, 15 de ce circuit integré M Sll définit un intervalle de temps t 5 d'environ 12 msec Le potentiel V 1 est appliqué à la borne 11 dudit circuit intégré,alors qu'aux bornes 12 et 13 sont appliquées respectivement les signaux Sy 1 et c 3 Un signal de sortie Q 1 l apparait à la borne

de ce circuit.

Une autre partie du même circuit intégré sert à former un multi-vibrateur monostable M 512 représenté à la figure 7 et, d'une façon similaire, des parties de trois autres circuits HEF 4528 BP servent à former respectivement des multi-vibrateurs monostables M 521 et M 522, M 531 et M 532 12 - ainsi que M 541, les deux derniers de ces multi-vibrateurs

étant représentés sur le schéma de la figure 7 Les multi-

vibrateurs M 512, M 521, M 522, M 531, M 532 et M 541 définissent respectivement des intervalles de temps t 2 = 0,49 msec, t O = 0,12 msec, t 5, t 4 min = 1,46 msec, t 2 et t 6 = 0,61 msec. Il est à noter que les multi-vibrateurs monostables M Sl et M 522 fonctionnent dans la pratique essentiellement de façon bi-stable, car des signaux de coupure c 3 et J apparalssent généralement à leur bornes d 'entree respectives

13 et 3 avant la fin de l'intervalle t 5.

Les connections des circuits monostables et des éléments logiques utilisés, à savoir des portes OU: OU 1, OU 2, OU 3 et OU 4, des portes ET: ET 1, ET 2, ET 3 et ET 4, ainsi que des inverseurs Jl' J 2 ' J 3, J 4 et J 5 ressortent des figures 6 et 7, la figure 7 représentant une deuxième partie CL 2 du circuit logique La partie CL 1 comporte en outre un générateur d'impulsions G 2 déclenché par le signal J et fournissant une impulsion de durée t 3 = 2,93 msec, environ La figure 8 montre schématiquement une troisième partie du circuit logique, à savoir l'ensemble logique CL 3, qui reçoit à ses entrées d'une part les signaux 51 à 54, et, d'autre part, les signaux Qi' Q 2 ' Q 3 ' Q 6 ' K et Sy 2 apparaissant aux sorties correspondantes des parties CL 1 et CL 2 L'ensemble CL 3 est agencé pour fournir, à ses sorties, les signaux de commande suivants, selon les équations logiques indiquées ci-après: D 1 =y 52 51 2 1

D 2 = + 54 5 + Q S + SY 2 53 + Q 2

D 3 = Sy 2 53

D 4 = 52 + Q 1 54 + SY 2 51 + Q 2 + K 53

13 - D 6 = Sy 2 52

7 = 51 153 + SY 2 54 + Q 3 + K 52

8 = Sy 2 54

D 9 = 53 + Q 151 + SY 2 52 + Q 3 + K 54

D = 5 Q +Q S

= 3 1 + 1 4

Dll = 52 Q 1 + Q 153

12 54 Q 1 +Q 151

13 _S Q 1 +Q 1 52

Q 6 + Q 1

Le signal de commande rs pour la remise à zéro de l'intégra-

teur I est obtenu à une sortie de la partie CL 1 selon le

schéma de la figure 6.

Il est à noter que les schémas des figures 5 a 8,donnés à titre d'exemple, correspondent à une réalisation des circuits sous forme partiellement discrète et que, bien entendu, de tels circuits sont avantageusement réalisés, pour de

grandes séries, sous forme de circuits pratiquement entière-

ment intégrés.

Le'fonctionnement du dispositif de commande selon les figures 4 à 8 peut être décrit par le schéma représenté à la figure 9, qui décrit le déroulement des opérations dans le temps au cours

d'un intervalle T correspondant à un pas du moteur.

Soit par exemple i = +i et j + 2 et l'instant de départ t = 0, étant entendu que le schéma général est également valable pour des instants de départ qui se situent à des multiples quelconques de la période T et pour les différents

états 1 à 4 correspondants du cycle de commande.

36 A l'instant t = 0, le rotor du moteur est au repos dans 14 -

la position cx de la figure 3 L'intégrateur I et le compa-

rateur C sont branchés sur la bobine b 2; le dispositif

RS est ouvert, de sorte que l'intégrateur est prêt à fonc-

tionner 'est dans cet état que la bobine b 1 est alimentée par une impulsion de commande d'entraînement pendant une du- rée tlégale à la durée minimale tlmin qui, 'dans le cas d'un moteur normal, devrait permettre au rotor de franchir

un pas Pendant cette durée, le comparateur C 1 compare-

valeur absolue de e 2, ie 21, à valeur absolue de U 1, j Ul, représentant une valeur de référence de vitesse Si cette valeur n'est pas atteinte, l'impulsion d'entraînement t 1 est prolongé jusqu'à ce que la valeur absolue de e 2 soit égale à la valeur absolue de U 1, donc jusqu'à ce que la vitesse

acquise par le rotor soit suffisante pour le passage du pas.

Si cette condition n'est pas réalisée dans le temps

maximal t 5, le moteur ne fonctionne pas normalement.

A la fin de ce contrôle de vitesse, la bobine b 1 est court-

circuit 6 e pendant une durée t 2 pour permettre à son énergie de selfinductance de se dissiper Si le temps limite t 5

est atteint à ce stade/la bobine b 2 est également court-

circuitée et le comparateur C 1 est inhibé jusqu'à t = T, l'intégrateur I étant débranché et remis à zéro par la fermeture de l'interrupteur du dispositif RS Un nouvel

essai au bout de t = T sera dans ce cas probablement égale-

ment sans succès et le moteur reste arrêté.

En cas de fonctionnement normal,t est encore bien inférieur à t 5 à ce stade,et C 1 est alors seulement inhibé pendant leintervalle t 6 supérieur à t 2 pour éviter que la tension induite, fortement affectée à ce moment par l'inductance propre et l'inductance mutuelle des bobinesne fournisse une

information fausse de la vitesse du rotor.

Apres son court-circuit durant t 2,la bobine b 1 a été - débranchée Lorsque le comparateur C est de nouveau en fonction après t 6, il contrôle si la vitesse est toujours supérieure à la valeur correspondant à U 1 Le comparateur C 3 qui reçoit la tension de sortie de l'intégrateur; e 3, compare celle-ci avec une valeur de référence de position U 3 Cette valeur est atteinte lorsque le rotor a nettement dépassé la position d'équilibre instable c 4 o+ x C/4 N et a atteint

par exemple le point A indiqué à la figure 3.

Si valeur absolue de e 2, lje 2,reste supérieure à valeur absolue de U 1, i Ull,jusqu'au moment o la valeur absolue

de e 3, 1 e 31,atteint valeur absolue de U 3, IU 31 le fonc-

tionnement est tout à fait normal et le signal de sortie c 3 du comparateur C 3 déclenche une mise en court-circuit de la bobine b 2, ce qui amortit le mouvement Il déclenche également la remise à zéro de l'intégrateur pendant le

temps juste nécessaire, t O, puis le branchement de l'inté-

grateur sur la bobine b 1 et la réouverture de l'interrupteur du dispositif de remise à zéro RS Aussi, le comparateur C 1 est inhibé jusqu'à la fin de la séquencec'est-a-dire jusqu'à t = T En revanche, le comparateur C 2 compare maintenant l'intégralede la force électromotrice induite dans la bobine b 1 pour contrôler la position du rotor à la fin du pas On utilise la bobine b 1 pour ce contrôle, car le flux 4 al est maximum à la position d'équilibre stable t + I/2 N, alors que dans la bobine b 2 le flux 1 a 2

passe par zéro à cet endroit comme le montre la figure 3.

Si, au lieu de s'amortir au voisinage de la position o< + +i 7 r/2 N, le rotor avance jusqu'à la position B de la figure 3, soit A O + 3 7 r/4 N, il risque de franchir un nouveau pas et donc d'effectuer un double pas Celà peut se produire même si la vitesse est faible, au cas par exemple o le couple de verrouillage est relativement petit au voisinage de la position d'équilibre suivante ce O + (L/N Il s'agit

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16- donc bien de contrôler la position du rotor et non pas la

vitesse de celui-ci.

Si 1 e 31 devient plus grand que la valeur de référence de position lu 2 avant la fin de la durée de l'asservissement, c'est-à-dire tant que t est inférieur à t 5, l'intégrateur est débranché de la bobine b et remis à zéro, et la bobine

b est alimentée pendant l'intervalle t 3 Le courant d'ali-

mentation circule dans le même sens que le courant ayant servi à l'entraînement, mais étant donné que le couple Cni est négatif au-delà de la position d'équilibre stable t-+ -/2 N, comme le montre la figure 3, l'alimentation

pendant t 3 produira un freinage du rotor Celui-ci se sta-

bilisera donc dans la position de repos voulue,-x + -ic /2 N, l'asservissement est terminé et le dispositif de commande attend une nouvelle séquence, c'est-à-dire la fin de la période T. Si, à la suite de la première impulsion d'entraînement de durée tl, la vitesse du rotor était devenue plus faible que

la vitesse correspondant à la valeur de référence U c'est- à dire le 21 <, avant que la position A, corres-

pondant à,e 31 = 1 U 3 J, n'ait été atteinte, la bobine b 1 est alimentée par une nouvelle impulsion d'entraînement dont la durée minimale est t 4 min Si cette durée s'avère insuffisante, c'est-à-dire que le 21 reste inférieur à

| Eilft la durée t 4 de la nouvelle impulsion d'entraîne-

ment est prolongée jusqu'à ce que le passage par la position A soit signalée par le comparateur C 3 A la fin de cette impulsion d'entraînement, la bobine b est court-circuitée pendant t 2, comme à la suite de la première impulsion d'entraînement, et le contrôle de la position finale, avec éventuellement le déclenchement d'une impulsion de

freinage, s'effectue comme dans le cas normal L'asservis-

sement prend de toute manière fin lorsque t = t 5, pour 17 - recommencer avec l'apparition d'une nouvelle impulsion d'horloge. Le dispositif de commande selon l'invention, décrit ici pour un moteur diphasé, peut être appliqué d'une manière similaire à un moteur à plusieurs phases, à condition qu'une des phases au moins ne soit pas alimentée en même temps que les autres, pour que les bobines de cette phase puissent servir de bobines captrices de la force électro-motrice

induite par le mouvement du rotor.

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Claims (5)

REVENDICATIONS

1 Dispositif de commande d'un moteur électrique di-ou polyphasé à fonctionnement pas à pas comportant un rotor aimanté et au moins deux circuits magnétiques de stator séparés, couplés chacun avec au moins une bobine électrique (bi, b), ce dispositif de commande compor- tant une source d'énergie électrique (V), agencée pour pouvoir être reliée, par l'intermédiaire d'un circuit de commutation (CC), aux bobines de chacun des circuits de stator séparés pour leur fournir des impulsions de

courant, un circuit générateur d'impulsions (PG) comman-

dé par une source d'impulsions d'horloge (G 1) pour fournir des impulsions de commande programmées ( 51 à 54) faisant partie d'au moins une série programmée, un circuit de détection (CD) dont au moins une entrée est agencée pour pouvoir être connectée, par l'intermédiaire du circuit de commutation, aux dites bobines de chacun des circuits de stator séparés, ce circuit de détection comportant au moins un circuit intégrateur (I) muni d'un dispositif de remise à zéro (RS) et au moins un premier circuit

comparateur (C 3) agencé pour comparer, au moins temporai-

rement, le signal de sortie (e 3) du circuit intégrateur avec une première valeur de référence de position (U 3) ainsi qu'un circuit logique de commande (CL 1, CL 2, CL 3) connecté par ses entrées à la source d'impulsions d'horloge, -25 au circuit générateur d'impulsions et aux sorties du circuit de détection, ce circuit logique de commande fournissant, à ses sorties, des signaux de commande de commutation (D 1 à D 4, D 6 à D 13) aux entrées du circuit de commutation et des signaux de commande de détection (rs, Q 6 + Q 1) au circuit de détection, caractérisé en ce 31 que le circuit de détection comporte au moins un deuxième

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circuit comparateur (C 1) pour comparer, au moins tempo-

rairement, un signal de vitesse (e 2) provenant des dites bobines, avec une valeur de référence de vitesse (U), i et en ce que le circuit logique de commande est agencé pour commander le circuit de commutation en fonction des signaux de sortie des dits circuits comparateurs de façon que le moteur soit alimenté à des instants déterminés par des impulsions de courant d'entraînement de durées déterminées, de façon à assurer le fonction

nement souhaité du moteur.

2 Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de détection comporte un troisième circuit comparateur (C 2) agencé pour comparer, au moins temporairement, le signal de sortie (e 3) du circuit intégrateur avec une deuxième valeur de référence de position

(U 2), le circuit logique de commande étant agencé pour com-

mander le circuit de commutation de façon que le moteur soit alimenté, au besoin, à des instants déterminés,par des

impulsions de courant de freinage.

3 Dispositif de commande selon la revendication 2, carac-

térisé en ce que le circuit logique de commande comporte plusieurs dispositifs pour définir des intervalles de temps to, t 2, t 3, t 4 min, t 5, t 6, lrs impulsions d'horloge ayant une durée t 1 min et une période T, les relations suivantes existant entre les durées de ces intervalles: to +tlmin + t 2+ t +t 4 mi+ 2 t 6 t 5 T et t 2 <t 6, et en ce que le dispositif de commande dans son ensemble est agencé pour fonctionner dans le temps t selon

le schéma de la figure 9,dans lequel biet bj désignent respec-

tivement les bobines associées à chacune des deux phases, I désigne ledit circuit intégrateur et RS le dispositif 34 de remise à zéro de celui-ci, C 1 désigne le deuxième

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circuit comparateur, e 2 désigne ledit signal de vitesse et e 3 ledit signal de sortie du circuit intégrateur et Ul, U 2 et U 3 désignent respectivement les dites valeurs de référence des deuxième, troisième et premier circuits comparateurs, à savoir les dites valeur de référence de vitesse et les deuxième et première valeurs de référence

7 de position.

A)