EP0077293B1

EP0077293B1 - Procédé et dispositif de commande d'un moteur pas à pas d'une pièce d'horlogerie

Info

Publication number: EP0077293B1
Application number: EP82810397A
Authority: EP
Inventors: Luciano Antognini; Hans-Jürgen Rémus
Original assignee: Asulab AG
Current assignee: Asulab AG
Priority date: 1981-10-02
Filing date: 1982-09-23
Publication date: 1987-04-15
Also published as: DE3276087D1; EP0077293A1; JPS58144770A; CH646576GA3; US4467256A; JPH0221757B2

Description

La présente invention concerne les pièces d'horlogerie ayant un moteur pas à pas, et, plus particulièrement un procédé et un dispositif de commande pour appliquer aux bornes de l'enroulement du moteur pas à pas un signal de commande comprenant une suite d'impulsions motrices, chacune de ces impulsions étant elle-même formée d'une suite d'impulsions élémentaires pendant lesquelles ces bornes de l'enroulement sont reliées à une source de tension, ces impulsions élémentaires étant séparées les unes des autres par des périodes d'interruption pendant lesquelles ces bornes sont séparées de la source de tension.
Le livre intitulé « Theory and Applications of Step Motors », par Benjamin C. Kuo, West Publishing Co., pages 173 à 180 propose d'alimenter l'enroulement d'un moteur pas à pas à l'aide d'un signal de commande de ce type. Selon cet art antérieur, la source de tension utilisée pour l'alimentation du moteur est branchée aux bornes de l'enroulement de ce moteur au début de chaque impulsion motrice. Le courant dans l'enroulement commence à croître, et la source d'alimentation est déconnectée dudit enroulement et ce dernier est court-circuité dès que ce courant atteint une première valeur prédéterminée. Le courant dans l'enroulement commence alors à décroître, et lorsqu'il atteint une seconde valeur prédéterminée, la source d'alimentation est à nouveau connectée aux bornes de l'enroulement du moteur dont le court-circuit est supprimé. Le courant croît à nouveau, et le processus décrit ci-dessus recommence et continue jusqu'à la fin de l'impulsion motrice. Les durées des impulsions élémentaires et des périodes d'interruption dépendent, entre autres, de la vitesse de rotation du rotor, elles ne sont donc pas constantes pendant la durée d'une impulsion motrice. Un tel procédé permet de maintenir le courant circulant dans l'enroulement du moteur à une valeur sensiblement constante.
Néanmoins, si la tension de la source d'alimentation varie, la puissance fournie au moteur, qui est proportionnelle au produit de cette tension et de ce courant, varie de la même façon, de sorte que ce procédé connu ne permet pas de maintenir constante la puissance fournie au moteur à chaque impulsion motrice lorsqu'on utilise une source d'alimentation dont la force électromotrice ainsi que la résistance interne varient au cours du temps.
La demande de brevet GB-A-2 006 995 préconise de hacher chaque impulsion motrice appliquée à l'enroulement du moteur, en utilisant deux valeurs distinctes et prédéterminées du taux de hachage, la valeur la plus élevée étant utilisée seulement lorsque le moteur doit fournir un effort anormalement élevé. A cet effet, ce brevet préconise d'utiliser un dispositif détectant la charge du moteur.
Ce dispositif de commande connu a lui aussi pour inconvénient de ne pas tenir compte des fluctuations de la tension fournie par la source d'alimentation, fluctuations dues à des variations de la force électromotrice et/ou de la résistance interne de cette source.
Or, dans les pièces d'horlogerie électroniques, on a actuellement tendance à utiliser comme source d'alimentation électrique une pile au lithium. Il est connu que la force électromotrice fournie par de telles piles diminue de façon relativement importante au cours de la durée de service de cette pile, et que la résistance interne de cette pile est sujette à des variations importantes au cours de cette durée de service ainsi que sous l'effet de variations de température. Cette diminution de force électromotrice et/ou ces variations de résistance interne peuvent entraîner un arrêt du moteur, et donc un arrêt du fonctionnement de la pièce d'horlogerie, bien avant la fin de la durée de vie de la pile. Pour éviter cet inconvénient, on doit dimensionner le moteur de telle sorte qu'il puisse continuer à fonctionner même lorsque la pile fournit sa force électromotrice la plus faible et présente sa résistance interne la plus élevée. Il en résulte une surconsommation du moteur pendant la plus grande partie de la durée de vie de la pile.
La demande de brevet GB-A-2 054.916 préconise d'alimenter l'enroulement d'un moteur pas à pas avec des impulsions motrices formées chacune d'une suite d'impulsions élémentaires dont la largeur est déterminée en dépendance de la valeur de la tension qui est fournie par la source d'alimentation lorsque cette dernière est branchée aux bornes de résistances de valeurs connues. Selon cet art antérieur, on détermine, sensiblement toutes les millisecondes, dans quel domaine de valeurs se trouve cette tension et on choisit en conséquence une forme de signal moteur parmi cinq formes de signaux prédéterminées.
Il s'agit donc là d'un réglage discontinu de la puissance des impulsions motrices en fonction de la tension de la source d'alimentation, et il en résulte des variations importantes du couple moteur pouvant causer des pas perdus. De plus, ce réglage étant discontinu, il ne permet pas de réaliser de façon efficace un asservissement de l'énergie des impulsions motrices à la charge que doit entraîner le moteur.
Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de commande d'un moteur pas à pas d'une pièce d'horlogerie permettant d'adapter simplement et de façon sensiblement continue la puissance de chaque impulsion motrice à la valeur d'au moins l'une des deux grandeurs caractéristiques de la source d'alimentation, c'est-à-dire la valeur de la force électromotrice et/ou celle de la résistance interne de cette source.
Ce but est atteint par le procédé tel que revendiqué dans la revendication 1 et le dispositif tel que revendiqué dans la revendication 4.
Des modes de réalisation avantageux de l'invention sont contenus dans les revendications 2, 3 et 5. L'invention va maintenant être décrite à l'aide du dessin annexé dans lequel :

la figure 1 est un schéma électrique équivalent d'un moteur pas à pas ;
la figure 2 est un diagramme permettant d'expliquer le procédé selon l'invention ;
la figure 3 est un schéma synoptique d'un dispositif de commande selon un mode de réalisation de l'invention ;
la figure 3a est un diagramme qui représente des signaux mesurés en quelques points du schéma da la figure 3 ;
la figure 4 est un schéma détaillé d'un exemple d'une partie du dispositif de la figure 3, selon un mode de réalisation de l'invention ;
la figure 5 est un schéma détaillé d'une autre partie du dispositif de la figure 3, selon un mode de réalisation de l'invention ; et
les figures 5a et 5b sont des diagrammes qui représentent des signaux mesurés en quelques points du circuit de la figure 5 dans deux modes de fonctionnement de ce circuit.
La figure 1 représente le schéma équivalent d'un moteur pas à pas. L'enroulement du moteur est symbolisé par un enroulement 1 ayant une inductivité de valeur L et une résistance nulle, et par une résistance 2 de valeur R égale à la résistance de l'enroulement du moteur. Un rotor 1a, comprenant généralement un aimant permanent bipolaire cylindrique, est couplé magnétiquement à l'enroulement 1, 2 par un stator non représenté. La tension induite de mouvement, c'est-à-dire la tension qui est induite dans l'enroulement du moteur par la rotation du rotor, est symbolisée sur la figure 1 par une source de tension 3. La valeur de cette tension induite est désignée par U_;. La figure 1 représente également la source d'alimentation du moteur qui est schématisée par une source de tension 4 de résistance interne nulle et de force électromotrice V et par une résistance 5 de valeur R^* égale à la résistance interne de la source réelle servant à alimenter le moteur.

Dans la figure 1, le circuit de commande du moteur est schématisé par un premier interrupteur 6 servant à connecter et à déconnecter la source 4, 5 et l'enroulement du moteur, et par un second interrupteur 7 servant à mettre cet enroulement en court-circuit ou à supprimer ce court-circuit.
La figure 2 illustre la manière selon laquelle le taux de hachage des impulsions motrices est déterminé.
A un instant t0 coïncidant avec le début d'une impulsion motrice, l'interrupteur 6 est fermé et l'interrupteur 7 est ouvert. Le courant i dans l'enroulement 1, commence à croître. Lorsque, à un instant t1, ce courant atteint une première valeur prédéterminée iM, dont le choix sera expliqué plus loin, l'interrupteur 6 est ouvert et l'interrupteur 7 est fermé. L'enroulement 1, 2 est donc déconnecté de la source d'alimentation 4, 5 et mis en court-circuit. Le courant i commence à décroître, et à un instant t2, il atteint une deuxième valeur prédéterminée im dont le choix sera également expliqué plus loin. La durée Tl m qui sépare les instants t1 et t2 dépend des caractéristiques électriques et magnétiques du moteur.
A l'instant t2, l'interrupteur 6 est à nouveau fermé et l'interrupteur 7 est à nouveau ouvert. Le court-circuit est donc supprimé, et la source 4, 5 est à nouveau connectée à l'enroulement 1, 2. Le courant i recommence à croître. A un instant t3, il atteint pour la deuxième fois la valeur iM. La durée T2m qui sépare les instants t2 et t3 dépend des caractéristiques électriques et magnétiques du moteur ainsi que de la force électromotrice V de la source d'alimentation 4 et/ou de la valeur R^* de sa résistance interne 5. Si cette force électromotrice V diminue, et/ou si cette résistance R^* augmente, le temps T2m augmente.
Les durées T1m et T2m sont mesurées et mémorisées. Après l'instant t3, et jusqu'à la fin de l'impulsion motrice, les interrupteurs 6 et 7 sont commandés de manière que l'enroulement soit alternativement court-circuité et relié à la source 4, 5 pendant des périodes successives de durée T1 et T2 respectivement égales à Ti m et T2m. En d'autres termes, l'impulsion motrice est hachée avec un taux de hachage Ha défini par Ha = T2m/(T1 m + T2m), et elle est composée d'un train d'impulsions élémentaires ayant un rapport cyclique qui est ausi égal à Ha.
La première valeur prédéterminée iM peut être choisie assez librement sans que ce choix influence sensiblement le fonctionnement du moteur. L'expérience a cependant montré que la valeur iM doit être choisie de préférence sensiblement égale à la valeur du courant le plus grand pour lequel le rotor ne tourne pas encore. Si iM est choisie égale ou inférieure à cette valeur, le taux de hachage Ha est indépendant de la charge entraînée par le moteur, ce qui ne serait pas le cas si iM était choisie à une valeur plus élevée.
La deuxième valeur prédéterminée im peut également être choisie assez librement. Il suffit que la différence iM - im soit faible par rapport à iM, de manière que les durées T1 m et T2m soient également faibles par rapport à la constante de temps r = UR de l'enroulement du moteur. Il sera montré plus loin que cette condition est nécessaire pour que le taux de hachage déterminé de la manière décrite ci-dessus ne dépende pratiquement que des caractéristiques de la source d'alimentation.
La différence iM - im ne doit cependant pas être choisie trop faible, pour que les durées T1 m et T2m puissent être mesurées avec une précision suffisante. Pratiquement, la valeur de im peut être choisie dans une gamme allant de 80 à 90 % environ de la valeur de iM.
D'une manière générale, les courants et les tensions intervenant dans le fonctionnement du moteur sont liés par la relation :
dans laquelle U_m est la tension aux bornes du moteur et i est le courant circulant dans son enroulement.
Si la valeur du courant iM est choisie de manière que le rotor ne tourne pas encore à l'instant t1, la tension induite U_i est encore nulle à cet instant t1, et l'équation (1) ci-dessus peut s'écrire :
Entre les instants t1 et t2, le rotor ne tourne toujours pas. L'interrupteur 7 est fermé et la tension U_m aux bornes du moteur est donc nulle, à condition que la résistance interne de cet interrupteur 7 soit négligeable, ce qui est le cas en pratique. L'équation (2) ci-dessus peut donc s'écrire :
Entre les instants t2 et t3, l'interrupteur 6 est fermé, mais le rotor ne tourne toujours pas. La tension U_m est égale à (V - R* · i). L'équation (2) ci-dessus devient donc :
Si la valeur du courant im est choisie suffisamment proche de celle du courant iM, les temps Ti m et T2m sont courts par rapport à la constante de temps _T = L/R de l'enroulement du moteur, et il est admissible de remplacer le terme di/dt par un terme (―Δi/T1 m) dans l'équation (3) et par un terme Δi/T2m dans l'équation (4) avec, dans les deux cas, Δi = iM - im. Il est de même possible de remplacer le terme i par sa valeur moyenne 10 dans les intervalles t1-t2 et t2-t3, valeur moyenne qui est égale à (iM + im)/2.
Les équations (3) et (4) ci-dessus deviennent alors respectivement :
et
Ces équations (5) et (6) donnent respectivement :
et
Après l'instant t3, l'impulsion motrice est formée d'impulsions élémentaires de durée T2 égale à la durée mesurée T2m, séparées par des périodes d'interruption de durée T1 égale à la durée mesurée T1 m. Le taux de hachage Ha de cette impulsion motrice, ou le rapport cyclique des impulsions élémentaires qui la composent, est donc donné par :
En remplaçant dans cette équation T1 m et T2m par leurs valeurs données par les équations (7) et (8), et après simplification, on trouve :
Cette équation (9) montre que le taux de hachage augmente lorsque la force électromotrice V de la source d'alimentation diminue et/ou que sa résistance interne R^* augmente, ce qui est le but recherché.
Ce taux de hachage Ha peut être déterminé de la manière décrite ci-dessus au début de chaque impulsion motrice. Les variations de la force électromotrice de la source d'alimentation et/ou de sa résistance interne sont cependant en général assez lentes. Cette détermination peut donc être faite à des intervalles plus longs. Dans ce cas, plusieurs impulsions motrices successives sont hachées avec le même taux de hachage.
La figure 3 représente à titre d'exemple de dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus le schéma synoptique d'une pièce d'horlogerie électronique comportant un moteur pas à pas 11, et la figure 3a est un diagramme montrant des signaux mesurés en quelques points du schéma de la figure 3. Cette pièce d'horlogerie comprend un circuit oscillateur 8 générateur d'un signal de standard de temps H ayant une fréquence égale, par exemple, à 32 768 Hz. La sortie de l'oscillateur 8 est reliée à l'entrée d'un circuit diviseur de fréquence 9 élaborant, à partir du signal de standard de temps H, divers signaux périodiques. Ces signaux comprennent notamment un signal de commande J apparaissant chaque fois que le rotor doit avancer d'un pas, et un signal I ayant une période double de celle du signal J. En général, si la pièce d'horlogerie est munie d'une aiguille des secondes, la période du signal de commande J est égale à une seconde.
La pièce d'horlogerie de la figure 3 comporte en outre un circuit formateur d'impulsions 15 dont la sortie délivre un signal, désigné par Z, formé d'une suite d'impulsions de même polarité qui passent à l'état « 1 chaque fois que le signal J passe lui-même à l'état « 1 », c'est-à-dire chaque seconde.
La longueur des impulsions du signal Z est déterminée par un circuit d'asservissement 16 qui reçoit un signal de mesure S représentatif, par exemple, du courant qui circule dans le moteur. Le circuit 16 utilise le signal S pour délivrer un signal N à un instant qui dépend de la charge mécanique entraînée par le moteur. Ce circuit 16 ne sera pas décrit en détail car il peut être du type de l'un quelconque des nombreux circuits d'asservissement connus. Un tel circuit n'est d'ailleurs pas indispensable à la mise en œuvre du procédé selon l'invention, et il pourrait être supprimé. Dans ce cas, le signal N pourrait être remplacé par un signal fourni, par exemple, par le diviseur 9. Les impulsions du signal Z auraient alors une durée constante et prédéterminée.
Chaque fois que le signal Z est à l'état « 1 », un circuit d'entraînement 12 délivre une impulsion motrice à l'enroulement 11a du moteur 11. La tension aux bornes de cet enroulement est désignée par la même référence 11a dans la figure 3a. L'énergie fournie à l'enroulement 11a pendant chaque impulsion motrice est élevée par une source d'alimentation 10 ayant, comme la source représentée à la figure 1, une force électromotrice de valeur V et une résistance interne de valeur R^*.
La polarité de ces impulsions motrices est déterminée par l'état logique du signal I, qui prend alternativement l'état « 0 et l'état « 1 pendant 1 seconde.
Le circuit d'entraînement 12 est en outre agencé de manière que les impulsions motrices soient hachées en réponse à un signal de hachage M formé d'impulsions ayant une fréquence élevée. Chaque fois que le signal M est à l'état « 1 », par exemple, le circuit d'entraînement 12 interrompt la liaison entre la source d'alimentation 10 et l'enroulement 11a, et met ce dernier en court-circuit. Lorsque le signal M est à l'état « 0 », le circuit d'entraînement 12 supprime le court-circuit de l'enroulement 11a et relie ce dernier à la source d'alimentation 10.
Le signal M est fourni par un circuit 13, dont un exemple sera décrit plus loin. Les durées de chaque impulsion de ce signal M et du laps de temps qui les sépare, et donc le taux de hachage Ha, sont déterminées par le circuit 13 à partir d'informations qui sont contenues dans une mémoire 14. Le circuit 13 comporte en outre des moyens pour corriger périodiquement ces informations en fonction du signal de mesure S fourni par le circuit d'entraînement 12.
La périodicité de cette correction peut être égale à la période des impulsions motrices, ou être plus grande que cette période.
La figure 4 représente un exemple de schéma des circuits 12 et 15 de la figure 3. Le circuit 15 comporte simplement, dans cet exemple, une bascule 39 de type T dont l'entrée d'horloge T reçoit le signal J délivré par le diviseur de fréquence 9 de la figure 3 à une fréquence de 1 Hz. L'entrée R de remise à zéro de la bascule 39 reçoit le signal N du circuit d'asservissement 16 de la figure 3. La sortie Q de cette bascule 39 passe donc à l'état « 1 » lorsque le signal J passe à l'état « 1 », c'est-à-dire chaque fois que le rotor doit tourner d'un pas, et repasse à l'état « 0 » lorsque le circuit 16 délivre le signal N à un instant déterminé de manière que la durée du signal Z, qui est délivré par cette sortie Q de la bascule 39, soit égale à la durée optimum de l'impulsion motrice. Comme cela a déjà été mentionné, le circuit 16 pourrait être supprimé. L'entrée R de la bascule 39 serait alors reliée à une sortie, non représentée, du diviseur 9, choisie de manière que la durée du signal Z soit égale, par exemple, à 7, 8 millisecondes.
Le circuit 12 de la figure 3 comporte, dans cet exemple, un circuit combinatoire 43 formé de quatre portes ET 431 à 434, de deux portes OU 435 et 436 et de deux inverseurs 437 et 438. L'enroulement 11 a du moteur est branché, de manière classique, dans un circuit formé de quatre portes de transmission 44 à 47 connectées entre la borne + V de la source d'alimentation 10 et la masse.
Deux autres portes de transmission 48 et 49 relient chacune une des bornes de l'enroulement 11a à à une première borne d'une résistance de mesure 17 dont la deuxième borne est reliée à la masse. La tension présente sur la première borne de cette résistance 17 constitue le signal S mentionné ci-dessus.
Une porte de transmission 50 est branchée en parallèle avec la résistance 17. Elle est commandée par un signal X fourni selon les cas par le circuit 15 ou par le circuit 13. Lorsque le circuit de la figure 2 comporte le circuit d'asservissement 16, le signal X peut être fourni par le circuit formateur 15 de manière que la porte 50 soit bloquée pendant les impulsions motrices et conductrice entre celles-ci. Le circuit d'asservissement 16 utilise alors ce signal S pour ajuster la longueur des impulsions Z, et donc la longueur des impulsions motrices, à la charge mécanique entraînée par le rotor.
Lorsque le circuit de la figure 2 ne comporte pas de circuit d'asservissement 16, le signal X peut être fourni par le circuit 13, de manière que la porte 50 ne soit bloquée que lorsque ce circuit 13 utilise le signal S pour modifier les informations contenues dans la mémoire 14 et que cette porte 50 soit conductrice le reste du temps. Ce cas sera décrit plus en détail plus loin.
Les électrodes de commande des portes 44 à 49 sont reliées aux sorties du circuit combinatoire 43 dont les entrées reçoivent respectivement les signaux I, Z et M. Ce circuit combinatoire ne sera pas décrit plus en détail, car il est facile de voir, à l'aide de la figure 4, que :

- lorsque le signal Z est à l'état « 0 », c'est-à-dire entre les impulsions motrices, les électrodes de commande des portes 44 à 49 sont toutes à l'état « 0 », quel que soit l'état des signaux I et M. Toutes ces portes sont donc bloquées et l'enroulement 11a est séparé de la source d'alimentation ;
- lorsque le signal Z est à l'état « 1 », c'est-à-dire pendant les impulsions motrices, et que le signal M est à l'état « 0 », les portes 44 et 48 ou 45 et 49 sont conductrices, selon l'état « 0 ou « 1 » du signal 1. Toutes les autres portes sont bloquées. La source d'alimentation 10 est donc reliée à l'enroulement 11a a par l'intermédiaire des portes 44 et 48 ou 45 et 49, et un courant circule dans l'enroulement 11a dans le sens de la flèche 11 b ou dans le sens inverse. Cette situation est celle qui se présente entre les périodes d'interruption, pendant les impulsions élémentaires ; et
- lorsque le signal Z est à l'état « 1 et que le signal M est également à l'état « 1 », les portes 47 et 48 ou 46 et 49 sont conductrices, selon l'état « 0 » ou « 1 » du signal I. Toutes les autres portes sont bloquées. La source d'alimentation est donc déconnectée de l'enroulement 11a qui est mis en court-circuit. Cette situation est celle qui se présente pendant les périodes d'interruption de l'impulsion motrice.

Si en outre la porte 50 est bloquée par un état « 0 » du signal X, pendant une impulsion motrice, le courant qui passe dans l'enroulement 11a a passe également dans la résistance 17. La tension produite par ce courant dans cette résistance 17 constitue le signal S.
Il est évident que ce circuit combinatoire 43 pourrait être facilement modifié pour que les portes 44 et 45, par exemple, soient toutes deux conductrices et que l'enroulement soit donc court-circuité entre les impulsions motrices. Une telle disposition est souvent utilisée pour freiner rapidement les oscillations du rotor autour de sa position d'équilibre, à la fin d'une impulsion motrice.
La figure 5 représente à titre d'exemple le schéma d'une forme d'exécution du circuit 13 de la figure 3.
Ce circuit comporte deux compteurs 54 et 55, qui forment ensemble la mémoire 14 du circuit de la figure 3. Les entrées d'horloge CL de ces compteurs 54 et 55 sont reliées respectivement aux sorties de deux portes ET 56 et 57. Ces portes 56 et 57 ont chacune une première entrée qui reçoit le signal H de la sortie de l'oscillateur 8, non représenté dans cette figure, une deuxième entrée reliée à la sortie Q d'une bascule 59 de type T, et une troisième entrée reliée à la sortie Q d'une autre bascule, 60, également de type T.
Les portes 56 et 57 ont une quatrième entrée reliée directement, respectivement par l'intermédiaire d'un inverseur 65, à la sortie 52f d'un circuit à hystérèse qui sera décrit plus loin. Cette sortie 52f est en outre reliée à l'entrée d'horloge T de la bascule 59 et à une première entrée d'une porte NON-ET 71, dont une deuxième entrée est reliée à la sortie Q de la bascule 60.
La sortie Q de la bascule 59 est reliée à l'entrée d'horloge T de la bascule 60. La sortie Q de cette bascule 60 est reliée aux premières entrées d'une porte NON-ET 70 et d'une porte ET 522, ainsi qu'à l'entrée de commande de la porte de transmission 50 (figure 4). Cette sortie Q de la bascule 60 délivre le signal X mentionné ci-dessus.
Les entrées R de remise à zéro des bascules 59 et 60 ainsi que des compteurs 54 et 55 sont reliées à la sortie Q d'une bascule 371, de type T, qui forme un circuit temporisateur 37 avec un compteur 372 dont l'entrée d'horloge CL reçoit le signal J du diviseur de fréquence 9 (figure 3). L'entrée R de remise à zéro de la bascule 371 ainsi qu'une deuxième entrée de la porte 522 reçoivent également le signal H.
Les sorties des compteurs 54 et 55, qui sont désignées ensemble, pour chaque compteur, par la référence Si, sont reliées aux entrées de présélection de deux compteurs réversibles 66 et 67, désignées ensemble, pour chaque compteur également, par la référence Pi. Les entrées U/D de commande de sens de comptage de ces compteurs 66 et 67 reçoivent en permanence un signal logique « 1 •, de sorte que ces compteurs fonctionnent en permanence en décompteurs. Les entrées d'horloge CL de ces compteurs 66 et 67 sont reliées à la sortie de la porte 522.
L'entrée de commande de présélection PE du compteur 67 est reliée à la sortie d'une porte NON-ET 69 dont les entrées sont reliées respectivement aux sorties des portes 70 et 71. L'entrée de commande de présélection PE du compteur 66 est également reliée à la sortie de la porte 69, mais par l'intermédiaire d'un inverseur 68.
Les compteurs 66 et 67 comportent chacun une sortie C qui délivre une impulsion brève au moment où leur contenu atteint la valeur zéro. Ces sorties C sont reliées respectivement à deux entrées d'une porte OU 73, dont une troisième entrée est reliée à la sortie Q de la bascule 371. La sortie de cette porte 73 est reliée à l'entrée d'horloge T d'une bascule 710 de type T. La sortie Q de cette bascule 710 est reliée à une deuxième entrée de la porte 70, et son entrée R de remise à zéro est reliée, par l'intermédiaire d'un inverseur 711, à la sortie Q de la bascule 39 (figure 4) qui délivre le signal Z. Ce signal Z est également appliqué à une troisième entrée de la porte 522.
La sortie de la porte 69 délivre le signal de commande d'interruption M au circuit d'entraînement 12 (figures 3 et 4).
Le circuit à hystérèse 52 comprend, de manière classique, un amplificateur différentiel 52b, une source de tension de référence 52c et un diviseur de tension formé de deux résistances 52d et 52e. Ce diviseur de tension est branché entre l'entrée 52a du circuit 52, qui reçoit le signal S de la résistance de mesure 17 (figure 4), et la sortie de l'amplificateur 52b qui constitue la sortie 52f du circuit 52. L'entrée non inverseuse de cet amplificateur 52b est reliée au point de liaison des résistances 52d et 52e, et son entrée inverseuse est reliée à la sortie de la source de référence 52c.
Le gain de l'amplificateur 52b, les valeurs des résistances 52d et 52e ainsi que de la résistance 17, et la valeur de la tension de référence fournie par la source 52c sont choisis de manière que lorsque la porte de transmission 50 (figure 4) est bloquée et que le courant dans l'enroulement 11a croît, à partir de sa valeur zéro par exemple, la sortie 52f du circuit 52 passe à l'état « 1 à à l'instant où ce courant atteint la valeur iM définie ci-dessus et que, lorsque ce courant décroît à partir d'une valeur supérieure ou égale à cette valeur iM, cette sortie 52f du circuit 52 ne repasse à l'état « 0 » que lorsque ce courant atteint la valeur im également définie ci-dessus.
Le fonctionnement du circuit de la figure 5 va être maintenant décrit en détail à l'aide de la figure 5a dans le cas d'une impulsion motrice normale et à l'aide de la figure 5b dans le cas d'une impulsion motrice pendant laquelle de nouvelles valeurs de T1m et de T2m sont mesurées et mémorisées.
Il sera montré ci-dessous que, en fonctionnement normal, la sortie Q de la bascule 59 est à l'état « 0 » et la sortie Q de la bascule 60 est à l'état « 1 ». Le signal X est donc à l'état «1», la porte 50 (figure 4) est conductrice, et le signal S reste en permanence à la tension zéro. D'autre part, les portes 56 et 57 sont bloquées et les entrées CL des compteurs 54 et 55 sont maintenues à l'état « 0 ». En outre, la sortie de la porte 71 est à l'état « 1 », et la sortie de la porte 69, qui délivre le signal M, prend le même état que la sortie Q de la bascule 710.
Il sera également montré ci-dessous que l'état des sorties du compteur 54 correspond à un nombre exprimé en code binaire, désigné par N1 à la figure 5a, qui est égal au quotient de la durée T1 m définie ci-dessus (figure 2) divisée par la fréquence du signal H. De même, l'état des sorties du compteur 55 correspond à un nombre, également exprimé en code binaire, qui est désigné par N2 à la figure 5a et qui est égal au quotient de la durée T2m définie ci-dessus (figure 2) divisée par la fréquence du signal H.
Entre les impulsions motrices, le signal Z est à l'état « 0 ». La porte 522 est donc bloquée, et les entrées d'horloge CL des compteurs 66 et 67 sont à l'état « 0 ». L'entrée R de remise à zéro de la bascule 710 est à l'état « 1 », et la sortie Q de cette bascule 710 est donc à l'état « 0 ».
Pendant les impulsions motrices, le signal Z est à l'état « 1 ». L'entrée R de la bascule 710 est donc à l'état « 0 », et les impulsions du signal H, ayant une fréquence de 32 768 Hz, sont transmises aux entrées d'horloge CL des compteurs 66 et 67.
Lorsque la sortie Q de la bascule 710, et donc le signal M, sont à l'état « 0 », c'est-à-dire pendant chacune des impulsions élémentaires qui forment les impulsions motrices, l'entrée de commande de présélection PE du compteur 66 est à l'état « 1 ». Le contenu N1 du compteur 54 est donc imposé au compteur 66, qui reste bloqué dans cet état.
L'entrée de commande de présélection PE du compteur 67 est par contre à l'état « 0 », et ce compteur décompte les impulsions du signal H à partir d'un état correspondant, comme cela sera montré ci-dessous, au contenu N2 du compteur 55.
Lorsque le contenu de ce compteur 67 atteint la valeur zéro, la sortie C de ce compteur 67 délivre une impulsion brève, qui est appliquée à l'entrée T de la bascule 710 par l'intermédiaire de la porte 73. La sortie Q de cette bascule 710 passe à l'état « 1 », et le signal M passe donc également à l'état « 1 ».
Le circuit 12 (figure 4) interrompt l'impulsion motrice en cours en réponse à cet état « 1 du signal M. En outre, l'entrée de commande de présélection PE du compteur 67 passe à l'état « 1 », et le contenu N2 du compteur 55 est transféré dans le compteur 67, qui reste bloqué dans cet état. Enfin, l'entrée de commande de présélection PE du compteur 66 passe à l'état « 0 », et ce compteur commence à décompter les impulsions du signal H à partir de l'état qu'il a à cet instant, c'est-à-dire l'état correspondant au contenu N1 du compteur 54.
Lorsque le contenu du compteur 66 atteint la valeur zéro, la sortie C de ce compteur 66 délivre une impulsion brève qui est appliquée à l'entrée T de la bascule 710. La sortie Q de cette bascule 710 et le signal M repassent à l'état « 0 », et le processus décrit ci-dessus recommence, tant que la sortie du temporisateur 37 reste à l'état « 0 ».
La durée pendant laquelle le signal M reste à l'état « 0 », c'est-à-dire la durée T2 de chaque impulsion élémentaire, est égale au produit de la période du signal H par le nombre correspondant au contenu du compteur 67 à l'instant où le signal M passe à l'état « 0 ». Comme ce nombre est égal au nombre N2 correspondant au contenu du compteur 55, cette durée T2 est égale à la durée T2m définie ci-dessus. Un raisonnement semblable montre que la durée pendant laquelle le signal M reste à l'état « 1 », c'est-à-dire la durée T1 de chaque période d'interruption de l'impulsion motrice, est égale à la durée T1m définie ci-dessus.
Lorsque la sortie du compteur 372 passe à l'état « 1 », la sortie Q de la bascule 371 passe à l'état « 1 ». Cette sortie Q repasse à l'état « 0 » environ 15 microsecondes plus tard, en réponse au passage à l'état « 1 » du signal H. Cette impulsion, qui constitue un signal de recalibrage périodique désigné par RZ, met les compteurs 54 et 55 à zéro, et met les bascules 59 et 60 dans l'état où leurs sorties Q sont toutes deux à l'état « 0 ». Les portes 56, 57 et 522 sont donc bloquées, et les entrées d'horloge CL des compteurs 54, 55, 66 et 67 sont maintenues à l'état « 0 ». La sortie Q de la bascule 710 est par contre mise à l'état « 1 ». Les sorties des portes 70 et 71 sont toutes deux à l'état « 1 », et le signal M, présent à la sortie de la porte 69, est donc à l'état « 0 ».
Le signal Z passe également à l'état « 1 à à l'instant où la sortie du compteur 372 passe à l'état « 1 ». Comme le signal M est à l'état « 0 », le circuit d'entraînement 12 relie la source d'alimentation à l'enroulement 11a (figure 4). La porte de transmission 50 (figure 4) étant bloquée par le signal X qui est à l'état « 0 », le courant qui commence à circuler dans l'enroulement 11a passe également dans la résistance 17. Lorsque ce courant atteint pour la première fois la valeur iM, la sortie 52f du circuit à hystérèse 52 et la sortie Q de la bascule 59 passent à l'état « 1 ». Simultanément la sortie de la porte 71 passe à l'état « 0 », et le signal M passe à l'état « 1 ». Le circuit d'entraînement 12 interrompt donc la liaison entre la source d'alimentation 10 et l'enroulement 11a, et met ce dernier en court-circuit. Le courant qui circule dans cet enroulement 11a et dans la résistance 17 commence à diminuer.
En même temps, la porte 56 commence à laisser passer les impulsions du signal H, qui sont comptées par le compteur 54. Après un temps T1m qui ne dépend que des caractéristiques électriques et magnétiques du moteur, le courant dans l'enroulement 11a atteint la valeur im. A cet instant, la sortie 52f du circuit à hystérèse 52 passe à l'état « 0 ». La porte 56 est donc bloquée. Le contenu du compteur 54 à cet instant est égal au produit du temps T1 m et de la fréquence du signal H.
Simultanément, la sortie de la porte 71 repasse à l'état « 1 », et le signal M repasse à l'état « 0 ». Le circuit d'entraînement 12 rétablit donc la liaison de l'enroulement 11a avec la source d'alimentation 10, et le courant dans cet enroulement 11a recommence à augmenter. En outre, la porte 57 commence à laisser passer les impulsions du signal H, qui sont comptées par le compteur 55. En même temps, l'entrée de commande de présélection PE du compteur 66 passe à l'état « 1 », et le contenu du compteur 54 est transféré dans ce compteur 66 qui reste bloqué dans cet état.
Après un temps T2m qui dépend à la fois des caractéristiques électriques et magnétiques de l'enroulement 11a et de la force électromotrice. V de la source d'alimentation 10 et de sa résistance interne R^*, le courant dans l'enroulement 11a atteint pour la deuxième fois la valeur iM. A cet instant, la sortie 52f du circuit à hystérèse 52 repasse à l'état « 1 ». La sortie Q de la bascule 59 repasse donc à l'état « 0 », et la sortie Q de la bascule 60 passe à l'état « 1 ». La porte 57 est bloquée par l'état « 0 » de la sortie Q de la bascule 59. A cet instant, le contenu du compteur 55 est égal au produit du temps T2m et de la fréquence du signal H.
La sortie de la porte 71 est mise à l'état « 1 » par l'état « 0 » de la sortie Q de la bascule 60. Depuis cet instant, le signal M redevient dépendant de l'état de la sortie Q de la bascule 710, qui est l'état « 1 » à cet instant. Le circuit d'entraînement 12 interrompt donc l'impulsion motrice.
Les portes 56 et 57 sont bloquées par l'état « 0 de la sortie a de la bascule 60. La porte de transmission 50 (figure 4) est par contre rendue conductrice par l'état « 1 » de la sortie Q de cette bascule 60, et court-circuite la résistance 17. Le signal S redevient donc égal à zéro.
La sortie Q de la bascule 60 étant à l'état « 1 », la porte 522 laisse passer les impulsions du signal H. Ces impulsions sont décomptées par le compteur 66 dont l'entrée de commande de présélection PE est à l'état « 0 ».
A partir de cet instant, le circuit de la figure 5 fonctionne comme cela a été décrit ci-dessus. Le signal M prend alternativement l'état « 1 et l'état « 0 pendant des temps T1 et T2 qui sont égaux, respectivement, aux temps T1 m et T2m mesurés de la manière décrite ci-dessus. Comme le temps T2m dépend directement de la tension V de la source d'alimentation 10 et/ou de sa résistance interne R^*, le taux de hachage des impulsions motrices dépend également de ces grandeurs.
Le circuit de la figure 5 permet donc bien de mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus.
Il est évident que de nombreuses modifications pourraient être apportées à ce circuit de la figure 5 sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Par exemple, la fréquence du signal H, qui détermine la précision avec laquelle les temps T1 m et T2m sont mesurés pourrait être choisie à une valeur différente. D'autre part, toujours par exemple, le compteur 372 pourrait être supprimé. Le signal J serait alors directement appliqué à l'entrée T de la bascule 371. La détermination du taux de hachage Ha serait donc faite dans ce cas au début de chaque impulsion motrice.

Claims

1. Procédé de commande d'un moteur pas à pas ayant un enroulement (11 a) et un rotor (1a) couplé magnétiquement audit enroulement (11a), consistant à appliquer audit enroulement (11a) une impulsion motrice constituée par une suite d'impulsions élémentaires pendant lesquelles ledit enroulement (11a) est relié à une source d'alimentation (10) ayant une première et une deuxième grandeur caractéristique constituées respectivement par sa force électromotrice (V) et par sa résistance interne (R^*), lesdites impulsions élémentaires étant séparées les unes des autres par des périodes d'interruption pendant lesquelles ledit enroulement (11a) est séparé de ladite source d'alimentation (10), caractérisé par le fait que les périodes d'interruption suivant la première desdites périodes d'interruption ont toutes une première durée (T1) proportionnelle à un premier nombre mémorisé (N1), et les impulsions élémentaires suivant la deuxième desdites impulsions élémentaires ont toutes une deuxième durée (T2) proportionnelle à. un deuxième nombre mémorisé (N2), et qu'il consiste en outre à déterminer ledit premier nombre mémorisé (N1) au cours de ladite première période d'interruption et ledit deuxième nombre mémorisé (N2) au cours de ladite deuxième impulsion élémentaire en fonction de la valeur d'au moins une desdites grandeurs caractéristiques (V, R^*).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à déterminer ledit premier (N.1) et ledit deuxième nombre mémorisé (N2) en connectant ladite source (10) et ledit enroulement (11a) au début de ladite impulsion motrice, en détectant un premier instant (t1) qui est celui où le courant (i) circulant dans l'enroulement (11a) atteint pour la première fois une première valeur prédéterminée (iM), en déconnectant ladite source (10) dudit enroulement (11a) et en mettant ce dernier sensiblement en court-circuit à partir dudit crémier instant (t1), en détectant un deuxième instant (t2) Qui est celui où ledit courant (i) atteint une deuxième valeur prédéterminée (im) inférieure à ladite première valeur prédéterminée (iM) pour la première fois après ledit premier instant (t1), en mesurant un premier laps de temps (T1 m) qui s'écoule entre ledit premier instant (t1) et ledit deuxième instant (t2), en supprimant ledit court-circuit et en reconnectant ladite source (10) et ledit enroulement (11a) à partir dudit deuxième instant (t2), en détectant un troisième instant (t3) qui est celui où ledit courant (i) atteint pour la deuxième fois ladite première valeur prédéterminée (iM), en mesurant un deuxième laps de temps (T2m) qui s'écoule entre ledit deuxième instant (t2) et ledit troisième instant (t3), et en donnant audit premier nombre mémorisé (N1) une valeur proportionnelle à la valeur dudit premier laps de temps (T1m) et audit deuxième nombre mémorisé (N2) une valeur proportionnelle à la valeur dudit deuxième laps de temps (T2m), les facteurs de proportionnalité entre lesdits nombres mémorisés (N1, N2) et lesdites première et deuxième durées (T1, T2) d'une part, et entre lesdits nombres mémorisés (N1. N2) et lesdits premier et deuxième laps de temps (T1 m, T2m) d'autre part étant tous égaux.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il constitue en outre à appliquer audit enroulement une deuxième impulsion motrice constituée par une pluralité d'impulsions élémentaires ayant toutes ladite première durée (T1) et séparées par des périodes d'interruption ayant toutes ladite deuxième durée (T2).

4. Dispositif de commande d'un moteur pas à pas ayant un enroulement (11a) et un rotor (1a) couplé magnétiquement audit enroulement (11a), comportant :

une source d'alimentation (10) ayant une première et une deuxième grandeur caractéristique constituées respectivement par sa force électromotrice (V) et par sa résistance interne (R^*) ;

des moyens (8, 9) pour produire un signal de commande (J) chaque fois que le rotor (1a) doit tourner d'un pas ; et

des moyens (12 à 15 ; 39, 43 à 47, 54, 55, 66, 67, 710) répondant audit signal de commande (J) pour produire et pour appliquer audit enroulement (11a) une impulsion motrice constituée par une pluralité d'impulsions élémentaires pendant lesquelles ledit enroulement (11a) est relié à ladite source d'alimentation (10), lesdites impulsions élémentaires étant séparées les unes des autres par des périodes d'interruption pendant lesquelles ledit enroulement (11a) est séparé de ladite source d'alimentation (10), caractérisé par le fait que lesdits moyens (12 à 15 ; 39, 43 à 47, 54, 55, 66, 67, 710) pour produire et pour appliquer audit enroulement (11a) ladite impulsion motrice comportent des moyens (14 ; 54, 55) pour mémoriser un premier (N1) et un deuxième nombre (N2), des moyens (12,13,15 ; 39, 43 à 47, 66, 67, 710) pour. donner aux périodes d'interruption suivant la première desdites périodes d'interruption une durée (T1) proportionnelle audit premier nombre mémorisé (N1) et aux impulsions élémentaires suivant la deuxième desdites impulsions élémentaires une durée (T2) proportionnelle audit deuxième nombre mémorisé (N2), et par le fait que le dispositif comporte en outre des moyens (37, 52, 56, 57, 59, 60) répondant audit signal de commande (J) pour déterminer ledit premier nombre mémorisé (N1) au cours de ladite première période d'interruption et ledit deuxième nombre mémorisé (N2) au cours de ladite deuxième impulsion élémentaire en fonction de la valeur d'au moins une desdites grandeurs caractéristiques (V, R^*).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits moyens (14 ; 54, 55) pour mémoriser un premier (N1) et un deuxième nombre (N2) comportent un premier compteur (54) dont l'état représente ledit premier nombre (N1) et un deuxième compteur (55) dont l'état représente ledit deuxième nombre (N2), et par le fait que lesdits moyens (37, 52, 56, 57, 59, 60) pour déterminer ledit premier (N1) et ledit deuxième nombre (N2) comportent :

des moyens (37) pour produire un signal de recalibrage (RZ) au début de l'impulsion motrice ;

des moyens (52) pour produire un signal de mesure avec un premier état lorsque le courant (i) circulant dans ledit enroulement (11a) atteint en croissant une première valeur prédéterminée (iM) et avec un deuxième état lorsque ce courant (i) atteint en décroissant une deuxième valeur prédéterminée (im) inférieure à ladite première valeur prédéterminée (iM) ;

des moyens (59, 60) pour provoquer successivement la liaison dudit enroulement (11a) et de ladite source d'alimentation (10) en réponse audit signal de recalibrage (RZ), l'interruption de cette liaison à un premier instant (t1) qui est celui où ledit signal de mesure prend son premier état pour la première fois après ledit signal de recalibrage (RZ) et, à nouveau, la liaison dudit enroulement (11a) et de ladite source d'alimentation (10) à un deuxième instant (t2) qui est celui où ledit signal de mesure prend son deuxième état pour la première fois après ledit premier instant (t1) ;

des moyens (56) pour fournir audit premier compteur (54) un premier nombre d'impulsions proportionnel à un premier laps de temps (T1m) qui s'écoule entre lesdits premier (t1) et deuxième instants (t2), ledit premier nombre (N1) étant ainsi proportionnel audit premier laps de temps (Tl m) après ledit deuxième instant (t2) ; et

des moyens (57) pour fournir audit deuxième compteur (55) un deuxième nombre d'impulsions proportionnel à un deuxième laps de temps (T2m) qui s'écoule entre ledit deuxième instant (t2) et un troisième instant (t3) qui est celui où ledit signal de mesure prend pour la deuxième fois son premier état, ledit deuxième nombre (N2) étant ainsi proportionnel audit deuxième laps de temps (T2m) après ledit troisième instant (t3) ; les facteurs de proportionnalité entre lesdits nombres mémorisés (N1, N2) et lesdites première et deuxième durées (T1, T2) d'une part, et entre lesdits nombres mémorisés (N1, N2) et lesdits premier et deuxième laps de temps (Tlm, T2m) d'autre part étant tous égaux.