FR2648289A1 - Procede et dispositif de controle d'un moteur pas-a-pas - Google Patents

Abstract

Le dispositif de contrôle comporte au moins deux bornes d'entrée B1, B2 destinées à être reliées à deux liaisons C21, C22 entre le circuit de commande et le circuit de puissance alimentant un moteur pas-à-pas à partir d'une tension continue hachée par un signal d'horloge, lesdites liaisons intéressant le même enroulement ou " phase " E2 du moteur pas-à-pas, et un moyen 1, 3 pour filtrer la différence de potentiel entre ces deux liaisons par rapport au signal d'horloge.

Description

Procédé et dispositif de contrôle d'un moteur pas à pas.

L'invention concerne les moteurs pas à pas. Elle vise en parti-

culier, mais non exclusivement, les petits moteurs de ce genre susceptibles d'être associés à un réducteur, pour former un

motoréducteur pas à pas.

Il est connu de hacher une tension d'alimentation continue par un signal d'horloge, avant de l'appliquer aux différents enroulements ou "phases" du moteur pas à pas. En effectuant

une régulation par largeur d'impulsion (P.W.M.), on réalise.

une commande à courant constant de ces enroulements ou "pha-

ses". Utilisés dans leur domaine de fonctionnement, les moteurs pas à pas remplacent avantageusement le couple moteur à courant

continu/détecteur de position, la position du rotor étant con-

nue à tout instant.

Toutefois, les moteurs pas à pas demeurent rares dans certaines applications, comme celles des équipements automobiles. Ceci

tient aux conditions difficiles rencontrées: tension d'alimen-

tation continue variable, par exemple de 9 à 16 Volts; tempéra-

ture variable de - 30 à + 80 C; trépidations, notamment, qui

font que des risques significatifs d'erreur de pas subsistent.

La présente invention a pour but d'apporter une solution à

ce problème.

L'invention s'applique à la situation o un moteur pas à pas possède des enroulements ou phases qui sont alimentés à partir

d'une tension continue, hachée par un signal d'horloge, à tra-

vers un circuit de commande et un circuit de puissance, avec une boucle de réaction qui ramène vers le circuit de commande la valeur efficace du courant appliquée aux enroulements par

le circuit de puissance. La notion de valeur efficace est ap-

pliquée ici pour définir une valeur moyenne, débarrassée des

effets du hachage par le signal d'horloge.

Selon une caractéristique essentielle de l'invention, on sur- veille, sur l'une au moins des liaisons entre le circuit de commande et le circuit de puissance, les variations de tension existantes, filtrées par rapport au signal d'horloge qui les hache.

En effet, la Demanderesse a observé que l'allure de ces varia-

tions de tension, qui se présentent a priori sous une forme difficilement exploitable, peut néanmoins être utilisée pour obtenir des informations sur des fonctionnements anormaux du

moteur pas à pas.

L'invention offre également différentes variantes de ce procédé de contrôle d'un moteur pas à pas, lequel peut s'appliquer

notamment dans le contexte difficile des équipements automo-

biles.

L'invention offre aussi un dispositif de contrôle d'un mo-

teur pas à pas, qui comporte deux bornes d'entrée destinées à être reliées à deux liaisons entre le circuit de commande et le circuit de puissance, lequel alimente le moteur pas à

pas à partir d'une tension continue hachée par un signal d'hor-

loge, étant observé que ces deux liaisons intéressent le même

enroulement ou phase du moteur pas à pas. Ce dispositif com-

prend un moyen pour filtrer la différence de potentiel entre

ces deux liaisons par rapport au signal d'horloge.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa-

raitront à l'examen de la description détaillée ci-après, et

des dessins annexés, sur lesquels:

- la figure 1 est un schéma de principe d'un montage de comman-

de d'un motoréducteur pas à pas bipolaire incorporant la pré-

sente invention;

- les figures 2A et 2B sont deux diagrammes temporels illus-

trant les courants dans l'un des enroulements, pour deux ten-

sions d'alimentation très différentes;

- les figures 3A et 3B sont deux diagrammes temporels illus-

trant la tension en un point du montage selon la présente in-

vention, respectivement pour une situation de fonctionnement synchrone normal ou de fonctionnement anormal du moteur pas à pas;

- les figures 4A et 4B sont deux diagrammes temporels repré-

sentant la tension en un autre point du montage de l'inven-

tion, respectivement pour une situation de fonctionnement nor-

mal et pour une situation de fonctionnement anormal du motoré-

ducteur pas à pas; et

- les figures 5A à 5C illustrent de façon globale le fonc-

tionnement du dispositif selon l'invention.

Les dessins annexés comportent pour l'essentiel des éléments de caractère certain. En conséquence, ils sont à considérer

comme incorporés à la description, et pourront servir non seu-

lement à mieux faire comprendre celle-ci, mais aussi contribuer

à la définition de l'invention, le cas échéant.

Sur la figure 1, un motoréducteur pas à pas bipolaire MP, qui possède deux enroulements ou phases E1 et E2, est commandé par un circuit de puissance CP, qui reçoit une tension continue

d'alimentation telle que la tension VB d'une batterie. Le cir-

cuit de puissance est piloté par un circuit de commande CC, qui reçoit deux signaux d'entrée logiques, à savoir un signal

EN qui autorise le fonctionnement du motoréducteur, et un si-

gnal SENS qui définit son sens de rotation.

Un signal CLK, (du type signal d'horloge) qui représente le nombre de pas commandés pour le motoréducteur MP, est fourni au circuit CC et sert d'information de retour.

Les circuits CP et CC peuvent être respectivement les modè-

les L293 et L297 vendus par la société S G S.

Il est connu d'associer au circuit de commande CP deux résis-

tances R10 et R20, qui assurent le retour vers la masse des courants des enroulements El et E2. Ainsi, les tensions aux bornes des résistances R10 et R20 sont représentatives des courants d'enroulement. Deux liaisons D10 et D20 retransmettent

cette information au circuit de commande CC, qui va alors pilo-

ter par deux paires de fils Cll, C12, respectivement C21, C22 le circuit de puissance CP de façon qu'il applique des courants constants de commande respectivement à l'enroulement El par les lignes Pll, P12 et à l'enroulement E2 par les lignes P21,

P22.

Les figures 2A et 2B illustrent la forme des courants d'en-

roulement pour des tensions de batterie de 16 Volts et de 9 Volts, respectivement. Sur ces deux figures, la flèche marque

le début de l'excitation d'un enroulement.

A la tension de 16 Volts, on observe une montée rapide du cou-

rant, suivie d'un hachage de celui-ci, jusqu'à l'excitation

suivante du même enroulement.

Pour une tension d'alimentation de 9 Volts (figure 2B), le courant de commande met beaucoup plus longtemps à s'établir, et cet établissement est suivi d'une phase de hachage un peu

plus espacée, jusqu'à la nouvelle excitation de la même phase.

Ces figures 2A et 2B concernent un fonctionnement normal c'est-à-dire respectant le synchronisme, du motoréducteur pas à pas. C'est le cas o le nombre de pas commandé est égal au

nombre de pas effectués.

L'allure du courant de commande prend une forme beaucoup plus complexe lorsque le motoréducteur pas à pas se trouve dans une situation anormale, telle qu'une perte de synchronisme

ou un saut de pas pour une raison quelconque.

La Demanderesse a observé que, dans les cas o intervient un dysfonctionnement du motoréducteur, l'allure qualitative et

quantitative du courant de phase est modifiée.

Les expérimentations conduites par la Demanderesse l'ont amenée

à observer la différence de potentiel entre les lignes de com-

mande telles que C21 et C22, existant entre le circuit de com-

mande CC et le circuit de puissance CP.

De façon a priori inattendue, il s'est avéré possible, sous réserve d'un traitement convenable de ce signal, de s'en servir pour identifier les dysfonctionnements du moteur pas à pas, et même aller jusqu'à délivrer un signal sous forme logique

représentant la position temporelle de tels dysfonctionnements.

Le montage illustré en partie basse de la figure 1 permet de

réaliser cette fonction.

Ce montage comporte deux bornes d'entrée B1 et B2 respecti-

vement connectées aux lignes C21 et C22, et aboutissant aux

deux entrées d'une porte NON-ET 1. Celle-ci effectue la somma-

tion logique des signaux présents sur les lignes C21 et C22, ce qui est équivalent à en prendre la différence de potentiel avec écrêtage, et inversion logique, puisqu'il s'agit d'une

porte NON-ET.

La figure 3A illustre, pour une tension de batterie de

16 Volts, l'allure du signal de sortie de la porte NON-ET pen-

dant l'excitation d'une phase du moteur pas à pas, pour un

fonctionnement synchrone normal de celui-ci.

En cas de dysfonctionnement, la sortie de la porte NON-ET est

modifiée, comme visible sur la figure 3B, o il apparaît notam-

ment une plage P3B pendant laquelle la sortie de la porte

NON-ET est hachée de manière plus espacée.

Le signal de sortie de cette porte NON-ET est appliqué à un filtre passebas 3, qui peut être simplement constitué d'une résistance 30 et d'une capacité 31 allant vers la tension

d'alimentation négative V- pour les circuits logiques.

La figure 4A illustre le signal de sortie de ce filtre pour

le fonctionnement normal de la figure 3A.

Au début de l'excitation de l'enroulement E2 du moteur, la tension aux bornes de la capacité 31 monte rapidement. Elle décroît ensuite progressivement, d'une façon modulée par des résidus du signal d'horloge, jusqu'à descendre à une valeur relativement moyenne, au moment o l'enroulement en question

sera à nouveau excité.

Par contre, et c'est là une observation fondamentale à la base de l'invention, en présence d'un dysfonctionnement du moteur pas à pas, la tension de sortie du filtre 3 (figure 4B) va monter à peu près de la même manière, mais descendre beaucoup plus rapidement, pour remonter au niveau de la phase P3B de la figure 3B, et suivre ensuite des variations relativement erratiques correspondant à un hachage également erratique du

courant d'alimentation, en raison du dysfonctionnement.

Il est alors possible de définir une valeur de seuil VS, située en dessous des niveaux normalement atteints par le signal de sortie du filtre 3 en fonctionnement synchrone normal, mais qui sera au contraire franchi vers le bas en présence d'un

dysfonctionnement du moteur pas à pas.

Et il s'est avéré possible de définir la limite inférieure VS en fonction du cahier des charges de l'application voulue

pour le moteur pas à pas, dans les conditions de fonction-

nement normal du motoréducteur.

Il est maintenant fait référence à la figure 5, qui illustre consécutivement un fonctionnement synchrone et une perte de

synchronisme sur l'une des phases du moteur.

La ligne 5A de la figure 5 illustre la sortie de la porte NON-ET 1. La ligne 5B illustre le signal d'horloge (non pas pour le hachage, mais pour la commande du moteur pas à pas), et il est rappelé sur cette figure que chaque enroulement n'est

excité que tous les deux pas.

La figure 5C fait apparaitre que la sortie d'un comparateur

fixé sur la tension de seuil VS passera au niveau bas en cor-

respondance temporelle des instants de perte de synchronisme

du moteur pas à pas.

Si l'on revient maintenant à la figure 1, un tel comparateur peut comporter une résistance 51 allant vers l'entrée non

inverseuse d'un amplificateur différentiel 50, muni d'une ré-

sistance de réaction 52. L'entrée inverseuse de l'amplificateur 50 est reliée à un pont diviseur de tension comportant une

résistance fixe 53 et une résistance ajustable 54, avec décou-

plage par un condensateur 55. La résistance 54 est ajustée

pour appliquer à l'entrée inverseuse du comparateur 50 la ten-

sion de seuil VS définie plus haut.

Selon la technique antérieure, la commande du circuit CC s'ef-

fectue par exemple à partir d'un microprocesseur UCT, qui four-

nit les signaux EN et SENS et fournit et/ou reçoit le signal

CLK représentant les pas commandés par le circuit CC.

A l'aide du montage selon l'invention, il recevra en outre sur son entrée BEF un signal de sortie du comparateur 5, qui lui permettra de savoir quels sont les pas non exécutés par

le moteur pas à pas MP.

Cette disposition est très intéressante en ce qu'elle permet

l'usage de moteurs pas à pas et en particulier de motoréduc-

teurs pas à pas dans des applications telles que celles des équipements automobiles, d'o ils étaient jusqu'à présent d'un fonctionnement très délicat compte tenu de l'environnement difficile: tension de batterie très variable, température

très variable, vibrations, notamment.

Avec le dispositif selon l'invention, il devient possible d'u-

tiliser un moteur et/ou un motoréducteur pas à pas dans un

tel contexte.

En outre, le dispositif selon l'invention permet de quanti-

fier la course totale de l'organe commandé par le motoréduc-

teur, par un parcours préliminaire entre butées de cette cour-

se, et un comptage du nombre de pas réels impliqués, et ce

à tout moment.

Après cela, il devient possible de commander avec précision

la position de tout organe, ou de détecter un surcouple rencon-

tré dans la commande d'un tel organe, qui peut être relié par exemple à la présence d'un obstacle sur la course de l'organe commandé.

Mieux encore, le motoréducteur pas à pas devient ainsi un ac-

tionneur capable de communiquer à distance sa position, ou d'indiquer une ou plusieurs anomalies de fonctionnement, à un système de contrôle ou de commande physiquement séparé du

motoréducteur pas à pas, et de préférence articulé sur un mi-

croprocesseur.

Bien que les phénomènes en cause ne soient pas encore tota-

lement compris, il semble que l'existence d'une boucle de réac-

tion entre le circuit de puissance et le circuit de commande

soit nécessaire à la mise en oeuvre de l'invention. Le disposi-

tif de l'invention fonctionne bien lorsque cette boucle est utilisée de manière à réaliser une commande en courant constant des enroulements du moteur pas à pas. Mais il semble qu'elle puisse également fonctionner dans des conditions autres qu'une

telle commande à courant constant.

Par ailleurs, les essais conduits jusqu'à présent ont été prin-

cipalement effectués sur des motoréducteurs, qui possèdent

la particularité d'introduire un certain jeu au niveau de l'ar-

bre du moteur pas à pas, du fait de la présence du réducteur, lorsque l'organe commandé est bloqué. Sans qu'on puisse en être certain, il semble que l'existence d'un tel jeu, dû au

motoréducteur ou à une autre cause, intervienne dans le fonc-

tionnement du dispositif selon l'invention.

Par ailleurs, il est suffisant pour certaines applications

de surveiller seulement deux des lignes de commande intéres-

sant un motoréducteur pas à pas bipolaire. On peut bien entendu surveiller les quatre lignes de commande d'un tel motoréducteur

pas à pas. L'invention peut aussi s'appliquer à des motoréduc-

teurs pas à pas possédant plus de deux enroulements, éventuel-

lement en multipliant là aussi le nombre de lignes de commande surveillées.

Claims (10)

Revendications.

1. Procédé de contrôle d'un moteur pas à pas, dans lequel les enroulements ou phases (El, E2) du moteur pas à pas (MP) sont alimentés à partir d'une tension continue (VB), hachée par un signal d'horloge, à travers un circuit de commande (CC) et un circuit de puissance (CP), avec une boucle de réaction (R10, R20; D10, D20) qui ramène vers le circuit de commande la valeur efficace du courant appliqué aux enroulements par le circuit de puissance,

caractérisé en ce qu'on surveille, sur l'une au moins des liai-

sons (C21, C22) entre le circuit de commande et le circuit de puissance, les variations de tension existantes, filtrées

par rapport au signal d'horloge qui les hache.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que

le circuit de commande (CC) est agencé pour piloter le cir-

cuit de puissance en courant constant d'enroulement.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractéri-

sé en ce que le moteur pas à pas (MP) est suivi d'un réduc-

teur, formant ainsi un motoréducteur pas à pas.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé

en ce que l'on compare lesdites variations de tension filtrées

à un seuil.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que

l'information de comparaison est mise en forme logique.

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caracté-

risé en ce que l'on commande le moteur pas à pas pour faire effectuer à l'organe même une course totale entre butées, ce qui permet de quantifier cette course totale pour en parcourir

ensuite toute fraction désirée, ou bien pour détecter des sur-

couples ou la présence d'obstacles, intervenant pendant la

course normale.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite information de comparaison, interprétée selon la course normale, est transmissible à distance, ce qui permet au moteur

ou motoréducteur pas à pas de fonctionner en actionneur comman-

dé à distance.

8. Dispositif de contrôle d'un moteur pas à pas, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux bornes d'entrée (B1, B2) destinées à être reliées à deux liaisons (C21, C22) entre le circuit de commande et le circuit de puissance alimentant un moteur pas à pas à partir d'une tension continue hachée par un signal d'horloge, lesdites liaisons intéressant le même enroulement ou "phase" (E2) du moteur pas à pas, et un moyen (1, 3) pour filtrer la différence de potentiel entre ces deux

liaisons par rapport au signal d'horloge.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un comparateur (5) branché à la sortie du moyen de filtrage, et opérant par rapport à une tension de référence représentative d'un fonctionnement normal du moteur

pas à pas.

10. Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, carac-

térisé en ce que le moyen de filtrage comprend une porte logi-

que inverseuse à deux entrées (1), suivie d'un filtre passe-bas

du type R-C (30, 31).