Brevet FR2069965A1 — publié le 19710910

u 2069965 La présente invention se rapporte à des dispositifs logiques de commande pour moteurs électriques pas-à-pas et peut être appliquée dans les dispositifs de commande de machines pour l'usinage des métaux, et en particulier pour une machine d'oxycoupage. 5 On connaît déjà des dispositifs logiques de commande pour mo teurs pas-à-pas comportant un bloc de mémoire, qui établit la séquence de branchement des enroulements de phase du moteur électrique, et des amplificateurs de sortie commutant les courants de phase. 10 De tels dispositifs n'assurent pas le mouvement progressif des moteurs électriques pas-à-pas, ce qui nuit aux conditions d'exploitation de ces derniers. L'amélioration de l'uniformité du mouvement d'un moteur électrique pas-à-pas est obtenue en réduisant son pas par la modification par paliers des courants de phase du 15 moteur électrique. On connaît également des dispositifs de commande pour moteur électrique pas-à-pas à division artificielle du pas de déplacement, obtenu par l'intermédiaire d'un moteur électrique de commande faisant tourner un transformateur rotatif. Les signaux décommande de ce dernier attaquent les entrées d'amplificateurs qui 20 alimentent les enroulements de phases du moteur électrique pas-à-pas. Les inconvénients de ces dispositifs résident dans la vitesse réduite du moteur électrique pas-à-pas dont la puissance est limitée par les possibilités fréquent!elles du moteur électrique pas-à-pas d'asservissement, ainsi que dans leur fiabilité insuffisante. 25 La présente invention a pour but la création d'un dispositif logique pour commander un moteur électrique pas-à-pas ne comportant pas les inconvénients indiqués ci-dessus. L'invention a pour objet un dispositif logique de commande d'un moteur électrique pas-à-pas, qui, grâce à la modification par 30 paliers de chacun des courants de phase, en transformant les bits d'un code binaire en valeurs analogiques des courants de phase, et à leur commutation appropriée, assure le mouvement progressif d'un moteur électrique pas-à-pas, ce dispositif étant sûr en service. Le dispositif logique de commande d'un moteur électrique pas-35 à-pas, comportant un bloc de mémoire qui établit la séquence de branchement des enroulements de phase du moteur électrique, et des amplificateurs de sortie commutant les courants de phase, est caractérisé en ce qu'il comporte également des convertisseurs numérique-analogique du code binaire en courant électrique, dont les sor-40 ties sont raccordées aux enroulements de phase du moteur électrique 1 BAD OR'GINAt 69 43657 2069965 pas-à-pasr et les entrées de bits de chacun d'eux étant raccordées à des sorties de bits correspondantes d'un compteur binaire réversible correspondant d'un bloc de mémoire, lesdits compteurs coopérant de manière à commuter simultanément deux enroulements de phase, le 5 courant augmentant par paliers dans l'un d'eux tandis qu'il diminue par paliers dans l'autre, les autres enroulements étant débranchés. Il est avantageux de réaliser les compteurs binaires réversibles de façon que leurs bits de même rang soient formés par un seul élément possédant plusieurs états stables, en nombre égal au nombre 10 de phases du moteur électrique pas-à-pas, et que tous les éléments forment un bloc de comptage unique dont les sorties de~bits sont constituées par les sorties de chaque inverseur des éléments et dont les sorties de bits de même rang soient assemblées en groupes raccordés aux entrées correspondantes des convertisseurs numérique-15 analogique et que, pour assurer l'accroissement par paliers du courant dans l'un des enroulements de phase et la diminution du courant dans l'autre, dans chaque bit, un déclenchement soit provoqué par les mêmes inverseurs de l'élément, qui se rapportent aux enroulements mentionnés, tandis que les autres sorties de ces éléments-20 soient inhibées par un ensemble de verrouillage. L'ensemble de verrouillage peut comporter un registre en anneau réversible de décalage d'une unité logique, dont le nombre de bits est égal au nombre de phases du moteur électrique pas-à-pas et possédant des sorties zéro séparées qui sont raccordées aux sorties 25 de bits du bloc de comptage à travers des circuits "ET", les sorties unitaires du registre étant raccordées aux entrées d'interdiction des inverseurs des éléments à plusieurs états stables et aux conducteurs d'inversion du bloc de comptage de manière que lorsqu'-apparaît un ".1" à la sortie du registre, il soit formé un compteur 30 propre réversible composé par les inverseurs voisins de chaque bit du bloc de comptage. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : 35 - la Fig. 1 représente les diagrammes des courants de phase dans les enroulements de phase du moteur électrique en fonction du t emp s ; - la Fig. 2 est un schéma synoptique du dispositif logique de commande pour moteur électrique pas-à-pas selon l'invention; 40 - la Fig. 3 est un schéma synoptique du dispositif logique de iAD ORIGINAL 69 43657 3- 2069965 commande dans lequel le bloc de comptage est réalisé, selon l'invention, avec des éléments à plusieurs états stables; - la Fig. 4 est un schéma synoptique d'un dispositif logique de commande avec un ensemble de verrouillage en forme de registre 5 réversible en anneau, selon l'invention. Le dispositif logique de commande pour moteur électrique pas-à-pas décrit réalise la modification par paliers du courant de phase et la commutation des enroulements de phase d'un moteur électrique pas-à-pas. On examinera ci-dessous un moteur électrique tripha-10 sé, mais il est entendu que l'exposé est valable pour un moteur électrique avec un nombre de phases quelconque. Le dispositif logique fonctionne de façon telle que, si au cours d'un pas 1^ du moteur électrique, le courant I1 dans la première phase de l'enroulement (Fig. 1a) augmente par paliers, et si dans la troisième phase 15 de l'enroulement, le courant (Fig. 1cJ diminue par paliers, le courant 1^ (Fig. 1bJ dans le second enroulement qui est débranché est égal à zéro. Au cours du pas 1^ suivant du moteur électrique, le courant 1^ (Fig. la) diminue par paliers, tandis que le courant s'accroît par paliers (Fig. 1b) et le courant (Fig. 1jc) est 20 égal à zéro; il en résulte que le courant ne traverse simultanément que deux enroulements du moteur électrique et alors que dans les autres enroulements, ce courant est égal à zéro. Pour réaliser cette loi de commande, le dispositif possède, selon l'invention, des convertisseurs numérique-analogique 1, 2 et 25 3 (Fig. 2) du code binaire en courant électrique, dont les sorties sont raccordées aux enroulements de phase 4, 5 et 6 du moteur électrique, et un bloc de mémoire qui se compose de compteurs binaires réversibles 7> 8 et 9, dont les sorties de bits 10, 11 et 12 sont raccordées aux entrées de bits correspondants des convertisseurs 30 numérique-analogique 1, 2 et 3. Les compteurs réversibles 7, 8 et 9 sont commandés par un bloc de commande 13^ Afin de simplifier le schéma et d'augmenter la fiabilité du dispositif, les compteurs binaires réversibles de celui-ci sont réalisés avec des éléments à plusieurs états stables, chaque élé-35 ment 14, 15, 16 et 17 (Fig. 3) plaçant simultanément tous les compteurs au même rang. Le nombre d'états stables de chaque élément est choisi égal au nombre de phases du moteur électrique pas-à-pas. Tous les éléments ik à 17 forment un bloc compteur unique 18 dont les sorties sont les sorties d'inverseurs 19» 20 et 21 des éléments. ko Sur la Fig. 3 on a donné un exemple de réalisation d'un bloc de 69 43657 comptage à quatre bits. Les sorties de bits de même rang du bloc de comptage 18 sont assemblées en groupes 22, 23 et 24 dont chacun est raccordé au convertisseur numérique-analogique correspondant 1, 2 ou 3. Aux sorties correspondantes des éléments 14 à 17 du bloc de 5 comptage 18 est raccordé un ensemble 25 de verrouillage. L'ensemble de verrouillage comporte un registre en anneaux réversible de décalage d'une unité logique, et est réalisé avec un élément à plusieurs états stables. Le nombre de bits du registre est égal au nombre de phases du moteur électrique, et dans l'exem-10 pie donné, il est égal à 3- Le registre possède des sorties zéro séparées, qui sont raccordées aux sorties de bits du bloc de comptage. Sur la Fig, k est représenté un bit "1" du bloc de comptage avec des inverseurs 19', 20' et 21'. La sortie de l'inverseur 19' est raccordée à l'entrée d'un circuit "ET" 26, dont les autres en-15 trées sont raccordées aux autres sorties de bits des inverseurs 19 (Fig. 3)- La sortie du circuit "ET" 26 èst raccordée aux entrées de circuits "ET" 27 et 28 qui sont les sorties zéro du registre de décalage, la sortie du premier de ces circuits étant raccordée à l'entrée 29 d'un circuit "OU" 30 du registre de décalage, alors que 20 la sortie du second circuit est connectée à l1 entrée -31 d'un circuit "OU" 32 du registre. De même, la sortie de bits "1" de l'inverseur 20' du bloc de comptage est raccordée au circuit "ET" 33 dont la sortie est raccordée respectivement par l'intermédiaire de circuits "ET" jk et 35 aux entrées 36 et 37 de circuits "OU" J2 et 25 38, tandis que la sortie de l'inverseur 21' est raccordée à un circuit "ET" 39 dont la sortie est raccordée respectivement par l'intermédiaire de circuits "ET" ko et kl aux entrées 42 et 43 des circuits "OU" 38 et 30 du registre» Les secondes entrées des circuits "ET" 27, 28^ 3k, 35, ^-0 et 30 41 sont raccordées aux conducteurs d'inversion 44 et 45 du registre, ces conducteurs étant accouplés à une cellule 46 qui-commande la séquence d'alternance des phases du moteur électriqùe pas-à-pas. Les sorties des circuits "OU" 30? 32 et 38 sont respectivement reliées aux entrées d'inhibition 47, 48 et 49 des inverseurs 19', 35 20' et 21', ainsi qu'aux entrées d'inverseurs 50, 51 et 52,-la sortie du circuit 30 étant accouplée aux entrées des inverseurs 51 et 52, la sortie du circuit 32 aux entrées des inverseurs 52 et 50, et la sortie du circuit 38 aux entrées des inverseurs 50 et 51• La sortie de l'inverseur 50 du registre est raccordée à tra- 40 vers des circuits "ET" 53 et 5k à des circuits "OU" 55 et 56 à des \ BAD ORIGINAL 69 43657 5. 2069965 conducteurs 57 et 58 d'inversion du bloc de comptage. La sortie de l'inverseur 5^ est connectée à travers des circuits "ET" 59 et 60 et des circuits "OU" 55 et 6l, à des conducteurs 57 et 62 d'inversion du bloc de comptage, tandis que la sortie de l'inverseur 52 5 est reliée à travers des circuits "ET" 63 et 64 et les circuits "OU" 61 et 56 à des conducteurs 62 et 58 d'inversion du bloc de comptage. Les secondes entrées des circuits 53» 54, 59» 60, 63 et 64 sont raccordées aux conducteurs 44 et 45 d'inversion du registre. Le dispositif logique de commande fonctionne de la façon sui-10 vante. Afin d'assurer la rotation ininterrompue du moteur électrique pas-à-pas dans une direction, on doit réaliser la commutation de ses enroulements de phase selon les diagrammes des courants de phase représentés en fonction du temps sur les Pi g. 1a, b et c^. On 15 examine d'abord la variation du courant dans l'une des phases. Dans le compteur binaire 7 (Fig- 2) a lieu l'addition des unités en système binaire à mesure que le nombre s'accumule en code binaire, lorsque sont branchées selon une certaine combinaison les branches du convertisseur 1 ; les bascules 65 sont donc débloquées en confor-20 mité avec le code et le courant de l'enroulement de phase 4 s'accroît par paliers comme représenté sur la Fig. 1a. Le nombre de cadences nécessaire pour augmenter le courant jusqu'à la valeur maximale et pour effectuer le branchement complet de l'enroulement est égal à 2n, où n est le nombre de bits du con-25 vertisseur numérique-analogique (1, 2 ou 3)« Simultanément à l'accroissement du courant dans le premier enroulement de phase 4, il se produit une diminution du courant par paliers dans le troisième enroulement de phase 6, le compteur 9 fonctionnant alors en régime de soustraction. Pendant l'accroissement complet du courant 30 dans le premier enroulement de phase et de la diminution du courant dans le troisième enroulement, l'enroulement de jiiase 5 reste, débranché. Etant donné que la commutation des enroulements se produit a-près 2n cadences, le pas principal du moteur est divisé en 2n pas 35 plus petits. Etant donné que simultanément l'un des compteurs fonctionne en régime d'addition, et le second en régime de soustraction, on peut utiliser en qualité de sorties de bits pour le second enroulement, les sorties zéro de ce même compteur, et ceci sera alors équivalent 40 au changement du sens de comptage (d'addition à soustraction) et 69 43657 2069965 au décalage d'une unité. On examine maintenant comment est réalisée la commutation des enroulements de phase lorsqu'on utilise dans le dispositif logique un registre réversible en anneau. 5 On suppose qu'à un certain moment, la commutation du premier enroulement de phase au second se produit. A ce moment, l'unité logique provenant de la sortie du circuit "OU" (Fig. 4) du registre est acheminée vers l'entrée de verrouillage 48 de l'inverseur 21' de la troisième phase. Puisque dans le second enroulement de 10 phase le courant doit augmenter pour la mise en marche des bascu-leurs des bits suivants en régime de comptage se rapportant à ces phases, les signaux proviennent des sorties des inverseurs se rapportant à cette phase (non représentées sur le dessin). Alors, les basculeurs sont formés par les inverseurs du bloc de comptage se 15 rapportant à la première et à la seconde phases du moteur électrique. Respectivement, à la sortie du convertisseur 2 (Fig. 3} se rapportant à la seconde phase, le courant total augmente, tandis qu'à la sortie du convertisseur 1 se rapportant à la première phase ce courant diminue. 20 A la fin du pas, lorsque les unités logiques apparaissent à toutes les sorties des inverseurs 20 se rapportant à la seconde phase, il se produit dans le registre en anneau un décalage d'une unité logique et un signal apparaît à la sortie du circuit "ET" 33* Si le moteur électrique tourne dans le sens direct (alternance des 25 enroulements de phase "1-2-3"), le signal provenant de la cellule 46 attaque l'entrée du circuit "ET" 35> dont la seconde entrée est également attaquée par le signal provenant, du circuit "ET" 33* Le circuit 35 fonctionne et le signal de bits à sa sortie attaque l'entrée du circuit "OU" 38 dont l'unité logique de sortie attaque 30 les entrées des inverseurs 50 et 51 » en effaçant dans ceux-ci les unités logiques, ainsi que l'entrée d'interdiction 49 de l'inverseur 19' de la première phase et les entrées d'interdiction de ses autres inverseurs 19 (Fig. 3)> ce qui certifie leur mise à l'état initial. Alors, le compteur est formé par les inverseurs 20 et 21, 35 qui se rapportent aux deuxième et troisième phases et il travaille en soustraction pour la seconde phase et en addition pour la troisième phase. Ensuite, la commutation des enroulements de phase se produit de la même façon. 40 L'inversion du moteur électrique pas-à-pas est réalisé en 69 43657 7. 2069965 changeant le sens de décalage de l'unité logique dans le registre réversible en anneau, d'où il résulte une modification de la séquence de commutation des enroulements de phase du moteur électrique. Le dispositif logique de commande du moteur électrique examiné 5 permet de réaliser le fractionnement illimité du pas principal du moteur électrique, ce. qui est particulièrement important pour les moteurs électriques qui font tourner des objectifs à fort moment d'inertie, car alors les exigences envers les éléments cinématiques de la commande sont sensiblement réduites. Un tel processus de com-10 mande donne également des résultats satisfaisants pour la commande d'objets non rigides, par exemple dans les systèmes d'asservissement électromécanique, pour éliminer les vibrations dans la commande, etc. Le dispositif est simple à exécuter et fonctionne de façon sûre. BAD ORIGINAL 69 43657 .8. 2069965 - RE VBHDXCATI ON S. - 1 - Dispositif logique pour la commande de moteurs électriques pas-à-pas comportant un bloc de mémoire qui établit la séquence de branchement des phases des enroulements du moteur électrique, et 5 des amplificateurs de sortie commutant les courants de phase, caractérisé en ce qu'il comporte des convertisseurs analogique-numérique (1, 2, 3) du code binaire en courant électrique, dont les sorties sont raccordées aux enroulements de phase (4, 5» 6) du moteur électrique pas-à-pas, tandis que les entrées de bits de chacun d'-10 eux étant raccordées respectivement à des sorties de bits (10, 11 et 12) d'un compteur binaire réversible correspondant (7> 8 ou 9) du bloc de mémoire, lesdits compteurs (7S 8, 9) agissant les uns sur les autres de manière à commuter simultanément deux enroulements de phase, le courant augmentant par paliers dans l'un d'eux 15 tandis qu'il diminue par paliers dans l'autre, les autres enroulements étant débranchés. 2 - Dispositif logique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les compteurs binaires réversibles (7> 8, 9) sont réalisés de façon que leurs bits de même rang soient formés par le 20 même élément (14, 15> 16 ou 17) à plusieurs états stables, dont le nombre est égal au nombre de phases du moteur électrique pas-à-pas, tous les éléments (l4 à 17) formant un bloc de comptage unique (18) dont les sorties de bits sont constituées par les sorties de chaque inverseur (19j 20, 21) des éléments (l4 à 17) et dont les sorties 25 de bits de même rang sont assemblées en groupes (22, 23? 24) qui sont accouplés aux entrées correspondantes des convertisseurs analogique-numérique (1, 2 ou 3), et pour assurer l'accroissement par paliers du courant dans l'un des enroulements de phase et réduire le courant dans l'autre, dans chaque bit le déclenchement est pro-30 voqué par les inverseurs de l'élément qui se rapportent aux enroulements mentionnés, tandis que les autres sorties de ces éléments sont inhibées par un ensemble (25) de verrouillage. 3.Dispositif logique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble de verrouillage comporte un registre en anneau ré-35 versible de décalage d'une unité logique, dont le nombre de bits est égal au nombre de phases du moteur électrique pas-à-pas et qui possède des sorties zéro séparées, qui sont raccordées à travers des circuits "ET" (26, 33, 39) aux sorties de bits du bloc de comptage 18, les sorties des unités du registre étant raccordées aux 40 entrées d'interdiction (47, 48 et 49) des inverseurs (19, 20, 21) BAD original 69 43657 9- 2069965 des éléments (14 à 17) à plusieurs états stables et à des conducteurs (57, 58 et 62) d» inversion du bloc de comptage (l8) de manière que lorsqu'il apparaît un "1" à la sortie du registre, il se forme un compteur réversible propre à partir des inverseurs voisins de chacun des bits du bloc de comptage.