Brevet FR2180731A1 — publié le 19731130

La présente invention concerne un procédé et un montage permettant de commander un moteur pas à pas au moyen d'un oscillateur à fréquence variable, dont le train d'impulsions rectangulaires est introduit dans le moteur pas à pas à partir d'un distributeur et compté dans un compteur de valeur nominale pour être comparé à une valeur nominale0 On connait déjà des dispositifs de commande pour moteurs pas à pas, qui fonctionnent à l'aide d'un oscillateur à fréquence variable, la fréquence de cet oscillateur dépendant de la tension, et se réglant au moyen de la tension aux bornes du condensateur d'un circuit RC. La caractéristique de marche à plein régime de l'ensemble oscillateur- moteur pas à pas est bien déterminée par les caractéristiques physiques du circuit RC, et suit à peu près la fonction F = f0 (1e-t); par contre, le freinage T se déroule conformément à la fonction f = fQe - T Cela ne reflète pas exactement la pleine marche et le ralentis- sement, si bien que le gradient de fréquence ne peut se régler dans les meilleures conditions sur tout le domaine de fréquences. Un autre montage de commande, n'utilisant pas d'oscillateur à fréquence variable, arrive au mime but en utilisant un transducteur qui mesure la position mécanique du rotor. Les signaux ainsi engendrés surveillent la fréquence d'ex- citation du moteur à pleine marche et pendant le freinage, de sorte que la différence de phase entre la position du rotor et le champ d'excitation ne dépasse pas une valeur prédéterminée Dans ce procédé, l'opération de freinage doit commencer à un moment tel que la fréquence du train d'impulsions, lors du dernier pas déterminé par le programme, soit égale à la fréquence à laquelle le moteur peut être débranché sans erreur de positionnement (fréquence de freinage). Tous les procédés et montages connus présentent cependant un inconvénient de principe lié au fait que, lorsque la fréquence tombe dans le domaine compris entre la fréquence de freinage et le signal d'arrêt programmé, on est toujours obligé, pour des raisons de sécurité, de laisser le moteur effectuer encore plusieurs pas au régime de fréquences relativement basses de freinage. Ce fait cause de très grandes pertes de temps pour atteindre le positionnement du moteur, et cela justement pour des dispositifs d'entratnement pas à pas pour les quels on s'efforce d'atteindre une fréquence limite élevée, et dont la réalisation comporte également une importante mise en oeuvre. Le but de l'invention est de réaliser un processus de positionnement de très courte durée, permettant d'atteindre autant que possible la fréquence limite du moteur pas à pas et d'éviter ainsi les défauts des procédés et des montages connus de ce genre. L'invention se propose de créer un procédé permettant de -commander les moteurs pas à pas, dans lequel, par des opérations de commande simultanée 9 les pas, pendant la marche à pleine charge et pendant le freinage, sont précis et reproductibles et dans lequel les pas programmés, qui, lors du processus de freinage, doivent être effectués en supplément à la fréquence de freinage, sont réduits au minimum, les courbes caractéristiques des moments étant utilisées de manière optimum. L'invention concerne également un montage permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus. Selon l'invention, ce problème est ré solu grâce au fait que la séquence d'impulsions de sortie de l'oscillateur est envoyée non seulement à un compteur double avant-arrière, mais également à un compteur de valeurs nominales fréquemment utilisées dans les problèmes de positionnement. Le compteur de valeurs nominales enregistre le nombre total de pas effectués et permet de comparer ce nombre à la valeur nominale présélectionnée a. Le compteur double entreprend le réglage des valeurs discrètes d'un réseau de l'oscillateur déterminant la durée d'impulsion.Si celui-ci a enregistré un nombre d'impulsions b, fixé d'avance par un programme et nécessaire à la pleine marche du moteur, son entrée se ferme tant que b ( a/2, tandis que le compteur de valeurs nominales marche encore, et se trouve commuté sur le comptage arrière lorsque b atteint a/2. Le moteur pas à pas marche maintenant à la fréquence maximum conforme au niveau b jusqu'au moment où l'on atteint le nombre d'impulsions a-b (niveau b de valeur nominale). À ce moment, l'entrée du compteur double est de nouveau débloquée et celui-ci compte en arrière à partir du nombre d'impulsions enregistré b jusqu'au moment où il atteint le-niveau zéro, en meme temps que le compteur de valeurs nominales. Si b a/2 > l'entrée du compteur double ne se ferme pas pendant le- position- nement et, lorsque b = a/2, celui-ci est déjà commuté sur le comptage arrière, comme le compteur de valeurs nominales, les deux compteurs atteignant en même temps leur position zéro après un nouveau nombre d'impulsions égal à a/2.Le moteur pas à pas n'atteint donc pas son nombre maximum de tours si b > a/2. Lorsque le niveau du compteur est zéro, il se produit un signal de commande qui, par l'intermédiaire d'un appareil de commande programmé connu en soi, coupe la séquence d'impulsions du moteur pas à pas. De cette façon, pour freiner le moteur pas à pas il est néces saire d'avoir le même nombre d'impulsions que pour la pleine marche. Dans ce processus il est particulièrement avantageux de régler la pleine marche et le freinage du moteur pas à pas suivant une caractéristique fréquence-temps reproduisant l'image fidèle des conditions physiques correspondantes, et pouvant le mieux s'adapter aux courbes caractéristiques du moteur. Un montage permettant la mise en oeuvre du procédé est d'ailleurs réalisé. Suivant l'invention, le problème cidessus est résolu par le fait que l'entrée de l'oscillateur à fréquence variable, utilisé pour commander le moteur, est cou Pliée avec l'entrée d'horloge d'un comPteur double comptant lus- qu'à (mk = 0,1,2,...0c-1), lequel exerce également à son tour une action sur l'oscillateur à partir d'un réseau de conductance. Dans ce cas, chacune des valeurs de conductance parallèles Gk du réseau est reliée, par l'intermédiaire d'un transistor de commutation, à une entrée mk.ck du compteur double avant-arrière. La graduation des valeurs de conductance G k doit être effectuée suivant la relation Gk = mk'C (k = .ck.G ..... n; mk = 1, 2 c-1; Go = const.). Les constantes de l'oscillateur T", 2' doivent être choisies en tenant compte de leur meilleure adaptation aux caractéristiques du moteur. Une autre possibilité consiste à réunir le compteur de valeurs nominales et le compteur double en un sedl compteur. Dans ce cas, en mettant le moteur en marche, la fréquence de l'oscillateur s'accroit, comme décrit plus haut, jusqu'à atteindre la fréquence maximum désirée pour le nombre de pas b. Au moment où cette valeur est atteinte, l'information d'entrée correspondante du compteur b met en circuit un élément de mémoire qui enregistre le nombre codé b et l'amène à l'oscillateur sous la forme d'une information statique. De cette façon, la fréquence de l'oscillateur ne s'accroît plus, bien que le compteur soit encore en fonctionnement. En atteignant le nombre de pas a/2, le compteur commute sur le comptage arrière. Au nombre de pas b, l'action de 1élément de mémoire est annulée et l'oscillateur, suivant le processus que l'on a déjà décrit, fait diminuer la fréquence d'oscillation jusqu'à la valeur nécessaire au freinage du moteur pas à pas. Suivant le procédé décrit ci-dessus, et grâce au montage correspondant, il est possible d'utiliser les caractéristiques du moteur dans les conditions les plus favorables et de commander la pleine marche et le freinage du moteur pas à pas suivant une caractéristique fréquence-temps reflétant exactement les conditions existantes pour obtenir sans tolérances et de manière reproductible, le positionnement du moteur au moment même où se fait le dernier pas. les modifications peu importantes de la fréquence de pas, que l'on ne peut jamais éviter, n'exigent pas dans ce mode de commande dépendant de la course, que l'on effectue encore des pas à la fréquence de freinage, comme cela était le cas dans la commande dépendant du temps et de la charge. L'invention sera expliquée plus en détail dans la description suivante qui se rapporte aux dessins cijoints représentant un exemple non limitatif de réalisation de la présente invention, dessins dans lesquels - la figure 1 représente le montage du circuit en code binaire; - la figure 2 représente la caractéris- tique fréquence-nombre d'impulsions. Conformément au procédé de l'invention, un oscillateur à fréquence variable 1 engendre une séquence dim- pulsions rectangulaires fb. D'une part, cette séquence d'impulsions est limitée, au moyen d'un appareil de commande 3 connu en soi, au nombre de pas désiré a, et amenée au moteur pas à pas 4. D'autre part, fb est dirigée vers l'entrée d'horloge 2 d'un compteur binaire double avant-arrière 2. Ce-compteur compte la sé quence d'impulsions d'arrivée et la compare à un nombre d'impulsions b conforme au programme et correspondant à la marche à pleine charge du moteur (figure 2). Ce nombre d'impulsions étant atteint, le compteur double binaire 2 est mis hors service tant que b 4 a/2. Le moteur pas à pas 4 tourne désormais à la fréquence maximum prévue, jusqu'au moment où lton atteint le nombre d'impulsions (a - b). A cet instant, le compteur double 2 est de nouveau connecté et commence à compter en arrière, à partir du nombre d'impulsions enregistré b, jusqu'à la valeur zéro. Le compteur de valeurs nominales qui se trouve dans l'appareil de commande 3 commutant également à a/2, sur le comptage arrière, parvient au meme moment à la valeur zéro. Les compteurs et le moteur 4 sont maintenant débranchés et le processus de positionnement s'achève à l'instant précis où la dernière impulsion programmée est engendrée. Si b a/2, le compteur double 2 ne s'arrête pas et recommaneesavec le compteur de valeurs nominales,à compter dans le sens inverse, à partir de a/2. Le changement de fréquence est effectué par le compteur 2. A la sortie du compteur double apparaissent des signaux 2k (k = 0, 1,1 n), conformément aux niveaux respectifs des compteurs, qui sont envoyés par l'intermédiaire des transistors de commutation Tk à un réseau de conductance 5 échelonné suivant le code binaire. Ce réseau reçoit des valeurs de conductance qui dépendent du nombre d'impulsions et qui exercent en totalité une influence directe sur une constante de temps de l'oscillateur 1 et, par suite, sur sa fréquence. Le montage est représenté sur la figure I Celui-ci est en principe constitué de deux channes de commande parallèles sortant dans un oscillateur à fréquence variable 1. Dans la première chane, la sortie de l'oscillateur à fréquence variable 1 actionne un appareil de commande 3 qui, comme il est relié au moteur pas à pas 4, introduit à son tour dans ce moteur une séquence d'impulsions rectangulaires polyphasées. L'appareil de commande 3 réunit en un seul ensemble : un générateur d'impulsions, un compteur de valeurs nominales, un étage comparateur qui compare la valeur nominale a, et un étage de coincidence qui compare le nombre d'impulsions de pleine marche programmé b, au niveau du compteur de valeur nominale, un distributeur d'impulsions, et un amplificateur d'impUlsions pour la commande des bobinages du moteur 4. On a d'ailleurs prévu un dispositif permettant d'introduire et d'identifier des bandes perforées ou au tres porteurs de programmes. L'autre chaîne de commande est constituée d'un circuit fermé qui a un effet rétroactif sur l'oscilla- teur à fréquence variable 1. En dehors de l'oscillateur 1, la channe comprend également un compteur double avant arrière 2 connecté en aval, et un réseau de conductance 5. Ce dernier est constitué d'un nombre défini de conductances parallèles, éche lonnées suivant la relation Gk = 2. Go (k = 0, 1,1, ..... n), ces conductances étant connectées au réseau 5 ou déconnectées de ce réseau au moyen de (n+1) transistors de commutation k. Dans ce montage, la base de chaque transistor de commutation Tk est reliée à la sortie 2k du compteur double 2.S'il y a un signal à cette sortie, le transistor correspondant est mis en fonctionnement et change à son tour, à l'aide de la valeur de conductance correspondante Gk, la constante de temps d'une branche de l'oscillateur, c'est-à-dire la fréquence de celui-ci. De cette façon, la fréquence dépend forcément et directement du niveau de comptage du compteur double 2. On a, dans ce cas, la relation 1/fb = T"/b + T', b étant le nombre d'impulsions nécessaires à la mar che au régime maximal, notamment au freinage, et T" et T' des constantes de temps réglées de façon fixe. ?' peut être réglé au moyen de R', C, ou R" et T" à l'aide de Go et C11 (figure 1). Le compteur double 2 est encore pourvu de trois entrées S, V et R, qui sont reliées à l'appareil de commande. L'entrée S (start, stop) sert à régler la durée de comptage et les entrées V (mar che avant marche de régime normal) et R marche arrière r'#frei- nage) sont utilisées pour le réglage du sens de comptage du compteur avant-arrière 2. il est également possible de réaliser le montage selon l'invention en réunissant en une seule unité de comptage le compteur de valeurs nominales et le compteur avantarrière 2. Dans ce montage, lorsque le moteur pas à pas se met en marche, la fréquence de l'oscillateur augmente, suivant le procédé indiqué ci-dessus, gracie aux entrées du compteur, et par l'intermédiaire des transistors de commutations Tk et d'un réseau de conductances 5 préalablement codé. Lorsqu'on atteint la fréquence maximum désirée, l'information correspondante de sortie de compteur b met en circuit un élément de mémoire qui enregistre ce nombre codé b et l'amène sous forme d'information statique à l'oscillateur 1. La fréquence de l'oscillateur n'augmente plus, bien que le compteur ne cesse de marcher. Conformément au mode de réalisation cidessus le compteur commute à a/2 sur le comptage arrière. Si le compteur atteint de nouveau le nombre b, l'action de l'élément de mémoire s'arrête et le compteur fait diminuer, de la manière déjà décrite, la fréquence de l'oscillateurjusqu'à la valeur nécessaire au freinage du moteur pas à pas. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S I Procédé de commande d'un moteur pas à pas à l'aide d'un oscillateur à fréquence variable, dont le train d'impulsions rectangulaires est introduit au moyen d'un distributeur dans le moteur pas à pas, et compté à partir de l'impulsion de démarrage jusqu'à l'impulsion d'arrêt, notamment durant liexécution des pas à pleine charge, au régime nominal et au freinage, et comparé simultanément à une valeur nominale a, procédé caractérisé en ce qu1un compteur double avant arribre synchronisé avec le compteur de valeurs nominales commutable sur le comptage arrière au nombre de pas a/2, compte le nombre d'impulsions b déterminé par un programme, pour la marche pleine charge, règle la fréquence de l'oscillateur conformément à son niveau de comptage et compte en arrière à partir de a/2 avec le compteur de valeurs nominales lorsque b a a/2, ou se trouve mis hors service, pour b no- minale a est atteinte et la séquence d'impulsions est interrompue. 20- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le freinage du dispositif de moteur pas à pas s'achève à l'instant même où le dernier pas programmé est effectué. 30- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le freinage du moteur pas à pas est effectué avec un gradient de fréquence représentant la marche à pleine charge. 40 Montage permettant de commander un moteur pas à pas selon le procédé conforme à la revendication 1, ce montage comportant un oscillateur à fréquence variable, un réseau de conductances relié à l'oscillateur et déterminant sa fréquence, et un appareil de commande équipé d'un compteur de valeur nominale, montage caractérisé en ce que la sortie de l'oscillateur à fréquence variable (1) est couplée avec l'entrée d'un élément de mémoire connu en soi, ou d'un compteur avantarrière (2), dont les (n+1).(c-1) sorties mk.ck sont également reliées à la base de (n+1).(c-1) transistors de commutation Tk, lesquels, par leurs circuits émetteur -collecteur , se trouvent sur le trajet des résistances du réseau de conductance (3) déterminant la fréquence, ces résistances étant connectées en parallèle et graduées conformément aux valeurs de sortie du compteur avant-arrière (2). 50- Montage selon la revendication 4, caractérisé en ce que, entre les sorties mk.ck du compteur double (2) et la graduation des conductances Gk, existe la relation: Gk = mkck.Go k = 0,1........ n mk= 1,2, ...... c-1 Go= constante c = constante. 60- Montage selon la revendication 4, caractérisé en ce que, entre la fréquence de l'oscillateur fb et le nombre d'impulsions b, existe la relation: 1/fb = T"/b + T' 2" et T' étant des constantes d'oscillateur réglables de façon fixe. 70- Montage selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le compteur double avant-arrière (2) est un compteur à code binaire.