Brevet FR2471077A1 — publié le 19810612

La présente invention concerne un dispositif de commande d'un moteur pas-à-pas, fournissant des impulsions de commande électriques au bobi- nage du moteur, et comportant un dispositif de détection de la variation du courant passant dans le bobinage du moteur lors de chaque impulsion de commande, et un dispositif pour adapter la durée de chaque impulsion de commande, en fonc- tion du couple résistant exercé sur ce moteur. Dans de multiples applications des micromoteurs, en particulier dans le domaine de l'horlogerie, la source d'énergie utilisée pour l'entraînement des moteurs est constituée par une pile électrique. La présente invention se propose dediminuer la consommation d'énergie électrique du moteur et, par conséquent, de rendre possible l'utilisation de piles de très faible encombrement et/ou de prolonger la durée de vie de la source. En outre, elle se propose d'accroître la fiabilité du fonctionnement du moteur, en réalisant un asservissement en temps réel avec une détection dy- namique de sa rotation. Les impulsions de commande, pour les moteurs du type susmentionné, doi- vent avoir une durée suffisante pour que le rotor puisse vaincre le couple ré- sistant et passer un pas. Cette condition est remplie lorsque le courant tra- versant le bobinage du moteur passe par un maximum relatif. En conséquence, le dispositif de commande selon l'invention est carac- térisé en ce que le dispositif de détection comprend des moyens pour détecter le passage du courant moteur par un maximum relatif, et des moyens pour augmen- ter la durée minimale T0 de l'impulsion d'une valeur A T prédéterminée. Selon une variante de réalisation de la présente invention, le dis- positif de commande est caractérisé en ce que le dispositif de détection com- prend des moyens pour détecter le passage du courant moteur par un maximum rela- tif, et des moyens pour interrompre l'impulsion de commande au bout d'un inter- valle de temps AS T, après le passage du courant par ledit maximum relatif. - Selon une forme de mise en oeuvre préférentielle, le dispositif de détection comporte un comparateur qui change d'état lorsque le courant décroît après avoir passé par ledit maximum relatif. Il comprend également une unité de mémorisation pour mémoriser la valeur crête du courant, et des moyens pour compa- rer en permanence la valeur instantanée du courant à cette valeur crête. Pour assurer la détection du passage du courant par un maximum rela- tif, le dispositif de détection comprend de préférence des moyens pour engendrer une impulsion de détection et des moyens pour interrompre l'impulsion de détec-- tion, soit en même temps que l'impulsion minimale TO de commande du moteur, soit après le passage du courant au maximum relatif. Il comporte également des moyens pour retarder l'impulsion de détection par rapport à l'impulsion de commande du moteur, et des moyens pour interrompre l'impulsion de détection lorsqu'un maxi- il 2. mum relatif n'est pas détecté dans un intervalle de temps déterminé. Selon une réalisation particulière, la valeur AT, qui prolonge l'impulsion de commande du moteur après le passage du courant par ledit maximum relatif, peut se compo- ser de plusieurs intervalles a Ti, par exemple égaux, de sorte que AT soit un multiple entier de ATi. La présente invention sera mieux comprise en référence à la descrip- tion d'exemples de réalisation et des dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une représentation graphique de la forme du courant, lorsque le moteur tourne d'un pas, La figure 2 est une représentation graphique de la forme du courant lorsque le moteur n'a pas tourné complètement ou est bloqué, La figure 3 représente partiellement un schéma bloc du dispositif de commande selon l'invention, La figure 4 représente graphiquement la forme de l'impulsion de com- mande et de l'impulsion de détection correspondante, pour une première forme de réalisation de l'invention, La figure 5 représente graphiquement la forme de l'impulsion de com- mande et celle de l'impulsion de détection correspondante, pour une seconde forme de réalisation de l'invention, La figure 6 est une vue graphique représentant le courant, l'impulsion de détection et l'impulsion de commande pour ladite seconde réalisation, dans le cas o le moteur tourne normalement d'un pas (T:représente par la suite la durée effective de l'impulsion de détection). *La figure 7 représente successivement la forme du courant, celle de l'impulsion de détection et celle de l'impulsion de commande pour ladite secon- de réalisation, dans le cas o le moteur tourne difficilement, La figure 8 représente la forme du courant, celle de l'impulsion de détection et celle de l'impulsion de commande, lorsque le moteur est bloqué,et La figure 9 représente, successivement et à titre de comparaison,la forme des impulsions decommande du moteurdans le cas de lapremière variante, celle des impulsions de commande du moteur dans le cas de la seconde variante, celle de 1 ' im- pulsion decommande dans le casd'un asservissement à impulsions multiples, et celle de l'impulsion de commande en l'absence de l'asservissement selon l'invention. La détection de la rotation d'un moteur pas-à-pas, telle qu'elle est obtenue par le dispositif de commande de la présente invention, est effective- ment une détection dynamique, car elle a lieu pendant la rotation du moteur. Les fig. 1 et 2 représentent graphiquement l'intensité du courant dans le bobi- nage du moteur en fonction du temps. Lorsque le moteur tourne normalement, cette intensité passe par un maximum relatif, appelé Imax ou I crête, pour diminuer et passer par un minimum. Dans le cas o le moteur est bloqué, l'intensité croit -2 47 10 7 7 de façon continuelle en se rapprochant asymptotiquement de la valeur I crête. Le schéma bloc de la fig. 3 représente, à titre d'exemple, une forme de réalisation du dispositif de commande selon l'invention. Un bloc 10 assure la commande et la détection du courant moteur. En particulier, l'alimentation du moteur se fait de préférence par un pont de transistoisconnu en soi. La sor- tie du bloc 10 est reliée à un convertisseur courant-tension 11, dont la sortie est reliée directement à l'une des entrées d'un comparateur 12, et indirectement par l'intermédiaire d'un bloc de mémorisation de la tension crête 13 à l'autre entrée du comparateur 12. Le bloc de mémorisation 13 comporte un condensateur 14 connecté en série à une diode 15, de telle manière que ce condensateur se charge jusqu'au moment o le courant atteint son maximum, c'est-à-dire sa va- leur crête, ce qui permet de mettre en mémoire cette valeur. La remise à zéro du dispositif de mémorisation est prévue par un dispositif 16 connu en soi. La sortie du comparateur est reliée à un générateur d'impulsions qui, dans 1'exem- ple représenté, permet de fournir deux impulsions de durée différente. Le com- parateur 12 est connecté à l'une des entrées d'une porte NON-ET 17, dont l'autre entrée est reliée à un diviseur de-fréquences 18, connecté à un oscillateur, par exemple un oscillateur à quartz 19. Le diviseur de fréquences 18 peut par e- xemple fournir des signaux à la fréquence de cent vingt-huit Hz amenés à l'au- tre entrée de la porte NON-ET17 et des signaux de soixante-quatre Hz à l'une des entrées d'une porte NON-OU 19. L'autre entrée de la-porte NONOU est reliée à la sortie de la porte NON-ET par l'intermédiaire d'un inverseur 20. De cette manière, on retrouve, à la sortie de la porte NONOU, des impulsions de 3,9 ms ou de 7,8 ms. La fig. 4 représente la forme de l'impulsion de commande du moteur et celle de l'impulsion de détection qui correspondent au dispositif décrit en ré- férence à la fig. 3. L'impulsion de commande,représentée graphiquement par une tension en fonction du temps, a une durée minimale T0 qui peut être prolongée une fois d'une durée A\T, par exemple égale à TO si un maximum relatif du cou- rant n'est pas détecté pendant l'intervalle TO. L'impulsion de détection est de préférence retardée d'une durée TA par rapport à l'impulsion de commande, et se termine simultanément avec l'impulsion de commande TO- Cette adaptation de la durée de l'impulsion de commande, en fonction du couple résistant exercé sur le moteur, s'obtient grâce au comparateur de la fig. 3 qui change d'état lorsque le courant décroît après avoir passé par un maximum relatif. Le programme de fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus se dé- 38 roule de la façon suivante: 4. Début de l'impulsion de commande I,, Temporisation TA avant l'impulsion de détection Début de l'impulsion de détection Le comparateur oui + oui a-t-il changé d'é l'impulsion de Impulsion T de commande empusion de commande prolongée de T | rêtée après T J Selon une autre forme de réalisation du dispositif décrit, liimpul- sion peut présenter une variation incrémentale de sa durée. En référence à la fig. 5, qui représente graphiquement l'impulsion de commande et l'impulsion de détection correspondante, on constate que l'impulsion de commande du moteur peut avoir unge durée minimale To, qui s'arrête au moment o le courant dépasse son maximum relatif, c'est-à-dire au moment du changement d'état du comparateur. Toutefois, selon le couple résistant-appliqué, cette impulsion minimale peut être prolongée par un ou Plusieurs intervalles de temps & Ti, par exemple AT1, T1 + ZT2,;T1 + AT2 + AT3, S Tl + /T2 + 4T3+iT4 ou /TT1 + T2 + AT3 + AT4 + /T5. Les intervalles A Ti peuvent avoir une durée quelconque, mais sont de préférence égaux, de sorte que l'impulsion mini- male T0, qui correspond à la durée de l'impulsion minimale pour un moteur tour- nant normalement, peut être prolongée d'un multiple entier d'intervalles /Ti élémentaires. Le programme de fonctionnement du dispositif décrit se déroule de la 37 façon suivante: 5. Lorsque le moteur tourne normalement, les courbes du courant dans le bobinage et la forme des impulsions de commande et de détection correspondent respectivement aux graphiques de la fig. 6. Une temporisation TA définit le dé- but de l'impulsion de détection. Cette impulsion se prolonge jusqu'à ce que le courant i commence à décroître après avoir passé par son maximum relatif ou va- leur crête. A ce moment, le comparateur change d'état. La durée minimale T0 de l'impulsion de commande du moteur est prolongée d'un incrément,c T1, de sorte que l'impulsion totale a une durée T0 + d Tl. Dans le cas o le moteur tourne difficilement, les courbes précitées ont l'allure représentée par les graphiques de la fig. 7. Comme précédemment, une temporisation TA définit le début de l'impulsion de détection. Cette impul- sion sera plus longue, parce que le passage au maximum du courant, qui déclen- 39 che le changement d'état du comparateur, est retardé par un couple résistant. Dans l'exemple représenté, l'impulsion de commande a une durée To + 4 t Ti ou To + ^Tl + A T2 + tnT3 + T4, o To représente l'impulsion minimale, dans le cas o le moteur tourne normalement. En fait, la durée de l'impulsion de détection est TM = TA + TB. Cette durée correspond à une impulsion s'arrêtant à l'intérieur du troisième incré- ment C Ti. On prolonge l'impulsion de commande jusqu'à la fin du troisième in- crément et on rajoute, par sécurité, un quatrième incrément T4. Dans le cas de la fig. 8, le moteur est bloqué. L'impulsion de détec- tion est temporisée de telle manière que son déclenchement se fait après une du- rée TA, et sa fin après une durée TA + TB max. L'impulsion de commande est arrê- tée en même temps que cette impulsion de détection et a une durée totale T0 + 5 Ti. A titre d'exemple TA = 2 s; TO = i3 s; Ti - I s. 128 128 128 De sorte que l'impulsion de commande puisse prendre les valeurs sui- vantes: TO + Ti = s. TO + 2 LSTi= 1-2a' TO +3 Ti = 6-8-s.TO + 4 itsTi = 7 s. 128 128 T0 +3.t4.Ti 67Ws T0 + T' 7 T0 + 5 È Ti =8 s. La figure 9 représente, à titre d'exemple, la forme des impulsions de commande du moteur, dans le cas o celui-ci tourne normalement difficilement, dans le cas d'un asservissement à impulsions multiples et dans le cas d'une com- mande sans asservissement. TS correspond à la durée de la stabilisation du ro- tor, qui est ici de l'ordre de 15,6 ms. Le tableau ci-dessous permet de comparer les résultats expérimentaux obtenus, correspondant aux graphiques de la fig. 9. Cas I:correspond au graphique de la fig. 4. Cas II:correspond au graphique de la fig. 5. Cas III: correspond à un asservissement à impulsions multiples. Cas IV:correspond à une commande sans-asservissement. Ce tableau permet de comprendre que la consommation effective est é- - gale à la moitié de celle d'un dispositif sans asservissement quand le moteur Moteur Cas I Cas II Cas III Cas IV tourne normalement 3,9 ms 3,9 ms 3,9 ms 7,8 ms difficilement 7,8 ms 4,9/5,9/6,8/7,8 ms >11,7 ms 7,8 ms pas du tout 7,8 ms 7,8 ms >11,7 ms 7,8 ms Durée des impulsions de commande 7. tourne normalement. Elle est nettement inférieure à celle d'un système à asser- vissement à impulsions multiples dans les cas difficiles. Le cas II, qui illus- tre la seconde forme de réalisation décrite en détail en référence à la fig. 5, est plus souple grâce à ses cinq durées d'impulsions possibles et économise davantage d'énergie dans les cas difficiles. - Dans les deux versions décrites, l'économie d'énergie obtenue n'affec- te en rien la fiabilité du fonctionnement du système, qui est sensiblement la même que celle des systèmes connus. D'autres expériences ont été réalisées sur le dispositif de l'inven- tion. En particulier, la marche avant accélérée avec asservissement. Le tableau ci-dessous résume les résultats numériques obtenus. Comme dans l'asservissement en temps réel, il n'y a qu'une impulsion par pas du moteur. La marche avant accélérée peut être aussi rapide que dans les systèmes non asservis, ce qui n'est pas le cas pour les systèmes à impul- sions multiples. En outre, on bénéficie également de l'économie d'énergie pendant la marche avant accélérée, déjà enregistrée pour la marche normale. Cas I Cas II Cas III Cas I V Durée totale minimale 23,4 23,4 > 42,9 23,4 pour un pas (en ms) Fréquence maximale du 42 42 REVJENDICATIONS l. Dispositif de commande d'un moteur pas-à-pas, fournissant des impulsions de commande électriques au bobinage du moteur, comportant un dis- positif de détection de la variation du courant passant dans le bobinage du mo- teur lors de chaque impulsion de commande, et un dispositif pour adapter la du- rée de chaque impulsion de commande du moteur, en fonction du couple résistant exercé sur ce moteur, caractérisé en ce que le dispositif de détection comprend des moyens pour détecter le passage du courant moteur par un maximum relatif, et des moyens pour augmenter la durée minimale To de l'impulsion de commande, d'une valeur AT prédéterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispo- sitif de détection comprend des moyens pour engendrer une impulsion de détec- tion et des moyens pour interrompre l'impulsion de détection simultanément avec l'impulsion de commande minimale TO. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispo- sitif de détection comprend des moyens pour retarder l'impulsion de détection par rapport à l'impulsion de commande du moteur. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour interrompre l'impulsion de commande T( + A T, lorsqu'un maximum relatif du courant n'est pas détecté pendant l'impulsion de détection. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé-en ce que le dispo- sitif de détection comporte un comparateur qui change d'état lorsque le courant décroît après avoir passé par un maximum. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispo- sitif de détection comporte une unité de mémorisation pour mémoriser la valeur crête du courant et des moyens pour comparer la valeur instantanée du courant à la valeur crête, pendant au moins une fraction de chaque impulsion de commande du moteur. 7. Dispositif de commande d'un moteur pas-à-pas, fournissant des - impulsions de commande électriques au bobinage du moteur, comportant un dispo- sitif de détection de la variation du courant passant dans le bobinage du mo- teur lors de chaque impulsion de commande, et un dispositif pour adapter la du- rée de chaque impulsion de commande du moteur, en fonction du couple résistant exercé sur ce moteur, caractérisé en ce que le dispositif de détection comprend des moyens pour détecter le passage du courant moteur par un maximum relatif, et des moyens pour interrompre l'impulsion de commande au bout d'un intervalle de temps A T, après le passage du courant par ledit maximum relatif. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispo- sitif de détection comprend des moyens pour engendrer une impulsion de détec- 39 tion et des moyens pour interrompre l'impulsion de détection après le passage 9. 24710 77 du courant par ledit maximum relatif. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispo- sitif de détection comprend des moyens pour retarder l'impulsion de détection par rapport à l'impulsion de commande du moteur. 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour interrompre l'impulsion de détection, lorsqu'un maximum relatif du courant n'est par détecté pendant un temps TB; déterminé à partir du début de cette impulsion. il. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour interrompre l'impulsion de commande, lorsqu'un maximum relatif de courant n'est pas détecté pendant la durée de l'impulsion de détection. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour prolonger l'impulsion de commande d'au moins un incrément A Ti de durée prédéterminée, après la durée de l'impulsion de détection. 13. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispo- sitif de détection comporte un comparateur qui change d'état lorsque le courant décroît, après avoir passé par un maximum relatif. 14. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispo- sitif de détection comporte une unité de mémorisation pour mémoriser la valeur crête du courant, et des moyens pour comparer la valeur instantanée du courant à la valeur crête, pendant au moins une fraction de chaque impulsion de commande 22 du moteur.