Brevet FR2509543A1 — publié le 19830114

"PROCEDE DE REGULATION DE VITESSE D'UN MTEUR A COURANT CONTINU ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE " La présente invention concerne un procédé de régulation de vitesse d'un moteur à courant continu, selon lequel la tension d'alimentation du moteur est contrôlée par une tension continue, dite tension de commande, cette tension étant fournie par un circuit de comparaison d'un signal de référence à un signal de mesure de la vitesse du moteur, le signal de mesure de la vitesse du moteur étant délivré par un circuit de traitement à partir d'un signal induit par la rotation du moteur Elle concerne également un dispositif de régulation de vitesse d'un moteur à courant continu, compor- tant un circuit de traitement d'un signal induit par la rota- tion du moteur, circuit de traitement comprenant un circuit de mise en forme suivi d'un circuit intégrateur fournissant un signal de mesure de la vitesse du moteur constitué par une tension continue proportionnelle à la vitesse du moteur, laquelle tension continue est comparée à une tension de réfé- rence à l'aide d'un circuit de comparaison comportant notamment un amplificateur opérationnel qui délivre sur une borne de sortie une tension de commande destinée à contrôler la tension d'alimentation du moteur. Le procédé et le dispositif de régulation selon l'invention trouvent une application particulièrement avanta- geuse dans le domaine des appareils d'enregistrement et de reproduction du son à partir d'une bande magnétique, et notamment ceux utilisés à bord des véhicules automobiles. Un régulateur de moteur à courant continu fonction- nant conformément au procédé décrit dans le préambule est connu du brevet des Etats-Unîs d'Amérique n O 3 234 447. Ce brevet américain propose un régulateur de moteur dans lequel un signal induit par la rotation du moteur est produit par l'induction magnétique créée dans une bobine fixe par deux aimants permanents solidaires de l'arbre du moteur Le signal induit par la rotation du moteur est ensuite mis en forme et intégré par un circuit de traitement qui fournit à sa sortie une tension continue proportionnelle à la vitesse du moteur. Cette tension continue est alors comparée à une tension de référence par un circuit comparateur qui délivre une tension de commande du courant traversant le moteur. Ce type connu de régulateurs de moteur permet de compenser de façon satisfaisante les dérives lentes de vitesse de rotation du moteur, dues par exemple aux variations de la résistance interne du moteur avec la température Par contre, il ne permet pas, en général, de compenser les fluctuations rapides de vitesse, ce défaut de compensation étant particu- lièrement sensible lorsque le signal induit par la rotation du moteur est un signal de basse fréquence, typiquement infé- rieure à 1 OO Hy Dans ce cas, en effet, le nombre restreint d'informations par unité de temps exige de la part du circuit de traitement une grande constante d'intégration incompatible avec une réponse rapide de l'ensemble du régulateur. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de régulation qui assure aussi bien la compensation des fluctuations rapides de vitesse que la correction des dérives lentes. En effet, conformément à la présente invention, un procédé de régulation de vitesse d'un moteur à courant continu, selon lequel la tension d'alimentation du moteur est contrôlée par une tension continue, dite tension de commande, cette tension étant fournie par un circuit de comparaison d'un signal de référence à un signal de mesure de la vitesse du moteur, le signal de mesure de la vitesse du moteur étant délivré par un circuit de traitement à partir d'un signal induit par la rotation du moteur, est notamment remarquable en ce que, le signal induit par la rotation du moteur étant un signal sensiblement périodique de basse fréquence, le contrôle de la tension d'alimentation du moteur par la tension de commande est effectué par l'intermédiaire d'un circuit dit "à résistance négative" compensant au moins partiellement la résistance interne du moteur Ainsi, comme on le verra en détail plus loin, la force contre-électromotrice du moteur est pratiquement indépendante du courant traversant le moteur et, par conséquent, la vitesse de rotation du moteur est quasi insensible aux fluctuations momentanées de charge. Dans une forme particulière d'utilisation du procédé selon l'invention, il est prévu que le signal induit par la rotation du moteur est obtenu à partir d'impulsions provoquées par la rupture du courant aux balais du moteur. Ce mode de production du signal induit par la rotation du moteur a l'avantage d'être de réalisation très simple et peu onéreuse puisqu'elle ne nécessite aucun organe auxilliaire couplé au moteur. La présente invention concerne également un dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. En effet, selon la présente invention, un dispo- sitif de régulation de vitesse d'un moteur a courant continu, comportant un circuit de traitement d'un signal induit par la rotation du moteur, circuit de traitement comprenant un circuit de mise en forme suivi d'un circuit intégrateur fournissant un signal de mesure de la vitesse du moteur constitué par une tension continue proportionnelle à la vitesse du moteur, laquelle tension continue est comparée à une tension de réfé- rence à l'aide d'un circuit de comparaison comportant notamment un amplificateur opérationnel qui délivre sur une borne de sortie une tension de commande destinée à contrôler la tension d'alimentation du moteur, est principalement remar- quable en ce que, le signal induit par la rotation de moteur étant un signal sensiblement périodique de basse fréquence, il comporte également, placé entre le circuit de comparaison et le moteur, un circuit dit "à résistance négative" compen- sant au moins partiellement la résistance interne du moteur, la tension de commande étant appliquée à une borne d'entrée dudit circuit à résistance négative. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux du dispositif de régulation selon l'invention, le signal induit par la rotation du moteur est constitué par des impulsions provoquées par la rupture du courant aux balais du moteur, lesdites impulsions étant prélevées dans une branche du circuit à résistance négative parcourue par le courant traversant le moteur. Enfin, on envisage également que ledit circuit a résitance négative est un circuit du type "miroir de courant". La description qui va suivre, en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de régulation fonctionnant selon le procédé conforme à l'in- vention. La figure 2 est un schéma de principe d'un disposi- tif de régulation de moteur selon l'invention. La figure 3 donne un mode de réalisation d'un dispositif de régulation du type de celui représenté à la figure 2. La figure 1 montre un schéma d'un dispositif de régulation d'un moteur M à courant continu fonctionnant con- formément à un procédé selon lequel la tension V d'alimenta- tion du moteur M est contrôlée par une tension continue Vo, dite tension de commande Cette tension Vo est fournie par un circuit de comparaison 11 d'un signal de référence Sref a un signal Sv de mesure de la vitesse du moteur M, ce signal Sv étant délivré par un circuit de traitement 21 à partir d'un signal SM induit par la rotation du moteur M Comme on le voit à la figure 1, le contrôle de la tension d'alimen- tation V du moteur par la tension de commande Vo est effectué par l'intermédiaire d'un circuit 31 dit à "résistance négati- ve" -R compensant au moins partiellement la résistance inter- ne r du moteur M Cette disposition est particulièrement favorable lorsque le signal SM induit par la rotation du moteur est un signal sensiblement périodique de basse fré- quence, par exemple inférieure à 1000 Hz, puisque dans ce cas l'insuffisance des informations en provenance du moteur M exige que le circuit de traitement présente une grande constante de temps, incompatible avec une compensation satis- faisante des fluctuations rapides de vitesse En effet, en se reportant au dispositif de la figure 1, on peut écrire que la force contreélectromotrice E' du moteur M vérifie la relation: E' = V (r-R) Im ( 1) Ainsi, lorsque la résistance R est voisine de la résistance interne r du moteur, la vitesse N de rotation du moteur, proportionnelle à Et, est donnée par: N = k (V-t(Im)) ( 2) k étant une constante de proportionnalité et t (Im) un terme résiduel dû à la compensation imparfaite de la résistance interne r par la résistance R La régulation consiste essen- tiellement à ajuster la tension d'alimentation V de façon à s'affranchir du terme résiduel ú (Im), c'est ce que réalise la tension de commande Vo La relation ( 2) montre qu'alors la vitesse de rotation N est indépendante du courant IM traversant le moteur, ce qui rend ce dernier insensible aux fluctuations rapides de charge. On peut alors envisager que le signal SM induit par la rotation du moteur M soit obtenu à partir d'impulsions provoquées par la rupture du courant aux balais du moteur. Cette solution a l'avantage d'être beaucoup plus économique que, par exemple, l'utilisation d'un générateur tachymétrique. La figure 2 donne un schéma de principe d'un dispositif de régulation conforme à l'invention Ce dispositif comporte un circuit de traitement 21 d'un signal SM induit par la rotation du moteur M, comprenant un circuit de mise en forme-22 suivi d'un circuit intégrateur 23 fournissant un signal Sv de mesure de la vitesse du moteur constitué par une tension continue proportionnelle à la vitesse du moteur. Cette tension continue est ensuite comparée à une tension de référence S à l'aide d'un circuit de comparaison 11 compor- ref tant notamment un amplificateur opérationnel 12 qui délivre sur une borne de sortie 13 une tension Vo de commande destinée a contrôler la tension d'alimentation du moteur Comme on peut le voir sur la figure 2, le dispositif de régulation selon l'invention comporte également, placé entre le circuit de comparaison 11 et le moteur M, un circuit 31 à résistance négative compensant au moins partiellement la résistance interne r du moteur, la tension Vo de commande étant appliquée à une borne d'entrée 32 dudit circuit 31 à résistance négative. Dans l'exemple montré à la figure 2, le circuit 31 à résistance négative est un circuit du type "miroir de courant" Dans ce circuit, le courant I 1 traversant la résistance R 1 est séparé en deux branches au niveau du noeud 33; une des branches étant parcourue par un courant 12 et l'autre branche par le courant I /K o I est le courant traversant le moteur et K m m un nombre caractéristique du circuit 31. On a ainsi: I I = 1 + ( 3 1 = 2 ( 3) K En écrivant que les points 33 et 34 sont au même potentiel, il vient: E' + r I = R 1 I 1 ( 4), soit en combinant ( 3) et ( 4) R 1 El = R 1 I 2 - K m ( 5) En comparant les relations ( 1) et ( 5) on voit que la "résis- tance négative" du circuit 31 est définie par la quantité R 1 /K et que la tension d'alimentation V du moteur est repré- sentée par le terme R 1 I 2 La résistance R 1 étant ajustée de façon à ce que R 1/K compense en grande partie la résistance interne r du moteur, la vitesse N de rotation du moteur est donnée par: N = k (R 112 c(Im)) ( 6) La résistance R 1 étant fixe, on constate finalement que la régulation de la vitesse N consiste à corriger 12 par Vo de manière à compenser le terme résiduel c(Im). La figure 3 montre un exemple de réalisation d'un dispositif de régulation conforme au schéma de principe de la figure 2 Le circuit de mise en forme 22 est constitué par une bascule de Schmidt 221 suivie d'une bascule monostable 222 Le circuit intégrateur 23 est du type r 6 sistance-capacité. Le circuit de comparaison 11 comporte un amplificateur opéra- tionnel 12 qui délivre la tension de commande Vo destin K de l'ordre de 10, par exemple. Comme on peut le voir à la figure 3, il est prévu que le signal S induit par la rotation est constitué M par des impulsions provoquées par la rupture du courant I m aux balais du moteur M Ces impulsions sont prélevées dans une branche du circuit 31 à résistance négative parcourue par le courant traversant le moteur; dans le cas du dispositif de la figure 3, le signal SM est pris aux bornes de la résis- tance R 0. L'invention ne saurait être limitée au seul dispositif décrit à la figure 3 mettant en oeuvre un type particulier de circuit de comparaison Il est bien entendu qu'elle peut également être mise en oeuvre à l'aide de tout autre moyen de comparaison connu, comme celui qui consiste, par exemple, à comparer la fréquence des impulsions issues du moteur à la fréquence fixe d'un oscillateur à quartz De même, le signal induit par la rotation du moteur peut aussi provenir de l'induction magnétique créée dans une bobine fixe par des aimants permanents solidaires de l'arbre du moteur, ou encore d'un dispositif optique comportant une source lumi- neuse et un détecteur fixes, associés à des miroirs solidaires de l'arbre du moteur. REVENDICATIONS 1 Procédé de régulation de vitesse d'un moteur (M) à courant continu, selon lequel la tension d'alimentation (V) du moteur est contrôlée par une tension continue (Vo), dite tension de commande, cette tension étant fournie par un cir- cuit de comparaison ( 11) d'un signal de référence (Sref a un signal (SV) de mesure de la vitesse du moteur (M), le signal (SV) de mesure de la vitesse du moteur étant délivré par un circuit de traitement ( 21) à partir d'un signal (SM) induit par la rotation du moteur, caractérisé en ce que, le signal induit par la rotation du moteur étant un signal sensiblement périodique de basse fréquence, le contrôle de la tension d'alimentation (V) du moteur par la tension de commande (Vo) est effectué par l'intermédiaire d'un circuit ( 31) dit "à résistance négative" (-R) compensant au moins partiellement la résistance interne (r) du moteur. 2 Procédé de régulation selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le signal (SM) induit par la rotation du moteur est obtenu à partir d'impulsions provoquées par la rupture du courant aux balais du moteur (M). 3 Dispositif de régulation de vitesse d'un moteur (M) à courant continu, comportant un circuit de traitement ( 21) d'un signal (SM) induit par la rotation du moteur, circuit de traitement comprenant un circuit de mise en forme ( 22) suivi d'un circuit intégrateur ( 23) fournissant un signal (Sp) de mesure de la vitesse du moteur constitué par une tension continue proportionnelle à la vitesse du moteur, laquelle tension continue est comparée à une tension de référence (Sref) a l'aide d'un circuit de comparaison ( 11) comportant notamment un amplificateur opérationnel ( 12) qui délivre sur une borne de sortie ( 13) une tension (Vo) de commande destinée à contrô- ler la tension d'alimentation du moteur, caractérisé en ce que, le signal (SM) induit par la rotation du moteur (M) étant un signal sensiblement périodique de basse fréquence, il comporte également, placé entre le circuit de comparaison ( 11) et le moteur (M), un circuit ( 31) dit "à résistance négative" com- pensant au moins partiellement la résistance interne (r) du moteur, la tension (Vo) de commande étant appliquée à une borne d'entrée ( 32) dudit circuit ( 31) à résistance négative. 4 Dispositif de régulation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le signal (SM) induit par la rotation du moteur est constitué par des impulsions provoquées par la rupture du courant aux balais du moteur (M), lesdites impul- sions étant prélevées dans une branche du circuit ( 31) à résistance négative parcourue par le courant traversant le moteur. Dispositif de régulation selon l'une des revendica- tions 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit circuit ( 31) à résistance négative est un circuit du type "miroir de courant".