Brevet FR2499782A1 — publié le 19820813

La présente invention concerne un procédé pour ré- gler l'alimentation d'un moteur électrique à courant continu. L'invention concerne également un dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé. On sait que la vitesse d'un tel moteur dépend de la tension d'alimentation et que son couple dépend de l'inten- sité. Dans le cas, particulièrement visé par l'invention, o le moteur est destiné à assurer, par l'intermédiaire d'une démultiplication convenable, le déplacement d'un organe mécanique tel qu'une porte, un organe de machine- outil ou un chariot d'appareil de manutention, un double problème apparaît. D'une part, il est nécessaire que la manoeuvre s'ef- fectue sans à-coups, essentiellement en fin de course, et, d'autre part, le blocage en fin de course ne doit pas pro- voquer de surintensité dans le moteur. Pour résoudre ce double problème, il est connu de régler l'alimentation du moteur par la mise en service d'un nombre variable de résistances qui permettent d'ajuster la tension et l'intensité du courant à la valeur souhaitable. Un tel procédé présente plusieurs inconvénients. D'une part, la vitesse et le couple du moteur dépendent de la tension de source. D'autre part, la limitation de l'in- tensité en cas de blocage est mal assurée. D'une façon gé- nérale, ce procédé fait appel à une dissipation d'énergie importante dans les résistances. Sur le plan technologique, un tel système conduit à un encombrement relativement important. En outre, la pro- grammation d'une vitesse décroissante au voisinage de la fin de course, pour éviter les à-coups, conduit à un système de commutation de résistances relativement complexe. La présente invention vise à réaliser un procédé et un dispositif de réglage qui permettent de pallier ces in- convénients, notamment d'éviter efficacement les surinten- sités, de supprimer pratiquement les déperditions d'énergie et de programmer de façon simple la vitesse du moteur. Suivant un premier aspect de l'invention, le pro- cédé pour régler l'alimentation d'un moteur électrique à courant continu consiste à réduire les écarts d'au moins une grandeur caractéristique du courant appliqué au moteur relativement à une valeur de consigne prédéterminée, et il est caractérisé en ce qu'on effectue les opérations sui- vantes: a) on compare la grandeur caractéristique à régler avec la valeur de consigne pour définir un signal d'écart; b) on élabore une action de réglage ayant une com- posante proportionnelle audit écart et une composante pro- portionnellé à l'intégrale dudit écart par rapport au temps; c) on définit une suite d'intervalles de temps iso- chrones; d) dans chaque intervalle, on définit, à l'aide de l'action de réglage précitée, un rapport cyclique entre une durée de passage du courant d'alimentation et une durée d'in- terruption de ce courant. En raison de l'inertie du moteur, la puissance élec- trique qui lui est appliquée s'intègre convenablement sui- vant une valeur moyenne fonction du rapport cyclique des temps de passage et d'absence du courant. Ce procédé permet d'éviter une dissipation d'énergie dans des résistances, il offre une souplesse bien supérieure d'utilisation et conduit à un encombrement réduit. Suivant une réalisation préférée du procédé, on dé- finit deux grandeurs caractéristiques à régler, on les convertit suivant une même échelle d'une grandeur repré- sentative, et on les compose pour retenir la plus grande des deux en vue de la régler. Le procédé permet alors de régler la tension, donc la vitesse du moteur, en évitant les à-coups, et d'éviter les surintensités en cas de blocage. Suivant un autre aspect de l'invention, le dispositif est destiné à régler l'alimentation d'un moteur à courant continu en réduisant les écarts d'au moins une grandeur caractéristique du courant appliqué au moteur relativement à une valeur de consigne prédéterminée, et notamment à ap- pliquer un procédé tel que décrit plus haut. Il est carac- térisé en ce quil comprend: au moins un capteur-transducteur de la grandeur à régler; un étage d'élaboration d'une valeur de consigne; 10. un étage de comparaison dont les entrées sont reliées aux deux étages précédents et dont la sortie est reliée à l'entrée d'un régulateur à action proportionnelle et intégrale; un comparateur dont les entrées sont reliées aux sorties respectives du régulateur et d'un générateur d'os- cillations isochrones, et dont la sortie est reliée à un étage de commande de puissance. De préférence, le dispositif comprend deux capteurs- transducteurs pour mesurer respectivement l'intensité et la tension du courant d'alimentation et les convertir en si- gnaux suivant une même échelle d'une grandeur représentative, et un étage de comparaison et de commutation pour sélection- ner le plus grand de ces signaux, la sortie de cet étage étant reliée à l'étage de comparaison avec la valeur de consigne. L'étage de comparaison choisit celle des deux gran- deurs qui tend à augmenter de plus et la considère comme la grandeur à régler en priorité. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif: la figure 1 est un schéma d'ensemble d'un disposi- tif de réglage conforme à l'invention; la figure 2 est un schéma détaillé de l'étage de comparaison et de commutation; la figure 3 est un schéma détaillé du régulateur; la figure 4 est un schéma détaillé de l'oscillateur; la figure 5 est un schéma montrant le signal émis par l'oscillateur; la figure 6 est un schéma du comparateur; la figure 7 est un schéma détaillé de l'étage de commande de puissance; la figure 8 est un diagramme temporel servant à expliquer le fonctionnement du dispositif. Ia figure 9 est un schéma détaillé de la logique de commande. En référence à la figure 1, un moteur 1 est alimenté par une batterie (+,) par l'intermédiaire d'un étage de commande de puissance 2. Cet étage est relié à une logique de commande 3 qui sera décrit plus loin. Un capteur-transducteur d'intensité 4 est monté aux bornes d'une résistance 5 en série avec le moteur 1, et un capteur-transducteur de tension 6 est monté aux bornes de l'ensemble constitué par le moteur 1 et la résistance 5. Ces capteurs-transducteurs sont agencés pour déli- vrer en sortie une tension représentative de la grandeur mesurée suivant une échelle de 6-12 V. Les sorties des capteurs-transducteurs sont appli- quées à l'entrée d'un étage 7 de comparaison et de sélection qui comprend un comparateur 8 (figure 2) recevant les deux signaux et délivrant un signal de niveau 1 si le signal d'in- tensité est plus grand que le signal de tension et un signal de niveau zéro dans le cas contraire. La sortie du compara- teur 8 est reliée en parallèle à une entrée d'une porte ET 9 recevant d'autre part le signal d'intensité et à une en- trée inverseuse d'une porte ET 1l recevant d'autre part le signal de tension. Les sorties de ces portes sont reliées en parallèle pour constituer la sortie de l'étage 7. On comprend que le signal de sortie de l'étage 7 -35 est le plus grand des deux signaux d'entrée. Ce signal de sortie est appliqué à une entrée d'un étage potentiométrique lui-même relié à la logique de commande 3. La logique de commande 3 comprend un premier étage de temporisation Tl recevant un signal 17 fourni par la position de l'organe mécanique déplacé par le moteur 1. Cet étage Tl attaque en parallèle un étage 14 définissant le sens de rotation du moteur 1 (par l'intermédiaire d'un transistor 15) et un second étage de temporisation T2. L'étage T2 attaque en parallèle une entrée 41a de l'étage de commande de puissance 2 (par l'intermédiaire d'un transistor 16), et un troisième étage de temporisation T3 qui attaque en sortie l'étage 13 d'élaboration de la valeur de consigne. L'étage 13 comprend un montage potentiométrique alimenté sous 6V, de manière à matérialiser la valeur de consigne suivant une échelle 6-12V. L'étage de comparaison 12, qui est en réalité un soustracteur, a sa sortie reliée à l'entrée d'un régulateur 18 à action proportionnelle et intégrale pour lui appliquer un signal d'écart A toujours matérialisé par une tension variant entre 6 et 12 V (figure 8, courbe a). Le régulateur 18 comprend un amplificateur 19 atta- qué par l'intermédiaire d'une résistance 21 et comportant une boucle de contre-réaction composée d'une résistance 22 en série avec un condensateur 23. Le signal de sortie B du régulateur est proportionnel au signal d'écart par le jeu des résistances 21, 22 pour atténuer immédiatement les variations rapides de la grandeur à régler. Il s'y superpose, grâce au condensateur 23, une action proportionnelle à l'intégrale de l'écart par rapport au temps, qui tend à corriger les variations lentes. Le régulateur 18 est construit de manière à délivrer un signal de sortie variant entre -0,75 V et +0,75 V quand le signal d'écart varie entre ses limites extrêmes. La sortie du régulateur 18 est raccordée à une entrée 24 d'un comparateur 25 dont l'autre entrée 26 est raccordée à la sortie d'un oscillateur 27. Cet oscillateur comprend un amplificateur 28 (figure 4) dont la sortie est reliée à l'entrée de référence par une boucle de contre-réaction comportant une résistance 29. L'entrée de signal 31 est reliée à l'autre entrée de l'amplificateur par l'intermédiaire d'un condensateur 32, et la sortie de l'amplificateur est branchée sur cette entrée par l'intermédiaire d'une résistance variable 33. Le signal de sortie est prélevé entre l'entrée de l'amplifica- teur et la résistance variable 33. Par ce montage, on obtient en sortie de l'oscilla- teur un signal en dents de scie C (figure 5). Dans l'exem- ple décrit, l'amplitude de ce signal-est de +0,75 V (figure 8, courbe c) et sa fréquence est de 1 kHz. Le comparateur 25 (figure 6) comprend un amplifica- teur 34 dont la sortie, par l'intermédiaire d'un diviseur de tension composé de deux résistances 35, 36,attaque en parallèle la base d'un transistor 37 monté en émetteur commun et son collecteur par l'intermédiaire d'un condensa- teur 38. Ce montage permet d'obtenir en sortie un signal D de 5 V, positif ou négatif suivant que, respectivement, le signal en dents de scie C est supérieur ou inférieur au signal de sortie B du régulateur 18 (figure 8, courbe d). Ce signal est appliqué sur la base d'un transistor 39 monté en émetteur commun qui délivre sur son collecteur un signal E inversé et redressé (figure 8, courbe e). Le signal E est appliqué à une entrée 41 de l'étage de commande de puissance 2 dont une autre entrée 42 est reliée au pôle négatif de la batterie. L'entrée 41 est reliée à la base d'un transistor 43 dont l'émetteur est relié d'une part au -par l'intermédiaire d'une résistance 44 et d'autre part à la base d'un transis- tor 45 dont l'émetteur est au -. Les collecteurs des deux transistors sont réunis sur la sortie 46 de l'étage 2, et une diode Zener 47 relie cette sortie au -. Ce montage permet d'obtenir en sortie une tension F découpée (figure 8, courbe f) servant à l'alimentation du moteur. En réalité, l'entrée 41 est la même que l'entrée 41 a, sur laquelle viennent donc se superposer le signal émis par la logique de commande 3 et le signal haché E. Dans l'exemple décrit, le dispositif permet, par découpage, d'alimenter le moteur 1 en marche normale à vitesse maximale sous une tension de 57 V à partir d'une batterie de 72 V. En fonctionnement, le moteur 1 est mis en route à partir de la logique de commande 3. Après une temporisation ti définie par l'étage Tl, le sens de rotation du moteur est défini par l'étage 14. Puis, après une nouvelle tempo- risation t2 définie par l'étage T2, l'étage 2 de commande de puissance est actionné. Enfin, après une dernière tempori- sation t3, définie par l'étage T3, la valeur de consigne est élaborée. En cours de fonctionnement du moteur, si l'intensité vient à augmenter par exemple sous l'effet d'un blocage, l'étage de comparaison et de commutation 7 sélectionne cette grandeur comme grandeur à régler et l'étage de comparaison 12 délivre le signal d'écart A. Le régulateur 18 délivre une action B d'autant plus élevée que le signal d'écart est grand. Plus cette action B est forte et plus la période pendant laquelle elle est inférieure au signal en dents de scie est brève (figure 8), ce qui a pour effet d'abréger la durée des impulsions du signal D et finalement de réduire les périodes de passage du courant dans le moteur par rapport à des périodes d'interruption. La grandeur réglée peut également être la tension appliquée au moteur. En particulier, quand l'organe méca- nique déplacé par le moteur approche de sa fin de course, le signal 17 appliqué au boîtier de télécommande provoque l'a- baissement de la valeur de consigne et le régulateur agit dans le sens d'une diminution de la tension appliquée au moteur, donc d'une réduction de sa vitesse. 5.Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exem- ple décrit mais couvre toute variante à la portée de l'homme de l'art, notamment en ce qui concerne le constitution des circuits électriques. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour régler l'alimentation d'un moteur électrique à courant continu en réduisant les écarts d'au moins une grandeur caractéristique du courant appliqué au moteur relativement à une valeur de consigne. prédéterminée, caractérisé en ce qu'on effectue les opérations suivantes: a) on compare la grandeur caractéristique à régler avec la valeur de consigne pour définir un signal d'écart; b) on élabore une action de réglage ayant une com- posante proportionnelle audit écart et une composante pro- portionnelle à l'intégrale dudit écart par rapport au temps; c) on définit une suite d'intervalles de temps iso- chrones; d) dans chaque intervalle, on définit, à l'aide de l'action de réglage précitée, un rapport cyclique entre une durée de passage du courant d'alimentation et une durée d'interruption de ce courant. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on définit deux grandeurs caractéristiques à régler, en ce qu'on les convertit suivant une même échelle d'une grandeur représentative, et en ce qu'on les compare pour retenir la plus grande des deux en vue de la régler. 3. Dispositif pour régler l'alimentation d'un mo- teur (1) à courant continu en réduisant les écarts d'au moins une grandeur caractéristique du courant appliqué au moteur relativement à une valeur de consigne prédéterminée, et notamment pour appliquer un procédé conforme à la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: au moins un capteur-transducteur (4) de la gran- d-eur à régler; un étage (13) d'élaboration d'une valeur de con- signe; un étage de comparaison (12) dont les entrées sont reliées aux deux étages précédents et dont la sortie est reliée à l'entrée d'un régulateur (18) à action proportion- nelle et intégrale; un comparateur (25) dont les entrées (24, 26) sont reliées aux sorties respectives du régulateur (18) et d'un générateur (27) d'oscillations isochrones, et dont la sortie est reliée à un étage de commande de puissance (2). 4. Dispositif conforme à la revendication 3, carac- térisé en ce qu'il comprend deux capteurs-transducteurs (4, 6) pour mesurer respectivement l'intensité et la tension du courant d'alimentation et les convertir en signaux sui- vant une même échelle d'une grandeur représentative, et un étage (7) de comparaison et de commutation pour sélection- ner le plus grand de ces signaux, la sortie de cet étage étant reliée à l'étage (12) de comparaison avec la valeur de consigne. 5. Dispositif conforme à l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le générateur d'oscillations (27) est agencé pour engendrer des oscillations en dents de scie (C). 6. Dispositif conforme à l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une logique de commande 3 reliée à l'étage (13) d'élaboration de la valeur de consigne et à l'étage (2) de commande de puissance. 7. Dispositif conforme à la revendication 6, carac- térisé en ce que lalogqe de commande (3) comprend une entrée pour un signal (17) de programmation de la valeur de consigne, ce signal dépendant de la position d'un organe mécanique actionné par le moteur (1).