Brevet FR2563953A1 — publié le 19851108

SYSTEME DE COMMANDE D'UN MOTEUR A COURANT CONTINU L'invention concerne un système de commande d'un moteur à courant continu permettant notamment de lui donner les caractéristiques d'un moteur pas-à-pas. Les commandes de déplacement d'une structure mécanique par rapport à une autre (par exemple, en radiologie, le déplacement d'une table porte-patient par rapport à un socle fixe ou le déplacement d'un ensemble source-détecteur, etc ...) font appel, soit à des moteurs à courant continu, soit à des moteurs pas-à-pas. Les chaînes de commande et d'asservissement sont différentes suivant le type de moteur utilisé. Les caractéristiques générales des moteurs pas-à-pas sont bien connues, leur principal intérêt réside dans le fait qu'ils ne présentent pas d'erreur de poursuite et qu'ils sont disponibles sur le marché, à des prix intéressants, tout au moins dans le domaine des faibles et moyennes puissances. Néanmoins, leur "raideur" complique la conception des systèmes de commande asservis car on se heurte souvent à des problèmes de vibration, difficiles à maîtriser. AuSelà d'une certaine puissance, les moteurs pas-à-pas atteignent des prix élevés de sorte qu'il devient économiquement plus avantageux d'utiliser des moteurs à courant continu dans les asservissements. Cependant, le capteur de vitesse habituel pour ce genre de moteur est une dynamo tachymétrique qui est un sous-ensemble coûteux et fragile. L'un des buts de l'invention est de proposer un système de commande d'un moteur à courant continu, à entrée de commande numérique, qui soit relativement peu coûteux. Un autre but de l'invention est de proposer un système de commande dtun moteur à courant continu qui confère a' ce dernier des caractéristiques semblables à celles d'un moteur pas-à-pas. Plus précisément l'invention concerne donc un système de commande d'un moteur à courant continu à pilotage numérique, comprenant un agencement en cascade d'un circuit de commande numérique et d'un circuit de commande analogique, caractérisé en ce que ledit circuit de commande analogique comporte un moyen sommateur recevant à une première entrée le signal d'une liaison de contre-réaction incluant un codeur incrémental couplé audit moteur et à une seconde entrée, le signal d'une liaison de réaction alimentée par un moyen générateur d'impulsions de commande, ladite liaison de contre-réaction et ladite liaison de réaction incluant chacune un convertisseur fréquence-tension. Ainsi, les signaux de contre-réaction de vitesse sont élaborés à partir d'un codeur incrémental plus simple à mettre en oeuvre qu'une dynamo tachymétrique, tandis que le signal de réaction fournit une "anticipation de vitesse" permettant d'annuler pratiquement l'erreur dynamique de position. On a ainsi constaté que grâce à cet ensemble réaction/contre-réaction la qualité de l'asservissement était telle que le moteur à courant continu se comportait comme un moteur pas à pas mais avec beaucoup plus de souplesse.. Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, le signal d'erreur de position est essentiellement élaboré dans le circuit de commande numérique précité, ce qui confère plus particulièrement la caractéristique "pas-à-pas" au moteur à courant continu. Plus précisément, l'invention concerne aussi un sytème de commande d'un moteur à courant continu du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que ledit circuit de commande numérique comporte un compteur-décompteur piloté par un séquenceur, pour recevoir des impulsions à compter élaborées à partir dudit moyen générateur d'impulsions de commande et des impulsions à décompter élaborées à partir dudit codeur incrémental, ledit séquenceur étant piloté par une horloge. La sortie du compteur-décompteur est reliée au moyen sommateur précité via, notamment, un convertisseur Numérique Analogique. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un système de commande d'un moteur à courant continu selon son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma-bioc général du système de commande de moteur à courant continu conforme à l'invention - la figure 2 est un schéma de détail d'un sous-ensemble du système de la figure 1. En se reportant à la figure 1, on a représenté un système de commande d'un moteur à courant continu 11 comprenant essentielle ment un montage en cascade d'un circuit de commande numérique 12 et d'un circuit de commande analogique 13. Des impulsions de commande sont élaborées par un moyen générateur d'impulsions de commande 14 délivrant des impulsions à fréquence variable, au gré de l'utilisateur, ces impulsions etant appliquées à l'entrée el, du circuit 12. Le moteur 11 est piloté via un étage amplificateur de puissance 15 par le signal disponible à la sortie S du circuit de commande analogique 13. Ce circuit comporte un montage en cascade d'un premier amplificateur 16 ou 2amplificateur de position" d'un circuit correcteur à avance de phase 17, d'un premier moyen sommateur 18 ou "comparateur de vitesse", d'un second amplificateur 19 ou "amplificateur de vitesse", d'un second moyen som mateur 20 ou "comparateur de courant", d'un troisième amplificateur 21 ou "amplificateur de courant" et d'un circuit correcteur à retard de phase 22. Ces différents sous-ensembles, font partie de différentes boucles d'asservissement, respectivement une boucle de courant, une boucle de vitesse et une boucle de position, cette dernière incluant également le circuit 12.Le correcteur à avance de phase 17 est plus particulièrement inséré dans la boucle de position, il a une fonction de transfert de la forme: G 1 etg2 étant des constantes de temps choisies avec tu Le correcteur à retard de phase 22 est plus particulièrement inséré dans la boucle de courant, il a une fonction de transfert de la forme: 7 et t4 étant des constantes de temps choisies avec (54. La sortie de l'amplificateur 19 est reliée à une entrée non inverseuse du moyen sommateur 20 tandis que la boucle de courant se referme sur une entrée inverseuse de ce même moyen sommateur par une liaison de contre-réaction 25 comportant une cellule à effet Hall 26 couplée à l'un des conducteurs d'alimentation du moteur 11. Cette contre-réaction en courant permet de "linéariser" l'étage de puissance. La sortie du correcteur 17 est reliée à une entrée non inverseuse du moyen sommateur 18 tandis que la boucle de vitesse se referme sur une entre inverseuse de ce même moyen sommateur par une liaison de contre-réaction 28 incluant un codeur incrémental 29 couplé à l'axe du moteur 11, un multiplicateur d'impulsions 30 dont la fonction est de multiplier par n le nombre d'impulsions délivrées par le codeur incrémental 29 (dans l'exemple n = 4) et un convertisseur fréquence-tension 31 interconnecté entre la sortie du multiplicateur 30 et l'entrée inverseuse précitée du moyen sommateur 18. En outre le moyen sommateur 18 reçoit sur une autre entrée non inverseuse le signal d'une liaison de réaction 32 alimentée par le moyen générateur d'impulsions de commande 14, cette liaison de réaction 32 incluant un convertisseur fréquence-tension 33 analogue au convertisseur 31. La liaison de réaction 32 joue plus particu lièrement le rôle d'un circuit "d'anticipation de vitesse" permettant de réduire l'erreur dynamique de position, le signal d'erreur de position étant quand à lui appliqué au moyen sommateur 18 via I'amplificateur 16 et le correcteur 17. Comme mentionné plus haut, la boucle de position inclut le circuit de commande numérique 12 et la liaison de contre-réaction de position comporte le codeur incrémental 29 et le multiplicateur d'impulsions 30 dont la sortie est aussi reliée à une entrée e2 d'un circuit "anti-conflit" 34 (qui sera décrit plus loin) pilotant un compteur-décompteur 35 dont la sortie est reliée à l'amplificateur 16 via un convertisseur Numérique-Analogique 36. Le circuit "anti-conflit" 34 reçoit aussi les impulsions appliquées à l'entrée el par le moyen générateur d'impulsions de commande 14. Son rôle est de "gérer" les impulsions délivrées à l'entrée el et qui doivent être comptées par le compteurdécompteur 35 et celles délivrées à l'entrée e2 et qui doivent être décomptées par ce même compteur-décompteur. Comme son nom l'indique, le rôle du circuit "anti-conflit" est notamment de séquencer la transmission des impulsions appliquées en el et e2, pour ne perdre aucune information de commande ou de contreréaction lorsque des impulsions se présentent en même temps à ces entrées.Dans ce but (figure 2), le circuit 34 comporte un séquenceur 38 qui pilote les deux entrées de commande du compteurdécompteur 35, c'est-à-dire l'entrée ep permettant de positionner ce dernier en fonction comptage ou décomptage et l'entrée e c où sont appliquées les impulsions à compter ou décompter. Le séquenceur 38 est piloté par une horloge H dont les impulsions sont "distribuées" aux différentes sorties 0, 1, 2, 3, 4 et/ou 5, 6, 7, 8, 9, en fonction des impulsions qui se présentent en el et/ou e2 et qui sont mémorisées dans des unités de mémorisation 39 et 40, respec tivement. Les sorties de ces dernières sont respectivement reliées à une entrée de remise à 0, Rg, via une porte OU 41 et à une entrée de positionnement à 5, R5 via une porte OU 42.Ces portes comportent deux entrées chacune et deux entrées respectives sont reliées à la sortie d'une porte OU 43 à deux entrées, ces dernières étant reliées aux sorties 4 et 9 du séquenceur 38. Les sorties 2 et 7 du séquenceur sont reliées aux deux entrées d'une porte OU 44 dont la sortie pilote l'entrée ec. Les sorties 1 et 6 du séquenceur 38 sont reliées aux entrées d'une bascule R-S 45 dont la sortie pilote l'entrée ep.Lorsque le séquenceur effectue un balayage 0-1-2-3-4 (une impulsion ayant préalablement été mémorisée en 39) le cycle de comptage suivant est engendré: - 0: début du cycle - 1 : le compteur-décompteur 35 est positionné en fonction comptage via la bascule 45 - 2 : I'impulsion à compter est appliquée à l'entrée e c - 3 : l'unité de mémorisation 39 est remise à zéro - 4 : le séquenceur revient soit en 0 soit en 5, suivant l'état des unités de mémorisation 39, 40. Si une impulsion a été mémorisée dans l'unité de mémorisation 40 et qu'aucune impulsion n'est mémorisée dans l'unité de mémorisation 39, le séquenceur effectue un balayage 5-6-7-8-9 qui engendre le cycle de décomptage suivant: - 5 : début du cycle - 6 : le compteur-décompteur 35 est positionné en fonction décomptage via la bascule 45 - 7 : l'impulsion à décompter est appliquée à l'entrée e c - 8 : l'unité de mémorisation 40 est remise à zéro - 9 : le séquenceur revient soit en 5 soit en 0 suivant l'état des unités de mémorisation 39 et 40. Le déroulement du cycle de comptage est prioritaire sur le déroulement du cycle de décomptage si les unités de mémorisation 39 et 40 reçoivent des impulsions simultanément. On obtient donc une re-synchronisation des impulsions qui se présentent aux entrées el et e2, par rapport à l'horloge H. REVENDICATIONS 1. Système de commande d'un moteur à courant continu (11) à pilotage numérique, comprenant un agencement en cascade d'un circuit de commande numérique (12) et d'un circuit de commande analogique(l3), caractérisé en ce que ledit circuit de commande analogique comporte un moyen sommateur (18) recevant à une première entrée le signal d'une liaison de contre-réaction (283 incluant un codeur incrémental (29) couplé au moteur et à une seconde entrée le signal d'une liaison de réaction (32) alimentée par un moyen générateur d'impulsions de commande (14), ladite liaison de contre-réaction et ladite liaison de réaction incluant chacune un convertisseur fréquence-tension (31, 33). 2. Système de commande d'un moteur à courant continu selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de commande numérique (12) comporte un compteur-décompteur (35) piloté par un séquenceur (38) pour recevoir des impulsions à compter élaborées à partir dudit moyen générateur d'impulsions de commande (14) et des impulsions à décompter élaborées à partir dudit codeur Incré- mental (29), ledit séquenceur étant piloté par une horloge (H). 3. Système de commande d'un moteur à courant continu selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une première unité de mémorisation (39) est intercalée entre ledit moyen générateur d'impulsions de commande (14) et ledit séquenceur et en ce qu'une seconde unité de mémorisation (40) est intercalée entre ledit codeur incrémental (29) et ledit séquenceur (38). 4. Système de commande d'un moteur à courant continu selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit circuit de commande analogique comporte une liaison de contreréaction (25) dont le signal est représentatif du courant circulant dans ledit moteur (Il).