Brevet FR2633787A1 — publié le 19900105

A CIRCUIT DE COMMANDE EN MODE PAS A PAS OU EN MODE AUTO-COMMUTE D'UN MOTEUR La présente invention concerne le domaine de la commande de moteurs électriques. Dans certaines applications, on souhaite faire fonction- ner un moteur tantÈt comme moteur pas à pas tantôt comme moteur régulé à vitesse constante. Généralement, ce problème étant difficilement soluble, on a utilisé pour ce type d'application deux moteurs, l'un étant commandé en pas à pas, l'autre à vitesse constante, ces moteurs étant embrayés tour à tour. Ces dernières années, on a vu apparaître des moteurs qui se prêtent bien à fonctionner ou bien en mode pas à pas ou bien en mode normal. Comme exemple d'un tel moteur, on peut citer les mo- teurs du type à aimant disque et à codeur angulaire intégré tel que celui fabriqué par la société Portescap (France s.a.) sous la référence PP520. Ces moteurs se prêtent effectivement au fonctionnement dans l'un ou l'autre mode mais, dans les schémas d'application connus, on utilise des circuits distincts pour réaliser chacune des deux fonctions de commande. La pr sente invention a pour objet la commande alternée d'un moteur tel que du type à aimant disque et codeurs angulaires intégrés, en mode pas à pas et en mode continu, le fonctionnement en mode continu étant régulé en vitesse, en utilisant un circuit électronique unique pour la commande de ces deux modes. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir un tel circuit de commande qui soit particulièrement simple et utilise un minimum de circuits intégrés, ces circuits intégrés étant utilisés en commun pour les deux fonctions. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un circuit de commande en mode pas à pas ou en mode auto-commuté, avec régulation de vitesse, d'un moteur du type à aimant disque et à codeurs angulaires, prévu pour être alimenté par deux phases de signal de commande. La commande pas à pas est assurée par un en- semble de deux circuits intégrés classiques, le premier circuit intégré recevant des signaux d'horloge pas à pas et délivrant les deux phases de signal de commande au deuxième circuit intégré ser- vant d'amplificateur de puissance, le premier circuit intégré com- prenant également des moyens pour appliquer des signaux de validation intermittents au deuxième circuit intégré quand il reçoit sur une entrée dite de sécurité un signal indiquant que le courant dans une au moins des phases est supérieur à un seuil dé- terminé. La commande dans le mode auto-commuté est fournie par un réseau logique programmable à partir des sorties des codeurs angu- laires. Le même deuxième circuit intégré est utilisé pour l'ampli- fication des signaux de commande dans le mode auto-commuté et le même premier circuit intégré est utilisé pour la régulation de vi- tesse dans le mode auto-commuté, ce premier circuit intégré rece- vant alors sur son entrée de sécurité le signal résultant d'une conversion fréquence/tension de la sortie de l'un des codeurs an- gulaires. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 représente une commande de moteur en mode pas à pas; la figure 2 représente une commande mixte, pas à pas ou continue régulée, selon la présente invention; la figure 3 représente des formes d'ondes destinées à illustrer le fonctionnement du circuit de la figure 2; et la figure 4 illustre un exemple d'application d'un mo- teur à commande mixte selon la présente invention. La figure 1 représente un moteur M aliments par un cir- cuit de commande en mode pas à pas. Ce moteur reçoit des signaux sur deux enroulements, à savoir un signal de phase 1 entre des conducteurs Pll et P12 et un signal de phase 2 entre des conduc- teurs P21 et P22. Classiquement, cette commande est réalisée à l'aide de deux circuits intégrés commercialement disponibles, à savoir un premier circuit intégré CI1 de commande tel que le cir- cuit L297 de la société SGS et un deuxième circuit intégré CI2 d'amplification tel que le circuit L298 également fabriqué par la société SGS. Le circuit de commande CIi reçoit un signal d'ordre de marche/arrêt M/A, un signal de commande de sens de rotation ROT, un signal d'horloge CL fournissant les impulsions de commande pas à pas, et un signal OSC en provenance d'un oscillateur fonction- nant à une fréquence élevée devant la fréquence du moteur. Ce cir- cuit CI1 fournit pour la commande de la phase 1 un signal sur des lignes ClM et C12 et pour la commande de la phase 2 un signal sur des lignes C21 et C22. En outre, le circuit intégré CI2 du type susmentionné comprend des sorties Il et I2 représentant les courants dans la phase 1 et dans la phase 2. Ces sorties sont appliquées à un con- vertisseur courant/tension 10 et le circuit intégré CI1 comprend des entrées V1 et V2 correspondantes permettant de comparer les tensions V1 et V2 résultant de la transformation en tension des courants Il et I2 à une tension de référence VREF. Dans le schéma de la figure 1, on a additionné les tensions V1 et V2 dans un additionneur 11 et les bornes d'entrée V1 et V2 du circuit CI1 sont interconnectées. Le circuit intégré CIi compare la somme des tensions V1 et V2 à une tension de référence VREF et, si cette somme est supérieure à la tension VREF, le circuit CIl fournit au circuit CI2 un signal OSC1 résultant de la commande par le signal OSC pour laisser passer les signaux de sortie seulement pendant les phases de signal à haut niveau de l'oscillateur, hachant ainsi ces signaux et réduisant la puissance électrique disponible pour le moteur. Ainsi, la comparaison de V1 + V2 à VREF constitue une protection contre les surintensités au cas o les courants Il et I2 dépassent une valeur prédéterminée. Il faut toutefois noter qu'en temps normal, quand le circuit fonctionne sans incident, les valeurs V1 et V2 sont voisines de zéro et la boucle de sécurité ne fournit aucun signal. La figure 2 représente un mode de réalisation de circuit de commande mixte selon la présente invention. On y retrouve le moteur M, les circuits intégrés CI1, CI2 et la boucle de sécurité comprenant les éléments 10 et 11. Le moteur M1 est un moteur à ai- mant disque à codeurs angulaires intégrés fournissant des signaux Si et S2 qui sont des créneaux correspondant à la vitesse de rota- tion du moteur (un certain nombre de créneaux par rotation). Classiquement, un tel moteur est commandé en fournissant à partir des signaux Si et S2, par un circuit combinatoire PLA, les signaux Cll-C12 et C21-C22 destinés, après amplification par un amplifica- teur qui peut être le circuit CI2 susmentionné, à fournir les si- gnaux Pll-P12 et P21-P22 de commande des deux phases du moteur. De façon classique, le circuit PLA reçoit le signal d'ordre de sens de rotation ROT pour déterminer la façon dont seront dérivés les signaux Cll-C12 et C21-C22 à partir des signaux S1 et S2 pour fournir le sens de rotation approprié au moteur. Selon la présente invention, il est prévu de réguler la vitesse du moteur M en utilisant le circuit intégré CI1. Ainsi, l'un des signaux Si ou S2 des codeurs du moteur est envoyé à un circuit convertisseur fréquence/tension 20 qui applique sa sortie à l'additionneur 11 vers les entrées reliées entre elles Vl et V2 susmentionnées. Ainsi, quand la vitesse du moteur varie en dessus ou en dessous d'une valeur de consigne, la somme V1 + V2 devient supérieure ou inférieure à la tension de référence et le signal de sortie OSC1 agit sur le circuit intégré CI2 pour réguler la vites- se. Le circuit 20 reçoit un signal de réglage R et un signal de sélection SEL pour être activé seulement quand on veut être dans le mode de fonctionnement continu (ou auto-commuté). De même, le circuit PLA est commandé par le signal SEL pour, dans le mode auto- commute, fournir les signaux appropriés au circuit intégré CI2 à partir des signaux S1 et S2 et, dans le mode pas à pas, transmettre directement les sorties du circuit intégré CII. La figure 3 représente des formes d'onde apparaissant en différents points du circuit de la figure 2 pour mieux faire comprendre le fonctionnement de ce circuit. On suppose dans cette figure que le moteur M est dans un état de fonctionnement auto- commuté régulé. Les signaux Si et S2 des capteurs intégrés au moteur M, par exemple des capteurs à effet Hall, ont l'allure de créneaux à rapport cyclique 0,5, ces créneaux étant déphasés les uns par rap- port aux autres de T/2 en avance ou en retard selon le sens de rotation du moteur. Dans l'exemple donné, le signal S2 est en retard de x/2 par rapport à Sl. Le signal V1 + V2 de sortie du convertisseur fréquen- ce/tension (F/V) 20, dérivé du signal Si dans l'exemple repré- senté, est un signal en dents de scie, le front montant du signal Si correspond au début du signal V1 + V2. On a représenté le fonc- tionnement à l'état régulé, c'est-à-dire que la tension VREF cor- respond à une valeur intermédiaire entre les valeurs minimale et maximale du signal V1 + V2. On notera d'ailleurs quell'amplitude de ce signal V1 + V2 est réglée par une entrée R vers le conver- tisseur 20. Le signal de régulation OSC1 provenant du circuit inté- gré CI1 est un signal à haut niveau quand V1 + V2 est inférieur à VREF et un signal de fréquence correspondant à celle du signal de l'oscillateur OSC quand V1 + V2 est supérieur à VREF. On a représenté à titre d'exemple les signaux Cll et C12 de commande de phase 1 et C21 et C22 de commande de phase 2 du moteur en sortie du circuit PLA. Il s'agit de signaux en opposi- tion de phase sur les deux conducteurs d'une même phase et dépha- sés de n/2 d'une phase à l'autre. Le signal OSC1 arrivant sur le circuit intégré CI2, détermine que les signaux de sortie Pll, P12, P21 et P22 correspondent au passage de ces signaux Cll à C22 par des portes ET dont l'autre entree correspond au signal OSC1. On obtient ainsi les signaux Pll à P22 représentés. En conséquence, si l'amplitude de V1 + V2 tend à augmenter, le hachage des signaux Pll à P22 aug- mente et, inversement, il diminue si le signal V1 + V2 tend à dé- croltre. On s'assure ainsi que le moteur M tourne à vitesse constante. On notera que c'est une caractéristique de la présente invention que d'utiliser le circuit intégré CI1 et la fonction de sécurité généralement associée aux circuits intégrés CI1 et CI2 pour assurer la régulation de vitesse du moteur en mode auto- commute. En outre, comme le montre la figure 2, même dans le mode de régulation, on peut continuer à utiliser la fonction de sécurité assurée par le convertisseur courant/tension 10 pour réduire la puissance appliquée au moteur en cas d'incident, c'est- à-dire de surintensité sur une phase. Une commande de moteur selon la présente invention peut notamment être appliquée dans le cas d'un dispositif valideur de tickets. Il s'agit là par exemple d'un appareil fixe ou embarqué, par exemple dans un autobus, et destiné au contr8le de titres de transport à piste magnétique. Un exemple schématique d'un tel appareil est illustré en figure 4. L'usager introduit son ticket ou titre de transport dans un guichet d'entrée GE. Le titre est déplacé par une bande trans- porteuse 1 tournant autour de rouleaux 2 et 3 et entratnée par le moteur M susmentionné. Le titre est détecté par un capteur d'entrée CE et avalé dans le valideur. Un obturateur de fente OF est alors actionné par un électro-aimant interdisant toute nouvelle introduction durant le traitement du titre présent à l'intérieur de l'appareil. Le ti- tre est ensuite acheminé devant une tête magnétique TM pour lectu- re des informations codées sous forme numérique sur la piste magnétique. Le traitement de ces informations est effectué (véri- fication de la validité, décrémentation de la valeur résiduelle etc.) puis le déplacement de la bande transporteuse est inversé pour amener à nouveau le titre sous la tête magnétique TM afin d'effectuer le codage de nouvelles informations. La synchronisa- tion est assurée par le capteur de codage CC. Le déplacement est alors inversé à nouveau dans le but de relire les informations que l'on vient de coder (vérification du codage). Après ces opéra- tions, on achemine le titre vers un système d'impression TI, par exemple un système d'impression à impact. Dans tous les déplacements précédents, notamment pour la lecture magnétique, le moteur devait fonctionner à vitesse constante dans un sens ou dans l'autre. Ensuite, il doit être arrêté et avancé pas à pas pour permettre l'impression transver- sale d'une succession de lignes, de points ou de caractères. Enfin, le titre est acheminé vers un guichet de sortie GS oh l'usager peut le récupErer. Le capteur de sortie CS permet de surveiller le retrait du titre. On déverrouille alors l'obtura- teur de fente d'entrée et on attend l'introduction d'un nouveau titre. On voit que dans un tel système o l'on a besoin d'une combinaison de déplacements continus à vitesse constante et pas à pas, le système de commande selon la présente invention est tout particulièrement adapté. Bien entendu, la présente invention est susceptible de nombreuses variantes et modifications. Notamment, on a indiqué précédemment des références de moteurs et de circuits intégrés spécifiques. D'autres moteurs et circuits intégrés fournissant des fonctions équivalentes pourraient être utilisés. REVENDICATIONS 1. Circuit de commande en mode pas à pas ou en mode auto- commute, avec régulation de vitesse, d'un moteur (M) du type à ai- mant disque et à codeurs angulaires, prévu pour être alimenté par deux phases (Pll-P12, P21-P22) de signal de commande, dans lequel la commande pas à pas est assurée par un ensemble de deux circuits intégrés classiques, le premier circuit intégré (CI1) recevant des signaux d'horloge pas à pas et délivrant les deux phases de signal de commande au deuxième circuit intégré (CI2) servant d'amplifica- teur de puissance, le premier circuit intégré comprenant également des moyens pour appliquer des signaux de validation intermittents au deuxième circuit intégré quand il reçoit sur une entrée dite de sécurité (V1, V2) un signal indiquant que le courant dans une au moins des phases est supérieur à un seuil déterminé (VREF), et dans lequel la commande dans le mode auto-commuté est fournie par un réseau logique programmable (PLA) à partir des sorties (S1, S2) des codeurs angulaires, caractérisé en ce que le même deuxième circuit intégré (CI2) est utilisé pour l'amplification des signaux de commande dans le mode auto-commuté et en ce que le même premier circuit in- tégré (CI1) est utilisé pour la régulation de vitesse dans le mode autocommute, ce premier circuit intégré recevant alors sur son entrée de sécurité le signal résultant d'une conversion fréquence/tension de la sortie de l'un des codeurs angulaires. 2. Application du circuit selon la revendication 1 à la commande d'un moteur utilisé dans un système de lecture magnétique et d'impression de tickets.