Brevet FR2701790A1 — publié le 19940826

i "Procédé et dispositif pour commander un moteur pas à pas". L'invention concerne un procédé et un dispo- sitif pour commander un moteur pas à pas et notamment un procédé de commande d'un moteur pas à pas avec au moins deux phases de commande et une unité de calcul pour générer au moins un signal de commande et par un dispositif de commande d'un moteur pas à pas avec une unité de calcul pour générer au moins un signal de commande Dans le domaine de la technique automobile, on utilise des moteurs pas à pas pour actionner des installations de réglage et effectuer des commandes, par exemple en liaison avec le déplacement d'un organe de réglage de puissance pour la régulation de la mar- che au ralenti ou pour la commande de puissance du moteur à combustion interne. Ces moteurs pas à pas présentent en général au moins deux phases de commande (moteur pas à pas à deux phases) dont l'alimentation électrique est assu- rée chaque fois par au moins deux montages en pont complet La commande de ces montages en pont complet pour actionner le moteur pas à pas, est effectuée sui- vant la direction de marche, chaque fois par au moins deux signaux rectangulaires déphasés de 90 O Lorsque la commande se fait à partir d'une unité de calcul, comme par exemple un micro-ordinateur, on occupe jusqu'à quatre sorties de l'unité de calcul pour com- mander un tel étage de sortie à pont complet pour un moteur pas à pas. Cela est lié à une mise en oeuvre trop importante tant pour l'occupation de la sortie de l'unité de calcul que pour le programme de commande. La présente invention a ainsi pour but de réduire considérablement les moyens formant la comman- de d'un moteur pas à pas. A cet effet, l'invention concerne un procédé de commande d'un moteur pas à pas, caractérisé par une logique de commande qui transforme l'unique signal de commande de l'unité de calcul en des signaux de com- mande pour les phases du moteur pas à pas. De manière particulièrement intéressante la logique de commande du signal de commande de l'unité de calcul est transformée en signaux de commande déphasés de 90 pour les phases du moteur pas à pas. Avantages de l'invention Le procédé selon l'invention offre l'avanta- ge de n'occuper qu'une sortie d'unité de calcul. Il est en outre avantageux de simplifier considérablement le programme de commande de l'unité de calcul, car le procédé selon l'invention permet en prédéterminant un signal de commande, de déterminer à la fois le sens de fonctionnement et la commande. Selon l'invention, il est particulièrement avantageux de commander un moteur pas à pas en liaison avec la commande de puissance d'un moteur à combustion interne avec notamment un dispositif caractérisé par une logique de commande qui transforme l'unique signal de commande de l'unité de calcul en des signaux impul- sionnels pour commander le moteur pas à pas à au moins deux phases. La logique de commande selon l'invention représente en outre un montage peu coûteux, suscepti- ble d'être intégré. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: La figure 1 montre un montage pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. La figure 2 montre différents chronogram- mes de signaux caractéristiques explicitant l'inven- tion. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre un système de commande d'un moteur pas à pas à deux phases La référence 10 concerne une unité de calcul, notamment un micro- ordinateur, la référence 12 une logique de commande pour exécuter le procédé de l'invention, les référen- ces 14 et 16, des étages en pont complet pour chaque phase du moteur pas à pas, et la référence 18 le moteur pas à pas lui-même. L'unité de calcul 10 est reliée par lignes d'entrée 20 22 aux installations de mesure 24 26. Une ligne 30 est reliée par la sortie 28 de l'unité de calcul 10 à l'entrée 32 de la logique de commande 12. Une résistance RI reliée au point de connexion 34 de la logique de commande 12 est branchée sur l'entrée 32 Ce point de branchement 34 est relié à la masse par un condensateur C En outre, une résistance R 2 est reliée à l'entrée 32 Cette résistance est reliée au point de connexion 36 de la logique de commande 12 pour fournir à cette logique la tension d'alimenta- tion En outre, une ligne de liaison 38 relie l'entrée 32 à l'entrée d'horloge CLK 2 d'une bascule bistable (flip-flop) FF 2, et par un inverseur I, à l'entrée d'horloge CLK 1 d'une autre bascule bistable (flip- flop) F Fl Une résistance R 3 est branchée entre le point de raccordement 36 de la logique de commande 12 et un point de raccordement 40 lui-même relié à l'en- trée positive d'un comparateur K 1 Une autre résistan- ce R 4 relie le point 40 à un point de connexion 42 lui-même relié à l'entrée négative d'un second compa- rateur K 2 Le point de connexion 42 est relié à la masse par une résistance R 5 L'entrée négative du com- parateur K 1 et l'entrée positive du comparateur K 2 sont reliées par la ligne 44 au point de connexion 34 de la logique de commande 12 Le point de connexion 36 de la logique de commande 12 est relié par une résis- tance R 6 au point de connexion 46 lui-même relié aux sorties des comparateurs K 1 et K 2 Une ligne 48 relie le point de connexion 46 d'une part à l'entrée de re- mise à l'état initial CR Ll du flip-flop FF 1 et d'autre part à l'entrée de remise à l'état initial CLR 2 du flip-flop FF 2 La sortie QI est reliée à la sortie 50 de la logique de commande 12 alors que la sortie com- plémentaire du flip-flop FF 1 est reliée à sortie 52 de la logique de commande 12 La sortie Q 2 du flip-flop FF 2 est reliée à la sortie 54 de la logique de comman- de 12 et la sortie complémentaire du flip-flop FF 2 est reliée à la sortie 56 de la logique de commande 12. Pour être complète, la figure 1 montre un autre bran- chement 58 de la logique de commande 12 pour relier cette logique à la masse. La sortie 50 de la logique de commande 12 est reliée par la ligne 60 à l'étage de sortie en for- me de pont complet 14; la sortie 52 est reliée par la ligne 62 à l'étage de sortie 14 De façon analogue, la sortie 54 est reliée par la ligne 64 et la sortie 56 par la ligne 66, à l'étage en forme de pont complet 16 Il s'agit de composants du commerce, par exemple les composants TLE 4202 B, branchés de la manière prescrite non représentée à la figure 1 Le moteur pas à pas 18 est relié, comme cela est représenté schéma- tiquement, aux composants de sortie 14 et 16 La ligne 68 passe du composant 14 à travers un premier enroule- ment de phase 70 du moteur pas à pas pour revenir au composant 14, alors que la ligne 72 passe du compo- sant 16 à travers le second enroulement de phase 74 pour revenir au composant 16. A la place de l'étage de sortie constitué par un pont 14 et 16 associé à un type de moteur pas à pas unipolaire, on peut également prévoir une seule commande d'entraînement Selon d'autres exemples de réalisation avantageux, l'invention peut s'appliquer à la fois à des moteurs pas à pas bipolaires ou unipo- laires En outre, selon des exemples de réalisation avantageux, on peut utiliser l'invention pour des moteurs pas à pas polyphasés. Le système représenté à la figure 1 sert, selon un exemple de réalisation préférentiel, à régler un élément de réglage de puissance d'un moteur de véhicule Un tel organe de réglage de puissance peut être le volet d'étranglement du système d'aspiration d'un moteur à combustion interne ou la tige de réglage d'un moteur diesel Le réglage de cet organe de régla- ge de puissance sert ainsi, selon un exemple de réali- sation préférentiel, à régler la vitesse de rotation de ralenti; dans d'autres modes de réalisation préfé- rentiels, il sert à régler l'organe de réglage de puissance suivant la consigne du conducteur prédéter- minée par la position d'un élément de manoeuvre actionné par le conducteur, et en outre, dans le cas d'un système de pédale d'accélérateur électronique, pour effectuer une régulation du couple d'entraînement ou du couple de frein moteur ou encore pour effectuer une régulation de vitesse de déplacement. Le fonctionnement de principe de l'installa- tion est décrit ci-après dans le cas d'une régulation de vitesse de ralenti De façon analogue, le fonction- nement du montage de la figure 1 se transpose aux au- tres applications décrites ci-dessus. A partir des grandeurs de fonctionnement fournies par une installation de mesure 24 26 par l'intermédiaire des lignes 20 22, l'unité de calcul détermine une grandeur de consigne pour la vitesse de rotation de ralenti Comme cela est connu, selon l'état de la technique, il s'agit pour ces grandeurs de fonctionnement (paramètres de fonctionnement) de préférence de la tension de la batterie, de la vitesse de déplacement, de la vitesse de rotation du moteur, de la température du moteur, du réglage de l'installa- tion de climatisation, du rapport de la boîte de vitesses, etc La valeur de consigne de la vitesse de rotation est ainsi mise en relation avec la vitesse de rotation détectée du moteur, pour former une mesure de la différence entre la valeur réelle et la valeur de consigne de la vitesse de rotation Dans le cadre du programme de commande, cette mesure est transformée en un nombre de pas pour régler le moteur pas à pas. En outre, à partir du signe algébrique de la différen- ce, on détermine le sens de la commande du moteur pas à pas pour le régler dans un sens de déplacement ou dans l'autre, c'est-à-dire pour la marche avant ou la marche arrière. Les informations correspondantes sont trans- formées par le micro-calculateur en un signal d'horlo- ge TO disponible à la sortie 28; le nombre de pas servant à réduire la différence pour régler la vitesse de rotation réelle sur la vitesse-de rotation de con- signe est transformé en un nombre d'impulsions, alors que l'information concernant le sens du réglage du moteur pas à pas est intégrée dans le niveau du signal constant du signal d'horloge TO à partir duquel on obtient le signal impulsionnel Le signal impulsionnel TO est transmis par la ligne 30 à l'entrée 32 de la logique de commande 12 et de là, par le circuit décrit, en des impulsions de commande déphasées de 900 pour le moteur pas à pas 18 Ces impulsions de comman- de sont formées sur les sorties 50 et 54 de la logique de commande 12 pour être émises pendant que les sor- ties 52 et 56 fournissent chaque fois le signal in- verse Ces signaux commandent les ponts 14 et 16 pour alimenter en impulsions d'intensité, déphasées de 900, les enroulements 70 et 74 du moteur pas à pas 18 Le moteur pas à pas 18, et l'organe de réglage correspon- dant se déplacent suivant l'amplitude de pas prédéter- minée par la construction du moteur pas à pas 18 en fonction du nombre des impulsions; le sens de dépla- cement du moteur pas à pas dans le sens positif ou négatif dépend du déphasage des signaux de commande. Le fonctionnement de la logique de commande 12 sera décrit à l'aide des chronogrammes de la figure 2 Dans les figures 2 a 2 e formant la figure 2, le temps est représenté en abscisses. La figure 2 a montre le signal d'horloge TO fourni à la sortie 28 de l'unité de calcul 10; la figure 2 b montre le signal de tension Ul aux bornes du condensateur C La figure 2 c représente le signal de sortie du comparateur K sur la ligne 48; la figure 2 d et la figure 2 e montrent les signaux Ai et A 2 aux sor- ties 50 et 54 de la logique de commande 12 Dans la première zone, on a représenté une commande du moteur pas à pas 18 dans le sens de la marche avant et dans la seconde zone une commande du moteur pas a pas 18 dans le sens de la marche arrière. Le signal d'horloge TO est conçu pour pren- dre trois états Tout d'abord il peut être constant à un niveau de signal bas; par ailleurs, il peut être constant à un niveau de signal haut; et enfin, il peut être constitué par un signal rectangulaire de fréquence constante avec un rapport de travail par exemple égal à 50 % Ce signal d'horloge fourni par l'unité de calcul 10 suivant un programme de commande esquissé ci-dessus, est transformé dans la logique de commande, par un filtre passe-bas formé des éléments Rl et C, en une tension analogique Ul On obtient ain- si pour un niveau de signal bas constant du signal d'horloge, une tension constante inférieure à la ten- sion U 3 appliquée à l'entrée négative du comparateur K 2 et fournie par le diviseur de tension composé des résistances R 3, R 4, R 5 Si le signal d'horloge est un signal rectangulaire de fréquence constante, le signal Ul qui est principalement une tension en forme de dents de scie, a des valeurs de tension comprises entre la valeur U 3 donnée ci-dessus et la tension U 2 appliquée par le diviseur de tension R 3, R 4, R 5 à l'entrée du comparateur Kl Pour un niveau de signal constant, élevé du signal d'horloge TO, on obtient une tension U 1 dont le niveau est supérieur à la tension U 2 ci-dessus. Le niveau de signal fixe prédéterminé fait que les sorties des comparateurs Kl et K 2 prennent des valeurs fixes pour chacun des trois états possibles. Pour le signal d'horloge de niveau faible, constant, le comparateur Kl donne un signal de sortie de niveau faible, et le comparateur K 2 un signal de sortie de niveau élevé Au point de connexion 46, les deux signaux de sortie des comparateurs sont combinés selon la fonction logique ET, si bien que sur la ligne 48 le signal K a un niveau faible. Pour un signal d'horloge de niveau constant élevé, la sortie du comparateur Kl est à un niveau faible, et celle du comparateur K 2 à un niveau élevé, si bien que la valeur K résultant du signal est à un niveau faible Lorsque le signal d'horloge est un signal rectangulaire, la tension Ul est comprise entre les valeurs U 2 et U 3, si bien que les deux sorties des comparateurs sont à un niveau de signal élevé et la valeur résultante K est également à un niveau de signal élevé Le signal K est alors reconduit aux en- trées de remise à l'état initial des deux flip-flops FF 1 et FF 2 à déclenchement par un flanc de signal Le signal d'horloge TO lui-même est ramené par la ligne 38 à l'entrée d'horloge du flip-flop FF 2, et par l'in- verseur I à l'entrée d'horloge du flip-flop FF 1 Les flip-flops à déclenchement par un flanc de signal sont branchés pour qu'un niveau de signal faible K conduise à une remise à l'état initial du flip-flop et à un niveau faible à la sortie Qi ou Q 2 et ainsi aux sor- ties Ai et A 2 De cette façon, le moteur pas à pas reste dans sa position instantanée Lorsque le niveau de signal K passe à un niveau élevé, les entrées d'horloge des flip-flops sont libérées et le flip- flop FF 1 est basculé par le flanc de cadence négative du signal d'horloge TO du fait de l'interposition de l'inverseur I alors que le flip-flop FF 2 est basculé par un flanc de cadence positive du signal d'horloge TO On obtient ainsi sur les sorties AI et A 2 de la logique de commande 12, deux signaux rectangulaires de sortie Ah et A 2 déphasés de 900 comme cela apparaît aux figures 2 d et 2 e Ces signaux rectangulaires ser- vent à commander le moteur pas à pas qui est ainsi actionné à la longueur de pas prédéterminée. Le signe algébrique de la phase entre Ah et A 2 (+ 900 ou -90 ') se détermine suivant l'état initial du signal d'horloge En d'autres termes, le sens de déplacement du moteur pas à pas découle de l'état ini- tial du signal d'horloge TO avant l'émission du signal rectangulaire de fréquence constante Si l'on part d'un niveau élevé pour le signal d'horloge TO, le pre- mier flanc positif déclenche le flip-flop FF 1, si bien que le signal AI se forme avant le signal A 2 Cela correspond à un déphasage de + 900 Si l'on commence avec un signal d'horloge de niveau bas, le premier flanc positif arrive à l'entrée de remise à l'état initial du flip-flop FF 2 ce qui signifie que le signal de sortie A 2 précède le signal de sortie Al, et ce qui correspond à un déphasage de -90 o entre les deux signaux de commande On commande ainsi les deux sens de mouvement du moteur pas à pas 18. A la figure 2 a, le signal d'horloge TO pré- sente tout d'abord un niveau bas Puis il y a six impulsions sous la forme d'un signal rectangulaire de fréquence fixe T, et l'on termine par un niveau de signal haut Ensuite, on émet de nouveau des impul- sions et on termine de nouveau avec un signal de niveau haut Dans l'état suivant, le niveau constant du signal d'horloge passe du niveau haut au niveau bas, puis de nouveau au niveau haut La courbe corres- pondante du signal de la tension Ul est représentée à la figure 2 b Jusqu'à l'apparition de la première im- pulsion du signal d'horloge, le niveau du signal Ul est en dessous de U 3 Pour la durée des impulsions, on a pour la tension une courbe en dents de scie dans la zone comprise entre U 2 et U 3 Pour un signal d'horloge de niveau haut, le condensateur se charge et la ten- sion dépasse U 2 pour se rapprocher de la tension d'alimentation Ucc Le signal rectangulaire suivant fait baisser la tension Ul sous la forme d'une tension il en dents de scie jusqu'à des valeurs comprises entre U 2 et U 3, et pour le niveau élevé suivant le condensa- teur se charge de nouveau à une tension supérieure à U 2 Lorsque le niveau du signal d'horloge change pour passer du niveau haut au niveau bas, le condensateur se décharge et la tension descend en dessous de U 3. Lors du changement de niveau suivant, le condensateur se charge de nouveau à une tension supérieure à U 2. Le signal K représenté à la figure 2 c change suivant la description ci-dessus en dépassant la ten- sion U 3 pour passer du niveau bas au niveau haut ou du niveau haut au niveau bas, comme pour le dépassement de la tension U 2 A l'émission du signal rectangulai- re, cela se traduit par un premier changement de niveau, alors qu'à la disparition du signal rectangu- laire, cela donne un second changement de niveau, et au nouveau démarrage, on a un nouveau changement de niveau Le signal K se comporte de la même manière lors du changement de niveau constant du signal d'hor- loge Comme déjà indiqué, l'entrée d'horloge du flip- flop est libérée pour le niveau haut du signal K. C'est pourquoi, pendant la première période de niveau haut du signal K, on a des signaux de sortie impul- sionnels Al et A 2; le signal A 2 précède de 900 le signal Al puisque le premier signal d'horloge corres- pond au premier flanc négatif, si bien que le flip- flop FF 2 change tout d'abord de niveau de signal Dans cette période, le moteur pas à pas est commandé en marche avant De façon analogue, pour la commande en marche arrière, on a les signaux de sortie Ah et A 2 pendant la seconde période du niveau positif du signal K du signal d'horloge TO Lors du changement d'état du niveau du signal TO pour changer de sens de fonction- nement, il n'y a pas de signal d'horloge pendant le niveau haut du signal K, si bien que les sorties Ah et A 2 restent au niveau bas et que le moteur pas à pas ne fonctionne pas. Selon un autre exemple de réalisation avan- tageux, on a un circuit dans lequel le rapport des niveaux est inversé. De plus, on peut utiliser l'invention pour la commande de moteurs pas à pas avec régulation de position. R E V E N D I C A T I O N S 1) Procédé de commande d'un moteur pas à pas avec au moins deux phases de commande et une unité de calcul pour générer au moins un signal de commande, procédé caractérisé par une logique de commande qui transforme l'unique signal de commande de l'unité de calcul en des signaux de commande pour les phases du moteur pas à pas. 2) Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la logique de commande du signal de commande de l'unité de calcul est transformée en signaux de commande déphasés de 900 pour les phases du moteur pas à pas. 3) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la logique de com- mande assure le déphasage de 90 par inversion du signal de commande de l'unité de calcul. 4) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sens de commande du moteur pas à pas est fixé par la position de sortie du signal de commande de l'unité de calcul. ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de com- mande de l'unité de calcul peut représenter un niveau de signal haut ou un niveau de signal bas ou un signal rectangulaire de fréquence constante. 6) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de com- mande de l'unité de calcul est transformé en un signal analogique fourni tel quel à un moyen formant des impulsions pour la première phase, et avec inversion pour la seconde phase, le moyen formant les impulsions devenant actif en présence du signal rectangulaire et se désactivant en présence d'un signal de niveau constant et, dans le cas actif, ce-moyen fournissant à au moins l'une de ses sorties, un signal impulsionnel pour commander le moteur pas à pas. 7) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur pas à pas est appliqué à la commande d'un élément de puissance d'un moteur de véhicule, notamment en liaison avec une régulation de ralenti. 8) Dispositif de commande d'un moteur pas à pas avec une unité de calcul pour générer au moins un signal de commande, dispositif caractérisé par une logique de commande qui transforme l'unique signal de commande de l'unité de calcul en des signaux impul- sionnels pour commander le moteur pas à pas à au moins deux phases. 9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par des moyens formant les impulsions et fournissant des impulsions de commande du moteur pas à pas pour un signal de commande rectangulaire de l'uni- té de calcul, alors que pour un signal de commande de niveau constant, les moyens formant les impulsions restent au repos. ) Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les moyens formant les impul- sions donnent des signaux impulsionnels déphasés de 900, le signe algébrique du déphasage dépendant de la position de sortie du signal rectangulaire fourni par l'unité de calcul pour commander le moteur pas à pas.