Brevet FR2729257A1 — publié le 19960712

La présente invention concerne un dispositif de commande pour l'attaque d'un servomoteur et plus particulièrement, un dispositif de commande permettant d'améliorer la précision de la position d'arrêt d'un actionneur qui est entraîné par un servomoteur à courant continu. On utilise un servomoteur, par exemple, pour commander électriquement le volet de direction du courant d'air dans l'orifice de sortie d'air d'un climatiseur pour automobile ou pour un levier pour le passage entre les états de rafraîchissement/recyclage. La figure 7 représente un schéma sous forme de blocs d'un dispositif de commande pour l'attaque d'un servomoteur classique. Un servomoteur 10 à courant continu qui sert de moyen d'attaque pour un actionneur motorisé est relié à un circuit d'attaque 11, auquel est connectée une unité centrale de traitement 12. Lorsque l'unité centrale 12 émet un ordre pour faire passer la sortie du circuit d'attaque 11 au niveau haut (H), il y a rotation du servomoteur 10 alors que, lorsqu'un ordre pour une sortie de niveau bas (B) est fourni par l'unité 12, le servomoteur 10 arrête sa rotation. Ainsi, par l'état de marche-arrêt de la sortie à courant continu on procède à la commande du démarrage et de l'arrêt de la rotation du servomoteur 10. L'angle, par exemple, d'un volet de direction de courant d'air ou d'un levier pour le passage entre les états de rafraîchissement/recyclage est détecté sous la forme d'un signal électrique par un moyen de détection et la valeur détectée est entrée dans l'unité centrale de traitement 12. Sur la base de ce signal détecté, il y a commande du démarrage et de l'arrêt de la rotation du servomoteur 10. Lorsqu'une position d'arrêt-cible (PC) de l'actionneur motorisé et la valeur détectée de l'angle coïncident, l'unité centrale de traitement 12 émet un ordre pour arrêter la rotation du servo- moteur 10. 2 2729257 Cependant, dans la technique antérieure, même lorsque l'alimentation du servomoteur à courant continu 10 cesse pour l'arrêter dans la positioncible, le rotor continuera à être animé d'un mouvement de rotation sous l'effet de la force d'inertie et dépassera la position-cible. A cet égard, on procèdera à l'explication du cas d'un volet de direction de courant d'air. Comme représenté en figure 8, lorsque l'actionneur motorisé tourne de la position à la position-cible PC, il s'arrêtera à la position sous l'effet de la force d'inertie bien que devant s'arrêter à cette position- cible. Dans ce cas, on procède à une commande dans laquelle le servomoteur à courant continu 10 tourne légèrement dans le sens inverse pour revenir à la position-cible. Mais l'actionneur motorisé s'arrêtera à la position après la position-cible. Comme contre- mesure, le servomoteur 10 tourne vers l'avant pour revenir à la positioncible, mais cette fois l'actionneur motorisé s'arrêter à la position) au-delà de la position-cible. Maintenant, si le servomoteur 10 tourne de nouveau dans le sens inverse, l'actionneur motorisé dépassera la position-cible et s'arrêtera à la position . Ainsi, on se trouve devant le problème du pompage dans lequel il est impossible de procéder à un arrêt à la position-cible. On sait qu'on peut résoudre ce problème en conférant de l'hystérésis (tolérance) pour la position- cible. Cependant, pour améliorer la précision et la position d'arrêt, il est nécessaire de rétrécir la largeur de l'hystérésis et par conséquent il y a lieu de changer l'unité centrale de traitement et l'actionneur motorisé. Par conséquent, avec la construction classique, il est impossible de procéder à un tel perfectionnement. La présente invention a pour premier objet de fournir un dispositif de commande pour l'attaque d'un servomoteur capable de rétrécir la largeur de 3 2729257 l'hystérésis et donc d'améliorer la précision de la position d'arrêt d'un actionneur motorisé. La présente invention a pour second objet de fournir un dispositif de commande pour l'attaque d'un servomoteur capable de diminuer la vitesse de rotation du moteur alors que l'actionneur se rapproche de la position-cible et donc d'effectuer l'arrêt de la position avec une précision élevée. La présente invention a pour troisième objet de fournir un dispositif de commande pour l'attaque d'un servomoteur dans lequel le nombre des révolutions du moteur varie de manière analogique pour effectuer la commande de l'arrêt à la position-cible avec la précision la plus élevée possible. La présente invention a pour quatrième objet de fournir un dispositif de commande pour l'attaque d'un servomoteur pouvant être construit suivant une structure simple, de petites dimensions et à faible coût. Un cinquième objet de la présente invention est de fournir un dispositif de commande pour l'attaque d'un servomoteur dans lequel, même à un faible rapport cyclique, il n'y a aucun risque que le couple désiré du moteur ne puisse plus être obtenu ou que le moteur devienne inopérant même avec la variation de la tension d'alimentation du moteur donnée par la batterie du véhicule. Selon un premier aspect de la présente invention, on fournit un dispositif de commande pour l'attaque d'un servomoteur qui est basé sur la fourniture d'une tension à courant continu au servomoteur afin de l'entraîner, comprenant un moyen de détection de position afin de détecter la position rotationnelle du servomoteur et un moyen de commande qui passe d'une attaque à courant continu à une attaque MIL (modulation d'impulsions en largeur) lorsque la valeur détectée par le moyen de détection de position est proche d'une valeur correspondant à la valeur- cible pour 4 2729257 l'arrêt. Grâce à cette construction, il est possible de rétrécir la largeur de l'hystérésis et d'améliorer la précision de la position d'arrêt de l'actionneur motorisé. Selon un second aspect de la présente invention, on fournit un moyen dans lequel une multitude de valeurs du rapport cyclique dans l'attaque MIL sont établies et passent par étapes de valeurs élevées à des petites valeurs. Par conséquent, la vitesse de rotation du moteur peut être abaissée alors que l'actionneur motorisé se rapproche de la position d'arrêt, d'o il résulte que l'arrêt à la position-cible peut être obtenu avec une precision élevée. Selon un troisième aspect de la présente invention, on fournit un moyen dans lequel étant donné que les valeurs du rapport cyclique dans l'attaque MIL sont établies d'une manière continue et sont changées par étapes pour passer des valeurs élevées à de petites valeurs, le nombre des révolutions du moteur changent d'une façon analogique, d'o il résulte que la commande de l'arrêt à la position-cible peut être obtenue avec la précision la plus élevée possible. Selon un quatrième aspect de la présente invention, on fournit un moyen dans lequel, étant donné qu'un potentiomètre est utilisé comme moyen de détection de la position, il est possible de simplifier la structure et de réduire les dimensions et le coût du dispositif de commande de l'attaque. Selon un cinquième aspect de la présente invention, on fournit un moyen dans lequel, par exemple, même dans le cas o le rapport cyclique dans l'attaque MIL est fixé à 10 % (un rapport cyclique de faible valeur se traduit par une meilleure précision de la commande mais rend impossible l'obtention du couple nécessaire du moteur), il n'y a ni le risque que le couple désiré pour le moteur ne puisse plus être obtenu à cause d'un changement de la tension d'alimentation 2729257 donnée par la batterie du véhicule ni la crainte que le moteur ne devienne inopérant. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints, dans lesquels: La figure 1 est un schéma des circuits pour un dispositif de commande pour l'attaque d'un servomoteur selon un premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 2 est un organigramme représentant le fonctionnement du premier mode de réalisation; La figure 3 est un diagramme d'une forme d'onde de la tension d'attaque du servomoteur à courant continu du premier mode de réalisation; La figure 4 est un schéma des circuits d'un dispositif de commande pour l'attaque d'un servomoteur selon un second mode de réalisation de la présente invention; La figure 5 est une vue permettant d'expliquer la commande MIL dans le second mode de réalisation; La figure 6 est un organigramme représentant le fonctionnement du second mode de réalisation; La figure 7 est un schéma sous forme de blocs d'un dispositif classique de commande pour l'attaque d'un servomoteur; et La figure 8 est une vue expliquant de quelle manière le phénomène de pompage d'un actionneur se produit dans le dispositif classique de commande pour l'attaque du servomoteur. En figure 1, on a représenté un schéma des circuits d'un dispositif de commande pour l'attaque d'un servomoteur selon un premier mode de réalisation de la présente invention. Un servomoteur à courant continu 1 sert de source d'attaque pour un actionneur motorisé 2 et un volet de direction de courant d'air situé dans l'orifice de sortie d'air d'un climatiseur de véhicule ou un 6 2729257 levier pour le passage entre états de rafraîchisse- ment/recyclage est soumis à un changement en conformité avec la rotation du servomoteur 1. De plus, la construction est telle que la valeur de la résistance d'un potentiomètre (résistance variable 3), moyen de détection de position, varie en conformité avec la rotation du servomoteur 1. Une unité centrale de traitement 4 (moyen de commande) sert à commander le servomoteur 1, et l'une de ses bornes est connectée à un circuit d'attaque 5 pour attaquer le servomoteur 1. Par exemple, un micro-ordinateur à une puce est utilisé comme unité centrale de traitement 4, auquel sont reliées une mémoire morte stockant des programmes et une mémoire vive pour le stockage temporaire de données, etc. Dans la présente invention, comme on le décrira ultérieurement, la tension à appliquer au servomoteur 1 commute entre une tension à courant continu et une tension à modulation d'impulsions en largeur (MIL) alors qu'on se rapproche d'une position d'arrêt. Un programme de commande pour un tel changement de la tension réside dans la mémoire morte. Dans le circuit d'attaque 5, un circuit permettant de fournir une énergie électrique prédéterminée au servomoteur 1 en conformité avec un ordre provenant de l'unité centrale 4 comprend des transistors, etc. A la partie à laquelle le servomoteur est connecté directement, on utilise un circuit en pont en H comportant quatre transistors de puissance. On prévoit en outre un circuit de protection d'entrée 6 qui transforme la tension provenant d'une borne variable du potentiomètre 3 en un signal représentatif de la position courant et l'entre dans l'unité centrale 4. On décrira ci-dessous, en liaison avec l'organigramme de la figure 2, et le diagramme de la forme d'onde de la tension d'attaque de la figure 3, le fonctionnement du premier mode de réalisation de l'invention. 7 2729257 Lorsque le bouton de fonctionnement prévu sur la face avant de la partie actionneur du climatiseur du véhicule est actionné (étape 201), un ordre est émis par l'unité centrale de traitement 4 pour le circuit d'attaque 5 (étape 202) afin de l'appliquer au circuit d'attaque 5, et une tension à courant continu est appliquée au servomoteur 1 (étape 203). Comme représenté en figure 1, une tension d'attaque, Vcc, est appliquée au potentiomètre 3, et la tension de sortie présente à sa borne variable change avec la rotation du servomoteur 1. Cette tension de sortie est considérée normalement comme signal de la position courante par l'unité centrale de traitement 4 par l'intermédiaire du circuit de protection d'entrée 6. Lorsque l'unité centrale de traitement 4 considère que le signal de position courante se rapproche d'une position-cible (étape 204), il émet un ordre pour le circuit d'attaque 5 afin de faire passer la tension à courant continu à la tension à modulation d'impulsions en largeur, comme cela est représenté en figure 2. Le servomoteur 1 ralentit jusqu'à une vitesse de rotation proportionnelle au rapport cyclique de la tension MIL. Par exemple, si le rapport cyclique est établi à 50 %, la vitesse de rotation du moteur est réduite de moitié et par conséquent il est possible de diminuer de moitié la largeur de l'hystérésis. Lorsque l'unité centrale de traitement 4 considère, par la surveillance du signal de position courante, que l'actionneur motorisé a atteint la position d'arrêt (étape 206), elle émet un ordre de coupure de l'alimentation du circuit d'attaque 5 (étape 207), ce qui arrête la fourniture d'énergie électrique au servomoteur 1 (étape 208). Conformément au premier mode de réalisation ayant la construction cidessus, en procédant à la commande du passage de l'attaque à courant continu à l'attaque MIL dans le but de diminuer la vitesse de 8 2729257 rotation du servomoteur 1, il est possible de rétrécir la largeur de l'hystérésis et par conséquent d'améliorer la précision de la position d'arrêt de l'actionneur motorisé. On fournit maintenant une description d'une variante du premier mode de réalisation. Bien que le rapport cyclique MIL soit établi à 50 % dans le premier mode de réalisation, on peut apporter une variante dans laquelle une multitude de valeurs sont établies telles que 100 % (attaque à courant continu), 75 %, 50 % et 25 %, et de façon que, après l'attaque à 100 % et après le passage ultérieur à l'attaque MIL, le rapport cyclique change par étapes, par exemple 75 % - 50 % -+ 25 %. Grâce à une telle commande, il est possible d'effectuer la commande de la position d'arrêt d'une façon régulière et en outre d'améliorer la précision de la position d'arrêt. On décrit ci-dessous une autre modification. Bien que dans la variante venant d'être expliquée, le rapport cyclique MIL soit établi étape par étape par unités de 25 %, il peut l'être d'une façon plus faible. Dans cette autre variante, par exemple lorsque le rapport cyclique est établi dans la gamme de 100 % à 25 %, et s'il l'est par 2 %, par exemple % -*...- 60 % - 58 % - 56 % - 54 %... -+ 25 %, il devient possible de procéder à une commande qui est très proche d'une commande à variation analogique. Il en résulte qu'il est possible d'effectuer une commande plus régulière que dans la variante précédente. On traitera maintenant un second mode de réalisation de la présente invention. La figure 4 est un diagramme de circuits représentant un dispositif de commande d'attaque selon un second mode de réalisation de la présente invention, la figure 5 est une vue expliquant une commande MIL dans ce second mode de réalisation, et la figure 6 est un 9 2729257 organigramme représentant le fonctionnement du second mode de réalisation de la figure 4. Selon le second mode de réalisation comme dans le premier mode de réalisation, alors que le volet de la conduite se rapproche de la position-cible, le procédé de commande est changé pour passer d'une attaque à courant continu à une attaque MIL du moteur 1 qui entraîne le volet. Mais ce second mode de réalisation est caractérisé en ce que le rapport cyclique dans la commande MIL varie en fonction de l'état du fonctionnement du moteur 1, état qui en comprend deux; dans l'un de ces états, le moteur fonctionne et dans l'autre le moteur est au repos. Le schéma des circuits du second mode de réalisation est tel que représenté en figure 4, dans laquelle les mêmes parties que dans le premier mode de réalisation sont représentées par les mêmes références, et une explication détaillée n'en sera pas faite. Dans le second mode de réalisation, comme représenté en figure 4, l'état du fonctionnement du servomoteur 1 est détecté par le potentiomètre 3, et un signal de rétroaction SR est appliqué directement à l'unité centrale de traitement 4. On procèdera maintenant à la description du fonctionnement du second mode de réalisation en liaison avec les figures 5 et 6. Lorsque l'actionneur motorisé 2 se rapproche de la position-cible, le signal du moteur qui a été jusqu'ici sous une commande à courant continu passe à une commande MIL. A ce moment là, le rapport cyclique MIL est établi à 100 % (étape 61). Dans la vérification de sa tension, le potentiomètre 3 détecte l'état de fonctionnement dans lequel se trouve le moteur 1 (étape 62). Si le résultat se trouve dans la plage de commande MIL, la commande MIL est démarrée et le rapport cyclique MIL est établi à al % (par exemple 8 %) (étape 63). A ce moment là, s'agissant du signal de rétroaction, s'il n'y a aucun changement même après l'écoulement d'un 2729257 certain temps (par exemple 0,5 s), il est considéré que le moteur 1 ne fonctionne pas (Non dans une étape 64), et le rapport cyclique MIL est porté à a2 % (étape 66). Si, là encore, il n'y a aucun changement dans le signal de rétroaction provenant de l'actionneur motorisé 2 (Non dans une étape 64), le rapport cyclique MIL est porté à a3 % (étape 66). Cette opération (étapes 64 et 66) est répétée jusqu'à ce que le rapport cyclique devienne %, à condition que, lorsque le signal de rétroaction provenant de l'actionneur motorisé 2 subit un changement d'une certaine valeur ou plus après l'écoulement d'un certain temps (Oui dans une étape 64), le rapport cyclique est maintenu jusqu'à la position d'arrêt-cible (étape 65). La relation du rapport cyclique MIL devient a1 La valeur de la variation du rapport cyclique MIL peut être modifiée librement, par exemple 8 %, 9 %, 11 %, 13 %, 15 %, 20 %, 50 % et 100 %. Le signal de rétroaction provenant de l'actionneur motorisé 2 est soumis à un traitement arithmétique dans l'unité centrale de traitement 4, et le signal ainsi traité est appliqué au circuit d'attaque , de sorte que le rapport cyclique dans l'attaque MIL change successivement en réponse à l'état du fonctionnement du moteur 1. Selon le second mode de réalisation ayant la construction précédente, même dans le cas par exemple o le rapport cyclique dans l'attaque MIL est fixé à 10 % (un petit rapport cyclique conduit à l'amélioration de la précision de la commande, mais le couple nécessaire ne peut plus être obtenu), il n'y a aucun risque que le couple désiré pour le moteur 1 ne puisse être obtenu ou que le moteur 1 devienne inopérant par suite de la variation de la tension d'alimentation du moteur 1 provenant de la batterie du véhicule. Bien que dans le premier mode de réalisation, on ait indiqué une valeur de 50 % comme exemple concret du rapport cyclique, celle-ci est basée 11 2729257 sur le point de vue que le nombre de tours ne change pas jusqu'au degré extrême et qu'un effet de décélération satisfaisant est obtenu. Cependant, dans la présente invention, aucune limitation n'est apportée à la valeur de 50 %, mais le rapport cyclique peut être fixé à une autre valeur, par exemple 60 % ou 40 %, en conformité avec la caractéristique de réponse ou analogue, du servomoteur ou de l'actionneur. En outre, bien que dans les modes de réalisation ci-dessus, la détection de position soit faite en utilisant un potentiomètre d'une structure simple et capable de permettre l'obtention d'un dispositif de commande de faible coût, il n'y a aucune imitation quant à ce potentiomètre. Par exemple, on peut utiliser un codeur optique comprenant une plaque rotative munie de petits trous (ou de fentes) ménagés à des intervalles prédéterminés dans la direction circonférentielle. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 12 2729257 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commande pour l'attaque d'un servomoteur (1), caractérisé en ce qu'il comprend: - un moyen de détection de position (3) afin de détecter la position rotationnelle du servomoteur; et - un moyen de commande (4) qui fait passer l'attaque du servomoteur à courant continu d'une attaque à courant continu à une attaque à modulation d'impulsions en largeur (MIL) lorsque la valeur de la position détectée obtenue par le moyen de détection de position est proche d'une valeur correspondant à une position-cible (PC) pour arrêt. 2 - Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une multitude de valeurs sont établies pour le rapport cyclique dans l'attaque MIL, et lesdites valeurs sont changées par étapes pour passer de valeurs élevées à de faibles valeurs. 3 - Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs sont établies continuellement pour le rapport cyclique dans l'attaque MIL, et lesdites valeurs sont modifiées par étapes pour passer de valeurs élevées à de faibles valeurs. 4 - Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de détection de position (3) est un potentiomètre. - Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - l'attaque du servomoteur (1) passe d'une attaque à courant continu à une attaque MIL lorsque la valeur d'une position détectée par le moyen de détection de position (3) est proche d'une valeur correspondant à la position-cible (PC) pour l'arrêt; - le rapport cyclique dans l'attaque MIL est augmenté successivement pour passer de petites valeurs à des valeurs élevées lorsqu'il n'y a aucun changement 13 2729257 dans un signal de rétroaction (SR) qui détecte l'état de fonctionnement dans lequel se trouve le servomoteur; et lorsqu'il se produit un changement dans le signal de rétroaction, l'attaque MIL peut s'effectuer tout en maintenant constant le rapport cyclique dans cette attaque à ce moment là.