Brevet FR2910740A1 — publié le 20080627

Procédé de commande d'un moteur pas-à-pas destiné à actionner une pièce mécanique. La présente invention se rapporte au domaine général des moteurs pas-à-5 pas et des procédés de commande de tels moteurs. Ces moteurs fonctionnent généralement selon un mouvement de rotation et sont utilisés pour commander les mouvements des pièce mécanique, par exemple des volets, notamment de distribution, dans les installations de chauffage, ventilation et/ou climatisation de véhicules automobiles, souvent 10 dénommés HVAC . Ces moteurs sont aussi couramment dénommés actionneurs . Les procédés de commande, actuellement connus, sont basés sur un fonctionnement de l'actionneur en mode tout ou rien . Selon ce mode, soit aucun signal de commande n'est envoyé vers le 15 moteur, soit un signal de commande, présentant des caractéristiques constantes dans le temps, est émis vers le moteur. Le signal de commande du moteur est alors généralement un signal de fréquence constante, qui sera dénommé signal de croisière dans la suite. Dans l'art antérieur, la dimension du rotor est déterminée de manière à 20 produire un couple suffisant pour obtenir le plus rapidement possible la vitesse voulue lorsque l'on bascule d'un signal de commande nul à un signal de croisière. Les valeurs de vitesses intermédiaires, voire les blocages, constituent un handicap puisqu'elles faussent le positionnement de la pièce mécanique actionnée grâce au moteur. 25 Aussi, le moteur pas-à-pas est dimensionné afin de présenter un couple de démarrage suffisant pour vaincre les couples de blocage du moteur et de la pièce mécanique. L'invention part du constat que les dimensions nécessaires pour vaincre les couples de blocage ne sont pas justifiées dès lors que le moteur est en vitesse de croisière. 30 La présente invention a pour but principal d'éviter le surdimensionnement des moteurs pas-à-pas destiné à actionner une pièce mécanique. L'invention propose, dans ce but, un procédé de commande d'un moteur pas-à-pas destiné à actionner une pièce mécanique, comprenant les étapes de : - réception d'un signal de consigne de position de la pièce mécanique, 35 - génération d'un signal de commande, - émission du signal de commande vers le moteur pas-à-pas. 2910740 2 Le signal de commande généré comprend un nombre prédéterminé d'impulsions de durées décroissantes, dites d'accélération, suivi d'impulsions de durée constante inférieure aux durées des impulsions d'accélération, dites de croisière, la durée de la première impulsion d'accélération étant calculée de manière à ce que le couple de démarrage du moteur soit supérieur au couple de blocage du moteur et/ou de la pièce mécanique. Selon une variante de réalisation, les impulsions sont des créneaux. Avec un tel procédé de commande, l'utilisation, en début de mouvement, d'impulsions de durées plus importantes que les impulsions du signal de croisière, permet d'obtenir un couple de démarrage du moteur plus important. L'ensemble des impulsions d'accélération constitue une phase d'accélération du moteur. La dimension du rotor du moteur peut ainsi être réduite tout en permettant que le couple de démarrage soit suffisant pour vaincre le couple de blocage du moteur et/ou de la pièce mécanique. L'invention permet ainsi directement de réduire le poids et le coût de l'actionneur utilisé en modifiant uniquement le signal de commande du moteur. Dans la mesure où les impulsions d'accélération sont de durées décroissantes et différentes de la durée des impulsions dites de croisière, il peut se produire une discontinuité de mouvement entre les impulsions d'accélération et les impulsions de croisière. Cela peut générer des mouvements d'à-coups du moteur et/ou de la pièce mécanique préjudiciables. Ainsi, selon une caractéristique particulière de l'invention, le nombre d'impulsions d'accélération et les durées décroissantes sont déterminées en fonction de la durée de la première impulsion et de la durée des impulsions de croisière, de manière à ce que la dernière impulsion d'accélération soit d'une durée égale à la durée des impulsions de croisière. Avec une telle caractéristique, la continuité du mouvement du moteur et de la pièce mécanique est assurée. Par ailleurs, il est bien connu que le fonctionnement du moteur est dépendant de la température de fonctionnement et/ou de la tension d'alimentation du moteur. Ainsi, selon une caractéristique avantageuse, le nombre et les durées des impulsions d'accélération sont définis pour une pluralité de températures de fonctionnement du moteur et/ou une pluralité de tensions d'alimentation du moteur. 2910740 3 Ainsi, l'invention permet de définir plusieurs ensembles de paramètres des impulsions d'accélérations pour plusieurs températures de fonctionnement et plusieurs tensions d'alimentation du moteur. Cela permet d'adapter la phase d'accélération en fonction de la température ou de l'alimentation du moteur, par 5 ailleurs mesurées. L'invention concerne également un module de commande d'un moteur pas-à-pas destiné à actionner une pièce mécanique, comprenant des moyens pour : - recevoir un signal de consigne de position de la pièce mécanique, 10 - générer un signal de commande, - émettre le signal de commande généré vers le moteur pas-à-pas, Les moyens de génération sont tels que le signal de commande généré comprend un nombre prédéterminé d'impulsions de durées décroissantes, dites d'accélération, suivi d'impulsions de durée constante inférieure aux durées des 15 impulsions d'accélération, dites de croisière, la durée de la première impulsion d'accélération étant calculée de manière à ce que le couple de démarrage du moteur soit supérieur au couple de blocage du moteur et/ou de la pièce mécanique. Selon une caractéristique avantageuse, le module de commande selon 20 l'invention comprend une mémoire pour stocker le nombre et les durées des impulsions d'accélération. Selon une implémentation préférée, les étapes du procédé sont déterminées par des instructions de programmes d'ordinateurs. En conséquence, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur sur un 25 support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en oeuvre dans un module de commande, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en oeuvre des étapes suivantes : - réception d'un signal de consigne de position de la pièce mécanique, - génération d'un signal de commande comprenant un nombre 30 prédéterminé d'impulsions de durées décroissantes, dites d'accélération, suivi d'impulsions de durée constante inférieure aux durées des impulsions d'accélération, dites de croisière, la durée de la première impulsion d'accélération étant calculée de manière à ce que le couple de démarrage du moteur soit supérieur au couple de blocage du moteur et/ou de la pièce mécanique, 35 - émission du signal de commande généré vers le moteur pas-à-pas. 2910740 4 Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable. 5 Le module de commande permettant la mise en oeuvre du programme comprend tous les dispositifs propres à exécuter le programme. En particulier, il peut être un circuit intégré de type ASIC, un microcontrôleur ou un microprocesseur. L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un 10 microprocesseur ou un microcontrôleur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur tel que mentionné ci-dessus. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de 15 circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy disc) ou un disque dur ou encore une carte mémoire. D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble 20 électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 25 ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une représentation d'un système de ventilation au sein duquel l'invention est mise en oeuvre, 30 - les figures 2a et 2b donnent deux exemples d'ensembles de paramètres pour réaliser une phase d'accélération selon l'invention, - la figure 3 illustre l'influence de la phase d'accélération, mais aussi de la température et de la tension d'alimentation du moteur sur le couple de démarrage du moteur. 35 La figure 1 présente l'utilisation d'un module de commande 1 selon l'invention au sein d'un système, en particulier une installation de chauffage, 2910740 5 ventilation et/ou climatisation automobile, dans lequel un pièce mécanique 2, par exemple un volet de commande d'un flux d'air, est commandé à l'aide d'un moteur 3 lui-même commandé par le module de commande 1. Typiquement, le module de commande 1 comprend des moyens de 5 traitement de données, par exemple un microprocesseur ou un microcontrôleur 4, associé à une mémoire 5. Le procédé de commande selon l'invention est alors avantageusement implémenté sous la forme d'un logiciel exécuté par le microprocesseur 4. Classiquement, le module de commande 1 est directement associé à un 10 panneau de commande mis à la disposition des utilisateurs du système, notamment du véhicule dans lequel est implémenté l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation automobile, au sein duquel l'invention est mise en oeuvre. Ainsi, l'actionnement par un utilisateur du panneau de commande 15 engendre un signal de consigne XC qui est alors reçu par le module de commande 1. Dans le cas où la pièce mécanique 2 dont le mouvement est commandé à l'aide du moteur 3 commandé selon l'invention est un volet d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, le signal de consigne XC est par 20 exemple une position de consigne du volet. Lorsque le module de commande 1 reçoit ce signal de consigne XC, le microprocesseur 4 génère alors un signal de commande SC pour mettre en marche le moteur 3. Le microprocesseur 4 exécute alors le procédé selon l'invention et génère 25 un signal de commande SC à destination du moteur 3. Selon le présent mode de réalisation, le signal de commande SC généré présente une rampe d'accélération constituée d'un nombre prédéterminé d'impulsions de durée décroissante, préalablement à un signal de commande de fréquence constante dit de croisière, classiquement de 200 Hz, correspondant à une durée d'impulsion de 5 ms. 30 Les paramètres de la rampe d'accélération, à savoir les durées décroissantes des impulsions de la rampe d'accélération et le nombre d'impulsions de la rampe d'accélération sont avantageusement stockés au sein de la mémoire 5, de manière à être utilisées par le logiciel mis en oeuvre par le micro-processeur 4. L'espace mémoire dans lequel sont stockés ces paramètres 35 peut, par exemple, être uniquement accessible en lecture. 2910740 6 Dans une réalisation préférentielle de l'invention, les paramètres de la rampe d'accélération sont déterminés pour une pluralité de températures de fonctionnement du moteur 3 et une pluralité de tensions d'alimentation du moteur 3. 5 Cela permet d'adapter la rampe d'accélération en fonction des conditions environnementales dans lesquelles se trouve le moteur 3. Des moyens dédiés, non représentés, seront alors utilisés pour mesurer la température ainsi que la tension d'alimentation du moteur 3. Sur la base de ces mesures, les paramètres correspondants à utiliser pour l'exécution du procédé et 10 la génération du signal de commande selon l'invention sont alors sélectionnés dans la mémoire 5. Il est également possible de stocker, au sein de la mémoire 5, les paramètres de rampe d'accélération pour des moteurs différents, en particulier des moteurs provenant de différents fournisseurs. 15 Les figures 2a et 2b donnent deux exemples de rampes d'accélération selon l'invention. Dans les deux cas, le nombre n d'impulsions de la rampe d'accélération et les durées t des impulsions dépendent des caractéristiques du moteur pas-à-pas 3, en particulier de l'inertie du rotor du moteur 3 utilisé et du couple de blocage de l'actionneur 3 et/ou de la pièce mécanique 2 qu'il actionne. 20 Selon le premier exemple illustré dans la figure 2a, la première impulsion de la rampe d'accélération est particulièrement définie en fonction du couple de démarrage du moteur pas-à-pas 3. Les durées t subséquentes des impulsions de la rampe d'accélération dépendent de la fréquence de départ, correspondante à la durée de la première impulsion et de la fréquence d'arrivée, et donc de la 25 durée constante des impulsions de croisière, ainsi que du nombre d'impulsions prédéterminé total de la rampe d'accélération. Dans un premier exemple, illustré sur la figure 2a, cinq impulsions sont utilisées dans la rampe d'accélération, la dernière impulsion de la rampe étant de la durée des impulsions de croisière subséquentes à la rampe d'accélération. 30 La première impulsion présente une durée de 11 ms qui correspond à une fréquence du signal de commande d'environ 90 Hz. La fréquence s'accroit à chaque impulsion jusqu'à la cinquième impulsion. Cela se traduit bien sûr par une décroissance de la durée des impulsions successives. Le second exemple illustré dans la figure 2b présente une rampe 35 d'accélération incluant quatre impulsions pour lesquelles la décroissance est alors plus rapide que dans l'exemple de la figure 2a, la fréquence de la première 2910740 7 impulsion et la fréquence de croisière étant identiques à celles de l'exemple de la figure 2a. Une telle rampe d'accélération pourra, par exemple, être utilisée pour un moteur où le couple de friction est plus petit que dans un moteur utilisant la 5 rampe d'accélération de la figure 2a. La figure 3 montre (influence de la température T, de la tension d'alimentation et de la présence ou non d'une rampe d'accélération sur le fonctionnement du moteur 3, en particulier sur son couple de démarrage CD exprimé en N.cm. 10 Les courbes en pointillés représentent les couples de démarrage CD obtenus pour différentes températures T (-40 C, 20 C et 80 C) et différentes tensions (9V, 12,5V et 16V) sans la rampe d'accélération. Les courbes en traits pleins représentent les couples de démarrage CD obtenus avec la rampe d'accélération dans les mêmes conditions de température 15 T et de tension d'alimentation. On constate que le paramètre le plus influent est la tension d'alimentation du moteur. Cependant, la présence de la rampe d'accélération permet un gain d'environ 10 % sur le couple de démarrage CD. L'invention permet donc de diminuer le poids et le coût du moteur pas-à- 20 pas utilisé en implémentant simplement l'invention de manière logicielle dans un module de commande. Un tel module de commande est classiquement associé à un panneau de contrôle accessible au conducteur. Aussi, l'implémentation de l'invention ne nécessite aucune modification matérielle spécifique. 25 On remarque enfin que diverses mises en oeuvre peuvent être réalisées selon les principes de l'invention définis dans les revendications suivantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur pas-à-pas [3] destiné à actionner une pièce mécanique [2], comprenant les étapes de : - réception d'un signal de consigne [XC] de position de la pièce mécanique [2], - génération d'un signal de commande [SC], - émission du signal de commande [SC] généré vers le moteur pas-à-pas [3], caractérisé en ce que le signal de commande [SC] généré comprend un nombre [n] prédéterminé d'impulsions de durées décroissantes [t], dites d'accélération, suivi d'impulsions de durée constante inférieure aux durées des impulsions d'accélération, dites de croisière, la durée de la première impulsion d'accélération étant calculée de manière à ce que le couple de démarrage [CD] du moteur [3] soit supérieur au couple de blocage du moteur [3] et/ou de la pièce mécanique [2]. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre [n] d'impulsions d'accélération et les durées [t] décroissantes sont déterminées en fonction de la durée de la première impulsion et de la durée des impulsions de croisière, de manière à ce que la dernière impulsion d'accélération soit d'une durée égale à la durée des impulsions de croisière. 3. Procédé de commande selon la revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le nombre [n] et les durées [t] des impulsions d'accélération sont définis pour une pluralité de températures [T] de fonctionnement du moteur [3]. 4. Procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le nombre [n] et les durées [t] des impulsions d'accélération sont définis pour une pluralité de tensions d'alimentation du moteur [3]. 5. Module de commande [1] d'un moteur pas-à-pas [3] destiné à actionner une pièce mécanique [2], comprenant des moyens [4] pour : - recevoir un signal de consigne [XC] de position de la pièce mécanique [2], - générer un signal de commande [SC], 2910740 9 - émettre le signal de commande [SC] vers le moteur pas-à-pas [3], caractérisé en ce que les moyens de génération sont tels que le signal de commande [SC] comprend un nombre [n] prédéterminé d'impulsions de durées [t] décroissantes, dites d'accélération, suivi d'impulsions de durée constante 5 inférieure aux durées [t] des impulsions d'accélération, dites de croisière, la durée de la première impulsion d'accélération étant calculée de manière à ce que le couple de démarrage [CD] du moteur [3] soit supérieur au couple de blocage du moteur [3] et/ou de la pièce mécanique [2]. 10 6. Module de commande [1] selon la revendication 5, caractérisé en ce que ce module [1] comprend une mémoire [5] pour stocker le nombre [n] et les durées [t] des impulsions d'accélération. 7. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution 15 des étapes du procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 lorsque le programme est exécuté par un microprocesseur. 8. Support d'enregistrement lisible par un microprocesseur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour 20 l'exécution des étapes du procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.