Séquence de commande du moteur pas à pas
Que l'on utilise un circuit spécialisé du type L297 ou une logique combinatoire de notre propre conception, la commande des moteurs pas à pas exige une connaissance des séquences de commutation des enroulements statoriques.
Vous trouverez ici les explications nécessaires à l'élaboration d'un séquenceur pour moteurs unipolaires ou bipolaires.
Utilisés courament en robotique, il existe deux constitutions de base de moteur pas à pas :
les moteurs à aimants permanents, qui se divisent en deux types : les bipolaires et les unipolaires, et ceux à reluctance variable.
Les moteurs bipolaires
Le courant de commande est bidirectionel et l'avance d'un pas s'effectue par une séquence de commutation des enroulements statoriques.
Schéma fonctionnel du moteur bipolaire à 4 fils.
Pour ce type de moteur nous avons trois possibilités de commande.
La première consiste à alimenter les enroulements en suivant la séquence suivante : A vers B, C vers D, B vers A et D vers C.
Ici BA est le même enroulement que AB mais alimenté par un courant de polarité inverse (idem pour CD et DC).
Par la suite nous simplifierons la notation pour une meilleure correspondance avec les chronogrammes des phases en indiquant uniquement la phase qui est alimentée par un courant positif. Soit : A C B D.
Cette séquence est connue sous le nom de « one phase on full step » (traduisez phase par phase ou une phase à la fois en pas entier). A tout moment il n'y a qu'une seule phase d'alimentée et nous travaillons en mode pas entier.
Description de la séquence de commande d'un moteur pas à pas en mode phase par phase.
La seconde possibilité est d'alimenter une paire de phase en même temps de façon à ce que le rotor se positionne entre deux pôles.
Appelé « two-phase-on full step » (deux phases à la fois en pas entier) ce mode de commande est celui qui procure le couple le plus élevé.
La séquence sera donc : AC, CB, BD, DA.
Description de la séquence de commande d'un moteur pas à pas en mode deux phase à la fois.
La troisième option est un mélange des deux première puisque l'on alimente tour à tour le moteur sur une phase puis deux puis une… Cette séquence connue sous le nom de mode demi pas procure effectivement un division par 2 de l'angle d'avance d'un pas, mais aussi un couple moins régulier.
La séquence qui en découle est la suivante : A, AC, C, CB, B, BD, D, DA.
Description de la séquence de commande d'un moteur pas à pas en mode demi-pas.
Pour obtenir une rotation dans la direction opposée les mêmes séquences sont utilisée en inversant l'ordre de défilement.
Comme nous pouvons le constater sur les diagrammes, les moteurs sont représentés avec une avance de pas à 90°.
Dans les moteurs réels le nombres de pôles ont été multipliés pour réduire à quelques degrés seulement l'angle d'avance d'un pas. Le nombre d'enroulements et la séquence de commande restant, quand à eux, inchangés.
Les moteurs unipolaires
Les moteurs unipolaires se différencient par le fait qu'ils sont à double bobinage.
Le double bobinage est utilisé pour l'inversion du flux statorique et le moteur se commande de la même manière qu'un bipolaire excepté qu'un seul transistor pour chaque enroulement suffit dans l'étage de puissance (soit quatre darlington pour un moteur ou un réseau de 4 transistors - voir ULN 2075B).
Schéma de principe du moteur pas à pas unipolaire.
Simplement, les moteurs unipolaires sont plus chère car leur fabrication réclame un double bobinage. De plus, pour une taille donnée, ce type de moteur à un couple plus faible à cause des enroulements qui sont plus fins.
Il fût une époque où les moteurs unipolaires étaient intéressants pour les concepteurs parce qu'ils simplifiaient l'étage de commande électronique. Maintenant, grâce aux circuits de commande (push-pull monolithique) du genre L298, les moteurs bipolaires sont devenu populaires et d'une utilisation courante.
Tous les moteurs à aimant permanent souffrent des oscillations (et des harmoniques qui s'en suivent) générées par le rotor qui limitent la vitesse de rotation.
Quand des accélérations et des vitesses plus élevées sont nécessaires on utilisera de préférence les moteurs à reluctance variable.
Les moteurs à reluctance variable
Un moteur à reluctance variable possède un rotor en fer doux non magnétisé avec moins de pôles que le stator. Le rotor va se placer de telle sorte que le flux magnétique qui le traverse soit maximum (il recherche la reluctance la plus faible possible).
Schéma de principe du moteur à reluctance variable.
Les séquences de commande sont identiques aux moteurs unipolaire soit :
A, C, B, D ;
AC, CB, BD, DA ;
A, AC, C, CB, B, BD, D, DA.