La présente invention concerne une commande d'au moins deux moteurs pas-à-pas ou moteurs synchrones où l'alimentation de chaque moteur est commandée individuellement et la commutation des courants de phase des moteurs est commandée en commun. Ce système en soi connu et utilisé par exemple dans l'industrie automobile et les installations de chauffage et de ventilation présente l'avantage que grâce à la commande commune de la commutation des courants de phase le nombre de conducteurs nécessaire pour la commande de tous les moteurs est relativement faible. Cependant, cette commande ne permet pas de choisir individuellement pour chaque moteur le sens de rotation, la vitesse et d'établir le courant de maintien dans certains seulement des moteurs.
La présente invention a pour but d'augmenter considérablement les possibilités de commande sans augmenter le nombre de conducteurs pour cette commande. Ce but est atteint en ce que l'alimentation de chaque moteur et la commutation des phases des moteurs sont commandées par multiplexage de manière que l'alimentation et la commutation des courants de phases puissent être commandées individuellement pour chaque moteur. Il est ainsi possible de choisir la vitesse de rotation, le sens de rotation et un courant de maintien individuellement pour chaque moteur.
Etant donné que cette commande par multiplexage entraîne une alimentation des bobines des moteurs par impulsion, la période de multiplexage T doit être beaucoup plus courte que la constante de temps électrique tau = L/R du moteur. Il est nécessaire de trouver un compromis entre le nombre de moteurs commandés en commun, les caractéristiques électriques de ces moteurs et la fréquence de multiplexage. Des essais ont montrés qu'une réalisation est tout à fait possible. Dans des applications pratiques, la fréquence de multiplexage peut varier entre 5 et 25 kHz.
Il est aussi possible de régler l'intensité des courants individuellement pour chaque moteur, soit par variation de la tension d'alimentation, soit par commande de la durée des impulsions. Etant donné que la commande est effectuée de préférence par un micro-processeur, il est indiqué de varier la longueur d'impulsion respectivement le rapport des impulsions.
L'invention sera expliquée plus en détail à l'aide d'un exemple de commande représentée sur le dessin, dans lequel
la fig. 1 est un schéma bloc de la commande, et
la fig. 2 présente plusieurs diagrammes à l'aide desquels le fonctionnement de la commande sera expliqué.
La fig. 1 montre trois moteurs pas-à-pas M1, M2 et MX. Il est ainsi indiqué qu'un nombre X quelconque de moteurs peuvent être commandés, mais pour la raison susmentionnée le nombre de moteurs est pratiquement limité. Chaque moteur est alimenté individuellement par un conducteur MOT1, MOT2, respectivement MOTX. Il est admis qu'il s'agisse de moteurs à quatre phases. Les quatre phases de chaque moteur sont branchées par une diode de bloquage au conducteur correspondant PH1, PH2, PH3 et PH4 d'un bus commun de commande de phase pour tous les moteurs. Une unité de commande COM sert à préparer tous les signaux de commande pour tous les moteurs. De préférance, ces signaux sont produits à l'aide d'un micro-processeur, mais toute autre commande, par exemple une commande à composants discrets, est possible.
Ces signaux de commande déterminent pour chaque moteur les temps de marche, le sens de rotation, la vitesse et éventuellement le couple, que ce soit un couple d'entraînement ou un couple de maintien dans une position déterminée. Tous ces signaux de commande pour les moteurs M1 à MX sont transmis à un multiplexeur MUX par lequel les signaux de commande sont multiplexés et transmis aux moteurs. Il va de soi, que la partie commande et la partie multiplexeur peuvent être une seule unité de commande, unité qui comprend également des étages de puissance pour l'alimentation des moteurs.
La fig. 2 montre un exemple d'une telle commande. Il est admis qu'il s'agisse de commander six moteurs MOT1 à MOT6 parmi lesquels les moteurs 1, 2 et 4 sont commandés en commun en ce qui concerne la vitesse et le sens de rotation, tandis que les moteurs 3, 5 et 6 sont commandés à une vitesse et en sens de rotation différents. On voit dans les diagrammes en haut à gauche que la période des changements de phase est plus courte pour la commande 1 (CDE1) que pour la commande 2 (CDE2). Cela signifie que la commutation des phases est effectuée à une fréquence plus élevée par la commande 1 que par la commande 2 et ainsi les moteurs soumis à la commande 1 tournent à une vitesse plus élevée que les moteurs soumis à la commande 2. Les diagrammes à la deuxième ligne indiquent les temps d'enclenchement de repos des moteurs.
Tous ces signaux de commande sont multiplexés à une fréquence donnée et en synchronisme pour chaque moteur, les signaux correspondant pour des périodes relativement courtes désignées ZOOM sont indiqués à droite. On voit d'une manière générale que les bobines de phases sont alimentées uniquement lors qu'il y a coïncidence entre une impulsion d'enclenchement (ON) de la commande de phase et la commande d'alimentation. On voit par exemple que pour le moteur MOT1 il a coïncidence entre les impulsions d'alimentation et les impulsions pour les phases 1 et 3. Ce résultat est indiqué dans le troisième diagramme à droite, selon lequel les phases 1 et 3 sont alimentées par des impulsions de tension à la fréquence de multiplexage, et par conséquent le flux magnétique i1-i2 et le flux magnétique i3-i4 d'un premier et deuxième pole montent successivement.
Les mêmes considérations sont applicables pour les moteurs 2 et 4 ainsi que pour le moteur 6. Les six diagrammes à gauche en bas de la fig. 2 montrent les tensions en impulsion respectivement l'alimentation de chaque bobine de phase pour chaque moteur 1 à 6. A part les diagrammes de tension Uph 1 à Uph 4 ces diagrammes indiquent également la variation dans le temps des flux magnétiques i1-i2 et i3-i4.
Bien entendu, les exemples donnés servent uniquement à l'explication du principe de la commande par multiplexage. Au lieu de prévoir deux commandes de phases communes pour deux groupes de trois moteurs, on peut naturellement prévoir des commandes absolument indépendantes pour chaque moteur.
Comme indiqué ci-dessus, le multiplexage doit être séquenciel dans le temps de manière que les impulsions d'alimentation (MOT) et les impulsions de phase arrivent en synchronisme seulement pour un moteur ou, selon la fig. 2, pour un groupe de moteurs. Selon l'exemple décrit et illustré, les impulsions d'alimentation et de phase sont décalées et occupent chacune 50% de la période de multiplexage. Ce décalage est indiqué dans les diagrammes à droit sur la fig. 2 pour les moteurs MOT1, 2 et 4 d'une part et pour le moteur MOT6 d'autre part. Une commande absolument indépendante de tous les moteurs, par exemple de quatre moteurs, nécessite un décalage des informations multiplexées de manière que chaque information occupe 25% de la période de multiplexage.
D'autre part, il est possible de prévoir une commande identique pour plusieurs moteurs où ces moteurs peuvent être branchés en parallèle à un conducteur MOT d'alimentation. L'électronique de commande peut servir à des buts supplémentaires. Elle peut surveiller la perte de synchronisme par l'évolution du courant, par exemple selon EP-A 0 654 892. Elle peut aussi servir à une commande des moteurs pour maintenir leur couple constant malgré des variations considérables de la tension d'alimentation et/ou de la température, par exemple selon EP-A 0 461 066. Une telle commande est d'un intérêt particulier pour les applications dans l'industrie automobile.
The present invention relates to a control of at least two stepping motors or synchronous motors where the supply of each motor is controlled individually and the switching of the phase currents of the motors is controlled in common. This system known per se and used for example in the automobile industry and in heating and ventilation installations has the advantage that, thanks to the common control of the switching of phase currents, the number of conductors necessary for the control of all engines is relatively small. However, this command does not make it possible to choose individually for each motor the direction of rotation, the speed and to establish the holding current in some only of the motors.
The object of the present invention is to considerably increase the control possibilities without increasing the number of conductors for this control. This object is achieved in that the supply of each motor and the switching of the phases of the motors are controlled by multiplexing so that the supply and switching of the phase currents can be controlled individually for each motor. It is thus possible to choose the speed of rotation, the direction of rotation and a holding current individually for each motor.
Since this multiplexing command causes the coils of the motors to be supplied with pulses, the multiplexing period T must be much shorter than the electric time constant tau = L / R of the motor. It is necessary to find a compromise between the number of motors controlled in common, the electrical characteristics of these motors and the frequency of multiplexing. Tests have shown that an achievement is entirely possible. In practical applications, the multiplexing frequency can vary between 5 and 25 kHz.
It is also possible to adjust the intensity of the currents individually for each motor, either by varying the supply voltage or by controlling the duration of the pulses. Since the control is preferably carried out by a microprocessor, it is advisable to vary the pulse length respectively the ratio of the pulses.
The invention will be explained in more detail with the aid of an example command shown in the drawing, in which
fig. 1 is a block diagram of the command, and
fig. 2 presents several diagrams with the help of which the operation of the control will be explained.
Fig. 1 shows three stepping motors M1, M2 and MX. It is thus indicated that any number X of motors can be controlled, but for the above reason the number of motors is practically limited. Each motor is supplied individually by a conductor MOT1, MOT2, respectively MOTX. It is accepted that these are four-phase motors. The four phases of each motor are connected by a blocking diode to the corresponding conductor PH1, PH2, PH3 and PH4 of a common phase control bus for all the motors. A COM control unit is used to prepare all control signals for all the motors. Preferably, these signals are produced using a microprocessor, but any other command, for example a command with discrete components, is possible.
These control signals determine the running times, the direction of rotation, the speed and possibly the torque for each motor, whether it be a driving torque or a holding torque in a determined position. All these control signals for the motors M1 to MX are transmitted to a multiplexer MUX by which the control signals are multiplexed and transmitted to the motors. It goes without saying that the control part and the multiplexer part can be a single control unit, a unit which also includes power stages for supplying the motors.
Fig. 2 shows an example of such a command. It is accepted that this involves controlling six motors MOT1 to MOT6, among which motors 1, 2 and 4 are jointly controlled as regards speed and direction of rotation, while motors 3, 5 and 6 are controlled at a different speed and direction of rotation. We see in the diagrams at the top left that the phase change phase is shorter for command 1 (CDE1) than for command 2 (CDE2). This means that the phase switching is carried out at a higher frequency by control 1 than by control 2 and thus the motors subject to control 1 rotate at a higher speed than the motors subject to control 2. The diagrams to the second line indicates the resting times of the motors.
All these control signals are multiplexed at a given frequency and in synchronism for each motor, the corresponding signals for relatively short periods designated ZOOM are indicated on the right. It is generally seen that the phase coils are supplied only when there is a coincidence between an ON pulse of the phase control and the supply control. We see for example that for the motor MOT1 it coincides between the supply pulses and the pulses for phases 1 and 3. This result is indicated in the third diagram on the right, according to which phases 1 and 3 are supplied by voltage pulses at the multiplexing frequency, and consequently the magnetic flux i1-i2 and the magnetic flux i3-i4 of a first and second pole rise successively.
The same considerations are applicable for motors 2 and 4 as well as for motor 6. The six diagrams on the left at the bottom of fig. 2 show the pulse voltages respectively the supply of each phase coil for each motor 1 to 6. Apart from the voltage diagrams Uph 1 to Uph 4 these diagrams also indicate the variation over time of the magnetic fluxes i1-i2 and i3 -i4.
Of course, the examples given only serve to explain the principle of multiplex control. Instead of providing two common phase controls for two groups of three motors, it is of course possible to provide absolutely independent controls for each motor.
As indicated above, the multiplexing must be sequential in time so that the supply pulses (MOT) and the phase pulses arrive in synchronism only for one motor or, according to FIG. 2, for a group of motors. According to the example described and illustrated, the supply and phase pulses are offset and each occupy 50% of the multiplexing period. This offset is indicated in the diagrams on the right in fig. 2 for MOT1, 2 and 4 motors on the one hand and for MOT6 motor on the other hand. An absolutely independent control of all the motors, for example of four motors, requires an offset of the multiplexed information so that each information occupies 25% of the multiplexing period.
On the other hand, it is possible to provide an identical command for several motors where these motors can be connected in parallel to a supply MOT conductor. The control electronics can be used for additional purposes. It can monitor the loss of synchronism by the evolution of the current, for example according to EP-A 0 654 892. It can also be used for controlling the motors to maintain their constant torque despite considerable variations in the supply voltage and / or temperature, for example according to EP-A 0 461 066. Such a command is of particular interest for applications in the automotive industry.