FR2699019A1

FR2699019A1 - Speed regulation and control system for DC motor - uses back-EMF measured during regularly imposed supply interruptions as control quantity, comparing it with reference value.

Info

Publication number: FR2699019A1
Application number: FR9214648A
Authority: FR
Inventors: Perrot Jean-Marie
Original assignee: MALBEC SA
Current assignee: MALBEC SA
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1992-12-04
Publication date: 1994-06-10
Anticipated expiration: 1998-12-04
Also published as: FR2699019B3

Abstract

The motor supply is interrupted every 10ms for 1ms, during which time(Tc) speed declines only slowly. Open-circuit motor voltage, after initial fluctuation(Td-0.7ms), settles to a decremental curve(Te-0.3ms). Measurements of this speed-related back-EMF are compared with a reference value representing the desired speed. The error signal is used to correct variations from the set speed. A sequencer ensures measurements are made at the correct times. Opt., the interrupted supply voltage is obtained, without switching, from a full-wave rectified 50 Hz mains supply, unfiltered, followed by a peak-lopping zener diode. Several variants are described. Overload protection can also be obtained by voltage measurements at either end of the decremental period(Te). USE/ADVANTAGE - Simple control without speed sensors or series resistors for motors under 1kW.

Description

PROCEDE DE REGULATION ET D'ASSERVISSEMENT EN
VITESSE POUR MOTEUR A COURANT CONTINU,
CIRCUIT POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE ET
MOTEUR EQUIPE D'UN TEL CIRCUIT.REGULATION AND SERVO CONTROL PROCESS
SPEED FOR DIRECT CURRENT MOTOR,
CIRCUIT FOR THE IMPLEMENTATION OF THIS PROCESS AND
ENGINE EQUIPPED WITH SUCH A CIRCUIT.

L'invention est relative à un procédé de régulation et d'asservissement en vitesse pour moteur électrique à courant continu à aimant permanent, procédé suivant lequel on produit une tension de consigne correspondant à une vitesse souhaitée pour le moteur, on établit une tension image de la vitesse de rotation du moteur, et on compare la tension image à la tension de consigne pour obtenir un signal d'erreur qui sert à commander un étage de puissance contrôlant l'alimentation du moteur de manière à corriger sa vitesse dans un sens qui tend à établir l'égalité de la tension de consigne et de la tension image de la vitesse du moteur. The invention relates to a speed regulation and servo-control method for a permanent magnet direct current electric motor, method according to which a target voltage is produced corresponding to a desired speed for the motor, an image voltage is established of the speed of rotation of the motor, and the image voltage is compared to the set voltage to obtain an error signal which is used to control a power stage controlling the supply of the motor so as to correct its speed in a direction which tends to establish the equality of the reference voltage and the image voltage of the motor speed.

L'invention concerne plus particulièrement, parce que c'est dans ce cas que son application semble devoir présenter le plus d'intérêt, mais non exclusivement, un tel procédé de régulation et d'asservissement en vitesse pour des moteurs à courant continu de petite puissance, c'est à dire inférieure à 1 Kw. The invention relates more particularly, because it is in this case that its application seems to be of most interest, but not exclusively, such a speed regulation and servo-control method for DC motors of small power, i.e. less than 1 Kw.

Dans les procédés d'asservissement en vitesse connus à ce jour, on établit généralement la tension image de la vitesse de rotation du moteur à l'aide d'un organe mécanique, magnétique ou optique, par exemple une génératrice magnéto-tachymétrique ou un capteur ou codeur incrémental qui effectue, en quelque sorte, une convertion vitesse/tension. In the speed control processes known to date, the image voltage of the speed of rotation of the motor is generally established using a mechanical, magnetic or optical member, for example a magneto-tachymeter generator or a sensor. or incremental encoder which performs, as it were, a speed / voltage conversion.

On a par ailleurs proposé divers procédés, ne nécessitant pas d'organes extérieurs, basés sur l'analyse de la tension présente aux bornes du moteur ou du courant traversant le moteur. Various methods have also been proposed, not requiring external members, based on the analysis of the voltage present at the terminals of the motor or of the current flowing through the motor.

Lorsque le moteur est alimenté, la tension U présente à ses bornes est égale à. la somme de la force contre-électromotrice E pratiquement proportionnelle à sa vitesse angulaire, et de la chute de potentiel produite par effet joule due au courant I traversant le moteur dont la résistance interne R n'est en pratique jamais nulle. When the motor is supplied, the voltage U present at its terminals is equal to. the sum of the counter-electromotive force E practically proportional to its angular speed, and of the potential drop produced by the Joule effect due to the current I passing through the motor whose internal resistance R is in practice never zero.

U = E + RxI
Un procédé largement exploité connu sous l'appellation de "compensation RxI" consiste à mesurer I et, en supposant R constant et égale à une valeur déterminée, d'effectuer le produit R x I pour le soustraire de U et en déduire E constituant la tension image de la vitesse du moteur.U = E + RxI
A widely used method known as "RxI compensation" consists of measuring I and, assuming R constant and equal to a determined value, performing the product R x I to subtract it from U and deduce E constituting the voltage image of motor speed.

Une telle façon de procéder comporte de nombreux inconvénients, notamment liés au fait que la résistance R varie d'un moteur à l'autre, mais également en fonction de la température et de l'usure du moteur. Such a procedure has many drawbacks, notably linked to the fact that the resistance R varies from one engine to another, but also as a function of the temperature and of the wear of the engine.

D'autre part, cette méthode nécessite généralement la mise en place d'une résistance disposée en série avec le moteur, celle-ci devant être capable de conduire tout le courant nécessaire à l'alimentation du moteur, ce qui non seulement entraîne une perte d'énergie mais élève l'impédance de sortie du circuit. On the other hand, this method generally requires the installation of a resistor arranged in series with the motor, the latter having to be able to conduct all the current necessary for supplying the motor, which not only leads to a loss of energy but increases the output impedance of the circuit.

Tous ces inconvénients réduisent l'éfflcacité de ce procédé. All these drawbacks reduce the efficiency of this process.

L'invention à pour but, surtout, de fournir un procédé de régulation et d'asservissement en vitesse pour moteur à courant continu ne nécessitant pas la mise en place de système capteur de vitesse extérieur au circuit électronique et ne présentant plus ou à degré moindre, les inconvénients des procédés évoqués ci-dessus, tout en étant plus simple dans sa mise en oeuvre, plus économique et présentant un caractère universel par sa possibilité d'adaptation à une alimentation en courant continu ou alternatif basse tension ou courant alternatif secteur 50 ou 60 Hz et la possibilité de réguler la vitesse du moteur selon plusieurs modes. The object of the invention is, above all, to provide a speed regulation and servo-control method for a DC motor which does not require the installation of a speed sensor system external to the electronic circuit and which no longer exhibits or to a lesser degree. , the drawbacks of the processes mentioned above, while being simpler in its implementation, more economical and having a universal character by its possibility of adaptation to a supply of direct or alternating current low voltage or alternating current sector 50 or 60 Hz and the possibility of regulating the motor speed in several modes.

Selon l'invention, un procédé de régulation et d'asservissement en vitesse pour moteur électrique à courant continu, du genre défini précédemment est caractérisé par le fait
- qu'on coupe cycliquement pendant un temps bref l'alimentation du moteur;
- qu'on met en mémoire après un temps suffisamment long pour amortir les tensions induites dues à la coupure, la tension présente aux bornes du moteur lorsque celui-ci, non alimenté, se trouve du fait de son inertie, pratiquement dans les mêmes conditions de vitesse de rotation que lorsqu'il était alimenté;
qu'on utilise cette tension mémorisée comme tension image de la vitesse de rotation du moteur;;
- qu'on compare, lorsque le moteur est alimenté, cette tension mémorisée à une tension de consigne correspondant à la vitesse souhaitée pour établir un signal d'erreur corrigeant la vitesse du moteur dans un sens qui tend à établir l'égalité de la tension de consigne et de la tension image de la vitesse du moteur.According to the invention, a speed regulation and servo-control method for a DC electric motor, of the kind defined above, is characterized by the fact
- that the motor supply is cut off cyclically for a short time;
- that is stored in memory after a sufficiently long time to absorb the induced voltages due to the cut, the voltage present at the terminals of the motor when the latter, not supplied, is due to its inertia, practically under the same conditions of rotational speed only when it was powered;
that this stored voltage is used as the image voltage of the speed of rotation of the motor;
- comparing, when the motor is supplied, this stored voltage with a reference voltage corresponding to the desired speed to establish an error signal correcting the motor speed in a direction which tends to establish equal voltage setpoint and image voltage of the motor speed.

Ainsi, l'intégration de la tension prise par échantillons reconstitue artificiellement, en permanence la tension présente aux bornes du moteur, dans les mêmes conditions de vitesse, mais sans courant, donc sans le produit RI. Thus, the integration of the voltage taken by samples artificially reconstitutes, permanently, the voltage present at the terminals of the motor, under the same speed conditions, but without current, therefore without the RI product.

Si lton prend soin de la mesurer avec un circuit présentant une très haute impédance d'entrée, cette tension représente très exactement la force contre-électromotrice E du moteur, proportionnelle à sa vitesse angulaire. If we take care to measure it with a circuit having a very high input impedance, this voltage represents very exactly the counter-electromotive force E of the motor, proportional to its angular speed.

La fréquence des coupures de l'alimentation est suffisamment élevée et le temps de coupure suffisamment faible par rapport au temps d'alimentation pour que la vitesse du moteur soit connue à l'aide d'un maximum d'informations sans amoindrir les caractéristiques du moteur. The frequency of power supply cut-outs is high enough and the cut-off time sufficiently short compared to the supply time so that the speed of the motor is known using the maximum amount of information without affecting the characteristics of the motor .

Ainsi le moteur fait en quelque sorte office de génératrice tachymétrique pendant une fraction de son temps de fonctionnement. So the engine acts as a tachometer generator for a fraction of its operating time.

En dehors de sa simplicité manifeste, un tel procédé présente l'avantage qu'un éventuel défaut dans la linéarité de la conversion tension/vitesse lors de l'état "moteur" est automatiquement compensé par le même défaut dans la conversion vitessè/tension lors de l'état "générateur", puisque l'élément moteur est physiquement confondu avec l'élément générateur. Ceci confère une grande stabilité à l'ensemble du système même lors de l'emploi de moteurs de qualité médiocre. Apart from its obvious simplicity, such a method has the advantage that a possible defect in the linearity of the voltage / speed conversion during the "motor" state is automatically compensated by the same defect in the speed / voltage conversion during of the "generator" state, since the motor element is physically merged with the generator element. This gives great stability to the entire system even when using poor quality motors.

Du fait d'une telle coupure cyclique de l'alimentation du moteur, la tension à ses bornes se présente typiquement sous la forme d'un signal représenté à la figure 1. Due to such a cyclic interruption in the supply of the motor, the voltage across its terminals is typically in the form of a signal shown in FIG. 1.

La tension présente aux bornes du moteur est portée en ordonnée en fonction du temps porté en abscisse. The voltage present at the motor terminals is plotted on the ordinate as a function of the time plotted on the abscissa.

Le temps Ta correspond à la période pendant laquelle le moteur est alimenté, le temps Tc correspond à la période pendant laquelle l'alimentation du moteur est coupée, le temps Td correspond à la période d'amortissement des tensions induites et le temps Te correspond à la période pendant laquelle la tension présente aux bornes du moteur est prise comme échantillon représentatif de sa vitesse. The time Ta corresponds to the period during which the motor is supplied, the time Tc corresponds to the period during which the supply to the motor is cut off, the time Td corresponds to the period of damping of the induced voltages and the time Te corresponds to the period during which the voltage present at the motor terminals is taken as a representative sample of its speed.

Avantageusement, comme illustré sur la figure 1, la période pendant laquelle la tension présente aux bornes du moteur est prise comme échantillon est située à la fin de la période de coupure Tc, juste avant une nouvelle période d'alimentation Ta. La perte de vitesse du moteur provoquée pendant la coupure par le couple résistant du système entraîné est favorable à la stabilité du dispositif. Advantageously, as illustrated in FIG. 1, the period during which the voltage present at the terminals of the motor is taken as a sample is located at the end of the cut-off period Tc, just before a new supply period Ta. The loss of motor speed caused during switching off by the resistive torque of the driven system is favorable to the stability of the device.

L'invention est également relative à un procédé tel que décrit précédemment mais où la tension présente aux bornes du moteur, lors de la coupure de son alimentation, après la période d'amortissement, est mise successivement deux fois en mémoire dans deux mémoires différentes comme illustré figure 2, la période de temps Tr séparant la mise en mémoire des deux échantillons de tension. Un circuit comparant les tensions disponibles dans les deux mémoires est alors capable d'évaluer la perte de vitesse due au couple résistant du système entraîné lors de la coupure de l'alimentation du moteur pendant le temps Tr. The invention also relates to a method as described above but in which the voltage present at the terminals of the motor, when the power is cut off, after the damping period, is successively stored twice in two different memories as illustrated in FIG. 2, the time period Tr separating the storage of the two voltage samples. A circuit comparing the voltages available in the two memories is then capable of evaluating the loss of speed due to the resistive torque of the system driven when the power supply to the motor is cut off during the time Tr.

Connaissant la valeur de l'inertie du rotor et du système entraîné, il est alors possible d'en extraire avec une bonne précision, et sans avoir à mesurer le courant, la valeur du couple résistant du système entraîné. Ce procédé peut être exploité encore plus simplement, c'est à dire sans nécessiter une bonne connaissance des paramètres dynamiques du moteur et du système entraîné pour réaliser une protection du moteur, du circuit de régulation et ou de l'utilisateur: au delà d'un certain couple résistant, le circuit coupe l'alimentation du moteur. Knowing the value of the inertia of the rotor and of the driven system, it is then possible to extract therefrom with good precision, and without having to measure the current, the value of the resistive torque of the driven system. This process can be used even more simply, that is to say without requiring a good knowledge of the dynamic parameters of the engine and of the driven system to achieve protection of the engine, of the regulation circuit and or of the user: beyond a certain resistant torque, the circuit cuts the power supply to the motor.

La méthode la plus efficace pour mémoriser la tension image de la vitesse du moteur est l'emploi d'un circuit échantillonneur/bloqueur, ce circuit présentera avantageusement une très haute impédance d'entrée de façon à ce que le moteur tournant en roue libre entraîné par son inertie ne soit parcouru que par un courant infime pouvant à une échelle raisonnable être considéré comme nul. D'autre part, ce circuit pourra avantageusement prendre en compte des tensions très basses, proches de 0 volt, voir même négative de façon à assurer l'asservissement à vitesse nulle ou en sens inverse. The most effective method for memorizing the image voltage of the motor speed is the use of a sampler / blocker circuit, this circuit will advantageously have a very high input impedance so that the motor running in freewheel by its inertia is traversed only by a tiny current which on a reasonable scale can be considered as zero. On the other hand, this circuit can advantageously take into account very low voltages, close to 0 volts, or even negative so as to ensure servo-control at zero speed or in the opposite direction.

Ce circuit échantillonneur/bloqueur peut être commandé par un séquenceur capable de synchroniser toutes les périodes : alimentation du moteur, coupure de 1' alimentation et après la période d' amortissement, mise en service du circuit échantillonneur/bloqueur. This sampler / blocker circuit can be controlled by a sequencer capable of synchronizing all the periods: power supply to the motor, interruption of the supply and after the amortization period, commissioning of the sampler / blocker circuit.

Avantageusement la période d'un cycle complet pourra être de 10 ms, la période d'alimentation de 9 ms et la période de coupure de 1 ms. Advantageously, the period of a complete cycle may be 10 ms, the supply period of 9 ms and the cut-off period of 1 ms.

Pendant cette période de coupure Tc une période Td de 0,7 ms sera consacrée à l'amortissement des tensions induites et une période
Te de 0,3 ms à la mise en mémoire de la tension (échantillonnage).During this cut-off period Tc a period Td of 0.7 ms will be devoted to the damping of the induced voltages and a period
Te of 0.3 ms when storing the voltage (sampling).

Ainsi le cycle complet étant une période de 10 ms, l'alimentation du moteur peut être synchronisée ou générée par un courant alternatif à la fréquence du secteur redressé double-alternance et non filtré, ce qui permet sur ce même principe de réaliser des circuits très simplifiés, alimentés par le réseau secteur alternatif. Thus the complete cycle being a period of 10 ms, the power supply of the motor can be synchronized or generated by an alternating current at the frequency of the rectified full-wave and unfiltered sector, which allows on this same principle to realize very simplified, powered by the AC network.

D'autre part, cette séquence de périodes permet l'alimentation du moteur pendant 90% du temps, l'alimentation du moteur ne sera coupé que pendant 10% du temps global, ce qui ne sera que peu perceptible au niveau de ses performances mécaniques, et le temps de 0,7 ms précédent l'échantillonnage sera suffisant pour amortir les oscillations de la tension induite dans le bobinage pour la grande majorité des moteurs courant continu disponibles dans la puissance considérée.On the other hand, this sequence of periods allows the power supply to the motor for 90% of the time, the power supply to the motor will only be cut for 10% of the overall time, which will be hardly noticeable in terms of its mechanical performance , and the time of 0.7 ms preceding the sampling will be sufficient to dampen the oscillations of the voltage induced in the winding for the great majority of DC motors available in the power considered.

Une autre méthode pour mettre en mémoire la tension présente aux bornes du moteur lors de la coupure de son alimentation consiste à mémoriser la tension moyenne présente à ses bornes. Cela peut se réaliser par un simple circuit intégrateur. Puisque que la durée de coupure est choisie très faible par rapport à la durée d'un cycle complet, cette tension intégrée sera très proche de la tension U (tension aux bornes du moteur alimenté). Il est donc possible de soustraire de cette tension la valeur de l'impulsion négative présente lors de la coupure de l'alimentation du moteur, la tension de ces impulsions correspond au produit R x I. Another method for storing the voltage present at the terminals of the motor when its power supply is cut off consists in memorizing the average voltage present at its terminals. This can be achieved by a simple integrator circuit. Since the cut-off time is chosen to be very low compared to the duration of a complete cycle, this integrated voltage will be very close to the voltage U (voltage at the terminals of the powered motor). It is therefore possible to subtract from this voltage the value of the negative pulse present when the motor supply is cut off, the voltage of these pulses corresponds to the product R x I.

Ainsi cette méthode quoi qu'un peu moins rigoureuse que la première permet de reconstituer la valeur de E (image de la vitesse du moteur) sans nécessiter de circuit échantillonneur/bloqueur, mais seulement quelques composants (une résistance, un condensateur et une diode suffisent). Sous cette forme le circuit est passif et ne nécessite plus de commande. Thus this method although a little less rigorous than the first allows to reconstruct the value of E (image of the motor speed) without requiring a sampler / blocker circuit, but only a few components (a resistor, a capacitor and a diode are enough ). In this form the circuit is passive and no longer requires control.

Cette méthode, associée à une alimentation simplifiée, du type alimentation secteur capacitive, redressée double-alternance, écrêté par une diode zener et non filtrée,fournissant un courant pulsé directement capable de couper l'alimentation du moteur à la fréquence souhaitée (un secteur à 60 Hz convient également, la différence par rapport à un secteur 50 Hz n'est pas significative sur l'efficacité du procédé), permet de réaliser le procédé de façon très simplifiée, avec encore moins de composants. This method, associated with a simplified supply, of the capacitive mains supply type, rectified full-wave, clipped by a zener diode and unfiltered, providing a pulsed current directly capable of cutting the power supply to the motor at the desired frequency (a sector with 60 Hz is also suitable, the difference compared to a 50 Hz sector is not significant on the efficiency of the process), allows the process to be carried out in a very simplified way, with even fewer components.

L'invention est également relative à un circuit de régulation et d'asservissement en vitesse pour moteur à courant continu pour la mise en oeuvre du procédé défini précédemment. The invention also relates to a speed regulation and control circuit for a DC motor for implementing the method defined above.

L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées cidessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation particuliers, décrits avec référence aux dessines' ci-annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. The invention consists, apart from the arrangements set out above, of a certain number of other arrangements which will be more explicitly discussed below in connection with particular embodiments, described with reference to the drawings' attached hereto, but which are in no way limiting.

Une des formes de l'invention peut être un circuit de commande pouvant piloter un étage de puissance. One of the forms of the invention can be a control circuit capable of driving a power stage.

Avantageusement, ce circuit peut être présenté dans une configuration rappelant celle d'un amplificateur opérationnel. Sous cette forme, ce circuit possède deux broches pour son alimentation + et -, une entrée non-inverseuse sur laquelle est envoyée la tension de consigne correspondante à la vitesse souhaitée, une entrée inverseuse connectée au point chaud du moteur, une ou plusieurs sorties aptes à piloter un étage de puissance. Le signal modulé disponible sur la sortie se présente sous la forme de créneaux dont le niveau haut correspond à la période pendant laquelle le moteur est alimenté et le niveau bas la période pendant laquelle l'alimentation du moteur est interrompue. L'impulsion correspondant à la période pendant laquelle le moteur est alimenté peut être modulée, soit en amplitude, soit en largeur d'impulsion.Dans le premier cas l'impulsion sera de durée constante et de tension variable et pourra donc piloter un étage de puissance du type "série", dans le second cas, l'impulsion sera de tension constante mais de durée variable et pourra donc piloter un étage de puissance du type " MLI" ( modulation de largeur d'impulsion). Une autre possibilité est de fournir le signal de sortie sur deux broches, une broche "synchronisation" fournissant un signal logique dont le niveau haut correspond à l'état " moteur alimenté" et dont le niveau bas correspond à l'état "moteur non alimenté", la deuxième broche fournissant alors une tension correspondant à E, force contre- électromotrice du moteur, proportionnelle à sa vitesse. Advantageously, this circuit can be presented in a configuration recalling that of an operational amplifier. In this form, this circuit has two pins for its + and - power supply, a non-inverting input to which the setpoint voltage corresponding to the desired speed is sent, an inverting input connected to the hot spot of the motor, one or more suitable outputs to control a power stage. The modulated signal available on the output is in the form of slots, the high level of which corresponds to the period during which the motor is supplied and the low level the period during which the supply to the motor is interrupted. The pulse corresponding to the period during which the motor is powered can be modulated, either in amplitude or in pulse width. In the first case the pulse will be of constant duration and of variable voltage and will therefore be able to drive a stage of power of the "series" type, in the second case, the pulse will be of constant voltage but of variable duration and will therefore be able to drive a power stage of the "MLI" type (pulse width modulation). Another possibility is to provide the output signal on two pins, a "synchronization" pin providing a logic signal whose high level corresponds to the "motor supplied" state and whose low level corresponds to the "motor not supplied" state. ", the second spindle then providing a voltage corresponding to E, the electromotive force of the motor, proportional to its speed.

L'invention concerne également, mais non exclusivement, un circuit comportant à la fois toutes ces sorties. La figure 3 illustre un tel circuit, le module 3A correspond à la partie "séquenceur", il comporte une base de temps et fournit des signaux logiques correspondants aux diverses pèriodes pour piloter et synchroniser les autres étages, et une sortie de synchronisation S3. Le module 3B correspond à la partie "analyseur". I1 est essentiellement constitué d'éléments de nature analogique et comporte l'étage échantillonneur/bloqueur et les éléments capables de comparer la tension de consigne à la tension image de la vitesse du moteur, par ailleurs disponible sur S4, et d'en extraire un signal d'erreurs qui contrôle le module 3C. Celui-ci correspondant à l'étage modulateur qui effectue la transformation de coordonnées pour générer les deux types de modulation disponibles sur S1 et S2. Cet étage comporte les éléments "buffers" adaptés à fournir un courant suffisant sur ces sorties. The invention also relates, but not exclusively, to a circuit comprising both all these outputs. FIG. 3 illustrates such a circuit, the module 3A corresponds to the "sequencer" part, it includes a time base and provides logic signals corresponding to the various periods to control and synchronize the other stages, and a synchronization output S3. The 3B module corresponds to the "analyzer" part. I1 is essentially made up of elements of an analogical nature and includes the sampler / blocker stage and the elements capable of comparing the reference voltage with the image voltage of the speed of the motor, also available on S4, and of extracting a error signal which controls the 3C module. This corresponds to the modulator stage which performs the coordinate transformation to generate the two types of modulation available on S1 and S2. This stage includes the "buffers" elements adapted to supply sufficient current to these outputs.

La figure 4 illustre un cas d'application utilisant la sortie S3 modulée en amplitude. Le premier interêt de présenter ce circuit sous forme circuit de commande est mis en évidence par le fait que ltensemble des éléments disposés autour du circuit sont raccordés selon une configuration tout à fait classique, de nombreuses réalisations étant établies sous cette forme mais comportant un amplificateur opérationnel à la place du circuit objet de l'invention. FIG. 4 illustrates an application case using the amplitude modulated output S3. The first interest in presenting this circuit in the form of a control circuit is highlighted by the fact that all of the elements arranged around the circuit are connected according to a completely conventional configuration, numerous embodiments being established in this form but comprising an operational amplifier. in place of the circuit which is the subject of the invention.

Dans la configuration classique avec un amplificateur opérationnel, c'est la tension aux bornes du moteur qui est régulée et stabilisée, dans la configuration avec le circuit de régulation et d'asservissement en vitesse objet de l'invention, c'est la vitesse du moteur qui est régulée et stabilisée.In the conventional configuration with an operational amplifier, it is the voltage at the terminals of the motor which is regulated and stabilized, in the configuration with the speed regulation and servo-control circuit object of the invention, it is the speed of the motor which is regulated and stabilized.

La figure 5 illustre un cas d'application en modulation de largeur d'impulsions et met en évidence le deuxième intérêt de présenter ce circuit sous cette forme, qui est de permettre d'utiliser ce type de modulation capable d'atteindre des puissances importantes en ne dissipant que très peu d'énergie dans l'étage de puissance selon une configuration proche de la précédente. Cette configuration serait insenséé avec un amplificateur opérationnel. FIG. 5 illustrates a case of application in pulse width modulation and highlights the second advantage of presenting this circuit in this form, which is to allow the use of this type of modulation capable of achieving high powers in dissipating very little energy in the power stage according to a configuration close to the previous one. This configuration would be insane with an operational amplifier.

La figure 6 illustre en détail un schéma synoptique d'une des façons de réaliser ce circuit. 6a correspond à la partie séquenceur, il comprend un circuit intégrateurl, celui-ci étant en mesure d'établir une rampe linéaire ascendante dont la pente est parfaitement stable. FIG. 6 illustrates in detail a block diagram of one of the ways of making this circuit. 6a corresponds to the sequencer part, it includes an integrator circuit, the latter being able to establish an ascending linear ramp whose slope is perfectly stable.

Lorsque la tension de sortie de ce circuit atteind son maximum, un détecteur de seuil 2 fait basculer S3 du niveau 1 au niveau 0, en même temps, il donne l'ordre à un circuit monostable 3 de générer une impulsion correspondant à la période Td, lorsque cette impulsion retombe au niveau 0, un deuxième monostable 4 génère une impulsion correspondant à la période Te, à la fin de cette impulsion, une nouvelle rampe est générée par le circuit intégrateurl. Ainsi, la fréquence globale et les diverses périodes seront très stables et la rampe générée par le circuit intégrateur 1 sera linéairement ascendante sur toute la période Ta et servira à convertir le signal modulé en amplitude, en signal modulé en largeur d'impulsions.When the output voltage of this circuit reaches its maximum, a threshold detector 2 switches S3 from level 1 to level 0, at the same time, it instructs a monostable circuit 3 to generate a pulse corresponding to the period Td , when this pulse drops back to level 0, a second monostable 4 generates a pulse corresponding to the period Te, at the end of this pulse, a new ramp is generated by the integrator circuit. Thus, the overall frequency and the various periods will be very stable and the ramp generated by the integrator circuit 1 will be linearly ascending over the entire period Ta and will be used to convert the signal modulated in amplitude, into signal modulated in pulse width.

La partie 6 b correspond à la partie analyseur, il est constitué d'un circuit échantillonneur/bloqueur 5, ce circuit présente une très haute impédance d'entrée pouvant être obtenue à l'aide de transistors à effet de champs. Sur ordre du séquenceur,(monostable 4) il met en mémoire dans un condensateur la tension présente à l'entrée E-. Cette tension, correspondant à la FCEM donc à la vitesse du moteur, est disponible sur S4. Un amplificateur 6 à entrées différentielles compare les tensions présentes en S4 et E+, et selon un coefficient d'amplification convenable, fournit une tension vers l'étage modulateur 6c qui est composé de deux modules. Le premier constitue un amplificateur de courant (buffer) 7, il est contrôlé par S3 de façon à fournir un signal modulé en tension sur la période Ta, il est mis au niveau 0 lors de la période Tc.La sortie de ce circuit est disponible en S2. L'étage modulateur comporte un deuxième circuit qui est un comparateur 8, celui-ci reçoit sur son entrée non-inverseuse la tension de sortie de l'étage analyseur, et sur son entrée inverseuse, le signal de rampe disponible en sortie de l'étage séquenceur 1. Le signal de sortie de nature logique sera disponible en S1. I1 sera caractérisé par une impulsion à niveau 1 démarrant dès le début de la période Ta, et pouvant se maintenir dans cet état pendant toute la période Ta. Par contre ce signal est obligatoirement au niveau 0 pendant la période
Tc.Part 6b corresponds to the analyzer part, it consists of a sampler / blocker circuit 5, this circuit has a very high input impedance which can be obtained using field effect transistors. On the order of the sequencer, (monostable 4) it stores in a capacitor the voltage present at the input E-. This voltage, corresponding to the FCEM and therefore the speed of the motor, is available on S4. An amplifier 6 with differential inputs compares the voltages present in S4 and E +, and according to a suitable amplification coefficient, supplies a voltage to the modulator stage 6c which is composed of two modules. The first constitutes a current amplifier (buffer) 7, it is controlled by S3 so as to supply a voltage-modulated signal over the period Ta, it is set to level 0 during the period Tc. The output of this circuit is available in S2. The modulator stage comprises a second circuit which is a comparator 8, which receives on its non-inverting input the output voltage of the analyzer stage, and on its inverting input, the ramp signal available at the output of the sequencer stage 1. The logic output signal will be available in S1. I1 will be characterized by a level 1 pulse starting from the start of the period Ta, and being able to remain in this state throughout the period Ta. However, this signal must be at level 0 during the period
Tc.

L'invention concerne également un circuit de régulation et d'asservissement en vitesse comportant une alimentation en courant continu et l'étage de puissance fonctionnant selon l'un des deux modes évoqués précédemment, soit par modulation d'amplitude, soit par modulation de largeur d'impulsions. Ce circuit compte-tenu de la similitude des éléments peut être prévu pour fonctionner à volonté selon l'un ou l'autre des modes de modulation par le positionnement de straps. De façon originale, la modulaton peut être simultanément effectuée en amplitude et en largeur d'impulsions. The invention also relates to a speed regulation and control circuit comprising a DC power supply and the power stage operating according to one of the two modes mentioned above, either by amplitude modulation or by width modulation. of pulses. This circuit taking into account the similarity of the elements can be provided to operate at will according to one or the other of the modulation modes by the positioning of straps. In an original way, the modulation can be carried out simultaneously in amplitude and in width of pulses.

La figure 7 décrit un synoptique d'un tel circuit, le module 7a représente l'alimentation, il comporte des éléments nécessaires à transformer, redresser, filter et stabiliser la tension à la valeur souhaitée. Le module 7b correspond à l'étage de puissance , il comporte les éléments capables de conduire et moduler le courant nécessaire à l'alimentation du moteur. Selon la mise en place d'un strap en S1 ou S2 ou S1 et S2, cet étage de puissance fonctionnera selon l'un des modes évoqués précédemment. 7c est l'étage modulateur, 7d est l'étage analyseur, et 7e est 11 étage séquenceur. FIG. 7 describes a block diagram of such a circuit, the module 7a represents the power supply, it comprises elements necessary to transform, rectify, filter and stabilize the voltage at the desired value. The module 7b corresponds to the power stage, it comprises the elements capable of driving and modulating the current necessary for the supply of the motor. Depending on the installation of a strap in S1 or S2 or S1 and S2, this power stage will operate according to one of the modes mentioned above. 7c is the modulator stage, 7d is the analyzer stage, and 7th is 11 sequencer stage.

Lorsque ce circuit comporte une alimentation en courant alternatif notamment, par le réseau secteurll0 ou 220 volts, 50 ou 60 périodes par seconde , il peut être considérablement simplifié. En effet, ce courant alternatif une fois redressé double altenance, nous fournit les impulsions selon la période souhaitée. Si ce courant n1 est pas filtré, ce qui simplifie l'alimentation, les coupures de l'alimentation du moteur se font automatiquement à la bonne période ainsi le circuit peut ne plus comporter de séquenceur, la méthode pour mettre en mémoire la tension présente aux bornes du moteur au moment de la coupure pouvant se faire par exemple,comme nous l'avons décris précédemment par intégration, ce qui ne nécéssite pas d'impulsion de commande. When this circuit includes an alternating current supply in particular, by the mains network 110 or 220 volts, 50 or 60 periods per second, it can be considerably simplified. Indeed, this alternating current once rectified double altenance, provides us with the pulses according to the desired period. If this current is not filtered, which simplifies the power supply, the power supply cuts to the motor are done automatically at the right period so the circuit may no longer include a sequencer, the method for storing the voltage present at motor terminals at the time of switching off, which can be done, for example, as we described above by integration, which does not require a control pulse.

La figure 8 représente le schéma d'un circuit régulateur de vitesse pour moteur courant continu fonctionnant sur le même principe mais très simplifié. FIG. 8 represents the diagram of a speed regulator circuit for a direct current motor operating on the same principle but very simplified.

L'alimentation est du type capacitive, une borne du réseau secteur 8 est reliée au condensateur C1( il est judicieux de disposer une résistance R1 en parallèle sur le condensateur Cl pour décharger celui-ci lorsque le circuit est deconnecté du secteur), un pont de diodes D1 redresse le courant secteur et une diode zener D2 écrête les demis alternances issues du pont D1, entre 10 et 11, on dispose d'une tension continue équivalente à la valeur de référence de la diode zener
D2 passant à 0 volt une brève période toutes les 10 millisecondes pour un secteur à 50 Hertzs. Cette tension engendre un courant capable d'alimenter directement le moteur M à travers 1 'étage de puissance constitué des transistors NPNQ1 et PNPQ2 qui par l'intermédiaire de la résistance R3, qui réalise une contre-réaction, sont montés de telle manière que le gain globale en courant est important et le gain en tension élevée pour chacun des transistors (montage émetteur commun) est ramené à un par la contre-réaction
La base du transistor Q1 est reliée au curseur d'un potentiomètre R2 dont la piste est raccordée aux points 10 et 1 1 ainsi cette base recevra une tension variable réglable en fonction de la vitesse désirée. Sans la présence du condensateur C2 et de la diode D3 , ce circuit se comporte comme un simple régulateur en tension.The power supply is of the capacitive type, a terminal of the mains network 8 is connected to the capacitor C1 (it is wise to have a resistor R1 in parallel on the capacitor Cl to discharge the latter when the circuit is disconnected from the mains), a bridge of diodes D1 rectifies the mains current and a zener diode D2 clips half-waves from the bridge D1, between 10 and 11, there is a DC voltage equivalent to the reference value of the zener diode
D2 passing to 0 volts a brief period every 10 milliseconds for a sector at 50 Hertzs. This voltage generates a current capable of directly supplying the motor M through the power stage consisting of the transistors NPNQ1 and PNPQ2 which, via the resistor R3, which performs a feedback, are mounted in such a way that the overall current gain is significant and the high voltage gain for each of the transistors (common transmitter assembly) is reduced to one by the feedback
The base of transistor Q1 is connected to the cursor of a potentiometer R2, the track of which is connected to points 10 and 1 1, so this base will receive a variable voltage adjustable as a function of the desired speed. Without the presence of capacitor C2 and diode D3, this circuit behaves like a simple voltage regulator.

Compte-tenu des coupures périodiques dues au type d' alimentation le signal présent sur la borne + du moteur M reliée au collecteur du transistor Q2 se présente grossièrement sous la forme décrite figure 1. Si l'on néglige la présence de la diode D3, le condensateur C2 associé à la résistance R3 constitue un circuit intégrateur dont la constante de temps est adaptée à la période Ta pour charger le condensateur C2 selon une tension très proche de U (tension présente aux bornes du moteur alimenté) car les coupures de l'alimentation sont brèves et la constante de temps établie par R3 et
C2 est trop grande pour les prendre en compte. Par contre, avec la présence de la diode D3, lors de la coupure, le condensateur C2 se déchargera rapidement dans le moteur M.Cette décharge correspond au produit RI, la tension aux bornes du condensateur C2 ne peut descendre en dessous de la valeur de E car dans ce cas la diode D3 serait polarisée en sens inverse et donc non conductrice. La constante de temps établit par R3 et C2 évite de faire remonter la charge du condensateur vers la valeur U. Compte-tenu de la simplicité du procédé, il est aisé de régler le circuit, l'action sur la valeur de la résistance R3 suffit. Ce procédé permet donc de réaliser un circuit régulateur avec asservissement en vitesse à la fois très performant et très simple.Given the periodic cuts due to the type of power supply, the signal present on the + terminal of the motor M connected to the collector of transistor Q2 is roughly in the form described in Figure 1. If we neglect the presence of diode D3, the capacitor C2 associated with the resistor R3 constitutes an integrating circuit whose time constant is adapted to the period Ta to charge the capacitor C2 according to a voltage very close to U (voltage present at the terminals of the powered motor) because the interruptions of the feeding are brief and the time constant established by R3 and
C2 is too large to take them into account. On the other hand, with the presence of the diode D3, during the cut-off, the capacitor C2 will discharge quickly in the motor M. This discharge corresponds to the product RI, the voltage across the terminals of the capacitor C2 cannot fall below the value of E because in this case the diode D3 would be polarized in the opposite direction and therefore non-conductive. The time constant established by R3 and C2 avoids raising the charge of the capacitor towards the value U. Given the simplicity of the process, it is easy to adjust the circuit, the action on the value of the resistance R3 is sufficient . This process therefore makes it possible to produce a speed control circuit that is both very efficient and very simple.

L'invention est également relative à un circuit électronique non décrit précédemment mais qui pourrait être réalisé par un homme de l'art à partir du procédé de commande et d'asservissement en vitesse pour moteur électrique précédemment décrit. The invention also relates to an electronic circuit not previously described but which could be produced by a person skilled in the art from the speed control and servo-control method for an electric motor previously described.

L'invention est également relative à un moteur électrique à courant continu, à aimant permanent équipé d'un circuit de régulation et d'asservissement tel que défini précédemment. The invention also relates to a direct current, permanent magnet electric motor equipped with a regulation and control circuit as defined above.

Claims

1. Method for regulating and controlling the speed of an electric DC motor with a permanent magnet, a method according to which a target voltage is produced corresponding to a desired speed for the motor, an image voltage of the speed of rotation is established of the motor, and the reference voltage and the image voltage of the speed are compared in order to correct the motor speed in a direction which tends to establish equality of the reference voltage and the image voltage of the motor speed, method characterized by the fact

that the engine power is cyclically cut for a short time;

that the voltage present at the terminals of the motor is detected and stored in memory when the supply to the motor is cut off;

- and that this voltage is used as an image of the speed of rotation of the motor.

2. Method according to claim 1 characterized in that the counterelectromotive force (E) of the motor is determined proportional to its angular speed by measuring the voltage (S).

3. Method according to claim 2 characterized in that this voltage is stored in memory (S) by a sampling and blocking method, the stored voltage corresponding to the image of the motor speed.

4. Method according to claim 1 characterized in that a voltage (S) is determined and stored in memory, substantially equal to the counter-electromotive force (E) of the motor by subtracting from the voltage (U) present at the terminals of the powered motor, the value of the negative pulse (substantially equal to RI) present at the terminals of the motor when the power supply to the motor is cut off, this voltage corresponding to the image of the speed of the motor.

5. Method according to claim 4 characterized in that this voltage (S) is stored in a capacitor by an integration process.

6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the detection and storage of the voltage present at the terminals of the motor is carried out, when the supply is cut, at the end of the cut.

7. Method according to claim 3 characterized in that it detects and puts in a first memory the value (S1) of the voltage (S) at time tl, using a first sampler / blocker and that a value (S2) of the voltage (S) at time t2 is detected and stored using a second sampler / blocker, these voltages (S1) and (S2) stored respectively in the first and the second memory represent the image of the angular speed of the motor at times tl and t2.

8. Method according to claims 6 and 7 characterized in that the time interval Td in the cutoff which precedes a sampling time Te, is long enough to allow one 'damping of the oscillations of the voltage across the motor due at the cut.

9. Method according to claim 8, characterized in that the cut-off time Tc of the motor supply is lms every 10 ms, the damping time Td being approximately 0.7 ms and the time d sampling Te which follows the damping time being approximately 0.3 ms.

10. Circuit for implementing a method according to one of the preceding claims, characterized in that it includes an "analyzer" part capable of detecting and storing the voltage present at the terminals of the non-powered motor, and to compare this voltage with a reference voltage to extract an error voltage controlling a "modulator" part capable of generating the signals modulated in amplitude and / or in pulse width modulation, while a "sequencer" part comprising a time base generates and synchronizes the pulses controlling the "analyzer" and "modulator" part.

11. Circuit for implementing a method according to one of the preceding claims, characterized in that it is presented in the form of a control circuit to be associated with a supply and an external power stage.

12. The circuit of claim 1 1 characterized in that it is presented in a form analogous to that of an operational amplifier, the pinout possibly being compatible.

13. Circuit according to claim 1 1 or 12, characterized in that it comprises at least one output providing amplitude modulated signals.

14. Circuit according to claim 11 or 12, characterized in that it comprises at least one output providing signals modulated in pulse width.

15. The circuit of claim 1 1 or 12, characterized in that it comprises at least one "synchronization" output providing logic signals whose levels 1 and 0 correspond to the state of the motor supplied and the motor not supplied.

16. Circuit for implementing the method according to claim 4, characterized in that it includes a rectified mains alternating supply which is not filtered so as to automatically generate cuts in the supply of the motor, and an integrator circuit for detect and store the voltage present at the motor terminals during this cut.

17. Circuit according to claim 16 characterized in that it comprises a capacitive supply composed of a capacitor (C1) connected to a terminal of the sector and to the alternative input of a rectifier bridge (D1), the other alternative input of (D1) being connected to the other terminal of the sector, the + output of the bridge (D1) is connected to the cathode of a zener diode (D2), the - output of the bridge (D1) is connected to the 'anode of the zener diode (D2); the emitter of a PNP transistor (Q2) is connected to the cathode of (D2), its collector is connected to the + pole of the motor M, to a terminal of a resistor (R3), and to the cathode of a diode (D3); the other terminal of the resistor (R3) is connected to the anode of (D3), to the positive pole of a capacitor (C2) and to the emitter of an NPN transistor (Q1) whose collector is connected to the base of (Q2) and whose base is connected to the cursor of a potentiometer (R2) whose track is in parallel on the diode (D2); the pole - of the motor M is connected to the pole - of the capacitor (C2) and to the anode of the zener diode (D2).

18. DC electric motor, with permanent magnet, equipped with a speed regulation and servo-control circuit according to any one of claims 10 to 17.