MCMTII analyse du fonctionnement

 

téléchargement de la feuille de calcul

Merci à Thomas Flatres pour ce travail.

Introduction

Une des caractéristiques annoncées du MCMTII est de 128 µpas par pas pour l'entraînement des moteurs AD et DEC.
La façon de procéder n'étant pas évidente une analyse a été menée à partir duschéma général, et de la documentation des circuits intégrés concernés.


3 niveaux sont identifiés :
1. Définition de mots 8 bits et d'une adresse pour définir l'amplitude du signal et sa destination, par le microcontrôleur
2. Exploitation de ces mots par le MAX505 pour définir une valeur de référence utilisée par les circuits de pilotage des moteurs
3. Un mot de 2 bits transmis au circuit LMD18245 permet d'utiliser la totalité ou une fraction de la valeur de référence pour définir le courant instantané des moteurs.

Microcontrôleur PIC16F877

Ce circuit prend en charge diverses données générées soit manuellement par la raquette soit par l'intermédiaire de logiciels .Il effectue également l'initialisation du MCMTII.
A titre d'exemple :à partir de la valeur du nombre de dents tous les éléments qui ne sont pas des sources sont initialisés par le micro contrôleur et suivant l'intervention faite sera mis en fonction, vitesse sidérale ,solaire, pointage lent ou rapide, recherche av ou ar .


Convertisseur Digital-Analogique Programmable MAX505

Ce circuit permet de mettre en mémoire des valeurs sous forme digitales dans 4 mémoires 8 bits.
Ces valeurs servent à définir une tension de sortie qui selon la valeur digitale sera de 1/256 à 255/256 d'une valeur de référence (le 5v d'alimentation)

Circuit de Pilotage Moteurs LMD18245

Ces circuits 2 par moteur fournissent un courant de valeur et sens définis par le microcontrôleur, le convertisseur D-A, et le circuit lui même.


Fonctionnement des moteurs ECM268

Ce sont des moteurs pas à pas de puissance :

Les 50 dents du rotor sont en fait des aimants permanents, suivant le sens du courant dans les bobines ils sont attirés ou repoussés par le stator. Tous les 90°il y a des bobines identifiées par A et A' et décalées de 45° des bobines identifiées par B et B' en fait dans notre cas les bobines sont en // dans le sens convenable.
Des paires d'impulsions permettent de faire avancer la position du rotor d'un pas.
Des moyens électroniques permettent de calibrer ces impulsions en durée, amplitude et fréquence de répétition
On obtient dans ce cas une rotation continue avec des vitesses allant d'une fraction de tour par seconde à plusieurs tours par seconde :
Du fait du rotor de 50 aimants 1 tour est réalisé en fournissant 200(50x4) impulsions doubles au moteur et le pas est divisé en 128µpas, calculés sur 90°
Si l'on prend les extrêmes valeurs du tableau ci dessus on a
Pour la correction arrière 63,7 µpas/seconde soit 63,7/128 /200 =0,00248 Tour/seconde.
Pour le pointage rapide 40960 µpas/seconde soit 40960/128/200=1,6 Tour/seconde.
Tout ceci étant produit par une chaîne de 3 éléments distincts, nous commençons par le dernier.

Pilotage Moteurs LMD18245

Les différentes fonctions sont indiquées sur ce tracé :
1. Le pont de MOS servant à faire circuler le courant dans les bobines des moteurs sens et valeur et une copie du courant passant dans les moteurs.
2. Le dispositif d'ajustement de la valeur de référence
3. Un comparateur pour déclencher le monostable de sécurité
4. Un circuit de contrôle servant à exciter le pont de MOS, une sécurité thermique, tension minimum et surintensité.




Si on regarde les entrées et sorties du circuit
1. Vers bobine moteur
2. non connecté (peut éventuellement alimenter une led indiquant un dépassement de courant)
3. résistance et condensateur donnant la constante de temps du monostable
4. Bit4 MSB du mot de réglage % (Origine Microcontrôleur)
5. Masse de puissance
6. Bit3 du mot de réglage %(Origine Microcontrôleur)
7. Bit2 du mot de réglage % Réuni au + 5v
8. Bit1 du mot de réglage % Réuni au +5v
9. Alimentation du circuit (12v)
10. Brake (Réuni à la masse)
11. Direction changement du sens de passage du courant dans les bobines moteur (Origine microcontrôleur)
12. Masse
13. Réglage du courant maximum autorisé
14. Entrée de la valeur de référence (issue du MAX505)
15. vers bobine moteur

Sur la sortie 3 la valeur des éléments donne une constante de temps de 20000 x 2,2 x 10-9 x 1,1 soit 4,84x10-5 Seconde ou 48,4µS ceci dans un but de protection du matériel.

Sur la sortie 13, suivant le type de moteur on doit régler la valeur de la résistance entre la sortie et la masse aux valeurs suivantes :

moteurs 1 A : 20 k
moteurs 2A : 9.8 k
moteurs 3A : 6 k
La tension trouvée sur cette sortie est une image du courant passant dans les moteurs. Un rapport de 4000 existe entre le courant passant dans la bobine et celui de la sortie 13.
Si on a 1A dans la bobine le courant sera de 250µA en sortie 13.
En prenant les moteurs de 2A on aura 500µA .
Qui nous donnerons 9800 x 0,0005 = 4,9V. On voit que l'on est très près de la valeur de référence 5v
En supposant que la référence soit réglée à 2,5 ceci donne comme valeur 2,5 / 9800 soit 255µA soit un peu plus de 1A dans les bobines le monostable est alors déclenché et coupe le courant pendant 48µS du fait de l'énergie emmagasinée dans l'enroulement ; le courant décroît pendant ces 48µS. Si au bout de ce temps, la tension aux bornes de la résistance est passée en dessous de la référence le courant est rétabli.

On a donc une régulation du courant moteur autour d'un point de consigne.
Celui ci est défini par la valeur entrant dans la broche 14 corrigé par le pourcentage défini par les entrées
M1-> Pin 8-> + 5V-> 1 logique
M2-> Pin 7-> +5V -> 1 logique
M3-> Pin 6-> Programmable par microcontrôleur 0 ou 1 logique
M4-> Pin 4-> Programmable par microcontrôleur 0 ou 1 logique
Le niveau de référence en sortie du convertisseur digital analogique repère 2 sont égaux a Vref x N/16
N étant la valeur numérique correspondant aux entrées M1 à M4.

Les valeurs numériques N possibles sont :
3 ----18,5%
7 ---- 43,5%
11---68,5%
15---93,5%
Pour de plus amples informations consulter la fiche technique du circuit.

Convertisseur Digital Analogique MAX 505


Ce circuit permet de stocker les informations Digitales des lignes D0 à D7 dans 4 registres adressables
Qui peuvent ensuite être activés simultanément ou individuellement.
Dans notre application seuls 2 registres sont utilisés
Les pins 1, 2, 24, 23 correspondent aux sortie des références seuls 1 et 2 sont utilisés
Les pins 3 (vss), 6 (AGND), 7 (DGND),18 (A1) sont réunis à la masse.
Les pins 4 (VrefB) , 5(VrefA) sont réunis au +5V
Les pin 8 (LDAC), 17 (WR),19(A0) Sont connectées au microcontrôleur
Les pins 9 à 16 Données digitales sont connectées au port D du microcontrôleur
Les pins 20 (VrefD), 21 (VrefC), 22 (vdd) sont réunis au + 5V
Le tableau ci dessus nous donne les valeurs à appliquer sur les lignes LDAC, WR, A1, A0 pour obtenir le résultat voulu : on doit rentrer successivement les données de A mot 1000, puis celles de B mot 1001 puis transférer les données vers les latch DAC mot 11XX et enfin activer simultanément les sorties A et B mot 01XX . Toutes ces commandes et la définition des valeurs sont effectuées par le microcontrôleur et sont fonctions des demandes extérieures
Si dans la progression on suit une loi en sinus pour les enroulements A en cosinus pour les enroulements B, en utilisant la commande direction on peut avoir un entraînement sans à coup visible au niveau des moteurs.
C'est juste une affaire de programmation du microcontrôleur.

Exemple pour des µpas de 22°5 :


Microcontrôleur PIC16F877

Pour piloter les deux moteurs AR et DEC il y a 2 microcontrôleurs qui ont chacun une adresse La ligne de réception RS232 est commune aux deux microcontrôleurs, par contre, à l'aide d'un circuit de partage chaque microcontrôleur peut prendre la ligne émission.
Ce ne sont pas les micros contrôleurs qui sont pilotes. Lors de la réception d'un message, dans les signaux émis par le PC il y a une information pour indiquer quel microcontrôleur est concerné et s'il y a une réponse à donner ce circuit active la ligne émission du RS 232 .
Chaque microcontrôleur reçoit de l'extérieur des informations le concernant :
Raquette, PEC, ST4, Ligne RS232 . Toute action est immédiatement répercutée sur le moteur concerné pour action.
Seul le source de pilotage des microcontrôleurs peut renseigner sur ce qui est réellement fait

Ce document n'a pas la prétention d'être une notice mais simplement une explication des procédures telles que l'on peut les déduire des schémas et caractéristiques des circuits utilisés.

La raison pour laquelle on utilise 75% pour le suivi et 100% dans le cas des positionnements est que les durées des impulsions, si la découpe en 128µpas est conservée, sont de :
Suivi……………………..1/85,6=11,6 mS
Positionnement lent……..1/2048=0,48mS
Positionnement rapide…1/40960=0,024mS
Si l'on se réfère aux caractéristiques des moteurs dans nos conditions d'utilisation nous avons les éléments suivants :

Les éléments résistance et inductance introduisent un retard lors de l'établissement du courant dans les bobinages des moteurs dont on peut calculer la valeur en fonction du temps. Il faut également tenir compte de la résistance présentée par les deux MOS , soit 0,6 ohm.
La constante de temps est définie par T=L/R soit 3,6/1,8=2mS.

Pour une impulsion :
Du fait du découpage en 128 pas sur 90° les valeurs de courant à obtenir sur chaque pas sont compatibles avec cette courbe. Par contre comme il y a une inertie importante à vaincre à chaque démarrage cela se sent par quelques ratés, et c'est également la raison de l'utilisation des 100% de puissance pour les positionnements lents et rapides.