Le pilotage des machines (Part 2).

Nous avons commencé à voir mes choix et le principe de pilotage dans un premier article.

Nous allons passer maintenant à la réalisation.

Pour commencer j'ai simulé mon système à l'aide du vieux logiciel "ALTERA Max +" qui est encore disponible gratuitement sur Internet : http://www.altera.com/support/software/sof-maxplus2.html

Les logiciels récents ne traitent plus du mode schéma, ils ne m'auraient été d'aucun secours.

Cela me donne le schéma et une simulation qui permet d'éradiquer les erreurs dans la conception. Ce circuit n'est pas bien compliqué mais une erreur est vite faite et de plus ça marche du premier coup quand vous câblez alors c'est agréable.

Commentaires sur le schéma.

Je pars d'une horloge réglée à peu près à 256 kHz qui, divisée par 16, donnera 16 kHz, la fréquence à laquelle je veux travailler. J'ai lu dans la littérature que les petits moteurs sont valablement pilotés entre 10 et 20 kHz.

La fréquence de découpage du PWM ne doit pas être trop élevée sans quoi l'ensemble [câblage + inductance moteur + mécanique] finira par abrutir le signal et il y aura beaucoup de perte. Elle ne doit pas non plus être trop basse sans quoi elle fera résonner (*) des parties mécaniques et pourra endommager certains éléments.

16 kHz c'est très bien pour nos petits moteurs.

Le premier compteur (CPT3 en bas) divise donc l'horloge "Main_CLK" par 16 et délivre du 16kHz aux deux autres compteurs.

Les deux autres compteurs (CPT1 et 2 en haut) sont utilisés en monostable, il sont pré chargés sous l'impulsion (COUT) de CPT3 en utilisant leur entrée de preset (SETN) puis ils décomptent à la vitesse de MAIN_CLK jusqu'à atteindre 0.

La bascule de sortie est mise à un quand le compteur est chargé et mise à 0 lorsqu'il atteint la fin du décompte. C'est tout bête.

Ainsi, si la valeur chargée est 8, la sortie sera active 8/16^e du temps soit la moitié.

Le compteur peut être chargé d'une valeur qui va de 0 à 16 il y a donc 16 valeurs différentes de commande.

J'obtiens une valeur de chargement à l'aide de commutateurs à 16 positions codés binaire pur (IND0 à IND7). Ces commutateurs sont disponibles par exemple chez RADIOSPARE sous le code 6553162 "commutateur hexadécimal". Chacun est équivalent à un ensemble de 4 interrupteurs.

16 valeurs c'est un peu luxueux, à l'expérience et compte tenu du comportement des moteurs, 8 suffiraient. Il est probable que dans ma réalisation définitive je limiterai à 8.

Chronogramme obtenu à l'aide du logiciel ALTERA

La réalisation est un peu différente de la simulation car le logiciel fonctionne en faisant référence à des circuits de la famille TTL et je veux utiliser la série CMOS 4000.

Pourquoi la série 4000. D'abord parce que j'en ai en stock, c'est une bonne raison. Ensuite parce que ça fonctionne entre 3 et 18 volts sans problème ce qui retire la contrainte de l'alimentation super régulée 5V. Enfin parce que ça ne consomme rien (ou presque).

Par contre c'est un peu fragile alors attention aux ESD. Essayez de protéger votre espace de l'électricité statique, au moins évitez la moquette.

En premier lieu j'ai réalisé l'horloge avec un 4060, ce circuit est très pratique, il comprend un circuit oscillant et une série de bascule pour diviser le signal initial.

Je l'ai utilisé de la façon suivante :

• Cx = 20pF
• Rs = 220k
• Rx = 22k + 10k ajustable.

J'ai ajusté Rx pour obtenir 256kHz sur Q4 ce qui me donne MAIN_CLK = 256kHz comme désiré. Si vous n'avez pas d'oscilloscope, comme la fréquence n'est pas critique, mettez Rx = 27k en valeur fixe et ça fera l'affaire.

Puis j'ai adapté le schéma au compteur 4029 que j'utilise, il y a quelques différence dans la polarité des entrées/sorties (entrées inverseuses ou non, preset asynchrone).

Les portes OU réalisées avec des 4002 permettent de détecter la situation "0" et d'allumer un voyant rouge à l'arrêt.

A propos, j'ai dit dans la partie 1 de cet article que je voulais gader la possibilité de piloter le réseau à l'aide d'un microprocesseur, alors, oui ce schéma peut être piloté autrement qu'à la main, il suffit de le commander avec des circuits de type "collecteur ouvert" placés en parallèle sur le interrupteurs et le tour est joué (à condition de mettre les commutateurs en position zéro, bien entendu). Exemple :

La prochaine fois nous verrons la partie puissance. Ça va chauffer !

Have fun.

PhB

(*) pour faire simple, le phénomène de résonances consiste à exciter une partie mécanique à une fréquence qu'il arrive à suivre (un peu comme votre tête au cours d'un match de tennis lorsqu'elle suit les balles !), les mouvements mécaniques peuvent alors s'amplifier d'une façon dramatique. Les moteurs de nos machines comportent des petites pièces qui peuvent résonner sur des fréquences déjà assez élevée (1000 Hz voire plus).