Technologie des moteurs pas à pas  

Les moteurs pas à pas sont des transducteurs électromécaniques qui assurent la conversion des signaux impulsionnels en mouvement de rotation de type incrémental. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications liées aux systèmes informatiques ou de la robotique car ils permettent d’obtenir une très grande précision grâce à leur conception électrique et mécanique.

La conception du moteur pas à pas a été motivée à partir de deux démarches logiques très différentes :
– d’une part, le besoin d’un moteur capable de développer un couple important à faible vitesse, voire même à l’arrêt ;
– d’autre part, la nécessité d’un dispositif simple capable de convertir des informations de caractère discret.

Le convertisseur d’énergie à basse vitesse et le transmetteur de l’information ont donné naissance au moteur pas à pas moderne vers les années 1970, grâce au développement conjugué de l’électronique de puissance, et surtout grâce à l’apparition de l’électronique numérique à forte intégration. Ils nécessitent un circuit de commande qui comporte une partie logique et une partie puissance. La partie logique détermine pour chaque pas quelles sont les bobines à alimentées et le sens de rotation. La fréquence de l’horloge du circuit logique détermine la vitesse de rotation.

Définition

Les moteurs pas à pas sont des moteurs électriques d’une conception particulière, différentes des moteurs classiques. Leur structure permet, par une commande électronique appropriée, d’obtenir une rotation du rotor d’un angle égal à n fois un angle élémentaire appelé « pas » .

Il fut inventé en 1936 par Marius Lavet, un ingénieur français des Arts et Métiers, pour l’industrie horlogère[17]. Leur véritable développement est lié à l’avènement de la micro-informatique (microprocesseur).

Le moteur pas à pas peut effectuer deux fonctions :
— Convertir l’information numérique en un positionnement angulaire.
— Convertir l’énergie électrique en énergie mécanique.
Le caractère synchrone du MPP lui permet de fonctionner sans la boucle de retour mais par contre une meilleure fiabilité impose un contrôle de la position, donc un asservissement.

Applications des moteurs pas à pas 

Ce type de moteur est pratiquement utilisé dans du positionnement en boucle ouverte, c’est-à-dire sans détecteur de position (codeur, résolveur, potentiomètre, etc.).ou tous les dispositifs où l’on souhaite faire du contrôle de vitesse. L’usage le plus connu du grand public est dans les imprimantes, les scanner et les platines vinyle de DJ . Mais ils sont présents dans de nombreuses applications telles : les photocopieurs, imprimantes bancaires, robotique, instrumentation, pompes à perfusion, pousse-seringues (en), système de positionnement sur machine industrielle et machine-outil [17] .

Principaux types de moteurs pas à pas

Le MPP est comme tous les autres moteurs il comporte un Stator et un Rotor. Le Rotor est à aimant permanent , et le Stator est constitué d’un certain nombre de bobines d’excitation .Le schéma ci-dessous est une représentation simpliste du moteur. Et Plus le nombre de bobines et d’aimants augmente, plus le nombre de pas sera grand , pour faire un tour et plus faible seront les vibrations.

Moteurs à aimant permanent (MP)
Ce moteur possède quatre fils d’alimentation pour piloter des bobines par paire. Le fonctionnement des moteurs a aiment permanents est assuré par l’action d’un champ électromagnétique statorique sur un rotor composé d’aiment permanents.
– Le stator présente un certain nombre de dents ayant un bobinage,
– Le rotor est un aimant qui s’alignera avec les pôles du stator qui sont alimentés [3],

Avantages du moteur à aimant permanent :
– Bon marché
– Dimensions réduites
– Bon rendement
– Bon amortissement des oscillations
– Grand angle de pas (nombre de pas faible : 48) .

Inconvénients du moteur à aimant permanent  :
– Puissance faible
— Paliers en bronze ou plastique (pas de roulement)
– Couple résiduel sans courant
– Vitesse faible

Moteurs hybrides (MPPH)
Les moteurs hybrides sont généralement constitués d’un rotor denté muni d’aimants permanents . le rotor possède généralement deux disques polaires décalés d’un angle électrique ? Les moteurs pas à pas hybrides réunissent, au moins en partie, les avantages des moteurs pas à pas à réluctance variable et à aimants permanents, à savoir :
– un grand nombre de pas par tour,
– une fréquence propre mécanique importante,
– un couple massique élevé,
– un amortissement interne important,
– une mémoire de position.

Dans sa configuration de base le moteur pas à pas hybride comporte un stator en fer feuilleté à plots saillants et deux couronnes rotoriques dentées en matériau ferromagnétique, géométriquement identiques et réunies par un aimant permanent cylindrique magnétisé axialement. Les lignes de champs de l’aimant se ferment à travers les dents du rotor. Vu du stator, le rotor présente autant de pôles magnétiques actifs qu’il possède de dents. Les dents sur une des couronnes sont décalées par rapport aux dents de l’autre d’un demi pas dentaire [2].

Table des matières

Introduction générale  
I Les Moteurs pas à pas  
I.1 Introduction
I.2 Technologie des moteurs pas à pas
I.2.1 Définition
I.2.2 Applications des moteurs pas à pas
I.2.3 Principaux types de moteurs pas à pas
I.2.3-a Moteurs à aimant permanent (MP)
I.2.3-b Moteurs hybrides (MPPH)
I.2.3-c Moteurs pas à pas à réluctance variable (MRV)
I.2.4 Comparaison des différents types
I.3 Modes de contrôle des moteurs pas à pas
I.3.1 Mode pas entier Full-step
I.3.2 Mode demi-pas Half-step
I.3.3 Mode micro pas Micro-step
I.4 Comportement dynamique des moteurs pas à pas
I.4.1 Couple et vitesse
I.4.2 Couple d’arrêt ou couple de maintien
I.4.3 Plage de démarrage
I.4.4 Fréquence limite de démarrage
I.4.5 Plage d’accélération
I.4.6 Couple limite de travail
I.4.7 Fréquence maximale des pas
I.4.8 Comportement dynamique du moteur
I.5 Configurations internes des bobines [18]
I.5.1 Moteur à 4 fils (bipolaire)
I.5.2 Moteur à 5 fils (unipolaire)
I.6 Commande des moteurs pas à pas
I.7 Circuits intégrés dédiés à la commande des moteurs
pas à pas
I.7.1 Commande par SAA1027
I.7.2 Commande par UCN5804B
I.7.3 Commande basées sur les par L297 et L298
I.7.3-a Le circuit L297
I.7.3-b Le circuit L298
I.8 Critère de choix d’un moteur pas à pas
I.9 Conclusion
II Présentation de la carte de prototypage Arduino 
II.1 Historique du projet arduino
II.1.1 Le logiciel
II.1.2 Le matériel
II.2 Carte électronique
II.3 Quelques outils utilisés avec Arduino
II.3.1 Processing
II.3.2 Pure Data
II.4 But de la carte Arduino
II.5 Les applications possibles
II.6 Les différents types de cartes
II.6.0-a La carte Uno et Duemilanove
II.6.0-b La carte Megae
II.7 Les «Shields»
II.8 Conclusion
III Commande de moteurs pas à pas basées sur le module Arduino 
III.1 Introduction
III.2 Présentation du projet
III.3 Spécifications fonctionnelles
III.3.1 Le circuit de commande
III.3.2 Le circuit de puissance
III.4 Tests et validation
III.4.1 Réalisation du circuit
III.4.1-a Carte de commande
III.4.1-b Carte de puissance
III.4.2 Réalisation des typons
III.4.3 Développement de la carte
III.4.3-a Partie simulation
III.4.3-b Partie réalisation des circuit imprimé
III.4.4 Schéma bloc
III.4.5 Commande d’un seul moteur
III.4.5-a Généralisation des impulsions de la commande
III.4.6 Commande de deux moteurs pas à pas avec afficheur LCD
III.4.7 Programmation du microcontrôleur
III.4.7-a Programme
III.5 Conclusion
Conclusion générale

Cours gratuitTélécharger le document complet

 

Télécharger aussi :

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *