Atelier Electronique de commande (L3EI)

Avant propos 

L’objectif de ce TP est de : 

·         Commander les actionneurs de faible puissance 

o   Moteur pas à pas

§  Commande avec microcontrôleur 

§  Commande avec circuit L298 et L297

§  Commande avec bascule JK (montage compteur synchrone)

o   Servomoteur

§  Commande avec microcontrôleur 

§  Commande avec le circuit NE555

o   Moteur à courant continu

§  Commande avec une alimentation stabilisée

§  Commande avec microcontrôleur 

    ·         Faire une étude comparative entre les architectures de commande pour chaque actionneur

 

Modalité d’évaluation :

Note de contrôle continu

A chaque séance de TP on vous donne une note. Vous pouvez améliorer cette note par un compte rendu. La moyenne des notes attribuées sera votre Note de TP.

Note d'examen TP (Note du rapport)

A la fin du semestre vous devez m’envoyer un rapport contenant l’ensemble des comptes rendus avec une étude comparative entre les différentes techniques de commande. c'est la note d'Examen TP

NB: Vous pouvez suivre le modèle présenté ci-après pour élaborer votre rapport :

I.     
Introduction

Quels type de moteur existe-il dans le marché, c’est quoi un moteur pas à pas

II.    Etude théorique

Les différents types de moteur (unipolaire, bipolaire,…) mode de fonctionnement (pas entier, demi pas,…) couple de moteur ( fort, faible)

Les circuits de puissance pour les moteurs pas à pas…

III.  Les techniques de commande

1.     Commande à base d’un microcontrôleur (PIC)

2.     Commande en utilisant L297 et L298

3.    Commande à base des bascules JK

IV.  Etude comparative

De point de vu architecture de commande, cout de fabrication, réutilisabilité, complexité, performance …

V.    Conclusion 

 Commande de moteur pas à pas 

TP N° 1 : Commande du moteur pas à pas avec un uC

1- Faire le montage dans Isis contenant : Des LOGIC STATE, ULN2803 (circuit de puissance) et moteur pas à pas (MOTOR-STEPPER). 

2- Remplir les tableaux suivants :

Etat des logicState	Angle du moteur
1000	-45°
…

 

 

 

Fonctionnement :………………………………….

 

Etat des logicState	Angle du moteur
1100	-90°
…

 

 

 

 Fonctionnement :………………………………….

3- En déduire le fonctionnement d’un demi-bas 

4- Ajouter un microcontrôleur au montage, puis écrire un programme qui permet de réaliser les fonctions suivantes 

a)      Fonctionnement pas entier couple faible

b)      Fonctionnement pas entier couple fort

c)      Fonctionnement en demi-bas

d)      Fonctionnement pas entier couple faible (sens inverse)

e)      Fonctionnement complet (à chaque appui sur le b bouton poussoir le microcontrôleur réalise un fonctionnement)                 

TP N°2 :Commande du moteur pas à pas avec L297 ET L298

 1- Faire le montage ci-dessous 

Répondez aux questions suivantes :

1- Quel est le rôle joué par le circuit NE555. Avec quel composant peut le remplacer ?

2- Quelle est la fréquence maximale qu'il peut atteindre ?  

3- Avec quel composant se fait la variation de la vitesse du moteur pas à pas ? 

4-Quel est le rôle joué par le circuit L297

5-Détenir le fonctionnement de chaque broche d'entrée du circuit L297.

6-Tracer en utilisant un oscilloscope le chronogramme de chaque mode de fonctionnement 

7-Quel est le mode de fonctionnement que ce montage ne peut pas le réaliser

8- A 50 % du potentiomètre, et en mode de fonctionnement demi-pas, calculer la vitesse de rotation du moteur en tr/min.

TP N°3 : Commande du moteur pas à pas avec Bascule JK

 

Nous voulons commander le moteur pas à pas en utilisant comme partie de commande les bascules JK.

Lorsque les sorties des bascules JK (Q0 .. Q3) prend les combinaisons des pas d’un moteur pas à pas dans le montage « compteur synchrone ».

 1. Rappeler la table de vérité de la bascule JK

 2. Remplir la table de vérité pour le fonctionnement d’un pas entier couple fort, pas entier couple faible  OU demi pas 

 3. Déterminer les équations des sorties (J0K0, J1K1,….)

 4. Dessiner le montage sur Proteus

 5. Ajouter un switcher pour inverser le sens de la rotation

Solution:

Exemple de commande du moteur Pas à Pas en couple Faible avec 4 bascules JK

        Exemple de commande du moteur Pas à Pas en Couple Fort avec deux bascules D

 Commande du Servomoteur

TP N°4 : Commande du Servomoteur avec uC

                1. Faire le montage ci-dessous :

2. Ecrire un programme C permet de fixer le servomoteur à la position 0°

3. Ecrire un programme C permet de fixer le servomoteur à la position +23° 

4. Ecrire un programme C permet de fixer le servomoteur à la position -34°

5.  Ajouter un autre servomoteur, puis écrire un programme qui permet de positionner l'organe terminal au point A(0,10).

 

TP N°5 : Commande du Servomoteur avec NE555

 Un servomoteur est un dispositif composé d’un moteur à courant continue, des engrenages pour la réduction de la vitesse et un circuit comparateur entre la consigne et l’angle de rotation du moteur.

La commande d'un servomoteur se fait par le biais d'un signal numérique nommé PWM. C’est un signal carré dont la longueur de l’intervalle du bit 0 est inférieur à celle du bit 1 ce qui définit un rapport cyclique.

·         Par exemple si on envoie 1ms comme période pour le 1 logique et 19ms pour le 0 logique. Le servomoteur se déplacera à son angle minimum - 90 degrés.

·         Lorsque la valeur égale à un 1.5ms pour le 1 logique. Le moteur se déplacera à son angle moyenne 0 degrés.

·         Lorsque elle égale à 2ms il se déplacera à son « plus grand » angle de +90 degrés.

NE555 monté en astable

CLEAR (4) est à un niveau bas : La bascule fait un reset. La sortie prend un niveau bas.

TRIG (2) < : La sortie de la bascule se met à 1, le transistor de décharge est bloqué. 

THRES (6) >  ) : réinitialisation de la bascule mettant la sortie à 0 et décharge de transistor.

THRES <   et TRIG >  : on aura une conservent des états précédents.

La fréquence d’oscillation de la sortie est calculée à partir des valeurs des résistances R1 et R2 (voir figure ci-dessus) ainsi que la valeur du condensateur C. Pour chaque intervalle du signal on aura une formule :

Ø  Le temps haut (high) :    t_H = ln(2) * (R1 + R2) * C

Ø  Le temps bas (low) : t_L = ln(2) * R2 * C ≈ 0,693 * R2 * C

La fréquence résultante :

f = 1 / (t_H + t_L) = 1 / (ln(2) * C * (R1 + 2 * R2)) ≈ 1,44 / (R1 + 2 * R2)

On peut déduire que le rapport cyclique est :

α = t_H / (t_H + t_L) = (R1 + R2) / (R1 + 2 * R2) = 1 - R2 / (R1 + 2 * R2)
Remarques :

§  L’intervalle du mode de l'astable ne dépend pas de la tension d’alimentation. Elle est très stable si le coefficient de température de C est très petit.  La peut atteindre jusqu’à la valeur 300 kHz.

§  Si R₂ prend une valeur trop faible la valeur du courant dans le transistor aura une valeur acceptable.

§  Il est possible de placer une diode en parallèle sur R₂ pour la court-circuiter pendant la charge. Les périodes T_H et T_L deviennent indépendantes.

      Travail à faire

On s’intéresse toujours au montage représenté ci-dessus. C=100nF et la tension Vcc= 5V.

1.      Calculer la valeur de la résistance R2 pour obtenir une durée d’impulsion égale t_L =1ms

2.      Calculer la valeur de la résistance R2 pour obtenir une durée d’impulsion égale t_L =2ms

3.      Simuler le montage dans le logiciel Proteus

4.      Quel composant ajoutez-vous dans le montage pour faire varier les angles du servomoteur

5.      Simuler le montage dans Proteus