C`est un moteur CC qui est muni d`un tachymètre

Questions de révision récapitulatives
Qu'est-ce qu'un servo moteur ?
C’est un moteur C.C. qui est muni d’un tachymètre ou d’un encodeur quelconque
permettant le contrôle de vitesse ou de position.
Un moteur à C.C. à brosses est directement (sans contre réaction) relié à une source
de tension constante.
a) La vitesse de rotation est proportionnelle à __la tension appliquée___ et au couple
de perturbation______
b) Le courant consommé est proportionnel à (au) ___couple (de frottement,
d’accélération et élastique) ____
c) La puissance consommé est proportionnel à la puissance mécanique fournie à la
sortie soit ω⋅T
Définissez les termes suivants:
a) Couple de blocage "Stalling torque":
C’est le couple maximal du moteur. Il est atteint lorsque la vitesse est nulle et que
la tension est égale à la tension nominale. C’est un synonyme du couple de
démarrage.
b) Courant de démarrage (Io):
C’est le courant maximal consommé par le moteur. Il est associé au couple de
démarrage.
c) Vitesse à vide:
C’est la vitesse de rotation lorsqu’aucune charge mécanique n’est appliquée
(lorsque le moteur est alimenté à la tension nominale).
Qu'est-ce qu'un tachymètre?
C’est un dispositif qui génère une valeur qui est proportionnelle à la vitesse de
rotation. Le tachymètre peut être analogique (génère une tension, un courant ou
une fréquence) ou numérique (génère un code numérique, ou une impulsion de
largeur ou de fréquence variable). Le tachymètre sert normalement dans une
application de contrôle de vitesse.
Qu’entend-on par " retour tachymétrique" ?
C’est une forme de contre-réaction qui retourne la vitesse de rotation.
Expliquez ce qu'est un contrôle proportionnel.
Contrôle qui consiste à échantillonner une partie du signal de sortie et de le
comparer au signal de consigne. Le système réagit de façon à ce que la sortie soit
« asservie » par le signal de consigne.
Quelle est l'avantage d'un moteur pas à pas par rapport au moteur C.C à brosses ?
Le moteur pas à pas est l’idéal pour des applications de positionnement à basse
vitesse. Il possède, en quelque sorte, une nature numérique. Contrairement au
moteur C .C., il ne requiers pas d’encodeur de position dans une application de
positionnement (lorsque le couple de charge est faible).
Citez quelques exemples d'applications dans lequel on se servirait d'un moteur pas à
pas "stepper motor" ?
Applications de positionnement, imprimante, table tracante, « pick and place»,
collage, peinture. Toute application nécessitant un couple relativement faible et
des vitesses de déplacement faibles.
Montrez les signaux qu'on trouve à la sortie d'un encodeur incrémental et expliquez
leurs utilités.
On trouve un signal d’index et deux signaux d’incrémentation. L’index sert à
déterminer la position de référence du moteur « Home ».
La fréquence des signaux d’incrémentations permet de déterminer la vitesse de
rotation du moteur. Ces signaux sont également déphasés de 90° l’un par rapport
à l’autre. L`ordre de réception permet de déterminer le sens de rotation. Dans le
cas ou la position doit être contrôlé, il suffit de compter les impulsions. La
position est proportionnelle au compte obtenu. Contrairement à l’encodeur absolu,
l’encodeur incrémental ne révèle que la position relative. Une position de
référence doit être établie pour pouvoir déterminer la position absolue du système.
Combien de fils peut t'on s'attendre à trouver sur chacun des items suivants ?
Expliquez le rôle de chacun des fils.
a) un moteur pas à pas unipolaire
6 (2 bobines avec prises médianes) ou 8 fils (4 bobines indépendantes)
b) un moteur pas à pas bipolaire
4 fils
2 bobines
c) un encodeur incrémental.
1 signal d’index
2 signaux de d’incrémentation.
2 fils d’alimentations
d) un encodeur absolu.
2 fils d’alimentation (pour les circuits de l’encodeur)
+ N fils de position correspondant au N bits de l’encodeur (peut varier de 4 à 12
bts)
e) un servo moteur
2 fils pour le moteur C.C.
2 fils pour le tachymètre
A quelle vitesse tournerait un moteur C.C. à brosse possédant un Kv de 200 RPM/V,
qui serait relié à un hacheur PWM produisant une tension de sortie 90V à un
coefficient d'utilisation de 25%? Répétez pour un coefficient d'utilisation de 65%.
Il faut noter que le moteur ne « voit » que la tension moyenne (À condition que la
période du hacheur soit << τm.
Pour un hacheur simple: (les tensions sont unipolaires)
à 25 %
90 V ⋅ 25% = 22.5V (en moyenne). Vitesse = 22.5V ⋅ 200
RPM/V= 4500 RPM
à 65%
90 V ⋅ 65% = 58.5V (en moyenne) . Vitesse = 58.5V ⋅ 200
RPM/V= 11700 RPM
Pour un hacheur en pont : (les tensions sont bipolaires)
à 25 % (Vout est négatif car D < 50%)
180 V ⋅ 25% -90 = -45V (en moyenne)
Vitesse= -45V⋅ 200 = -9000 RPM
ou encore 9000 RPM en sens anti-horaire.
à 65% (Vout est positif car D > 50%)
180 V ⋅ 65% = 117V (en moyenne) -90 + 117= +27V
Vitesse= 27⋅ 200 = 5400 RPM
Il faut se rappeler que dans ce cas, le sens de rotation est réversible .
À 0% le moteur tourne à –100% de la vitesse maximale (sens antihoraire). À 50% le moteur ne tourne plus (0% de la vitesse maximale).
Pour D=100%, le moteur tourne à +100%( sens horaire) de la vitesse
maximale.
Un moteur C.C. à brosses est utilisé pour mouvoir un mini scooter. Le scooter doit
évidemment avancer et reculer.
a) Montrez le type d'amplificateur "driver" qui devrait être employé pour relier un
moteur C.C. à brosses à un modulateur PWM dans une application 24V.
Expliquez le fonctionnement.
Un hacheur en pont de type « full wave » doit être utilisé pour permettre une
tension bipolaire au moteur. (2 sens de rotation)
b) Montrez comment un frein électrique proportionnel pourrait être utilisé. Le frein
est non régénérateur.
Quelle est l'avantage d'un moteur C.C. à brosses par rapport au moteur pas à pas ?
Dans un système à contre réaction "Feedback", quel est l'utilité
a) d'ajouter un amplificateur avant l'élément asservi "plant" ?
b) d'ajouter un gain après l'élément en contre réaction ?
c) d'ajouter un gain après l'élément de commande ?
d) d'ajouter un intégrateur avant l'élément asservi "plant" ?
d) d'ajouter un différentiateur après l'élément en contre réaction ?
Que signifie le terme PID ?. Expliquez.
S’applique à un compensateur de type Proportionnel, Intégral, Différentiel.
Sert à compenser un système asservi pour diminuer le temps de réaction,
minimiser l’effet des perturbations avec un minimum d’oscillation.
Quelle serait l'utilité de contrôler le courant dans un moteur C.C. ?
Contrôler le couple. Puisque le couple principal est du à l’accélération, il limitera
l’accélération.
Dans quel environnement serait t'il déconseiller d'utiliser un moteur C.C. à brosses
?
Dans un environnement ou il y aurait présence de gaz inflammables ou des
vapeurs d’essences. Les brosses du moteur produisent des étincelles qui peuvent
déclencher une explosion.
Quelle serait alors la solution au problème précédent ?
Utiliser un moteur C.C. de type « brushless » ou un moteur C.A de préférence
scellé.
Quelle est le désavantage d'utiliser un moteur pas à pas en mode "Full step" ?
Lorsque la fréquence à l’entrée s’approche de la fréquence résonante, le couple
est séverement affet
Montrez comment il est possible d'utiliser un moteur pas à pas en mode "Micro
step"
Plutôt que de commuter deux bobines adjacentes à tour de rôle, il s’agit de
contrôler le courant dans ces dernières permettant faire glisser le rotor d’un pôle à
l’autre de façon progressive.
a) Tracez un chronogramme des tensions qu'il faudrait appliquer à un moteur pas à pas
unipolaire pour une rotation cw et ccw en mode "half step" ?
b) Montrez le pseudo code d'un programme produisant les phases pour l'application
précédente.
c) Montrez le VI LABView nécessaire pour produire ce dernier.
À réaliser au laboratoire
Quelle considération importante doit t'on accorder à un ordinateur (ou un
microprocesseur) qui est utilisé dans un système de commande ?
Ce dernier doit pouvoir fonctionner en temps réel ou encore être exclusivement
dédier à cette tâche.
23- Montrez le schéma bloc d'un servo positioneur numérique proportionnel,
employant des DACs et ADCs.
Indiquez sur le schéma bloc les frontières séparant le domaine mécanique du
domaine électrique du domaine numérique.
Est-il nécessaire d'employer des DACs et des ADCs dans un système de commande
numérique ? Expliquez.
Non, Il n’est pas toujours possible de passer par le domaine analogique dans ce
cas.
Pour les signaux de contre-réaction: si l’encodeur produit un signal numérique, ce
signal peut être directement traité par le microprocesseur.
Pour la sortie vers le moteur : Le microprocesseur peut produire une sortie PWM.
Évidemment la sortie PWM doit être acheminée à un hacheur «chopper » de
puissance avant d’attaquer le moteur.
En temps normal, des circuits spécialisés sont employés pour « relâcher » le
microprocesseur.
Qu'est-ce qu'un couple moteur? Quel est son symbole "américain"?
C’est le produit le la force par la distance. Son symbole américain est T pour
t « torque »
Pour les couples d'accélération, de frottement et élastique:
a) Donnez l'expression mathématique de chacun.
Voir notes
b) Expliquez les paramètres physiques d'un système mécanique de translation
qui affectent ces couples.
Masse, frottement, élasticité
c) Comment peut t'on minimiser leurs effets ?
Voir notes
Quelle est la relation entre la vitesse, la position et l'accélération? Expliquez pour un
système en rotation et en translation.
Voir notes
Montrez, graphiquement, la relation qui existe entre le couple et la vitesse de
rotation d'un moteur C.C., pour une tension donnée. (En regime permanent
"Steady state”)
Vitesse
de
rotation
Vitesse sans charge
« No load speed »
Couple de blocage
« Stalling torque »
Couple
Le courant d'un moteur C.C. sans charge est proportionnel à (au)________couple
de frottement ____________________.
Quel est l'avantage d'un frein magnétique par rapport à un frein à contact (Disque
ou tambour)?
Le frein magnétique ne s’use pas.
32- Démarrage automobile.
Ayant, à votre disposition, un commutateur, un solénoïde, une batterie et un
moteur C.C.
a) dessinez le circuit de démarrage d'une voiture avec moteur à combustion interne.
On sait que le démarreur possède 35 dents et que le volant "flywheel" en possède
200 et que le moteur à essence doit tourner à une vitesse de 1 tour/ sec pour
démarrer. L'engin offre un couple de démarrage de 200 ft-lb.
b) Trouvez les spécifications minimales pour le démarreur:
Puissance, courant de démarrage, couple minimal, vitesse de rotation.