Transcript Document 4604235

GEL−2004 Design II
(modélisation)
Electronique
Commande d’Auto-entretien
Département de génie électrique
et de génie informatique
Sommaire
 Introduction
 Synchronisation
Impulsion de Commande sur
Position corde (Comparateur AOP)
 Mise en Forme Impulsion Commande
(Multivibrateur Monostable)
 Amplificateur de puissance impulsion de
commande
GEL-2004 (modélisation) H14
2
Commande Auto-Entretien
Actionneur
Réluctance
Commande
Auto-entretien
Corde Vibrante
Schéma-bloc
Mécanisme
d’Auto-entretien
Capteur
Position
Commande
Auto-entretien
GEL-2004 (modélisation) H14
3
Chaîne de commande
Auto-entretien
Réglage Position
Application Force
Corde
Vibrante
Capteur
Position
Amplification
Signal Position
Synchronisation
Position
Impulsion
Commande
Signal Commande Actionneur
Mise en Forme
Impulsion
Commande
Réglage Largeur
Impulsion
Amplificateur
Actionneur
Réluctance
Réglage Amplitude
Force
GEL-2004 (modélisation) H14
Force
Attraction
Corde
4
Synchronisation Impulsion
de Force sur Position corde
Réglage Position Application Force
Position Corde
Signal de tension
(0-5V)




Synchronisation
Position
Impulsion
Commande
Signal commande actionneur
synchronisation impulsion
de force sur position de la corde
Signal de tension (0-5V)
Technologie: AOP monté en comparateur
Détecte position & signe de variation de la position
Flanc montant du signal de sortie déclenche impulsion
de commande de la force d’attraction exercée par
l’actionneur sur la corde pour une position donnée
Doit être insensible aux oscillations dues aux autres
modes. Solution: comparateur à hystérésis
GEL-2004 (modélisation) H14
5
Composants du modulateur
PWM
Composants suggérés pour modulateur PWM
 LM392 (comprend un AOP utilisable en
comparateur et un AOP utilisable en
intégrateur en 0-5V)
Ou

LM358 (comprend deux AOP utilisables en
comparateur et en intégrateur 0-5V)
GEL-2004 (modélisation) H14
6
Rappel: Principales
caractéristiques AOP
Vcc+
RMC
RE
RMC
v-
AD
Amplifie différence
des tensions + et –
RS
VS
v+
Vcc-
AOP actuels:
 AMC>>AD=105 à 107
 RMC=108 à 1012
 RE=105 à 1012
 RS=10 à 500
v  v  0 VS  VSat
v  v  0 VS  VSat
(v  v )
VS  AD  (v  v )  AMC 
2
VS  AD  (v  v )
 VCC   VSat  VS  VSat  VCC 
GEL-2004 (modélisation) H14
7
Rappel: Intérêt AOP en
régime linéaire
Amplificateur OPÉRATIONNEL
v  v  0
AOP Idéal
Vo ( s )
Z 2 (s)

 H (s)
Vi ( s )
Z1 ( s )
v  v 
I  I  0
Z2(s)
IR2
Z1(s)
Vi(s)
On peut ainsi synthétiser des
fonctions de transfert H(s)
Entrée-Sortie complexes:
Filtres, Régulateurs etc…
IR1
+
Vo(s)
GEL-2004 (modélisation) H14
8
AOP Idéal en Régime de
Commutation
Vcc+
Iv-


I+
v+
AOP Idéal en BO
en basse fréquence
VS 
+

AMC=AD=∞
RMC=∞
I  I  0
RE=∞ 
RS=0
Vcc-
v  v VS  VSat  VCC 
v  v VS  VSat  VCC 
GEL-2004 (modélisation) H14
9
Exemple: Comparateur en
Alimentation Unipolaire
Comparateur en alimentation unipolaire
Vcc+
R2
v  Vref
v  Vi
I+=0
Vref
v  Vi  v  Vref
V0  VCC
v  Vi  v  Vref
V0  0
Vcc+
+
I-=0
R1
Vi
I  0
Vref
Vi  Vref V0  VCC
-
Vo
R1

 Vcc
R1  R2
Vi  Vref V0  0
Seuil de comparaison de Vi
GEL-2004 (modélisation) H14
10
Exemple: Comparateur en
Alimentation Unipolaire
Un seuil de comparaison VRef
Vo
Vi  Vref V0  VCC
Vi  Vref V0  0
VCC
Vi
VRef
GEL-2004 (modélisation) H14
11
Comparateur à hystérésis
(Exemple en alimentation bipolaire)
Supposons au départ Vi <<0
v  v
v  Vi  0
V0  Vsat  Vcc
R2
I
R1
I+=0
Vref
Vi I-=0
v  Vref 
Vcc+
I
Le seuil de comparaison est alors:
Vcc  Vref
R2  R1
 R1  VA
v  v  VA  Vi
+
-
 Vsat
Vo
Vcc-
Lorsque Vi  VA
V0 passe de
V0  Vsat  Vcc
GEL-2004 (modélisation) H14
Vsat
12
Comparateur à hystérésis
(Exemple en alimentation bipolaire)
Supposons au départ Vi >>0
v  v
v  Vi  0
V0  Vsat  Vcc
R2
I
R1
I+=0
Vref
Vi I-=0
v  Vref 
Vcc+
I
Le seuil de comparaison est alors:
Vcc  Vref
R2  R1
 R1  VB
v  v  VB  Vi
+
-
Vo
Vcc-
Vsat
Lorsque Vi  VB
V0 passe de
 Vsat
V0  Vsat  Vcc
GEL-2004 (modélisation) H14
13
Comparateur à hystérésis
(Exemple en alimentation bipolaire)
On a à présent deux seuils de comparaison VA & VB
qui dépendent des états précédents de Vi (Hystérésis):
Vo
VA  Vref 
VB  Vref 
Vcc  Vref
R2  R1
Vcc  Vref
R2  R1
 R1
 R1
Vsat
VB
VA
VA  Vref  VB
Vi
-Vsat
Principe s’applique aussi en alimentation unipolaire
A vous de jouer....
GEL-2004 (modélisation) H14
14
Pourquoi un
Comparateur à hystérésis?
Comparateur simple
Un seul seuil Vref
Vref=0
Comparateur à hystérésis
2 Seuils symétriques VA&VB
VA
VB
Exemple difficulté de détection du passage/0 d’un signal bruité
GEL-2004 (modélisation) H14
15
Comparateur avec sortie
« collecteur ouvert »

Résistance
« Pull-Up »


Sortie « Open Collector »
permet d’adapter niveau
signal de sortie
Permet de commander
directement charges plus
puissantes
Il faut mettre une résistance
« Pull-Up » reliée entre sortie
comparateur et alimentation
pour obtenir un signal en
sortie!
GEL-2004 (modélisation) H14
16
Mise en Forme Impulsion
Commande Actionneur
Signal commande
Actionneur
(0-5V)
Mise en Forme
Impulsion
Commande
Impulsion Commande
de force de largeur fixe
Signal (0-5V)
Largeur Impulsion




Technologie: Monostable
Génère une impulsion de largeur fixe à partir du flanc
montant du signal de commande de l’actionneur
Largeur impulsion règle le temps d’application de force
d’attraction actionneur sur la corde qui s’approche
Quelle largeur en fonction spécifications cahier charges?
GEL-2004 (modélisation) H14
17
Mise en Forme
Impulsion Commande

Monostable CMOS



74HC221
Datasheets
http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/
70/248173_DS.pdf
Caractéristiques & Mise en œuvre




Impulsion sortie déclenchée par flanc
montant du signal d’entrée
Réglage Largeur Impulsion par choix
Résistance-Capacité Rx Cx
Fonctionne avec Vcc=+5V
Multivibrateur monostable non-retriggerable
Impulsion non redéclenchée si flanc montant
signal d’entrée pendant impulsion
GEL-2004 (modélisation) H14
18
Monostable CMOS 74HC221
Flanc montant signal d’entrée B déclenche impulsion de
sortie Q de largeur réglée par Rx Cx
GEL-2004 (modélisation) H14
19
Monostable CMOS 74HC221
Largeur impulsion de Sortie réglée par choix de Rx Cx
GEL-2004 (modélisation) H14
20
Amplificateur de commande
actionneur
Impulsion Commande
de force de largeur fixe
Signal (0-5V)
Largeur timp



Amplificateur
Impulsion de tension
largeur fixe & amplitude variable
Tension alimentation de puissance
Technologie: Cellule de commutation Transistor MOS-FET –
Diode de « roue-libre » rapide
Génère impulsion de tension de largeur timp dans
enroulement actionneur, délivrée /alimentation de puissance
Vcc à partir impulsion de commande (0-5V) du Monostable
Impulsion de tension Vcc de l’alimentation de puissance peut
régler la valeur crête du courant i(t) créé par impulsion de
tension donc la force de l’actionneur
GEL-2004 (modélisation) H14
21
Amplificateur de puissance
impulsion de commande

i (t )
v(t )
Bobine
actionneur

Vcc

Interrupteur
Impulsion
commande
0-5V
Problème:
impédance
actionneur inductive
Rb, L(x)
Risque de surtension
à ouverture &
destruction
interrupteur
Solution: cellule
commutation
Transistor Diode
Hacheur Dévolteur
GEL-2004 (modélisation) H14
22
Transistor & Diode

Transistor MOSFET IRF710


Diode de « roue-libre » rapide
MBR 340


http://www.datasheetcatalog.org/datas
heet/fairchild/IRF710.pdf
http://www.datasheetcatalog.org/datas
heet/irf/mbr340.pdf
Objectifs & contraintes design

Ils ne doivent pas brûler!!!...
GEL-2004 (modélisation) H14
23
Structure Amplificateur
Hacheur Dévolteur Buck




Tr Interrupteur IRF 710
D Diode MBR340
Capacité C aux bornes
Photopiles
cellule de commutationTr ,D
R
Vcc
v(t)
D
L
C
vgs
Tr
Bobine
actionneur
Tr : Transistor MOSFET commandé / signal tension vgs issu
du Monostable


vgs > Vseuil pendant timp , Tr équivalent à faible Résistance Rdson
vgs = 0 pendant T-timp , Tr équivalent à Résistance très élevée
GEL-2004 (modélisation) H14
24
Fonctionnement Hacheur
Dévolteur sur charge Rb, L




Tr Interrupteur IRF 710
D Diode MBR340
Capacité C aux bornes
cellule de commutationTr ,D
Vcc
Photopiles
Rb
D
L
C
vgs
Tr
Tr : Transistor MOSFET commandé / signal tension vgs issu
du Monostable



R
vgs > Vseuil pendant timp , Tr équivalent à faible Résistance Rdson
vgs = 0 pendant T-timp , Tr équivalent à Résistance très élevée
Remarque: étude simplifiée où on suppose que la corde
est au repos (dx/dt=0)
GEL-2004 (modélisation) H14
25
Séquence de Fonctionnement
pendant Impulsion
v
i
vD
Vcc
E
RbR
v
L
C
Tr
Séquence active durée timp :
(vD=-Vcc)
di
v  Rb  i  L  Vcc
dt
Tr conduit, D bloquée
Vcc
i
 (1  e
Rb

Rb t
L
)
Valeur finale i(timp)= IM
GEL-2004 (modélisation) H14
26
Commutation de Tr & D
i
Vcc
E
RbR
v
vD
L
C
Tr
On ouvre Tr (vgs= 0) i(t) passe instantanément de IM à 0 di
 
dt
vD>0 donc D conduit
di
vD  v   Rb I M  L  
dt
Le blocage de Tr provoque l’amorçage spontané de D
GEL-2004 (modélisation) H14
27
Séquence de “Roue libre”
après impulsion
Après la commutation:
Tr bloqué (vTr=Vcc), D conduit
di
v  Rbi  L  vD  0
dt
i  IM  e
Rb R
R t
 b
L
D
vD
L
Le courant dans la bobine s’annule avec constante de temps
L

Rb
GEL-2004 (modélisation) H14
28
Modélisation Amplificateur

Modélisation Amplificateur très simple

Schéma bloc
Impulsion
Monostable
Signal commande
Impulsion
tension
amplitude
Vcc
Amplificateur
v(t )
GEL-2004 (modélisation) H14
Actionneur
29
Conclusion
GEL-2004 (modélisation) H14
30