Les moteurs pas à pas constituent un choix de choix pour de nombreuses applications de contrôle de mouvement et de position. Disponibles dans une large gamme de tailles et de couples nominaux, ils sont nettement moins chers que les servomoteurs haut de gamme. Voyons donc comment améliorer les performances des moteurs pas à pas pour les rapprocher de celles des servomoteurs grâce à l'ajout de dispositifs de rétroaction. Les moteurs pas à pas équipés de dispositifs de rétroaction ne remplacent pas totalement les servomoteurs, mais ils peuvent constituer une alternative fiable pour de nombreuses applications concrètes. Ces solutions de conception de mouvement améliorent les performances des machines sans se ruiner.

Avantages et inconvénients du moteur pas à pas à prendre en compte

Les moteurs pas à pas sont des moteurs électriques à courant continu sans balais qui se déplacent par pas discrets plutôt que par un mouvement de rotation continu. Ces mouvements pas à pas sont entraînés par des variations de champ magnétique générées par des bobines électromagnétiques dans le stator. Le fonctionnement d'un moteur pas à pas dépend d'uncontrôleur— un dispositif électronique qui alimente en courant les bobines du stator du moteur selon une séquence entraînant des mouvements pas à pas. Les capacités du contrôleur ont un impact significatif sur les performances du moteur.

Il existe plusieurs types de moteurs pas à pas, mais les plus courants offrent une bonne résolution (200 pas par tour ou plus), un couple à basse vitesse respectable, une construction robuste, une longue durée de vie et un coût relativement faible. Cependant, ils présentent des limites. Le couple de sortie chute à des vitesses de rotation plus élevées et (avec des contrôleurs simples), les moteurs pas à pas peuvent être sujets à des vibrations à haute fréquence. Leur principal inconvénient est que, même dans les applications de positionnement, les systèmes de moteurs pas à pas de base fonctionnent en boucle ouverte.

Les moteurs pas à pas répondent aux instructions du contrôleur pour effectuer un certain nombre de pas, mais ne lui renvoient aucun retour d'information quant à la réalisation de ce mouvement. Ainsi, si le moteur ne parvient pas à effectuer les mouvements demandés, un écart croissant peut apparaître entre ce que le contrôleur indique et ce qu'il indique.supposecomme la position de rotation de l'arbre du moteur et lavraiPosition de l'arbre (et de toute charge ou mécanisme entraîné attaché). De telles discordances se produisent lorsque le couple du moteur est insuffisant pour surmonter la résistance mécanique… et, de fait, elles peuvent devenir un problème important à haut régime, car c'est à ce moment-là que les capacités de couple du moteur sont limitées. C'est pourquoi les ingénieurs concepteurs sur-spécifient souvent les moteurs pas à pas, afin d'éviter les erreurs de pas, même si cela conduit à des choix de moteurs pas à pas trop volumineux et lourds, sauf pour les profils de mouvement les plus exigeants.

Un autre inconvénient est que lorsqu'un moteur pas à pas traditionnel s'arrête, le courant doit circuler dans les enroulements du moteur pour maintenir l'arbre en position. Cela consomme de l'énergie électrique et chauffe les enroulements du moteur et les sous-composants environnants.

Retour d'information sur les systèmes à moteur pas à pas pour un positionnement fiable

L'ajout d'encodeurs à un système de moteur pas à pas pour obtenir un retour d'information sur la position de l'arbre ferme la boucle de contrôle. L'ajout de ces dispositifs de retour augmente le coût global du système, mais pas autant que le passage à un servomoteur.

Une approche pour ajouter un retour d'encodeur consiste à opérer endéplacer et vérifierMode. Dans ce cas, un simple codeur incrémental est ajouté à l'arbre de transmission du moteur pas à pas. Lorsque le contrôleur envoie des commandes de pas au moteur, le codeur vérifie en permanence auprès du contrôleur que les mouvements commandés ont bien été effectués. Si le moteur ne parvient pas à effectuer le nombre de pas requis, le contrôleur peut en demander davantage jusqu'à ce qu'il atteigne la position souhaitée. Les contrôleurs plus sophistiqués augmentent également le courant de phase du moteur afin d'augmenter le couple nécessaire à ces pas supplémentaires.

Les codeurs utilisés dans de telles configurations de déplacement et de vérification ont généralement des résolutions qui sont des multiples de 200 positions par tour.

Notez que les configurations utilisant les modes de déplacement et de vérification peuvent toujours bénéficier de l'inclusion de moteurs surdimensionnés, mais pas surdimensionnés au degré requis par les systèmes simples en boucle ouverte.

Notez également que ce mode peut aider les contrôleurs intelligents à affiner les courants de maintien dans le moteur pour de légères améliorations d'efficacité lors de l'arrêt… bien que la consommation d'énergie globale ait toujours tendance à être élevée.

Contrôle pas à pas en boucle fermée avec codeurs absolus

Une autre option plus sophistiquée pour les applications critiques de contrôle de position est le contrôle en boucle fermée utilisant des codeurs absolus multitours. Les codeurs utilisés ici se fixent à l'arbre de transmission d'un moteur pas à pas pour surveiller :

1. La position angulaire du moteur pas à pas ainsi que
2. Le nombre de tours complets du moteur pas à pas.

Dans cette configuration, le moteur pas à pas est contrôlé comme un moteur à courant continu sans balais (BLDC) à grand nombre de pôles… et le codeur fournit en permanence un retour de position au contrôleur. Le courant de maintien fourni au moteur est alors précisément ajusté à la quantité nécessaire pour maintenir la position dans une tolérance donnée. Un moteur pas à pas contrôlé comme un servomoteur sans balais est économe en énergie et moins coûteux qu'un véritable servomoteur BLDC. Alors, pourquoi ne pas utiliser des moteurs pas à pas économiques pour toutes les applications de servomoteur BLDC ?

Les moteurs pas à pas utilisés dans les systèmes d'asservissement en boucle fermée présentent une limitation physique que l'on ne retrouve pas chez les véritables servomoteurs BLDC. Plus précisément, les moteurs pas à pas ainsi exploités fonctionnent essentiellement comme des moteurs brushless à 50 pôles et ne peuvent donc pas atteindre les vitesses de rotation permises par les servomoteurs. De plus, les rotors des moteurs pas à pas ont une inertie plus élevée que ceux des véritables servomoteurs BLDC de puissance équivalente… et ne peuvent donc pas fournir les mêmes accélérations.

Lorsqu'un moteur pas à pas est utilisé en mode bldc, l'encodeur effectue une tâche vitalecommutationRôle : signaler la position de rotation exacte de l'arbre moteur, ce qui permet au contrôleur d'alimenter le jeu approprié d'électroaimants du stator pour une rotation continue selon les besoins. De plus, les codeurs absolus de précision peuvent également aider les contrôleurs micropas avancés à affiner le courant de phase afin de réduire les vibrations qui se produisent dans les systèmes de moteurs pas à pas plus basiques.