Vue d'ensemble
Lorsqu'un moteur pas à pas fonctionne à basse vitesse, le rotor a tendance à osciller de manière répétée autour de sa position d'équilibre lors de la commutation des phases, en raison de l'impact de vitesse et de l'inertie. Cette oscillation dégrade la précision de fonctionnement et génère un bruit significatif.
Deux approches principales permettent de résoudre ce problème :
- Augmenter le nombre de phases du moteur afin de réduire le déplacement angulaire du rotor lors de chaque transition de pas.
- Appliquer une commande par micropas, une technique proposée pour la première fois au milieu des années 1970 et qui est depuis largement adoptée. La commande par micropas réduit efficacement l'angle de pas du moteur, améliore la stabilité de fonctionnement et augmente la flexibilité de contrôle.
Qu'est-ce que la commande par micropas ?
La commande par micropas est une méthode de pilotage qui divise l'angle de pas complet inhérent au moteur en un certain nombre de micropas intermédiaires plus petits. Ceci est réalisé entièrement au sein du pilote en contrôlant avec précision les courants de phase du moteur pas à pas ; cette technique est indépendante de la construction intrinsèque du moteur.
Fonctionnement de la commande par micropas
Dans une commande classique en pas complet, le courant dans une phase statorique alimentée monte instantanément à sa valeur nominale, et le courant dans une phase désalimentée chute à zéro tout aussi brusquement, produisant une forme d'onde de courant approximativement carrée.
Dans une commande par micropas, les courants de phase varient progressivement au lieu d'être commutés brusquement. La forme d'onde du courant dans les enroulements devient une onde en escalier approximative à N niveaux au lieu d'une onde carrée. Le champ magnétique résultant généré par les courants des enroulements statoriques crée alors N nouvelles positions d'équilibre pour le rotor à l'intérieur de chaque pas complet, formant ainsi N micropas.
Avantages de la commande par micropas
La technologie de commande par micropas a fait l'objet de recherches approfondies dans le monde entier. Les pilotes micropas haute performance modernes peuvent atteindre des niveaux de micropas de l'ordre du millier ou plus. Les algorithmes avancés de contrôle du courant produisent désormais des angles de micropas très uniformes, ce qui offre plusieurs avantages clés :
- Résolution de pas du moteur pas à pas grandement améliorée.
- Réduction ou élimination des vibrations basse fréquence.
- Réduction du bruit audible.
- Couple de sortie plus lisse avec une fluctuation de couple réduite.
Ces améliorations confèrent aux moteurs pas à pas des caractéristiques de performance se rapprochant davantage de celles des servomoteurs.
Précision des micropas vs. résolution
Il est important de distinguer la résolution de pas de la précision de positionnement réelle lors de l'utilisation de la commande par micropas.
La commande par micropas est fondamentalement une technique d'amortissement électronique. Son objectif principal est de réduire ou d'éliminer les vibrations basse fréquence inhérentes aux moteurs pas à pas. L'amélioration de la précision de positionnement est un bénéfice secondaire de la technologie des micropas.
Bien que la commande par micropas augmente la résolution de chaque impulsion de commande, la précision de fonctionnement réelle du moteur se rapprochant de cette résolution dépend de plusieurs facteurs, notamment la précision du contrôle du courant du pilote micropas. La précision des pilotes varie considérablement d'un fabricant à l'autre, et les niveaux de micropas plus élevés sont intrinsèquement plus exigeants à contrôler avec précision.
Vrais micropas vs. lissage de courant
La vraie commande par micropas impose des exigences techniques et de fabrication rigoureuses au pilote, et entraîne en conséquence un coût plus élevé. Certains pilotes utilisent plutôt le lissage de courant comme substitut à une véritable commande par micropas des courants de phase du moteur. Cette approche est parfois appelée pseudo-micropas.
Les différences clés incluent :
| Caractéristique | Vrais micropas | Lissage de courant (pseudo-micropas) |
|---|---|---|
| Produit de véritables micropas | Oui | Non |
| Effet sur le couple moteur | Ne réduit pas le couple nominal ; le couple utile effectif peut légèrement s'améliorer grâce à la réduction des vibrations et des pertes par résonance | Provoque généralement une baisse du couple moteur disponible |
| Réduction des vibrations | Significative | Limitée |
| Complexité et coût du pilote | Plus élevés | Plus faibles |
Notez que la vraie commande par micropas n'augmente pas le couple de maintien nominal du moteur. Cependant, comme elle réduit les vibrations et les pertes d'énergie associées, le couple utile effectif délivré à la charge peut légèrement s'améliorer par rapport au fonctionnement en pas complet.