Capteurs de vitesse et de position 07/12/2000  Patrick ABATI 
Liste des cours

 1. Tachymétrie ( génératrice tachymétrique ) 
    Elle délivre une tension proportionnelle à sa vitesse de rotation. Son principal domaine d'application se situe dans la régulation de vitesse d'un moteur électrique.

tachy

 Le système évolue de sorte que l'erreur de vitesse e soit nulle.


 Caractéristiques essentielles d'une tachymétrie 
- vitesse maximale de rotation (en tours par minute),
- constante de f.e.m. (en volts à 1000 trs/mn ou en v/tr/mn),
- linéarité (en %),
- ondulation crête à crête (en %),
- courant maximal.

Pour atténuer l'ondulation sur la tension de sortie, un filtrage peut s'avérer nécessaire:

filtre

La fréquence de coupure du filtre passe-bas est donnée par: fc = 1/(2.p.R.C).


 Différents types 

 1. génératrice à courant continu 

 génératrice   tachymétrie

L'excitation est assurée par des aimants permanents.
U = E - r.I et U = Rc.I (Rc est la résistance de charge)
d'où: U = E / (1+r/Rc) = Ke.W / (1+r/Rc) = K.W 
avec Ke: constante de f.e.m. en v/rd/s et W : pulsation en rd/s
La caractéristique tension-vitesse est donc linéaire.


 2. génératrice synchrone (alternateur) 
L'excitation (rotor) est aussi assurée par des aimants permanents. La tension de sortie doit être redressée et filtrée avant d'être exploitée.

alternateur

E et Z sont les f.e.m. et impédance par phase.
V = E - Z . I et V = Rc . I (Rc résistance de charge par phase)
d'où: V = E / (1 + Z / Rc)
Z est fonction de la pulsation des grandeurs électriques, donc dépend de la vitesse de rotation de la génératrice: la caractéristique tension-vitesse n'est plus linéaire.


 Tableau comparatif des génératrices tachymétriques 

Génératrice à courant continu synchrone
Linéarité bonne à vide seulement
Collecteur et balais (entretien) oui non
Information sens de rotation oui par le signe de la tension non
Prix élevé car fabrication délicate plus économique



 2.Codeur incrémental (codeur relatif) 
Principe: une lumière émise par une diode électroluminescente est réfléchie par les graduations d'un disque vers un phototransistor qui se sature et se bloque à la cadence du défilement des graduations.

codeur       codeur incrémental codeur

    Le codeur incrémental est surtout utilisé dans les systèmes dont le traitement de l'information est entièrement numérique. Ses impulsions sont comptabilisées de façon à donner une information concernant la position (nombre d'impulsions délivrées depuis une position d'origine) ou /et une information concernant la vitesse (nombre d'impulsions par unité de temps). Dans ce dernier cas, il évite l'emploi d'une génératrice tachymétrique (il est cependant peu précis aux très basses fréquences de rotation).

Un codeur incrémental possède généralement plusieurs voies:
- voie Z donnant une impulsion par tour,
- voie A donnant n impulsions par tour,
- voie B identique à voie A, mais dont les signaux sont déphasés de + ou - 90°, suivant le sens de rotation.

chronogrammes

La simple utilisation d'une bascule D permet d'obtenir une information logique concernant le sens de rotation:

bascule D

 Caractéristiques principales d'un codeur incrémental 
- nombre de points par tour ou nombre d'impulsions par tour (exemple: 500 points/tr),
- nombre de voies ou nombre de pistes (exemple: 6 pistes A, B, Z, A*, B*, Z*),
- tension d'alimentation,
- vitesse maximale de rotation.

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 3. Codeur absolu 
Principe: un disque est divisé en pistes .Chaque piste comporte une alternance de secteurs réfléchissants et absorbants. Comme pour le codeur incrémental, un émetteur-récepteur par piste fournit les informations. Le nombre de pistes fixe le nombre de positions discrètes pouvant être définies: 1 piste = 2 positions, 2 pistes = 4 positions, 3 pistes = 8 positions... n pistes = 2 exp n positions.

codeur        codeur absolu        codeur

    Son principal avantage est qu'il donne une information de position absolue, alors que le codeur incrémental donne la position relative (par rapport à une position initiale variable). En revanche, il est plus complexe, du fait qu'une grande précision de position dépend du nombre de pistes (alors que la précision d'un codeur incrémental dépend seulement du nombre de graduations sur la piste).
    Exemple d'un codeur absolu 12 pistes, soit 4096 points (212):

disque


 Comparaison de 2 codeurs 512 points 

Type du codeur Incrémental Absolu
Nombre de pistes 3 (A,B,Z) 9 (A,B,C,D,E,F,G,H,I)
Nombre de capteurs(E-R) 3 9
Connecteur 5 broches utiles 11 broches utiles
Nombre de points par tour 512 512
Information 1 tour Immédiate par Z Possible par décodage des pistes A,B,C...
Information sens Facile à élaborer à partir des signaux A et B Possible
Information vitesse Comptage sur A ou B Comptage sur A


 Calcul du nombre de points d'un codeur 

Mouvement circulaire
machine N = 360 x (1/P) x (Fm/Fc)
N: nombre de points du codeur
P: précision souhaitée en degrés
Fm: fréquence de rotation du mobile
Fc: fréquence de rotation du codeur


Mouvement de translation

N = (1/P) x (Fe/Fc) x Q
N: nombre de points du codeur
P: précision souhaitée en mm
Fe: fréquence de rotation de l'entraînement
Fc: fréquence de rotation du codeur
Q: rapport de conversion de mouvement rotation-translation

chaîne cinématique avec vis à bille
pas de vis = 10mm/tour
Q = pas de vis = 10
un tour de vis =
déplacement linéaire de 10mm
vis

rouleau entraînant
Q = Pi x D = 3,14 x D (en mm)
D = 100mm
Q = 314
un tour de rouleau =
déplacement linéaire de 314mm

rouleau



Voir aussi : capteur resolver
Codeurs rotatifs (animation Flash)

 

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