Asservissement et limitation du signal d'une electrovanne

[Thetimax]

Bonsoir tout le monde!!

D'abord je vous souhaite a tous une très bonne année

Dans un système oléo-hydraulique j'utilise une électrovanne proportionnelle (3 voies) qui fait varier la vitesse / sens de rotation d'un moteur (Hydraulique).
Cette electrovanne est alimentée a environ 28V (Batteries en série, en charge) et sa commande s'effectue ainsi:

Vdc x 0.25 = 100% vers orifice A
Vdc x 0.5 = position neutre
Vdc x 0.75 = 100% vers orifice B

1°) Je souhaiterai pouvoir fixer une "consigne" a ce signal, par exemple, ne pas dépasser 80% (soit 17V). Le réglage s'effectuerai a l'aide d'un potentiomètre.... Je ne sais pas comment faire cela... A base d'ampli OP??

2°) Le moteur cité plus haut possède un capteur inductif qui émet une impulsion 24V /tour. Je souhaiterai l'utiliser afin d'effectuer une régulation de vitesse de rotation via l'électrovanne, sans pour autant dépasser la consigne...
J'ai trouvé un composant actif qui je pense, saura s'ajouter a ma 1ere demande : http://docs-europe.electrocomponents...6b80b13a41.pdf (LM2907). Ce moteur tourne a 100trs/min.

3°) La cerise sur le gâteau serai de pouvoir ajouter a ce signal, une "rampe" qui permettrait une accélération/décélération progressive de ce moteur...


Je ne demande pas un schéma ou un circuit tout fait...
Je pense qu'un µC saurait faire tout cela assez facilement mais ce n'est pas mon but, j'ai des lacunes dans le domaine de l'électronique analogique et je souhaiterais les combler en réalisant ce projet... (Sauf si bien sur, cela nécessite une usine a gaz...!)

Informations a propos de la bobine de l'electrovanne:

Signal current at rated voltage: 0.25 mA to 0.70 mA
Input impedance in relation to 0.5 • UDC: 12 KΩ
Input capacitor: 100 ηF

Merci d'avance a vous tous, bonne soirée.
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[Positron1]

Salut,

Je souhaiterai pouvoir fixer une "consigne" a ce signal, par exemple, ne pas dépasser 80% (soit 17V). Le réglage s'effectuerai a l'aide d'un potentiomètre.... Je ne sais pas comment faire cela... A base d'ampli OP??

Un LM 317 règlerait ton problème si l'intensité convient
@+

[katmai]

Salut,

Perso je serais parti sur un PWM pour commander ton moteur, tu limites la tension max de ta consigne.
Surtout que tu vas l'utiliser pour la suite.

Le LM2907 pour ton capteur à l'air pas mal.
Et une petite boucle de régulation pour réguler la vitesse de ton moteur.

A+

[Thetimax]

Salut a toi!

Le LM317 ne va t'il pas "abaisser" aussi la tension au repos du signal? Ou est ce qu'il y a un schéma qui permet de "recopier" le signal d'entrée et lui imposer une limite? Sachant qu'il doit y avoir aussi, si possible, une limite "basse" car:

Signal au repos = 12V
Signal vers A de 0 a 100% = de 12V a 6V (6V = 100%)
Signal vers B de 0 a 100% = de 12V a 18V

En regardant dans les schémas de la datasheet du LM317, j'ai trouvé ce qui pourrait être la solution concernant la rampe qui permettrai un démarrage progressif, qui consiste a mettre résistance-condensateur sur la base d'un transistor... (Problème n°3)

Merci

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

Tu peux confirmer que ton besoin est, dans un premier temps, le suivant :
L'électrovanne a trois fils : deux pour l'alimentation (tu y mets toujours environ Vdc=28V) et un pour la commande, où tu mets une tension variant entre 0.25Vdc et 0.75Vdc (avec un potentiomètre ?).

Tu voudrais à présent un montage limitant la tension de commande à a*Vdc à (1-a)*Vdc, avec a supérieur à 0.25 et réglable par potentiomètre, par exemple égal à 0.3.


Tu peux confirmer que ton besoin est, dans un second temps, le suivant :
remplacer la commande de l'électrovanne par un circuit automatique asservissant la vitesse de rotation du moteur.



Le moteur entraîne-t-il une charge constante (ex. vidange d'un bassin) ou variable (ex. roues de pelleteuse) ?
La sécurité est-t-elle à prendre en compte (on ne design pas de la même manière une pompe de vidange de bassin et un ascenceur) ?

[katmai]

Re,

Tu t'embarques dans une usine à gaz là..

En plus :
Adjustable Output Down to 1.2V

Même si tu arrives à en mettre deux en symétriques tu vas avoir un trou.

A+

[Thetimax]

Il faudrait donc par exemple PWM (NE555??)=> filtre passe bas => ampli OP => transistor + système de resistance-condensateur sur ce dernier pour créer la rampe??

Comment adapter le duty du PWM afin de correspondre au signal? Je n'ai pas précisé que le signal de mon électro provient d'un boitier fourni avec celle ci qui possède un "joystick" (a un axe).

Merci encore pour les réponses

[Thetimax]

Bonjour,

Tu peux confirmer que ton besoin est, dans un premier temps, le suivant :
L'électrovanne a trois fils : deux pour l'alimentation (tu y mets toujours environ Vdc=28V) et un pour la commande, où tu mets une tension variant entre 0.25Vdc et 0.75Vdc (avec un potentiomètre ?).

Oui et la position repos (orifices A et B fermés) correspond a signal de Vdc*0.5

Tu voudrais à présent un montage limitant la tension de commande à a*Vdc à (1-a)*Vdc, avec a supérieur à 0.25 et réglable par potentiomètre, par exemple égal à 0.3.

Excuse moi, je t'ai perdu la... "a" serait la consigne?

Tu peux confirmer que ton besoin est, dans un second temps, le suivant :
remplacer la commande de l'électrovanne par un circuit automatique asservissant la vitesse de rotation du moteur.

C'est tout a fait ca.

Ce moteur entraine des masselottes, ce qui le transforme en "vibreur". Il n'y a pas de risques particuliers, si ce n'est une survitesse mais ce problème est déjà résolu via une butée mécanique sur le tiroir de la vanne. Il y a besoin de régulation car la pompe hydraulique est entrainée par un moteur thermique qui lui est sollicité par d'autres organes... (Lui aussi régule d'ailleurs... Comme il peut!!)

Merci beaucoup de votre intéressement

[Antoane]

Bonjour,

en PJ un exemple de schéma.
ica1_fs.png
- P2 permet de régler la plage d'excursion de la tension de sortie, entre a*Vcc et (1-a)*Vcc, ou Vcc est la tension d'alimentation et a est le paramètre donnant la position du curseur du transformateur (la résistance d'un côté du curseur est de a*P2 et de (1-a)*P2 de l'autre).
- P1 permet de régler la tension à envoyer en sortie "out" du montage, entre ces deux valeurs limites.
- la valeur des différentes résistances importe peu, à condition de prendre R1=R2 et R5=R6. Il faudrait choisir des composants entre 2.2kOhm et 220kOhm.
- les tensions de déchet (la sortie ne peut pas descendre exactement à 0 ni monter exactement à Vcc) des AOP employés va en réaliter limiter la plage d'excursion de la tension de sortie (à moins d'utiliser des AOP rail-to-rail en sortie). Ce n'est cependant pas un problème puisque la plage intéressante ne commence qu'à 0.25*Vcc. N'importe quel quad-op-amp devrait donc convenir, un LM324 par exemple.
- on peut faire une version low-cost de ce montage en supprimant U3 et U4, cf PJ. Inconvénients : la plage d'excursion n'est plus exactement centrée sur Vcc/2
(donc la pleine vitesse dans un sens sera plus rapide que la pleine vitesse dans l'autre et le potentiomètre à mis-course ne coupera pas le moteur) et le montage est légèrement plus sensible au bruit. On peut dans ce cas utiliser un LM358 (par exemple).
ica2_fs.png

[Thetimax]

Bonjour!!

Tout d'abord merci pour ce schéma ainsi que les explications qui l'accompagne... J'en espérais pas tant!!

J'ai dans mes tiroirs 3 types d'ampliOP :

-LM2902N qui semble avoir a peu près les mêmes caractéristiques que le LM324 que tu préconises sauf la tension max qui il me semble, trop faible pour mon cas (26V) http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm124-n.pdf

-LM358N que tu as aussi préconisé mais pour le second montage... (5 en stock ) http://www.st.com/web/en/resource/te...CD00000464.pdf

-MCP6284 qui est rail to rail mais tension d'alim beaucoup trop basse... 7V http://ww1.microchip.com/downloads/e...Doc/21811d.pdf

Pour le 1er schéma que tu as fournis, tu préconises le LM324, est il possible d'utiliser a la place le LM358?

En attendant... Je vais décortiquer ce schéma et tenter de le comprendre...

Merci encore!

[Antoane]

Bonjour,

http://forums.futura-sciences.com/at...ne-ica1_fs.png
pour le premier schéma, tu peux ajouter une résistance de 6k8 en série avec P2, entre son pied et la masse. Comme tu ne veux jamais envoyer moins de 0.25*Vcc à l'électrovanne, cette résistance te permet de mieux utiliser le potentiomètre P2.

Le LM2902 ne convient pas, sa tension d'alim max est effetcivement trop basse. Tu peux utiliser deux LM358. Tant que les tension d'alim et d'entrée sont compatibles, à peu près n'importe quel AOP convient.

[Thetimax]

Bonjour!!

Voici donc ce que je pense avoir compris du schéma n°1:

- Résistances R1 et R2 forment un pont diviseur qui donne Vcc /2
- Le condensateur C1 qui permet de créer une "rampe" pour un démarrage/arrêt progressif du signal
- U3 est monté en suiveur, qui permet "d'adapter" l'impédance entre le pont diviseur (R1+R2) et P2 (?)
- U2 est monté en suiveur aussi, pour "adapter" l'impédance entre P2 et le pont diviseur R5+R6
- Le pont diviseur que forme R5+R6 sert a faire la moyenne des sorties de U1 et de U2
- U4 permet "d'adapter" l'impédance entre le montage et l'électrovanne, afin que la résistance de celle ci n'influence pas P1 (?)
- U1... Monté en ampli non inverseur... C'est tout ce que je peux dire a son sujet, j'ai du mal a comprendre la contre réaction qui s'effectue a l'aide de R5 et R6, étant donné que le montage "normal" se retrouve avec R6 a la masse... Dans ce dernier cas, le calcul du gain se fait par: G=(R5/R6)+1, comment s'effectue le calcul dans le cas de notre schéma?

J'ai réalisé le montage sur breadboard qui fonctionne exactement comme je l'ai demandé, j'ai juste augmenté la valeur de C1 afin d'augmenter le temps de montée/descente du signal (100nF). J'aurai quelques autres questions a poser après avoir eu les réponses a celles ci, afin de ne pas tout mélanger...

Merci encore et désolé par avance si je suis a coté de la plaque...
Bonne soirée

[Antoane]

Bonsoir,

- Résistances R1 et R2 forment un pont diviseur qui donne Vcc /2
- U3 est monté en suiveur, qui permet "d'adapter" l'impédance entre le pont diviseur (R1+R2) et P2 (?)
- U2 est monté en suiveur aussi, pour "adapter" l'impédance entre P2 et le pont diviseur R5+R6
- U4 permet "d'adapter" l'impédance entre le montage et l'électrovanne, afin que la résistance de celle ci n'influence pas P1 (?)

Oui.

- Le condensateur C1 qui permet de créer une "rampe" pour un démarrage/arrêt progressif du signal

Calcule la constante de temps de ce RC, égale à C1*(R1//R2)=C1*R1/2.
Conclusion ?

- Le pont diviseur que forme R5+R6 sert a faire la moyenne des sorties de U1 et de U2
- U1... Monté en ampli non inverseur... C'est tout ce que je peux dire a son sujet, j'ai du mal a comprendre la contre réaction qui s'effectue a l'aide de R5 et R6, étant donné que le montage "normal" se retrouve avec R6 a la masse... Dans ce dernier cas, le calcul du gain se fait par: G=(R5/R6)+1, comment s'effectue le calcul dans le cas de notre schéma?

Il faut voir ça comme un tout.
U3 sert à alimenter P2, il intervient dans le montage de U1 mais sans être indispensable (puisque l'impédance d'entrée de U1 est infinie.) ; imagine donc qu'il n'est pas là (relie le commun de R1-R2 à l'entrée °+ de U1), supprime ce qui ne sert à rien pour U1 (P1, U4, C1, U2, P2), considère que le potentiel au point L est l'entrée de ce circuit réduit et reconnais un montage connu.

[Thetimax]

Re,

Calcule la constante de temps de ce RC, égale à C1*(R1//R2)=C1*R1/2.

Desolé pour cette question basique, mais quelles unités je dois utiliser pour les calculs??

[...] supprime ce qui ne sert à rien pour U1 (P1, U4, C1, U2, P2), considère que le potentiel au point L est l'entrée de ce circuit réduit et reconnais un montage connu.

Effectivement, en faisant le "ménage", c'est un peu plus clair... Je crois donc reconnaitre un montage soustracteur??

Merci merci

[Antoane]

Bonjour,
T=C1*(R1//R2)=C1*R1/2. : C en F, R en Ohm et T en s.

C'est bien un soustracteur, qui fait Vcc - V_L, pour que la tension d'alimentation de P1 soit centrée sur Vcc/2.

[Thetimax]

Bonjour!!

C = 0,000000022F
R = 22000ohms

Donc

T = 0,000000022 * 110000
T = 0,00242 secondes

Donc je suppose que ce RC n'est pas la pour faire une rampe...?

Pour ce qui est de de U1 en soustracteur, pourquoi ce n'est pas (Vcc/2) - VL ??

Puisque l'entrée (+) de U1 est sur le pont diviseur R1+R2 et VL sur l'entrée (-) ?

Merci et très bonne journée a vous tous

[Antoane]

Bonjour!!

C = 0,000000022F
R = 22000ohms

Donc

T = 0,000000022 * 110000
T = 0,00242 secondes

Oui, C sert à filtrer un éventuel bruit.
La rampe ne me semblait pas nécessaire puisque l'opérateur agit directement sur la position de l'électrovanne.
Tu peux ajouter une exponentielle (bien plus simple à générer qu'une rampe) en ajoutant une résistante R° entre la sortie de P1 et l'entrée de U4 et une capacité C° entre l'entrée + de U4 et la masse. La constante de temps est alors approximativement de T°=C°*R°.
Pour T° de l'ordre de la seconde, tu peux choisir R° de l'ordre de 470kOhm.

Pour ce qui est de de U1 en soustracteur, pourquoi ce n'est pas (Vcc/2) - VL ??

Puisque l'entrée (+) de U1 est sur le pont diviseur R1+R2 et VL sur l'entrée (-) ?

En fait, c'est Vcc/2 - VL/2 = VoH/2, à cause de R5 et R6.

[Thetimax]

Re,

Merci pour ces infos, c'est plus clair a présent

Maintenant, j'ai cru lire dans la datasheet que l'ampli ne peut sortir que 20mA (encore que... je ne suis pas sur de savoir l'interpréter comme il le faut...)
Le soucis c'est que le signal de la bobine de l'électrovanne consomme entre 0.25 et 0.70mA, je pense qu'il serait nécessaire d'utiliser un transistor a la sortie de ce montage.
Je suppose que celui ci devra être un PNP puisque la "masse" est commune a celle l'alimentation de la bobine?

Peux tu m'eclaircir a ce sujet?

Merci beaucoup

[Antoane]

Je n'ai pas fait d'études approfondies en mathématiques, mais il me semble que 0.7 < 20

Ici, c'est la rêgle du "qui peut le plus peu le moins". Il faut au plus 0.7mA et tu peux en fournir 20, donc c'est ok.

[Thetimax]

Re,

En effet, je me suis fais avoir!! Donc pas de soucis de ce coté la

Il ne reste donc plus qu'une partie de mon projet qu'il me reste a étudier... L'asservissement a l'aide du LM2907, qui fourni une tension par rapport a une fréquence, afin de pouvoir réguler la vitesse du moteur...


Je pense qu'une soustraction supplémentaire sera nécessaire a l'aide d'un ampliOP ?

Penses tu que ce soit réalisable?

[Antoane]

Bonjour,

Rien de compliqué a priori, juste le risque de se retrouver avec un système instable, qui oscillerait.

L'idée générale est simple : un aop pilote l'électrovanne, une entrée est reliée à la sortie d'un convertisseur fréquence/tension, l'autre à un potentiomètre définissant la vitesse de consigne.
Ajouter à celà un circuit pour piloter le sens de rotation du moteur.

Je pourrais faire un schéma quand j'aurai le temps, si personne n'en poste et si tu ne trouves pas par toi-même.

Le circuit que tu viens de tester sera très probablement inutile.

[Thetimax]

Bonjour,

Rien de compliqué a priori, juste le risque de se retrouver avec un système instable, qui oscillerait.

Effectivement, je n'avais pas penser a cela et ca risque de se produire, le moteur ralentit, l'électronique ouvre l'électrovanne, ca accélère... De trop!... Ca ralentit... de trop! etc...

Il faudrait donc a mon avis temporiser la réaction ou agir par paliers. Une marge de quelques trs/min est tolérable (afin d'éviter l'oscillation).

L'idée générale est simple : un aop pilote l'électrovanne, une entrée est reliée à la sortie d'un convertisseur fréquence/tension, l'autre à un potentiomètre définissant la vitesse de consigne.

Ton idée serait de connaitre la tension a la quelle correspond 100Hz, l'appliquer sur une entrée d'un AOP et appliquer sur l'autre entrée la tension de consigne. Je suppose qu'a la sortie de cet AOP nous retrouverions la différence de tension entre ces 2 entrées et appliquer cette différence sur l'AOP de commande de l'électrovanne.

Dans le cas ou ca tourne moins vite => tension plus basse que la consigne, pas de soucis, on additionne la différence au signal de commande de la bobine

Dans le cas ou ca tourne plus vite => tension plus haute que la consigne, comment ca se passe a la sortie de l'AOP??

Ne faut il pas alimenter cet AOP avec une alim symétrique? Afin de pouvoir soustraire la différence negative au signal de commande de la bobine?

Le circuit que tu viens de tester sera très probablement inutile.

J'en suis désolé, je l'ai conclu par moi même en essayant de trouver une solution... Je sais a quel point notre temps est précieux et j'ai vraiment l'impression de t'en avoir fait perdre...

Peut être suis-je a coté de la plaque mais j'essaye d'apporter ma contribution a ce projet...

Merci beaucoup

(Je remercie aussi au passage l'auteur du site "Sonelec" qui fourni de très bonnes explications générales)

[Antoane]

Bonsoir,

Ton idée serait de connaitre la tension a la quelle correspond 100Hz, l'appliquer sur une entrée d'un AOP et appliquer sur l'autre entrée la tension de consigne. Je suppose qu'a la sortie de cet AOP nous retrouverions la différence de tension entre ces 2 entrées et appliquer cette différence sur l'AOP de commande de l'électrovanne.

C'est l'idée. Une seconde difficulté : le capteur de vitesse ne sait pas dans quel sens tourne le moteur.

En PJ un exemple.

- RV1 détermine le gain de l'amplificateur d'erreur, c'est la première étape pour avoir un montage stable. Plus la résistance de RV1 sera basse plus le circuit sera stable mais lent et imprécis.
- RV2 détermine la vitesse de rotation du moteur (en valeur absolue) : 0tr/min lorsque le curseur est à la masse, Vmax lorsque le curseur est à l'autre butée. RV3 définie la vitesse maximale atteignable.
- in1 est à relier à la sortie du convertisseur tension/fréquence. Cette tension devrait être égale à Vcc lorsque le moteur est à fond (électrovanne ouverte à 100%). Si ce n'est pas le cas, tu peux ajouter une résistance entre Vcc et RV3 (en série avec RV3) de manière calculée comme suit :
- l'interrupteur détermine le sens de rotation du moteur.
- la référence de l'AOP importe peu, pas un modèle trop ancien de préférence.
- les résistances devraient être de relativement bonne qualité. Peu importe leurs valeurs exactes, seuls importent les ratios.

Pour info : on a discuté de ce circuit (ou à peu près) ici : http://forums.futura-sciences.com/el...ommutable.html