Déroulement de la séquence :

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1 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 1/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Déroulemen de la séquence : Présenaion de la séquence Phase 1 : recenrage foncionnel sur FP3 «Commande du moeur pas à pas» (20 min) (ravail individuel) Page 2 Phase2 : TP simulaion éude sur FS31 «Créaion de ension de référence pour les phases du moeur» Page 4 Phase3 : TP mesure FS32 «Amplificaion» Page 7 Phase4 : synhèse exploiaion des résulas des TP e du documen ressource sur les modes de foncionnemen des moeur pas à pas Page 14 Synhése : les moeurs pas à pas (20min) (ravail en groupe avec le professeur) Documen ressource sur les modes de commande des moeurs pas à pas Page 17 Documen ressource : schéma d implanaion de la maquee FP3 «commande du moeur pas à pas» Page 19 Documen synhèse Page 20 Parie du programme raiée lors de cee séquence : Connaissances A.1.2, A.1.3 C.5.2 G.1.2 Dénominaion de la connaissance Amplificaeur en couran, amplificaeur en puissance Mémoire élémenaire : bascule D Conversion élecrique/mécanique : les moeurs pas à pas Maériel e documens disponibles : Type de maériel ou de documens Tire du documen ou ype de maériels Logiciel de simulaion PROTEUS 5.2 Dossier echnique POUSSE SERINGUE Documen papier de la séquence Séquence 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Appareils de mesures Oscilloscope, GBF, maquee de la commande du moeur pas à pas

2 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 2/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase1 : recenrage foncionnel sur FP3 «Commande du moeur pas à pas» Compéences erminales demandées lors de cee phase : B : d analyser l organisaion foncionnelle d un obje echnique afin : B2 : de vérifier que oues les grandeurs d enrée e de sorie présenes sur le schéma foncionnel, son disponibles dans l environnemen de l obje echnique ; D : d idenifier à une foncion la ou les srucures paricipan à sa réalisaion. Objecifs opéraionnels : êre capable de repérer sur le schéma srucurel de FP3 «Commande du moeur pas à pas» les foncions secondaires FS31 «Créaion de ension de référence pour les phases du moeur», FS32 «Amplificaion» e FS33 «Conversion élecrique/mécanique» e FS34 «Transmission des informaions de commande du moeur». êre capable de définir le rôle des foncions secondaires FS31, FS32, FS33 e FS34. TRAVAIL DEMANDÉ Soi la modificaion du schéma foncionnel de FP3 «Commande du moeur pas à pas» : Freq moeur FP4 Ini moeur FP2 Créaion de ension de référence pour les phases du moeur FS31 Phases' / 4 Amplificaion FS32 Phases Conversion élecrique/mécanique FS33 Déplacemen du pison /PHMOT FP4 Transmission des informaions de commande du moeur FS34 Phases ' / 4 FP4 Quesion1 Donner le rôle des foncions secondaires FS31, FS32, FS33 e FS34. Quesion2 Encadrer sur le schéma srucurel page suivane les foncions secondaires FS31, FS32, FS33 e FS34.

3 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 3/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase1 : recenrage foncionnel sur FP3 «Commande du moeur pas à pas»

4 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 4/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase2 : TP simulaion éude sur FS31 «Créaion de ension de référence pour les phases du moeur» Compéences erminales demandées lors de cee phase : E : Analyser l organisaion srucurelle d une foncion afin : E1- d éablir les relaions enre grandeurs d enrée e de sorie qui caracérisen cee foncion ; H : de produire un disposiif de mesurage e/ou de es : H1 : choisir une méhode de mesurage e/ou de es e les appareils nécessaires, H2 : élaborer le mode opéraoire adéqua, H3 : effecuer les mesures, H4 : raduire les résulas fournis par le disposiif de es, H5 : juger de la validié des résulas obenus e des méhodes employées, H6 : dévaluer que la foncion requise es assurée avec les caracérisiques prévues par les spécificaions du cahier des charges. Objecifs opéraionnels : êre capable de simuler la foncion FS31 «Créaion de ension de référence pour les phases du moeur». 1 Schéma srucurel

5 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 5/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase2 : TP simulaion éude sur FS31 «Créaion de ension de référence pour les phases du moeur» 2 Travail demandé 2.1 Éude héorique de FS31 «Créaion de ension de référence pour les phases du moeur» Quesion1 Tracer les chronogrammes des signaux de commande C 1, C 2, C 3 e C 4 sur le documen réponse Vérificaion par la simulaion de FS31 «Créaion de ension de référence pour les phases du moeur» Quesion2 Saisir le schéma srucurel de la foncion FS31 «Créaion de ension de référence pour les phases du moeur». Quesion3 Configurer les généraeurs afin de produire les signaux Freq Moeur e Ini Moeur (on prendra pour le signal Freq Moeur une fréquence de 20Hz). Quesion4 Simuler le schéma srucurel afin de visualiser les signaux : Freq Moeur, Ini Moeur, C 1, C 2, C 3 e C 4. Quesion5 Vérifier que les résulas corresponden à ceux rouvés en héorie. Si ce n es pas le cas, rouver l erreur. Quesion6 Imprimer les courbes. Quesion7 Remplir le documen synhèse page 19.

6 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 6/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase2 : TP simulaion éude sur FS31 «Créaion de ension de référence pour les phases du moeur» DOCUMENT RÉPONSE 1 Freq Moeur (s) Ini Moeur (s) C 1 1 (s) C 2 1 (s) C 3 1 (s) C 4 1 (s)

7 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 7/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase3 : TP mesure FS32 «Amplificaion» Compéences erminales demandées lors de cee phase : E : Analyser l organisaion srucurelle d une foncion afin : E1- d éablir les relaions enre grandeurs d enrée e de sorie qui caracérisen cee foncion ; H : de produire un disposiif de mesurage e/ou de es : H1 : choisir une méhode de mesurage e/ou de es e les appareils nécessaires, H2 : élaborer le mode opéraoire adéqua, H3 : effecuer les mesures, H4 : raduire les résulas fournis par le disposiif de es, H5 : juger de la validié des résulas obenus e des méhodes employées, H6 : dévaluer que la foncion requise es assurée avec les caracérisiques prévues par les spécificaions du cahier des charges. Objecifs opéraionnels : Ere capable de déerminer le rôle de la foncion FS32 «Amplificaion» par la mesure. 1 Schéma srucurel

8 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 8/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase3 : TP mesure FS32 «Amplificaion» 2 Caracérisiques des signaux d enrées Quesion1 D après la documenaion de la bascule D 4013, déerminer les valeurs de V OH e V OL. Quesion2 D après la documenaion de la bascule D 4013, déerminer la valeur du couran de sorie maximal I Omax que peu fournir la bascule D Quesion3 Tracer les chronogrammes du documen réponse 2. 3 Commandes des phases du moeur pas à pas La référence du moeur pas à pas uilisé es : Quesion4 D après la documenaion consruceur du moeur pas à pas, déerminer le couran qui doi circuler dans une phase pour pouvoir la commander. Quesion5 D après la documenaion consruceur du moeur pas à pas, déerminer la ension que l on doi imposer aux bornes d une phase pour pouvoir la commander. Quesion6 Tracer les chronogrammes du documen réponse 3. Quesion7 Conclure sur la nécessié e le rôle de FS32 «Amplificaion». 4 Mesures des caracérisiques d enrées e de sorie de la foncion FS32 «Amplificaion» La maquee à disposiion perme de commander un moeur pas à pas. La srucure es idenique à celle éudiée dans le pousse seringue aux déails près suivans : -le composan uilisé pour l amplificaion en puissance es un ULN2003 (à la place du MC1413), -le moeur pas à pas ne possède pas ou à fai les mêmes caracérisiques que celui du pousse seringue. -afin de facilier l observaion des signaux à l oscilloscope on choisira une fréquence de 100Hz pour le signal Freqmo.

9 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 9/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase3 : TP mesure FS32 «Amplificaion» Quesion8 Configurer le GBF afin d obenir un signal carré 0V-5V de fréquence 100Hz. Aenion : ce signal es à régler en l observan direcemen sur l oscilloscope, il ne fau pas encore le connecer sur la maquee. Quesion9 Alimener la maquee en 0V-5V e 0V-6.8V. Connecer le signal précédemmen réglé au GBF sur le poin «Freq Moeur». Fixer le signal «Ini Moeur» pour avoir un foncionnemen normal de FS31 «Créaion des ensions de référence pour les phases du moeur». Quesion10 Observer le signal C1 de sorie d une bascule D. Vérifier que les caracérisiques de ce signal son correces (valeur maximale e minimale, fréquence). Quesion11 Éeindre l alimenaion e le GBF. ATTENTION : les deux fils blancs de la nappe du moeur corresponden à l alimenaion posiive noée ALIM+ sur l implanaion des composans. Connecer le moeur à la maquee. Allumer l alimenaion e le GBF. Vérifier que le moeur ourne bien. Quesion12 Relever le signal CA1 du MC1413 en concordance avec le signal C1 sur le documen réponse4. Quesion13 Exprimer VPH1 (ension aux bornes d une des phases du moeur) en foncion de V CA1 (ension en sorie de l ULN2003) e ALIM MOTEUR. Déduire de cee relaion le chronogramme de V PH1, en foncion de V C1 e V CA1 en concordance des emps. Quesion14 Proposer un schéma e une méhode de mesure de la différence de poeniel aux bornes d une phase du moeur VPH1. Faire vérifier le schéma e la procédure de mesure au professeur. Relever alors la différence de poeniel aux bornes d une phase du moeur VPH1 sur le documen réponse 4. Quesion15 Proposer une méhode permean la mesure du couran maximum dans une phase. Mesurer alors ce couran maximum.

10 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 10/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase3 : TP mesure FS32 «Amplificaion» Quesion16 Lire sur le moeur la valeur de la résisance d une phase du moeur. Conclure si le couran relevé à la quesion précédene es correc. Quesion17 Valider que la foncion FS32 «Amplificaion» es réalisée par cee maquee. Quesion18 Augmener la fréquence du GBF jusqu à obenir arrê du moeur. Relever cee fréquence. 5 Analogie avec les caracérisiques du moeur uilisé dans le pousse seringue Quesion19 Dans le cas du moeur uilisé dans le pousse seringue. En uilisan les résulas de mesures, déerminer : -la valeur max de V PH1, -la valeur min de V PH1, -la valeur max du couran dans la phase I PH1, -la valeur minimale du couran dans la phase I PH1. Quesion20 Tracer alors les chronogrammes héoriques du documen synhèse page 19 dans le cadre du moeur uilisé dans le pousse seringue.

11 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 11/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase3 : TP mesure FS32 «Amplificaion» V S (bascule D) 5V DOCUMENT RÉPONSE 2 0V I S (bascule D) 1mA (s) 0mA (s) P S (bascule D) 5mW 0mW (s) Niveau logique «0» en sorie Niveau logique «1» en sorie

12 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 12/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase3 : TP mesure FS32 «Amplificaion» DOCUMENT RÉPONSE 3 V PH1 7V 0V (s) I PH1 0.5A 0A (s) 5W P PH1 0mW (s) Phase non commandée Phase commandée

13 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 13/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase3 : TP mesure FS32 «Amplificaion» DOCUMENT RÉPONSE 4

14 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 14/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase4 : synhèse exploiaion des résulas des TP e du documen ressource sur les modes de foncionnemen des moeur pas à pas Compéences erminales demandées lors de cee phase : E : Analyser l organisaion srucurelle d une foncion afin : E1- d éablir les relaions enre grandeurs d enrée e de sorie qui caracérisen cee foncion ; E2 : de jusifier le dimensionnemen d un composan ; E3 : de choisir un composan ; E4- d évaluer que la foncion requise es assurée. Objecifs opéraionnels : Ere capable d exploier les résulas des TP afin de déerminer le mode de foncionnemen du moeur pas à pas e de jusifier que la commande en puissance es correcemen réalisée. Ere capable de jusifier que la précision donnée dans le cahier des charges es réalisable par la srucure employée. Proposer une modificaion de la srucure pour gagner en précision. 1 Exploiaion des résulas des TP Pour répondre aux quesions qui suiven, on s appuiera sur les chronogrammes du documen synhèse page 19. Quesion1 En idenifian les chronogrammes du documen synhèse avec ceux du documen ressource sur les modes de foncionnemen des moeurs pas à pas, déerminer le mode de foncionnemen uilisé dans le cadre du pousse seringue. Quesion2 D après la documenaion consruceur du moeur pas à pas, déerminer le nombre de pas par our du moeur uilisé. En déduire l angle correspondan à l avance d un pas. Quesion3 Quel es le signal qui permera de modifier la viesse de roaion du moeur pas à pas. Jusifier vore réponse. Quesion4 Jusifier que les caracérisiques de V PH1 e I PH1 permeen bien de commander les phases du moeur. Quesion5 D après les résulas du TP mesure e le documen ressource sur les modes de foncionnemen des moeurs pas à pas, déerminer la viesse de roaion maximale du moeur uilisé en TP. Quesion6 Quelle es la srucure qui impose le mode de foncionnemen du moeur pas à pas? Quesion7 Quelles son les modificaions à apporer pour obenir une alimenaion bipolaire?

15 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 15/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase4 : synhèse exploiaion des résulas des TP e du documen ressource sur les modes de foncionnemen des moeur pas à pas Quesion8 Quelles son les caracérisiques du moeur qui permeron de définir les caracérisiques de sorie de la foncion amplificaion? 2 Analyse du foncionnemen dans le cadre du Pousse Seringue Rappel : la viesse de roaion du moeur va déerminer la viesse de la crémaillère e donc le débi imposé. La gamme de débi : 0.1ml/h à 99ml/h par incrémen de 0.1ml/h. Précision du débi : ± 3% avec seringues sélecionnables. Nous souhaions vérifier dans la suie si la précision sur le débi es réalisable par les srucures proposées. Quesion9 En vous aidan de la documenaion consruceur du moeur pas à pas, e des chronogrammes du documen de synhèse, déerminer une relaion lian la viesse de roaion du moeur (en r/s) Ω M à F FreqMoeur. Expliquer la démarche de déerminaion de cee relaion. Quesion10 La viesse linéaire V L (mm/s) de la seringue (e donc de la crémaillère) es donnée par la relaion V L = S D. Avec V L = viesse linéaire de la seringue en mm/s. D = débi en mm 3 /s S = surface de la seringue en mm² La ransformaion mécanique de la viesse de roaion Ω M (r/s) en viesse linéaire V L (mm/s) es donnée par le rappor : Ω M =34(r/mm). VL On souhaie obenir l expression de F FreqMoeur (Hz) en foncion du débi D(ml/h) e du diamère inérieur d une seringue Diam (mm). En vous aidan des relaions ci-dessus e de la réponse à la quesion9, déerminer cee expression. Quesion11 En vous aidan de la relaion rouvée, calculer la fréquence minimale e maximale de FreqMoeur dans le cas d une seringue de ype 2 (TERUMO) (voir page 7 du dossier echnique). Quesion12 Déerminer alors de quel paramère dépendra la précision du débi.

16 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 16/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Phase4 : synhèse exploiaion des résulas des TP e du documen ressource sur les modes de foncionnemen des moeur pas à pas Quesion13 Pour un débi égal à 99ml/h, déerminer la précision au niveau de la période de T FreqMoeur pour saisfaire le cahier des charges. Quesion14 Le signal FreqMoeur es produi par le microprocesseur 6805 (bi 7 du PorB : P B7 ). En considéran la fréquence du quarz, de ce microprocesseur, conclure si la précision sur la période es possible.

17 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 17/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Documen ressource sur les modes de commande des moeurs pas à pas MODE DE COMMANDE UNE PHASE "ON" PAS ENTIER : ONE PHASE ON DRIVE MODE CLK A ALIMENTATION UNIPOLAIRE B C D ALIMENTATION BIPOLAIRE A-B C-D Les phases du moeur pas à pas son alimenées l une après l aure, à chaque impulsion de l horloge l angle de roaion es équivalen à un pas. MODE DE COMMANDE DEMI-PAS : HALF STEP MODE CLK A ALIMENTATION UNIPOLAIRE B C D ALIMENTATION BIPOLAIRE A-B C-D Les bobines son alimenées alernaivemen une seule, e ensuie les deux. À chaque impulsion d horloge l angle de roaion es équivalen à un demi pas, ceci perme de gagner en précision avec un même moeur.

18 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 18/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Documen ressource sur les modes de commande des moeurs pas à pas MODE DE COMMANDE 2 PHASES "ON" PAS ENTIER : TWO-PHASE-ON DRIVE MODE CLK A ALIMENTATION UNIPOLAIRE B C D ALIMENTATION BIPOLAIRE A-B C-D Le mode de commande ci-dessus es en pas enier, la seule différence es que l on alimene à chaque fois deux phases à la fois ceci perme d avoir un couple plus élevé. À chaque impulsion de l horloge l angle de roaion es équivalen à un pas. MODE DE COMMANDE DEMI-PAS ** ( couple consan ) : HALF STEP MODE CLK A ALIMENTATION UNIPOLAIRE B C D ALIMENTATION BIPOLAIRE A-B C-D ** En mode demi-pas, le nombre de bobines excié n'es pas oujours le même. pour avoir un couple consan, on augmene la ension ( inensié ) à différens momens du cycle. Ce mode de commande perme d obenir un foncionnemen en demi pas à couple consan (la somme des ensions appliquées sur les bobines es oujours consane, conrairemen au mode demi pas classique où une bobine es alimenée puis deux ). À chaque impulsion d horloge l angle de roaion es équivalen à un demi pas, ceci perme de gagner en précision avec un même moeur.

19 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 19/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Documen ressource : schéma d implanaion de la maquee de FP3 «commande du moeur pas à pas»

20 Terminale STI Élecronique Sysème echnique : «Pousse seringue» Page 20/19 Séquence n 8 : éude de FP3 «Commande du moeur pas à pas» Documen de synhèse Freq Moeur Ini Moeur C1 C2 C3 C4 (s) (s) (s) (s) (s) (s) CA1 (s) CA2 (s) CA3 (s) CA4 (s) VPH1 (s) VPH2 (s) VPH3 (s) VPH4 (s) IPH1 (s)