commande pwm moteurs

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  • CommandePWMdesmoteursCommentfairevarierlavitessed'unmoteur?Rappels: Un moteur courant continu aliment par une tension U peut tre modlis par une rsistance r en srie avec une inductance L, E tant la force lectromotrice du moteur:

    U = E + ri + L

    De plus, on sait par les lois de l'lectromagntisme que : E= k.w

    La force lectromotrice est proportionnelle la vitesse Cp=k.i

    Le couple est proportionnel l'intensit

    En rgime tabli, l'intensit i est constante (donc di/dt =0) et E = U - r.I

    Consquences sur la vitesse W

    w =

    La vitesse de rotation w en rd/s dpend de la tension U et de i

    Pour modifier la vitesse de rotation d'un moteur, il faut faire varier la fem E en

    agissant sur:

    - la tension U Commande en tension - le courant I => Commande du couple

    Solution 1: Variation de vitesse par potentiomtre C'est la solution qui parait la plus simple. On limite le courant en augmentant la rsistance. On agit alors essentiellement sur le couple. La fem E = U - (r+P).I diminue galement ce qui se traduit par une variation de vitesse.

    exemple: r = 1 P= 10 et U = 12V Si l'on veut diviser la vitesse par 2

    soit E 5V On a: 5 = 12 - 11.I => I = 0.5A

    Le couple est galement divis par 2. La puissance totale est Pt = U.I = 6W La puissance dissipe par le potentiomtre est dans ce cas est Pp=ri2= 2.5W! => rendement 60%! Conclusion : Solution pas terrible (baisse du couple, de la puissance, du rendement)

    Solution 2: La commande PWM ou MLI (Pulse width modulation)(Modulation en Largeur d'Impulsions) Cela consiste alimenter le moteur avec une tension en crneaux. La tension moyenne dpend alors du rapport cyclique . La vitesse varie en fonction de cette tension moyenne.

    1

    1 .

    . Lerapportcycliqueestexprimen%

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  • PourquoilacommandePWMestelleintressante ?Il y a deux avantages piloter la vitesse d'un moteur en PWM: a) Le moteur peut tre pilot par la sortie numrique d'un microcontrleur b) Amlioration considrable du rendement nergtique: En effet, le transistor T fonctionne en commutation (satur/bloqu). Lorsqu'il est satur la tension Vce est trs faible (presque nulle) donc la puissance dissipe par ce transistor est Pt = Vce.I = 0 Lorsqu'il est bloqu, c'est le courant I qui est nul donc Pt = Vce.I = 0 On dit qu'il ne consomme que pendant les transitions, c'est dire pendant un temps trs court. Les dissipateurs thermiques sont donc de ce fait plus petits voir inutiles. Ceci est encore plus vrai lorsque T est un MOSFET de puissance. Toute l'nergie est donc consacre la rotation du moteur. Ce qui est intressant pour des systmes embarqus fonctionnant sur batterie.

    Quellefrquencedecommande? Frquence leve: L'allure du courant est donne ci contre (systme du 1er ordre). Si la frquence 1/T est suffisamment grande, la variation di(t) sur une priode est petite et i(t) peut tre considr constant donc le couple constant. On considre qu'il faut : w >> wo Une diminution du rapport cyclique se traduit par une diminution du courant moyen dans le moteur donc une diminution du couple moyen. Les petites variations de i(t) se traduisent par des variations de couple qui entranent des vibrations de l'axe moteur. La plupart du temps ces vibrations sont intgres par la mcanique accouple l'axe moteur et sont sans consquences sur la vitesse. Mais pas trop: Il ne faut pas choisir une frquence trop importante. Le signal MLI serait, dans ce cas, trapzodal et non plus rectangulaire. La dure des transitions ne serait plus ngligeable devant la priode du signal MLI et le transistor dissiperait davantage d'nergie. Il faut vrifier la frquence maximale du hacheur de la carte de commande : Nous utilisons la carte Pololu MD03A avec des transistors Mofsets Vnh2sp30 dont la frquence max est de 20 Khz. Si F est choisie dans la bande audible, les vibrations mcaniques du moteur seront elles mmes audibles.

    Caractristiques d'un moteur Maxxon

    RE025 G -12V

    Pour le moteur Maxxon utilis, r = 1.26 ohm et L = 0.115 mH

    La constante de temps du moteur est =L/r: la pulsation wo = 1/ = r/L et fo = wo/2 = 1744Hz

    Pour avoir un courant constant dans le moteur

    il faut choisir w >> wo (w >10wo) On prendra F = 18 KHz

    (gamme audible par l'homme entre 20Hz et 20kHz) Dans la pratique on prendra: 1KHz < F < 20KHz

    Tension 12 V Masse 130 g

    Puissance utile maxi 27.6 WCouple de dmarrage 155 mN.mCourant de dmarrage 9,53 A

    Rsistance 1.26 ohmSelf 0.115 mH

    Constante de couple 0.0163 Nm/AVitesse de rotation 6800 tr/mn

    Rendement 84%

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  • Exemple de schma de commande de moteur en MLI

    Merci au travail ralis par Dominique Nardi

    CommentprogrammerlePWM?LesmicrocontrleursontdessortiesPWM.Cellesciutilisentlestimers(oucompteurs)dumicrocontrleuravecleursoptions:choixdelarsolution,valeurdedbordement(oucomparateurs)etprdivisiondutemps(prescale).Frquenced'horloge:elledpenddumicrocontrleurutilis:exemple:8MHzFrquenceavecprdiviseur(Prescale):leprdiviseurpeuttre1,2,4,8,16,32,64,128,256...1024exempleavecunprdiviseurde8:1MhzTimer(Compteur):Larsolutiondutimerdpenddutimerchoisi(timer0,1ou2)exempletrait:letimer1del'atmega32estsur16bitsmaislafonctionPWMnepeututiliserque8,9,ou10bits:choixdersolutionsur10bits(soit1024) Valeurdedbordement:fixenfonctiondurapportcycliquesouhait(To/T)exemple:valeur=768doncrapportcyclique=(768/1024)=075=75%FrquenceduPWM:Elleestdonneparlarelation:

    exemple:FPWM=8000000/(2x8x1024)=488Hz

    Remarques:LemicrocontrleurpossdeenralitplusieursmodesdePWM(unrapidequinecomptequelamontepuisrepartde0,unfrquencecorrig...).CeluiquiestdcriticiestlemodePWMcorrect,moinsrapidemaisplusadapt

    Compteur

    1024768

    TTo

    SortiePWM

    T

    Zoom

    12

    3

    frquenced'horlogefrquenceavecprdiviseur

    valeurducompteur

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  • lacommandedemoteurs.Lemodedcriticis'appelleClearup:ilestcensmettrezro(clear)audessus(up)delavaleurdedbordement.Pouruneraisoninconnue,ilfaitlecontraire!Ilexistelemodeinverse:cleardownquifaitlecontrairedeclearupUntimerpossde2sortiespourlePWM.Onpeutlesutiliseravecdesvaleursdedbordementdiffrentes(rapportscycliquesdoncvitessesdiffrentesde2moteurs)oudesmodesdiffrents(clearupetcleardown).Cessortiesontuneadresseimposequel'ontrouvedansladoc.dumicrocontrleur.Dansleprogramme,onpeutimposerlafrquenced'horloge.Cellecicrasecellequiestdfiniedanslesparamtresdecompilationlisaumicrocontrleurutilis.$crystal=11052000imposelafrquence,mmesilemicrocontrleurest16Mhz(?)ExemplesdeprogrammationavecBascom:extrait1:...ConfigPinD.5=Output portsdesortiedupwmConfigPinD.4=Output'configurationen10bits,prescalede8modeclearup,utilisationdes2sorties(facultative)ConfigTimer1=Pwm,Pwm=10,Prescale=8,CompareAPwm=ClearUp,CompareBPwm=ClearDownPwm1a=768 valeurdedbordementPwm1b=450StartTimer1End letimernes'arrtepascariln'apasrencontrdestoptimerextrait2:...ConfigPinD.5=Output DimJasword'configurationen10bits,prescalede8modeclearup,ConfigTimer1=Pwm,Pwm=10,Prescale=8,CompareAPwm=ClearUpPwm1a=768 J=1Do Pwm1a=JJ=J+1 rapportcycliquevariablede0100%IfJ=1024ThenJ=1LoopStartTimer1End

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  • VidosUnesuperexplicationenanglaissurlePWM:

    Avenir:lavidodenotreexprience

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