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1 commande PWM des moteurs Comment faire varier la vitesse d'un moteur ? Rappels: Un moteur courant continu aliment par une tension U peut tre mod lis par une r sistance r en s rie avec une inductance L, E tant la force lectromotrice du moteur: U = E + ri + L De plus, on sait par les lois de l' lectromagn tisme que : E= La force lectromotrice est proportionnelle la vitesse Cp= Le couple est proportionnel l'intensit En r gime tabli, l'intensit i est constante (donc di/dt =0) et E = U - Cons quences sur la vitesse W w = La vitesse de rotation w en rd/s d pend 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.

2 Variation de vitesse par potentiom tre C'est la solution qui parait la plus simple. On limite le courant en augmentant la r sistance. 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 - => I = Le couple est galement divis par 2. La puissance totale est Pt = = 6W La puissance dissip e par le potentiom tre est dans ce cas est Pp=ri2= !

3 => 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 cr neaux. La tension moyenne d pend alors du rapport cyclique . La vitesse varie en fonction de cette tension moyenne. 1 1 .. Le rapport cyclique est exprim en % Pourquoi la commande PWM est elle int ressante?

4 Il y a deux avantages piloter la vitesse d'un moteur en PWM: a) Le moteur peut tre pilot par la sortie num rique d'un microcontr leur b) Am lioration consid rable du rendement nerg tique: En effet, le transistor T fonctionne en commutation (satur /bloqu ). Lorsqu'il est satur la tension Vce est tr s faible (presque nulle) donc la puissance dissip e par ce transistor est Pt = = 0 Lorsqu'il est bloqu , c'est le courant I qui est nul donc Pt = = 0 On dit qu'il ne consomme que pendant les transitions, c'est dire pendant un temps tr s court.

5 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 consacr e la rotation du moteur. Ce qui est int ressant pour des syst mes embarqu s fonctionnant sur batterie. Quelle fr quence de commande ? Fr quence lev e: L'allure du courant est donn e ci contre (syst me du 1er ordre). Si la fr quence 1/T est suffisamment grande, la variation di(t) sur une p riode est petite et i(t) peut tre consid r constant donc le couple constant.

6 On consid re 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 entra nent des vibrations de l'axe moteur. La plupart du temps ces vibrations sont int gr es par la m canique accoupl e l'axe moteur et sont sans cons quences sur la vitesse. Mais pas trop: Il ne faut pas choisir une fr quence trop importante. Le signal MLI serait, dans ce cas, trap zo dal et non plus rectangulaire.

7 La dur e des transitions ne serait plus n gligeable devant la p riode du signal MLI et le transistor dissiperait davantage d' nergie. Il faut v rifier la fr quence maximale du hacheur de la carte de commande : Nous utilisons la carte Pololu MD03A avec des transistors Mofsets Vnh2sp30 dont la fr quence max est de 20 Khz. Si F est choisie dans la bande audible, les vibrations m caniques du moteur seront elles m mes audibles. Caract ristiques d'un moteur Maxxon RE025 G -12V Pour le moteur Maxxon utilis , r = ohm et L = 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.

8 1 KHz < F < 20 KHz Tension 12 V Masse 130 gPuissance utile maxi WCouple de d marrage 155 de d marrage 9,53 AR sistance ohmSelf mHConstante de couple Nm/AVitesse de rotation 6800 tr/mnRendement 84% Exemple de sch ma de commande de moteur en MLI Merci au travail r alis par Dominique Nardi Comment programmer le PWM ? Les microcontr leurs ont des sorties PWM. Celles ci utilisent les timers (ou compteurs) du microcontr leur avec leurs options : choix de la r solution, valeur de d bordement (ou comparateurs) et pr division du temps (prescale).

9 Fr quence d'horloge : elle d pend du microcontr leur utilis : exemple : 8 MHz Fr quence avec pr diviseur (Prescale): le pr diviseur peut tre 1,2,4,8,16,32,64,128, exemple avec un pr diviseur de 8 : 1 Mhz Timer (Compteur ): La r solution du timer d pend du timer choisi (timer 0, 1 ou 2) exemple trait : le timer 1 de l'atmega 32 est sur 16bits mais la fonction PWM ne peut utiliser que 8,9, ou 10 bits : choix de r solution sur 10 bits (soit 1024) Valeur de d bordement : fix en fonction du rapport cyclique souhait (To/T) exemple : valeur = 768 donc rapport cyclique = (768/1024) =075=75% Fr quence du PWM: Elle est donn e par la relation: exemple : FPWM= 8000000/ (2x8x1024)= 488 Hz Remarques: Le microcontr leur poss de en r alit plusieurs modes de PWM (un rapide qui ne compte que la mont e puis repart de 0, un fr quence corrig.)

10 Celui qui est d crit ici est le mode PWM correct, moins rapide mais plus adapt Compteur 1024768 TToSortie PWM TZoom 123fr quence d'horlogefr quence avec pr diviseur valeur du compteur la commande de moteurs . Le mode d crit ici s'appelle Clear up : il est cens mettre z ro (clear) au dessus (up) de la valeur de d bordement. Pour une raison inconnue, il fait le contraire! Il existe le mode inverse : clear down qui fait le contraire de clear up Un timer poss de 2 sorties pour le PWM. On peut les utiliser avec des valeurs de d bordement diff rentes (rapports cycliques donc vitesses diff rentes de 2moteurs) ou des modes diff rents (clear up et clear down).