Comment piloter un moteur servo et les composants nécessaires

Nous ne parlons pas toujours beaucoup d'électromécanique ici, mais la commande et le contrôle de petits moteurs sont des sujets importants. Un type de moteur que l'on trouve dans de nombreux produits de consommation et industriels est le moteur servo. Bien que ce type de moteur nécessite une boucle de rétroaction fermée, un encodeur intégré et un algorithme de contrôle, le contrôle de position et de vitesse qu'ils offrent les rend hautement adaptables dans un certain nombre d'applications.

La question de comment piloter un moteur servo nécessite d'examiner comment la détection est mise en œuvre et le type de moteur piloté. À moins que vous ne travailliez avec un servo de haute puissance, vous n'avez pas besoin d'utiliser des semi-conducteurs discrets pour construire votre circuit de commande. Au lieu de cela, vous pouvez trouver des contrôleurs de servo sur le marché avec le bon moteur de recherche électronique. Examinons les composants dont vous aurez besoin pour piloter et contrôler les moteurs servo, ainsi que quelques options de composants sur le marché pour votre prochain système électromécanique.

Comment piloter un moteur servo

Avant de se pencher sur comment piloter un moteur servo, ceux qui sont nouveaux dans le travail avec les moteurs servo doivent savoir qu'un moteur servo n'est pas un type spécifique de moteur. Plutôt, le terme « servo » fait référence à la manière dont un moteur est piloté et sa position, sa vitesse et son accélération sont contrôlées. Dans un moteur servo, le contrôle est appliqué à travers une boucle de rétroaction entre le moteur et le contrôleur, et la position/vitesse du moteur est détectée avec des encodeurs intégrés dans le moteur. Certains capteurs qui fournissent cette fonctionnalité sont des potentiomètres intégrés, des capteurs à effet Hall, ou une LED avec un photogate et une photodiode.

Piloter un moteur servo consiste en deux éléments critiques dans le cadre du circuit de pilotage et de contrôle :

• Signal de commande ajustable. Un signal PWM est utilisé dans les moteurs servo pour forcer le rotor à tourner vers une position spécifique. En ajustant le cycle de travail, le taux de rotation peut être ajusté.

• Circuit de détection et de contrôle. Le circuit de contrôle et de détection détermine l'emplacement et la vitesse du rotor alors que le moteur fonctionne. Une vitesse très précise peut être maintenue grâce au contrôle par rétroaction.

• Boucle de rétroaction et ajustement de l'entraînement. Cela peut être réalisé avec un contrôleur d'entraînement spécialisé ou un MCU. Notez que tous les moteurs servo n'ont pas d'encodeur.

• Freinage. Nous aimons toujours parler de la commande des moteurs, mais rarement entend-on quelqu'un parler du freinage des moteurs. Les servos nécessitent un circuit de freinage et une logique pour ralentir le rotor et maintenir sa position après le freinage.

Les moteurs servo sont pilotés en envoyant un signal PWM à travers le fil de commande tandis que l'alimentation est donnée au moteur. Selon la largeur d'impulsion, le rotor dans le moteur servo peut tourner d'un certain angle, c'est-à-dire, le cycle de travail détermine la position finale de l'arbre. Les moteurs servo peuvent être alimentés avec une tension DC ou AC, et le signal de l'encodeur (s'il est présent) ferme la boucle de rétroaction avec le processeur ou le pilote. L'architecture de base d'un moteur servo et de son contrôleur/pilote est montrée ci-dessous.

Diagramme de bloc montrant comment piloter un moteur servo avec un circuit intégré de contrôleur de moteur.

Maintien de la position avec un servo

L'avantage d'un servo, c'est qu'il peut être configuré pour maintenir sa position entre les étapes d'actionnement. Le couple de maintien fourni par un moteur servo est comparable à celui d'un moteur pas à pas. Si une force externe pousse le rotor loin de sa position stationnaire, l'encodeur peut détecter cette déviation et amener le contrôleur à agir contre la force externe, maintenant ainsi la position du rotor. Un servo maintiendra toute force dans son couple spécifié.

Anatomie d'un pilote de servo

Il existe plusieurs options disponibles pour les contrôleurs de commande de servo, ou vous pouvez construire un pilote et un circuit de contrôle adaptés à partir de composants communs. Quelques méthodes simples pour piloter et contrôler un servo incluent :

• Pilotes MOSFET doubles. Cette méthode est mieux utilisée pour les servos de basse tension et les MOSFETs qui peuvent être commutés à des niveaux logiques.

• Conduite DAC. La forme d'onde de conduite peut être générée directement plutôt que de s'appuyer sur un pilote PWM.

• Pont en H contrôlé par PWM. Cette méthode peut fournir un courant synchrone élevé à un moteur servo.

Dans les deux premières options, la boucle de contrôle, la conduite et la détection peuvent toutes être implémentées sur un MCU. Dans ce cas, utilisez des MOSFETs qui peuvent être commutés à des niveaux logiques et qui ont une tension nominale supérieure à celle du moteur servo pour garantir que le MOSFET puisse résister à tout transitoire. La dernière option dépend de la quantité de courant nécessaire pour piloter le servo. Heureusement, il existe des circuits intégrés de contrôleur qui peuvent être utilisés avec un circuit de pilote de moteur standard pour fournir une solution pilote/contrôleur unique.

Un exemple de contrôleur de moteur de précision SMD (SOIC 24 broches) à faible coût est le LM628/LM629 de Texas Instruments. Ce composant intègre une boucle de contrôle PID numérique avec une conduite basée sur DAC ou une sortie PWM de 8 bits pour piloter un pont en H externe. Dans la version LM268, un DAC externe de 8 bits à 12 bits est recommandé pour générer le signal de pilote. Le contrôleur basé sur le LM629 fournit une sortie PWM de 8 bits pour piloter directement un pont en H externe. Les deux sont disponibles en boîtiers DIP de 28 broches pour une utilisation dans des environnements plus difficiles.

Diagramme de bloc pour le circuit intégré de contrôle de moteur servo LM628 de Texas Instruments. Extrait de la fiche technique du LM628.

Autres composants pour les systèmes électromécaniques

Quelle que soit la taille ou la complexité de votre circuit de commande et d'entraînement de moteur, de nombreux composants seront nécessaires pour soutenir le contrôleur de commande que vous utilisez dans votre système. Ces composants doivent tout faire, de la fourniture d'énergie à la réception des commandes de l'utilisateur. Voici quelques autres composants dont vous pourriez avoir besoin pour votre produit :

• MCU ou autre contrôleur

• Modules d'affichage pour HMI

• Convertisseurs DC-DC pour la régulation de puissance

Une fois que vous savez comment piloter un servo moteur, vous pouvez trouver tous les composants dont vous avez besoin avec les fonctionnalités de recherche avancée et de filtration sur Octopart. Lorsque vous utilisez le moteur de recherche électronique d'Octopart, vous aurez accès à un ensemble complet de données de distributeurs et de spécifications de pièces, et tout est librement accessible dans une interface conviviale. Jetez un œil à notre page sur les moteurs et entraînements pour trouver les composants dont vous avez besoin.

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