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Réduire le couple d'un moteur DC via pwm, est-ce possible?



  1. #1
    robotdelta

    Réduire le couple d'un moteur DC via pwm, est-ce possible?


    ------

    Bonjour, a tous

    Je me suis lancé dans un projet un peu farfelu et je me retrouve confronté à un problème:

    J'ai un moteur 12V 16rpm (motoréducté) permettant de délivrer (théoriquement) 70kg.cm, d’après mes calculs il ne me faut que 30kg.cm de couple pour actionner un bras de levier de 30cm environ.
    C'est un système asservi par arduino via un potentiomètre sur l'axe du bras de levier et un contrôleur type ESC (PWM) pour véhicule RC mais pour moteur DC. En gros c'est un gros gros servomoteur.

    Quand le bras de levier se déplace librement ça va, il se déplace librement jusqu'à sa position ordonnée librement ou avec un peu de résistance, aucun problème.
    En revanche quand arrive un obstacle, le moteur continue de forcer pour atteindre ladite position et vu qu'il est un peu surdimensionné, un truc fini par cassé, généralement un des pignons entre l'axe du moteur et l'axe du bras de levier.

    Du coup je viens vous demander votre aide car la théorie des moteurs n'est pas ma grande spécialité...

    Les questions que je me pose sont: peut-on mesurer le courant image du couple fournie sur l'alimentation du moteur? je dirais oui en théorie car on se rend compte que plus le moteur force plus le courant augmente mais dans le cas d'une PWM est-ce pareil sachant que si la position n'est pas atteinte l'arduino augmente la pwm jusqu’à obtenir un mouvement (gestion à base de PID) ?

    Et là ou je veux en venir, est-il possible de gérer/limiter la force qu'exerce le moteur via me niveau du pwm (de 0 à 100%) ?


    j'espère avoir été assez clair dans ma demande et je vous remercie d'avance du temps que vous me consacrerez.

    -----

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  3. #2
    penthode

    Re : reduire le couple d'un moteur DC via pwm, est-ce possible?

    le mieux est , AMHA, de mesurer le courant du moteur , y'a des capteurs chez arduino

    et de couper l'alim à une valeur de consigne
    Le diable ne réussit pas grand-chose sans la collaboration étourdie des vertus.

  4. #3
    robotdelta

    Re : reduire le couple d'un moteur DC via pwm, est-ce possible?

    Jusque là je suis d'accord, j'ai d'ailleurs commandé un nouveau capteur de courant car celui que j'avais ne permettais de l'utiliser pour mesurer une PWM.
    mais est ce que la valeur du courant pour un certain couple sera la même pour toutes les valeurs de PWM? Car il me semble qu'à, par exemple, 12V le courant ne sera pas le même qu'à 5V ou 10V pour le même couple

    existe-t-il une relation calculable entre le couple et la puissance électrique?

  5. #4
    Antoane
    Responsable technique

    Re : reduire le couple d'un moteur DC via pwm, est-ce possible?

    Bonjour,

    Les deux équation sont :



    où U est la tension d'alimentation du moteur, E la FCEM, I le courant moteur, R la résistance d'enroulement et kE & kC des constantes du moteur. C et \Omega sont le couple et la vitesse de rotation.
    Voir par exemple : https://www.pedagogie.ac-aix-marseil.../cours_mcc.pdf

    En première approximation, on peut négliger le terme RI devant E et dire que U~E. Alors, en première approximation, le couple est proportionnel au courant tandis que la vitesse est proportionnelle à la tension.
    A vitesse constante, moduler le courant n'a d'impact que sur le couple. De même, à couple constant, on peut jouer sur la tension pour moduler la vitesse.

    En pratique, comme RI n'est pas strictement nul, toute augmentation du couple à tension d'alimentation U constante entraine une légère baisse de vitesse.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    robotdelta

    Re : reduire le couple d'un moteur DC via pwm, est-ce possible?

    Bonjour Antoane, merci de ces explications

    donc si je saisi ce que vous avez écrit, en approximant, U = E soit U= vitesse de rotation X Ke et le couple = Kc X I donc en théorie si U et I sont indépendant on peut changer la vitesse ou le couple indépendamment.
    Hors en pratique , ou du moins avec le moteur branché sur une alimentation avec uniquement la tension de réglable, il difficile de réguler le courant du moteur de manière simple, et donc par extension le couple il me semble non?

    dans le cas où je ne souhaite pas le limiter mais juste le mesurer, en observant le courant a tension constante on peut avoir l'image du couple qui sera proportionnel au courant si je ne me trompe pas.
    Hors dans mon cas la vitesse varie donc la tension n'étant pas constante, d'après ce que j'ai pu observer, en fonction de la tension fournie le courant n'est pas le même à couple constant, du coup est-il possible quand même possible d'obtenir l'image du couple en ayant pour information la vitesse de rotation, la tension et le courant?

    je m'excuse si mes propos ne sont pas assez clair, je n'ai pas beaucoup de connaissances sur ce sujet

  8. #6
    Antoane
    Responsable technique

    Re : reduire le couple d'un moteur DC via pwm, est-ce possible?

    Bonsoir,
    Citation Envoyé par robotdelta Voir le message
    donc si je saisi ce que vous avez écrit, en approximant, U = E soit U= vitesse de rotation X Ke et le couple = Kc X I donc en théorie si U et I sont indépendant on peut changer la vitesse ou le couple indépendamment.
    Oui, à ceci près que la charge (le truc mécanique connecté à l'arbre) impose une certaine relation entre vitesse et couple.
    Par ailleurs, ces équations ne sont valides qu'en statique, elles changent si le moteur accélère ou ralentit.

    dans le cas où je ne souhaite pas le limiter mais juste le mesurer, en observant le courant a tension constante on peut avoir l'image du couple qui sera proportionnel au courant si je ne me trompe pas.
    Oui ; la constante kc ne dépend que du moteur et non de la tension d'alimentation.

    Hors dans mon cas la vitesse varie donc la tension n'étant pas constante, d'après ce que j'ai pu observer, en fonction de la tension fournie le courant n'est pas le même à couple constant, du coup est-il possible quand même possible d'obtenir l'image du couple en ayant pour information la vitesse de rotation, la tension et le courant?
    Le couple "manquant" (i.e. la différence entre celui que tu observes sur le "truc entrainé par le moteur" et I*k_C) est utiliser pour vaincre l'inertie de la charge mécanique.
    En estimant cette inertie et avec un peu de traitement logiciel, on peut avoir une bonne estimation du couple à partir du courant.
    Les équations sont simples (linéaires du 1er ordre) et se trouve dans à peu près tous les cours sur les MCC.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

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  10. #7
    robotdelta

    Re : Réduire le couple d'un moteur DC via pwm, est-ce possible?

    Après réception du capteur de courant plus adapté et une fois filtré j’obtiens un courant qui varie selon la vitesse de déplacement à vide(sans contrainte ou forçage sur le moteur) et un courant qui varie selon l'intensité du PWM ( de 0 à 100% ) quand le moteur force ou quand il est en blocage.
    fort heureusement il semblerait que le courant de déplacement, même avec de légères contraintes n'atteigne pas le courant en forçage/blocage.
    de plus, j'ai l'impression que l'ajout du capteur de courant par résistance shunt (0.010ohms) diminue la force du moteur à quelque chose "d'acceptable" ce qui n’entraîne pl us de casse des éléments mécanique (bien que le couple me semble encore un peu élevé)

    je pense qu'il serait peut-être possible de limiter le couple en limitant la pwm si le courant dépasse un certain seuil et arrêter le moteur si le courant ne descend pas à un niveau suffisamment bas au bout d'un certain temps.

    Cela va mériter encore d'autres tests mais il semblerait que mon problème se débloque

  11. #8
    Piefra

    Re : Réduire le couple d'un moteur DC via pwm, est-ce possible?

    Bsr,

    As tu pense a une solution mecanique comme un embrayage a friction ?

    Cdlt

  12. #9
    robotdelta

    Re : Réduire le couple d'un moteur DC via pwm, est-ce possible?

    Bonsoir Piefra,
    oui j'avais pensé à un système mécanique mais je doit maintenir le bras dans une certaine position du coup je suis parti sur un moteur réducté non réversible qui me permet justement de garder la position. de plus un embrayage a friction prend beaucoup de place par rapport à mon application ( bras robotisé sur robot type tank RC) d'où le fait que je me tourne sur l'électronique pour gérer ça.

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