Les servomoteurs. Qu'est ce qu'un servomoteur?

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Anne Paquin
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Qu'est ce qu'un servomoteur? Rien à voir avec le "cerveau", son nom vient du latin "servus" qui signifie "esclave"! Service, serviteur,......j'ai toujours regretté de ne pas avoir pris latin au collège.

Les servomoteurs Un servomoteur est utilisé en modélisme par exemple pour contrôler la direction d'une voiture radiocommandée.

1 Qu'est ce qu'un servomoteur? Rien à voir avec le "cerveau", son nom vient du latin "servus" qui signifie "esclave"! Service, serviteur,......j'ai toujours regretté de ne pas avoir pris latin au collège...pour info, "élève" ne vient pas de "esclave" mais de "elevare" qui signifie "élever"! Les servomoteurs Un servomoteur est utilisé en modélisme par exemple pour contrôler la direction d'une voiture radiocommandée. Principe du potentiomètre Il est composé d'un moteur (à courant continu) et d'engrenages qui vont réduire sa vitesse et augmenter son couple. It is made of a motor (DC) and gear that will reduce speed and increase torque. Mais à la différence du simple moteur, il comporte aussi une commande de position angulaire. But unlike the single motor, it also includes an angular position command. En fonction du contact sur la piste circulaire, on a 2 morceaux de résistances entre 0 et la tension d'entrée Ve. C'est le principe du diviseur de tension (ou pont diviseur): Vs = (R2/R1+R2) Ve (avec R1 et R2 variables) Cette commande consiste à lui envoyer (par une télécommande ou dans notre cas par le microcontrôleur) des impulsions dont la largeur est variable. Le servo va alors

convertir cette largeur en tension,la comparer avec celle qu'il lit sur son potentiomètre, et chercher à l'atteindre.

On pourrait croire qu'il s'agit de PWM (Pulse Width Modulation) ou MLI pour Modulation de Largeur d'impulsion, commande très utilisée pour faire varier la vitesse d'un moteur à courant continu.

It works by changing the average voltage level and this is done by generating a constant frequency signal but one where the pulse width is changed (or modulated).

2 convertir cette largeur en tension,la comparer avec celle qu'il lit sur son potentiomètre, et chercher à l'atteindre. Il s'agit donc d'un système qui contrôle en permanence sa position : il est asservi. On parle d'asservissement. Cela viendrait pas de "servus" par hasard? On pourrait croire qu'il s'agit de PWM (Pulse Width Modulation) ou MLI pour Modulation de Largeur d'impulsion, commande très utilisée pour faire varier la vitesse d'un moteur à courant continu. PWM is the term used to describe using a digital signal to generate an analogue output signal. This is usually used to control the average power to a load in a motor speed control circuit. It works by changing the average voltage level and this is done by generating a constant frequency signal but one where the pulse width is changed (or modulated). PWM tutorial video La connectique est composée de 3 fils : rouge pour Une commande PWM fait varier la tension moyenne, donc la vitesse de rotation. On parle de rapport cyclique (entre 0 et 100%) Par exemple, si on alimente en 10V, on aura une tension moyenne de : 5V pour un rapport cyclique de 50% 1 V pour un rapport cyclique de 10% Dans notre cas, il s'agit plutôt d'un signal modulé en code d'impulsion (signal-code modulated signal). C'est ce principe que nous avons utilisé pour réaliser les balises infrarouge codées. (chaque balise émet un signal en fonction de son numéro : la balise n 2 émet pendant 2 ms, la balise n 3 pendant 3 ms par exemple), le code est choisi et décodé en fonction des besoins. EN VRAC

le 5V, noire pour la masse, jaune ou blanc pour la commande. La plupart des servos sont limités à une rotation de 180. En bricolant un petit peu, on peut néanmoins les transformer en motoréducteurs.

3 le 5V, noire pour la masse, jaune ou blanc pour la commande. La plupart des servos sont limités à une rotation de 180. En bricolant un petit peu, on peut néanmoins les transformer en motoréducteurs. Lorsqu'il ne reçoit pas de signal, le servo peut être bougé manuellement. Comment est générée la commande? Le principe de l'interruption Un microcontrôleur a la possibilité d'interrompre l'éxécution de son programme principal pour effectuer un morceau de programme à part. Cela est très pratique car cela évite de monopoliser le microcontrôleur à attendre un évènement : par exemple lorsque notre robot se déplace, il doit contrôler qu'il n'y a pas d'obstacles ou d'évènements imprévus. L'interruption peut être produite par un évènement extérieur (appui sur un bouton poussoir) ou le débordement d'un timer interne. Le temps Un microcontrôleur est cadencé par un signal d'horloge donné le plus souvent par un quartz. On admet que la fréquence de fonctionnement du microcontrôleur est 4 fois plus faible que la fréquence d'horloge de ce quartz. Le Timer Exemple : Microcontrôleur Pic 16F876, horloge par un Quartz 4 MHz soit une fréquence de fonctionnement de 1MHz (donc une période de 1 ms) Le timer est un compteur. Il existe, suivant les microcontrôleurs, des timers sur 1 octet : 8 bits (256 valeurs) ou sur 2 octets : 16 bits (65536 valeurs). On dit qu'il déborde lorsqu'il atteint sa valeur maximale. Il est incrémenté à la fréquence de fonctionnement du microcontôleur. Le prédiviseur (ou prescaler) soit 256 ms pour un cycle (256 x 1 ms) du Timer 0 sur 8 bits Au lieu d'informer à chaque débordement de timer, on peut informer seulement tous les 2 n débordements en ajoutant un prédiviseur de (2, 4, 8, 16, 32, 64,...). La précharge du timer pour un prédiviseur de 64 : l'info est transmise tous les 64 cycles soit toutes les 16384ms (64 x 256 ms). Pour commander le servo avec un signal entre 1 et 2 ms (soit 2000ms au maximum), on peut utiliser un prédiviseur de 8:

4 Pour ajuster précisément le temps de déclenchement de l'interruption, on peut précharger le timer à une valeur donnée (de 1 à 255 pour un timer 8 bits). Il ne comptera qu'à partir de cette valeur jusqu'au maximum. L'utilisation de compteur Il peut être nécessaire d'utiliser en plus, un ou plusieurs compteurs dans le programme, notamment pour les temps importants. - une précharge à 255 donne une interruption toutes les 8ms (1msx8) - sans précharge donne une interruption toutes 2048ms (256msx8) On a alors une précision angulaire de 8ms soit 0.9 environ Par exemple, si on veut envoyer un code au servo toutes les 20 ms : 20 ms ne peut pas être obtenu par un nombre entier de débordement du timer (20000/256 = ). On trouve comme produit entier : 20000ms = 32x625 mais on ne sait pas le faire (limité à 32x256) donc il faudra utiliser un compteur dans le programme. Mise en oeuvre Le principe de l'interruption Un microcontrôleur a la possibilité d'interrompre l'éxécution de son programme principal pour effectuer un morceau de programme à part. Cela est très pratique car cela évite de monopoliser le microcontrôleur à attendre un évènement : par exemple lorsque notre robot se déplace, il doit contrôler qu'il n'y a pas d'obstacles ou d'évènements imprévus. L'interruption peut être produite par un évènement extérieur (appui sur un bouton poussoir) ou le débordement d'un timer interne. Le temps Un microcontrôleur est cadencé par un signal d'horloge donné le plus souvent par un quartz. On admet que la fréquence de fonctionnement du microcontrôleur est 4 fois plus faible que la fréquence d'horloge de ce quartz. Le Timer Exemple : Microcontrôleur Pic 16F876, horloge par un Quartz 4 MHz soit une fréquence de fonctionnement de 1MHz (donc une période de 1 ms) Le timer est un compteur. Il existe, suivant les microcontrôleurs, des timers sur 1 octet : 8 bits (256 valeurs) ou sur 2 octets : 16 bits (65536 valeurs). On dit qu'il déborde lorsqu'il atteint sa valeur maximale. Il est incrémenté à la fréquence de fonctionnement du microcontôleur. soit 256 ms pour un cycle (256 x 1 ms) du Timer 0 sur 8 bits

5 Le prédiviseur (ou prescaler) Au lieu d'informer à chaque débordement de timer, on peut informer seulement tous les 2 n débordements en ajoutant un prédiviseur de (2, 4, 8, 16, 32, 64,...). La précharge du timer Pour ajuster précisément le temps de déclenchement de l'interruption, on peut précharger le timer à une valeur donnée (de 1 à 255 pour un timer 8 bits). Il ne comptera que de cette valeur au maxi. L'utilisation de compteur Il peut être nécessaire d'utiliser en plus, un ou plusieurs compteurs dans le programme, notamment pour les temps importants. pour un prédiviseur de 64 : l'info est transmise tous les 64 cycles soit toutes les 16384ms (64 x 256 ms). Pour commander le servo avec un signal entre 1 et 2 ms (soit 2000ms au maximum), on peut utiliser un prédiviseur de 8: - une précharge à 255 donne une interruption toutes les 8ms (1msx8) - sans précharge donne une interruption toutes 2048ms (256msx8) On a alors une précision angulaire de 8ms soit 0.9 environ Par exemple, si on veut envoyer un code au servo toutes les 20 ms : 20 ms ne peut pas être obtenu par un nombre entier de débordement du timer (20000/256 = ). On touve comme produit entier :

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