Contrôleur de moteur : 4 étapes (avec photos)

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2025-01-23 14:46

Une carte contrôleur à 6 moteurs utilisant des puces LMD18200.

Étape 1: Exigences

Déterminez vos besoins. Les LMD18200s peuvent commuter 3A à 55 V. Le projet, ma thèse de premier cycle, qui utilisait cette carte contrôleur de moteur comprenait 6 servomoteurs qui ne nécessitaient que quelques centaines de milliampères à 12 V. La thèse était la conception d'un rover planétaire de laboratoire à tester de nouveaux algorithmes de contrôle au Field and Space Robotics Laboratory du MIT.

Étape 2: Concevoir le circuit

Le contrôle du moteur est réalisé par modulation de largeur d'impulsion. Bien que les amplis PWM soient légèrement plus compliqués à la fois en termes de matériel et de contrôle, ils sont beaucoup plus économes en énergie que les amplificateurs linéaires. Un ampli PWM fonctionne en commutant très rapidement le courant ou la tension vers une charge entre les états marche et arrêt. La puissance fournie à la charge est déterminée par le rapport cyclique de la forme d'onde de commutation. A condition que la dynamique de la charge soit plus lente que la fréquence de commutation, la charge voit le temps moyen.

Dans cette conception, la fréquence de commutation est d'environ 87 kHz, qui a été réglée sur les moteurs du rover. Le rapport cyclique est contrôlé en tension en réglant le seuil d'oscillateurs monostables pilotés par un oscillateur astable. Un convertisseur numérique-analogique sur l'ordinateur du rover contrôle la tension de seuil et donc le rapport cyclique des amplificateurs. Les formes d'onde PWM sont générées par sept temporisateurs (chacun des quatre 556 a deux temporisateurs, et le huitième temporisateur est inutilisé). La première minuterie est réglée pour une oscillation astable et bascule entre un état activé et désactivé à 87 kHz. Ce signal d'horloge de 87 kHz alimente les déclencheurs des six autres temporisateurs, qui sont réglés pour fonctionner en mode monostable. Lorsqu'une minuterie monostable reçoit un signal de déclenchement, elle passe de l'état désactivé (0 volts) à activé (5 volts) pendant une durée définie par la tension d'entrée. Le temps maximum est d'environ 75 % de la période du signal d'horloge astable et le temps minimum est de zéro. En faisant varier les tensions d'entrée, chaque minuterie monostable générera une onde carrée de 87 kHz avec un rapport cyclique compris entre 0 et 75 %. Les puces LMD18200 agissent simplement comme des commutateurs numériques contrôlés par la sortie des temporisateurs et par les entrées numériques de freinage et de direction de l'ordinateur.

Étape 3: Fabriquer le circuit imprimé

Les circuits imprimés ont été fabriqués par un procédé de gravure chimique. En utilisant une imprimante laser standard, la trace du circuit a été imprimée sur du papier soluble dans l'eau. Le toner sur ce papier a été transféré par chauffage sur une plaque composite de cuivre et de matériau isolant. J'ai utilisé la barre de fusion d'une imprimante laser démontée, mais un fer à repasser peut aussi faire l'affaire. Les restes de papier ont ensuite été lavés, ne laissant que le toner dans le motif de la trace du circuit. Le chlorure ferrique a gravé le cuivre exposé en le retirant de la carte. Le toner restant a été nettoyé à la main à l'aide du côté vert d'une éponge, ne laissant que les traces du circuit de cuivre. Alternativement, il existe des kits disponibles qui rendent ce processus assez facile.

Étape 4: Souder dans les composants

Souder dans tous les composants. Comme il ne s'agissait que d'une carte à une seule couche, quelques câbles de démarrage étaient nécessaires.