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Motor

Couple et vitesse du servomoteur

Calculez le couple, la vitesse, l'efficacité et la contre-CEM du servomoteur à partir des paramètres électriques et de charge.

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Formule

P_out = T × ω, η = P_out/P_in × 100%

T— Load torque (N·m)
ω— Angular speed (rad/s)

Comment ça marche

Un servomoteur est un actionneur rotatif en boucle fermée qui combine un moteur à courant continu ou sans balais avec un codeur de position et un contrôleur de rétroaction. Le contrôleur compare la position commandée (via la largeur d'impulsion du signal PWM) à l'angle réel de l'arbre et entraîne le moteur pour minimiser l'erreur. Le couple de sortie est déterminé par le couple de décrochage nominal du moteur et la tension appliquée, tandis que la vitesse est régie par le régime à vide et le rapport cyclique du signal de commande. Le signal de commande PWM standard utilise une trame de 50 Hz avec des largeurs d'impulsion comprises entre 1 ms (0°) et 2 ms (180°).

Exemple Résolu

Un servomoteur amateur est évalué à 6 V, à un couple de décrochage de 3 kg/cm et à une vitesse à vide de 0,10 sec/60°. Étape 1 — Convertir le couple de décrochage en N·m : 3 kg · cm × 0,0981 N · m/ (kg · cm) = 0,294 N · m Étape 2 — Déterminer la vitesse angulaire à vide : 60° en 0,10 s → 600 °/s → 600/360 × 2π = 10,47 rad/s Étape 3 — Estimation de la puissance mécanique maximale : P = T × ω/2 (la puissance maximale se produit à la moitié du couple de décrochage) P = (0,294/2) × (10,47/2) = 0,770 W Étape 4 — Vérifiez le pouls de commande : Pour une position à 90° : impulsion = 1 ms + (90/180) × 1 ms = 1,5 ms à 50 Hz Résultat : le servo fournit jusqu'à 0,77 W de puissance mécanique. Dimensionnez l'alimentation de manière à fournir au moins 1,5 fois le courant de décrochage afin d'éviter les pannes lors de déplacements rapides.

Conseils Pratiques

  • ✓Ajoutez une capacité apparente de 100 à 470 µF à proximité des broches d'alimentation du servo pour absorber les pics d'appel et empêcher les réinitialisations du microcontrôleur
  • ✓Pour un positionnement précis, utilisez des servos numériques à engrenages métalliques ; les servos analogiques à engrenages en plastique présentent un contrecoup et une conformité remarquables
  • ✓Mesurez le courant à vide réel à la tension de fonctionnement avant de finaliser votre budget énergétique : les valeurs des fiches techniques sont souvent mesurées à une tension différente

Erreurs Fréquentes

  • ✗Alimenter le servo à partir du rail 5 V du microcontrôleur : les courants de décrochage (jusqu'à 1,5 A) bloqueront l'alimentation du microcontrôleur
  • ✗Ignorer la fréquence d'images PWM : la plupart des servos analogiques nécessitent exactement 50 Hz ; les servos numériques tolèrent jusqu'à 333 Hz
  • ✗En supposant que le couple de décrochage est continu, les servoengrenages et les enroulements surchauffent si le couple de décrochage est appliqué pendant plus de quelques secondes

Foire Aux Questions

Les servos analogiques mettent à jour leur boucle PID interne à ~50 Hz (fréquence d'images PWM). Les servos numériques échantillonnent l'entrée PWM et mettent à jour l'entraînement du moteur entre 300 et 400 Hz, ce qui permet d'obtenir une réponse plus rapide, un couple de maintien plus élevé et une meilleure résolution, au prix d'un courant de ralenti plus élevé.
Multipliez la masse de charge (kg) par l'accélération gravitationnelle (9,81 m/s²) par la longueur du bras du moment (m) pour obtenir le couple requis en N·m. Appliquez un facteur de sécurité d'au moins 2 fois pour les charges dynamiques et le maintien de position en cas de vibrations.
La plupart des servos acceptent un signal PWM aussi bas que des niveaux logiques de 3,3 V lorsqu'ils fonctionnent sur une alimentation séparée de 4,8 à 6 V. Connectez le signal à la terre, séparez le rail d'alimentation et ne fournissez jamais d'alimentation d'asservissement à partir de la broche du microcontrôleur elle-même.

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