Couverture ElectroniqueS n°127

L'omniprésence des moteurs électriques suscite une offre en composants pléthorique. La commande laisse la part belle au logiciel dans un souci d'économie d'énergie, de précision et d'optimisation des plates-formes à base de microcontrôleur. Le contrôle de moteur électrique est évoqué dans les catalogues de la totalité des fabricants de microcontrôleurs. De la commande d'un moteur DC avec ou sans balais (BLDC) de ventilateur, à celle d'une machine asynchrone industrielle, le niveau d'intégration et la valeur ajoutée ne seront pas les mêmes. La spécificité de chaque type de machine est de plus en plus gérée au niveau logiciel par des microcontrôleurs, générant les signaux adaptés sous forme de modulation d'impulsions (MLI ou PWM). La finesse des algorithmes, la précision du matériel et la vitesse de calcul permettent de maîtriser la génération du champ magnétique tournant pour gagner en rendement, économiser un capteur de position ou diminuer les couples de frottement. Une commande performante autorisera la réduction du bruit acoustique et électrique.Du fait de cette tendance à la commande logicielle, ce « Dossier » aura pour vocation de présenter l'offre en microcontrôleurs et DSP pensés pour ces applications de commande de machines. Les principales sociétés fournissant des circuits de puissance dédiés contenant une certaine intelligence seront également évoquées. Nous ne présenterons pas l'offre en matière de discrets et de circuits de puissance génériques peu intelligents (drivers de grille, commandes de demi-pont avec génération de temps mort). Ces circuits sont au catalogue de certains fabricants cités ici, mais se trouvent également chez les fournisseurs de circuits analogiques dont l'offre est peu fournie en circuits programmables. Ces composants de puissance pourront être utilisés aussi bien pour la commande d'un moteur que d'un éclairage, voire afin de piloter un transducteur électroacoustique en sortie d'un amplificateur audio en classe D. Car, dans la commande de moteur comme dans la hi-fi, l'efficacité repose sur l'utilisation de la modulation d'impulsions.Une commande vectorielleLe but recherché lors de la conception d'une commande de moteur est d'obtenir une rotation en douceur quelle que soit la vitesse, ainsi que des accélérations et décélérations rapides tout en ayant un contrôle total du couple à vitesse nulle. Dans une telle optique, la technique de contrôle vectoriel à flux rotorique orienté (FOC) est souvent vantée avec les moteurs alternatifs triphasés. Cette méthode repose sur le même principe que celle utilisée pour les moteurs alternatifs à induction et les moteurs synchrones à aimants permanents. Il s'agit de décomposer un courant de stator en composantes produisant un flux et un couple. Ces dernières peuvent être contrôlées séparément après décomposition et transformation de la matrice obtenue, à l'aide de la fameuse transformée de Park, souvent proposée dans les bibliothèques logicielles. La structure de commande est alors aussi simple que pour un moteur à courant continu à excitation séparée.Pour effectuer la décomposition, il est nécessaire d'avoir des informations sur la position et la vitesse du rotor. Les résolveurs sont souvent utilisés en milieu industriel et certains microcontrôleurs intègrent un décodeur de signaux en quadrature pour exploiter les informations qu'ils délivrent. Dans les applications à faible coût, comme l'électroménager, de tels capteurs sont trop onéreux. Il apparaît alors intéressant d'estimer la position du rotor de manière indirecte, par exemple en analysant les variations d'impédance des enroulements ou en se basant sur un modèle de moteur.Ce type de commande suppose des calculs intensifs. Au niveau composant, l'approche voit s'affronter les partisans du microcontrôleur traditionnel et les fournisseurs de DSP, qui voient dans ces applications un terrain de croissance. Analog Devices a ainsi doté ses DSP de timers PWM et d'un convertisseur analogique-numérique, dont la performance profite du procédé de lithographie avancé. En réponse, Freescale dote ses microcontrôleurs 56F8xxx d'un multiplieur câblé, et les désigne ainsi sous le terme DSC (digital signal controller), intitulé également employé par les fournisseurs de DSP. Ce multiplieur câblé se retrouve sur des offres 8 bits (Atmel, Cypress), alors que d'autres se contenteront de garantir le temps d'exécution de la multiplication.

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