Principe des commandes*

Commandes de contrôleurs moteurs BLDC : principes et modes de pilotage

Les contrôleurs moteurs assurent le pilotage précis des moteurs BLDC (Brushless DC) et PMSM (à aimants permanents synchrones) en convertissant l’énergie continue (DC) issue d’une batterie ou d’une alimentation (souvent 24 à 51,2 V) en signaux alternatifs (AC) synchronisés avec la position du rotor.

La qualité du pilotage dépend du mode de commande utilisé, du type de retour de position, et des paramètres de régulation choisis.

PWM – Modulation de largeur d’impulsions

La PWM (Pulse Width Modulation) est la base de toute commande moderne.

Elle consiste à hacher la tension continue à une fréquence élevée (généralement entre 10 et 20 kHz) pour ajuster la tension moyenne appliquée aux phases du moteur.

En modulant la largeur des impulsions, on régule :

• La tension moyenne → donc la vitesse du moteur,

• Le courant → donc le couple délivré.

Ce principe assure un pilotage efficace tout en limitant le courant absorbé, ce qui améliore le rendement et réduit l’échauffement.

Six-step / Trapézoïdal : la commande simple et robuste

Le mode six-step (ou trapézoïdal) est la forme la plus courante de pilotage pour les moteurs BLDC simples.

Le contrôleur alimente successivement les trois phases du moteur selon six combinaisons réparties sur une rotation complète du rotor.

Cette commutation se fait à partir de :

• Capteurs Hall, qui détectent la position du rotor,

• Ou, en version sensorless, via la mesure de la force contre-électromotrice (back-EMF).

Avantages :

• Électronique simple et économique,

• Réponse rapide, peu de calculs nécessaires,

• Suffisant pour des applications à vitesse constante.

Limites :

• Couple légèrement ondulé (vibrations à bas régime),

• Moins adapté aux vitesses très basses ou aux applications de précision.

FOC – Field Oriented Control (Commande vectorielle)

Le FOC, ou commande vectorielle, est la méthode la plus avancée pour piloter les moteurs BLDC/PMSM.

Elle consiste à décomposer le courant moteur en deux composantes :

• Axe d : champ magnétique du rotor,

• Axe q : couple moteur.

Le contrôleur gère séparément ces deux courants, ce qui permet un couple parfaitement régulier et un meilleur rendement, même à vitesse variable ou en charge fluctuante.

Cette technique nécessite :

• Un capteur de position (Hall, encodeur, resolver)

• Ou une estimation sensorless par calculs temps réel.

Avantages :

• Couple fluide et silencieux,

• Excellente efficacité énergétique,

• Contrôle précis de la vitesse et du couple.

Inconvénients :

• Calculs plus complexes,

• Nécessite un contrôleur plus performant et un paramétrage soigné.

Boucles de régulation : vitesse et couple

Les contrôleurs modernes intègrent plusieurs boucles de régulation fermées, généralement de type PID (Proportionnel – Intégral – Dérivé) :

• Boucle de courant (couple) : régule instantanément la force produite par le moteur.

• Boucle de vitesse : maintient la rotation souhaitée quelle que soit la charge.

• Boucle de position (en option) : utilisée dans les systèmes robotisés ou d’automatisation.

Le paramétrage du contrôleur consiste à définir :

• Les gains PID (réactivité et stabilité),

• Les limites de courant, de couple ou de vitesse,

• Les rampes d’accélération et de freinage,

• Et parfois les profils de mouvement (rampe S, freinage contrôlé, maintien de position).

En résumé

Conclusion

Le choix du mode de commande dépend avant tout du niveau de performance recherché :

• Pour des applications simples ou robustes → Six-step suffit.

• Pour un contrôle fluide, précis et écoénergétique → FOC s’impose.

Dans tous les cas, une bonne mise au point des boucles de régulation et un paramétrage adapté garantissent un fonctionnement stable, performant et durable du moteur.

*: Les informations techniques présentées dans cet article sont fournies à titre indicatif. Elles ne remplacent pas les notices officielles des fabricants. Avant toute installation, manipulation ou utilisation, veuillez consulter la documentation du produit et respecter les consignes de sécurité. Le site Torque.works ne saurait être tenu responsable d'une utilisation inappropriée ou d’une interprétation incorrecte des informations fournies.