ELECTRONIQUE ET PUISSANCE EMBARQUEE
SCHEMA ELECTRIQUE RECAPITULATIF
Toutes les informations sont transmises par le récepteur FM depuis l'antenne vers les moteurs et les servomécanismes.
Voici l'intégralité du système électronique démonté du modèle réduit ci -dessus. Nous étudierons la fonction et le fonctionnement de chacun d'eux.
De plus, le récepteur FM est détaillé sur le schéma ci-dessous. Il nous permet de savoir où faire les mesures aux bornes des éléments pour étudier le signal de fonctionnement et comprendre les échanges entre les différents organes.
BATTERIE
Pendant l'utilisation de l'hélicoptère il faut faire attention à son autonomie. En effet les signaux radiocommandés sont transformés en signaux de puissance PWM d'approximativement 8V. Cette tension est celle fournie par l'accumulateur Lithium-Polymer utilisé sur le modèle réduit. Même si ce nouveau type d'accumulateurs électrochimiques dont la réaction est basée sur le lithium à l'état de polymère (l'électrolyte est sous forme de gel), a une capacité poids/puissance très performante. Il ne faut pas le décharger en dessous de 3V où les dommages occasionnés seraient irréversibles. De plus, la décharge de l'accumulateur est beaucoup plus forte lorsque l'environnement est froid. La décharge est symbolisée par les courbes en bleu, vert et rouge de l'environnement le plus froid vers le plus chaud. En effet, la batterie se décharge à partir de 16 minutes de fonctionnement, le courant devient inférieur à 4A. Cela ne suffit plus pour faire fonctionner le modèle : on est en dehors du domaine d'utilisation.
RECEPTEUR FM : AMPLIFICATEUR
Le modèle réduit reçoit les ondes radio de la radiocommande sous forme de largeur d'impulsion. Les ordres appliqués aux manches de la radiocommande sont codés sous la forme d'une suite d'impulsions. Le récepteur radio détermine alors pour chaque voie une position déterminée du servo-moteur ou une vitesse de rotation des moteurs. Chaque position de la manette correspond donc à une largeur d'impulsion calibrée. Comme tout composant il est connecté à la masse ainsi qu'au servomoteur et aux impulsions radio par trois ensembles de fils distincts.
ALIMENTATION ET MASSE
ANTENNE
Ce récepteur FM change cette fréquence en signaux amplifiés de puissance. L'ondulation FM reçue est convertie grâce au démodulateur FM. Le signal est précisé dans la partie Composition de la radiocommande. Le récepteur procède alors par conversion des flancs de courbe : plus la fréquence est élevée plus la pente de la courbe est forte. Ainsi les signaux de puissance ont une fréquence qui varie de la même manière. Donc les signaux extraits sont modulés en basse fréquence.
BRANCHEMENT EN SORTIE VERS SERVOS MOTEURS ET MOTEUR
Ci-dessous les oscillogrammes des signaux de commandes des moteurs et des servomécanismes complétés de leur fonctionnement.
SIGNAUX PWM "Pulse-width modulation" OU MODULATION DE LARGEUR D'IMPULSION : THEORIE, MOTEURS
La modulation de largeur d'impulsion (Pulse Width Modulation en anglais) est une méthode permettant de générer des signaux analogiques continus. Elle est employée dans une large gamme d'applications comme la communication radiocommandée. Son intérêt est donc d'améliorer le rendement énergétique du signal.
Nous avons mesuré grâce à un oscillogramme le signal PWM que reçoivent les moteurs lorsque la manette de commande est pousée "plein gaz" :
En rose, on peut voir le signal effectivement généré par le récepteur/amplificateur. En vert, on peut voir le signal de tension moyenne. La ligne Gnd (ground en anglais) symbolise le 0V, la ligne Vcc (Positive supply voltage en anglais) symbolise la tension d'alimentation positive : sur notre modèle réduit en fonction de la charge de la batterie entre 6,9 et 3,7V. Sur l'oscillogramme la tension moyenne est de 6,3V, elle correspond à la tension moyenne du signal de sortie de l'amplificateur.
SERVOMECANISMES
Le servo-moteur ou servomécanisme, est capable d'atteindre des positions déterminées et de les conserver. Dans le cadre de l'hélicoptère, le déplaçement du servo est angulaire. Le tout forme un ensemble mécanique et électronique comprenant :
-
un moteur à courant continu de très petite taille,
-
un réducteur en sortie qui diminue la vitesse mais augmente le couple,
-
un potentiomètre qui génère une tension variable proportionelle à l'angle de sortie que l'on veut développer. Il divise la tension envoyée dans le servo,
-
un dispositif électronique limiteur de force en cas de dépassement du domaine d'intensité fonctionnel.
Couple: 1kg/cm²/s
Couple (force de rotation) exercé en rotation à un point avec:
- kg en kilogramme,
- m en mètre,
- s en seconde,
- N.m en Newton-mètre
Les servomécanismes se déplacent donc en fonction des impulsions reçues depuis le récepteur FM. Chaque impulsion est comprise entre 1 et 2 ms et correspond à un angle de rotation du bras de commande. Sur notre modèle réduit chaque impulsion parvient au servo toutes les 19ms. Ainsi tous les mouvements des joysticks sont transmis car l'homme n'est pas capable de faire des mouvements aussi rapides. Aucune information de la radiocommande n'est perdue.
Oscillogrammes servo commande roulis:
Valeur minimum gauche : impulsion=1ms
Valeur neutre : impulsion=1,5ms
Valeur maximum droite : impulsion=2ms
Exemple sur la commande de roulis
Lorque le joystick de la radiocommande est sur sa position neutre, le convertisseur envoie l'ordre au servo-moteur d'orienter le pas cyclique sur sa position neutre. Ainsi lorsque la manette de droite est poussée vers la gauche la longueur d'impulsion est plus courte : l'hélicoptère bascule vers la gauche.
La longueur d'impulsion est inversement plus longue lorsque le manche est poussé vers la droite le plateau cyclique s'incline vers la droite et l'hélicoptère bascule vers la gauche.
ROULIS VERS LA GAUCHE
POSITION STABLE
ROULIS VERS LA DROITE
Pour information, voici les signaux internes de la servocommande : les moteurs sont asservis par le signal et leur position est contrôlée grâce à un potentiomètre.