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Fonctionnement d'un servomoteur

29 Sep 2020
Experts Kollmorgen

Comment un servomoteur fonctionne-t-il? Un servomoteur est un dispositif électromécanique qui produit un couple et une vitesse en fonction du courant et de la tension fournis. Il fonctionne au sein d'un système en boucle fermée en fournissant le couple et la vitesse commandés par un servocontrôleur qui utilise un capteur d'asservissement pour fermer la boucle. Le capteur d'asservissement fournit des informations telles que le courant, la vitesse ou la position au servocontrôleur qui ajuste l'action du moteur en fonction des paramètres commandés.

Les servomoteurs sont disponibles dans une grande variété de types, de formes et de tailles. Le terme « servo » a été utilisé pour la première fois en 1859 par Joseph Facort, qui a mis en œuvre un mécanisme d'asservissement pour aider à diriger un navire dont les gouvernails sont commandés par la vapeur. Un servomoteur fait partie d'un mécanisme d'asservissement composé de trois éléments clés : un moteur, un capteur d'asservissement et une électronique de commande. Le moteur peut être à courant alternatif ou continu, avec ou sans balais, rotatif ou linéaire, et de n'importe quelle taille. Le capteur d'asservissement peut être un potentiomètre, un dispositif à effet Hall, un tachymètre, un résolveur, un codeur, un transducteur linéaire ou tout autre capteur selon le cas. Le servomécanisme est complété par l'électronique de commande qui alimente le moteur et compare les données d'asservissement et la référence de commande pour vérifier que le servomoteur fonctionne conformément à la commande. Il existe de nombreux types d'applications de servomoteurs, allant des simples moteurs à courant continu utilisés dans les applications de loisirs (comme les modèles réduits d'avions) aux moteurs sans balais sophistiqués pilotés par des contrôleurs de mouvement complexes, utilisés pour les centres d'usinage multi-axes. Un exemple de mécanisme d'asservissement commun est le régulateur de vitesse d'un véhicule, qui comprend un moteur (le moteur), un capteur de vitesse (l'asservissement) et des composants électroniques pour comparer la vitesse du véhicule avec la vitesse de consigne. Si le véhicule ralentit, le capteur transmet ces données à l'électronique qui, à son tour, augmente l'arrivée de carburant au moteur pour accélérer jusqu'au point de consigne souhaité : un simple système en boucle fermée.

Un servomoteur industriel simple se compose d'un moteur à courant continu à aimant permanent avec un tachymètre intégré qui fournit une tension de sortie proportionnelle à la vitesse. L'électronique de commande fournit la tension et le courant nécessaires au moteur en fonction de la tension renvoyée par le tachymètre. Dans cet exemple, une vitesse commandée (représentée par une tension de référence de commande) est définie dans le pilote, puis les circuits du pilote comparent la tension d'asservissement du tachymètre et déterminent si la vitesse souhaitée a été atteinte; c'est ce que l'on appelle une « boucle de vitesse fermée ». La boucle de vitesse surveille la vitesse commandée et l'asservissement du tachymètre, tandis que le pilote ajuste la puissance du moteur pour maintenir la vitesse commandée souhaitée.

Dans un servomécanisme plus sophistiqué, plusieurs boucles intégrées sont réglées pour obtenir des performances optimales afin d'assurer un contrôle précis du mouvement. Le système se compose de boucles de courant, de vitesse et de position qui utilisent des éléments d'asservissement de précision. Chaque boucle signale la boucle suivante et surveille les éléments d'asservissement appropriés pour effectuer des corrections en temps réel afin de correspondre aux paramètres commandés.

La boucle de base est la boucle de courant ou de couple. Le courant est proportionnel au couple dans un moteur rotatif (ou à la force dans un moteur linéaire), ce qui produit une accélération ou une poussée. Un capteur de courant est l'appareil qui fournit un asservissement en fonction du courant circulant dans le moteur. Le capteur renvoie un signal à l'électronique de commande, généralement un signal analogique ou numérique proportionnel au courant du moteur. Ce signal est soustrait du signal commandé. Lorsque le servomoteur est au courant commandé, la boucle sera satisfaite jusqu'à ce que le courant descende en dessous du courant commandé. La boucle fera ensuite augmenter le courant jusqu'à atteindre le courant commandé, le cycle se poursuivant à des taux de mise à jour inférieurs à la seconde.

La boucle de vitesse fonctionne de la même façon avec une tension proportionnelle à la vitesse. La boucle de vitesse envoie à la boucle de courant une commande pour augmenter le courant (et donc la tension) lorsque la vitesse descend en dessous de la vitesse commandée.

La boucle de position accepte une commande pour un API ou un contrôleur de mouvement qui, à son tour, fournit une commande de vitesse transmise à la boucle de vitesse. Cette dernière commande le courant nécessaire pour accélérer, maintenir et décélérer le moteur afin qu'il se déplace vers la position commandée. Les trois boucles fonctionnent en synchronisation optimisée pour assurer une commande souple et précise du servomécanisme.

À propos de l'auteur

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Ce blog est le fruit d'une collaboration entre une équipe d'experts en mouvement et en automatisation de Kollmorgen, comprenant des ingénieurs, du personnel du service clientèle et des experts de la conception. Quelle que soit l'avancée de votre projet, nous sommes là pour vous aider.

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