Un contrôle imprécis des mouvements entraîne une mauvaise qualité des produits, un gaspillage d'énergie et des échecs de production. Les servomoteurs résolvent ce problème en offrant une grande précision, un contrôle par retour d'information et une grande efficacité. Découvrez comment ils fonctionnent.

Les servomoteurs sont des moteurs à commande de précision qui utilisent des systèmes de retour d'information pour contrôler avec précision les mouvements dans les domaines de l'automatisation, de la robotique et des machines industrielles. Leur conception interne garantit l'efficacité, le couple et la précision de la position.

Lisez la suite pour comprendre leur structure et leurs rôles industriels.

L'intérieur d'un servomoteur

Servomoteurs sont des dispositifs électromécaniques conçus pour fournir un mouvement angulaire ou linéaire précis grâce à un contrôle en boucle fermée. Contrairement aux moteurs simples, les servomoteurs combinent des éléments mécaniques, électriques et de contrôle en un seul système intégré afin de garantir des performances constantes et une précision basée sur le retour d'information.

Un servomoteur typique contient les principaux composants suivants :

• Stator et rotor: Le stator génère un champ magnétique rotatif, tandis que le rotor est la partie mobile qui suit ce champ.

• Encodeur ou résolveur: Positionné sur l'arbre, il fournit au contrôleur un retour d'information en temps réel sur la position, la vitesse et la direction.

• Boîte de vitesses (en option): Certains servomoteurs comportent un train d'engrenages pour réduire la vitesse et augmenter le couple.

• Interface du contrôleur: Reçoit les signaux de commande (par exemple, tension, PWM ou commandes numériques) et ajuste le comportement du moteur en conséquence.

• Variateur ou amplificateur: Module la tension ou le courant en fonction du retour d'information, assurant une réponse précise aux signaux d'entrée.

Lorsqu'un signal est envoyé au moteur, le circuit interne le compare avec le retour d'information du codeur. La différence entre la position cible et la position réelle déclenche un mouvement correctif, ce qui permet un positionnement réactif et précis.

Cette boucle de rétroaction continue est ce qui distingue les servomoteurs des moteurs à boucle ouverte tels que les steppers, ce qui les rend indispensables pour l'automatisation et les systèmes de haute précision.

Contrôle des servomoteurs

Les servomoteurs fonctionnent à l'aide de systèmes de contrôle en boucle fermée, ce qui signifie qu'ils comparent en permanence les performances réelles avec la commande cible et s'ajustent en temps réel. Ce niveau de contrôle permet un positionnement précis, une régulation de la vitesse et du couple.

Le système de contrôle se compose généralement des éléments suivants

1. Entrée de commande: Il peut s'agir d'un signal numérique, d'une tension analogique ou d'un signal de modulation de largeur d'impulsion (PWM). Il définit le mouvement souhaité, qu'il s'agisse d'un angle, d'une vitesse ou d'une position.

2. Contrôleur ou servomoteur: Il traite la commande d'entrée et la compare au signal de retour provenant du codeur ou du résolveur. En cas d'écart (appelé "erreur"), le contrôleur modifie l'entrée du moteur pour le corriger.

3. Dispositif de retour d'information: Des codeurs ou des résolveurs montés sur l'arbre du moteur surveillent la vitesse et la position. Ces dispositifs envoient des mises à jour continues au contrôleur, créant ainsi une boucle de rétroaction dynamique.

4. Amplification de puissance: Le contrôleur utilise le signal d'erreur pour piloter les amplificateurs de puissance, qui ajustent le courant ou la tension au moteur pour obtenir la sortie souhaitée.

5. Réglage et contrôle PID: De nombreux systèmes utilisent des boucles de contrôle PID (proportionnel-intégral-dérivé) pour assurer une accélération et une décélération en douceur, éliminer les dépassements et minimiser l'erreur en régime permanent.

Ce mécanisme de retour d'information précis permet aux servomoteurs de maintenir des performances élevées même en cas de variations de charge, d'arrêts soudains ou de changements de vitesse, ce qui les rend idéaux pour les applications exigeantes.

Types de servomoteurs

Les servomoteurs se présentent sous différentes formes, chacune adaptée à des critères de performance spécifiques, à des contraintes de taille et à la complexité de la commande. Les classifications les plus courantes sont les suivantes :

1. Servomoteurs à courant alternatif

Ils fonctionnent sur courant alternatif et sont connus pour leurs performances à grande vitesse, leur contrôle précis et leur utilisation efficace de l'énergie. Ils sont souvent utilisés dans les machines à commande numérique, la robotique et les systèmes de convoyage. Ils offrent :

• Rapport élevé entre le couple et l'inertie

• Bonne dissipation de la chaleur

• Haute précision grâce aux codeurs optiques

2. Servomoteurs à courant continu

Fonctionnant en courant continu, les servomoteurs à courant continu sont plus simples et plus abordables. Ils sont couramment utilisés dans les systèmes d'automatisation à petite échelle, les véhicules RC et les systèmes mécatroniques. Leurs principales caractéristiques sont les suivantes

• Circuit de commande simple

• Efficacité modérée

• Idéal pour les applications à faible coût et à faible consommation d'énergie

3. Servomoteurs sans balais (BLDC)

Ils utilisent une commutation électronique au lieu de brosses, ce qui permet d'allonger la durée de vie et de réduire la maintenance. Ils sont largement utilisés dans les drones, les équipements médicaux et les outils de précision. Les avantages sont les suivants :

• Vitesse et fiabilité élevées

• Pas d'usure des brosses

• Faible interférence électromagnétique

4. Servomoteurs linéaires

Au lieu de tourner, les servomoteurs linéaires produisent un mouvement linéaire direct. Ils sont idéaux pour la fabrication de semi-conducteurs et la coupe à grande vitesse où une translation directe est nécessaire.

5. Servomoteurs numériques

Équipés de microcontrôleurs, les servos numériques offrent une meilleure constance du couple, un contrôle précis et la possibilité de les programmer. Ils sont utilisés dans les systèmes robotiques et aérospatiaux haut de gamme.

Le choix du type de servomoteur dépend des exigences de votre application en matière de précision, de vitesse, d'environnement et de budget.

Tableau de comparaison : Servomoteurs AC vs DC vs BLDC

Applications des servomoteurs

Les servomoteurs constituent l'épine dorsale du contrôle des mouvements de précision dans diverses industries. Leur capacité à fournir des mouvements précis, reproductibles et efficaces les rend idéaux pour les tâches simples et complexes.

1. Automatisation industrielle

Utilisés dans les chaînes d'assemblage, l'emballage et les bras robotisés, les servomoteurs assurent le mouvement contrôlé des systèmes de prise et de dépose, des presses et des tables d'indexation. Leur grande fiabilité en service continu est un atout majeur.

2. Machines CNC

Les servomoteurs alimentent les axes des défonceuses, des tours et des fraiseuses à commande numérique, où le positionnement au micron près et la vitesse constante sont essentiels à la qualité du produit et à la longévité de l'outil.

3. Robotique

Les systèmes robotiques s'appuient fortement sur les servomoteurs pour le contrôle des articulations, l'actionnement des pinces et la rotation des roues. Leur capacité à réagir en temps réel les rend parfaits pour les robots collaboratifs (cobots) et la robotique industrielle.

4. L'aérospatiale

Dans les systèmes aéronautiques, les servomoteurs sont utilisés dans les surfaces de contrôle, les équipements de simulation et les actionneurs de précision. Leur couple élevé, leur réactivité et leur fiabilité sont essentiels dans les scénarios critiques.

5. Équipement médical

Les servomoteurs commandent les robots chirurgicaux, les tables d'imagerie et les pompes à perfusion. Leur faible niveau de bruit, leur précision et leur capacité à fonctionner dans des environnements propres sont essentiels dans les technologies de la santé.

6. Impression et étiquetage

Utilisés dans les chargeurs de papier, les applicateurs d'étiquettes et les systèmes d'enregistrement, les servomoteurs permettent d'effectuer des mouvements rapides et précis avec un minimum d'erreurs, même en cas de débit élevé.

Les servomoteurs continuent d'évoluer en sophistication, s'étendant aux véhicules autonomes, aux systèmes d'énergie renouvelable et même aux robots humanoïdes.

Résumé

Les servomoteurs fournissent des mouvements efficaces, précis et contrôlés en temps réel, ce qui les rend essentiels dans les secteurs de l'automatisation, de la commande numérique, de la médecine et de l'aérospatiale.Pour toute question complémentaire, veuillez contacter [email protected]