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Définition du servomoteur

Également appelés "servo", les servomoteurs sont des dispositifs d'entraînement permettant de contrôler avec précision la vitesse, le couple et la position. Ils offrent de meilleures performances et une plus grande précision que les entraînements utilisant des convertisseurs de fréquence, car ceux-ci n'offrent pas de contrôle de position et ne sont pas très efficaces à basse vitesse. Partie intégrante de notre offre en Automation, découvrez au lien suivant nos Servomoteurs Mitsubishi.

Un servomoteur est donc un moteur qui contient un codeur à l'intérieur, appelé décodeur, qui convertit le mouvement mécanique (tours d'arbre) en impulsions numériques interprétées par un contrôleur de mouvement (motion control). Les servomoteurs utilisent également un pilote, qui forment ensemble un circuit pour commander la position, le couple et la vitesse.

Gamme de servomoteurs Mitsubishi Electric

De quoi est composé un servomoteur ?

Il est nécessaire de connaître les composants d'un servomoteur et le fonctionnement de chacun d'eux. La plupart des modèles sont constitués d'un moteur électrique à courant continu, d'un signal de commande et de différents engrenages qui établissent à la fois sa vitesse de rotation et sa position. Tous ces éléments sont recouverts par un boîtier composé de différents matériaux, du plastique au métal.

L'arbre est couplé à la boîte de vitesses en tant que transmission, qui est chargée de fournir le couple du moteur et d'établir la position fixe si nécessaire. Comme pour les moteurs normaux, la vitesse et le couple sont directement proportionnels. Le circuit électrique est chargé de maintenir la position et le mouvement du rotor.

L'engrenage est conçu pour établir le mouvement de l'arbre du rotor et, pour ce faire, il faut produire une inertie supérieure à celle d'un moteur normal. Par conséquent, un servomoteur ne peut pas être considéré comme un moteur conventionnel, mais comme un ensemble d'éléments dans lequel celui-ci fait partie intégrante de sa constitution.

Enfin, le contrôleur de mouvement, également appelé servocontrôleur, est le cerveau de tout le système ; c'est par lui que sont données les instructions nécessaires pour la vitesse, le mouvement, la direction et l'accélération souhaitée.

Comment fonctionne un servomoteur ?

Chaque servomoteur doit avoir une fréquence de répétition et une impulsion minimale et maximale. Grâce à son câble de commande, il est possible d'envoyer des impulsions électriques de largeur variable, également appelées PWM ou modulations de largeur d'impulsion. Ces machines sont généralement conçues pour effectuer une rotation totale de 180°, 90° de chaque côté, mais elles peuvent être modifiées pour obtenir une rotation complète. La position neutre est déterminée lorsque le servomoteur a la même quantité de rotation potentielle dans les deux sens.

Le PWM envoyé au dispositif détermine la position requise de l'arbre et a une durée d'impulsion spécifique. Le servomoteur est réglé pour reconnaître l'une de ces impulsions toutes les 20 millisecondes, de sorte que la longueur de l'impulsion détermine la distance de rotation du rotor du moteur auquel il est attaché. De cette façon, chaque impulsion de 1,5 ms fera un tour de 90º. S'il est inférieur à 1,5 ms, il se déplace dans le sens inverse des aiguilles d'une montre jusqu'à ce qu'il atteigne la position initiale. En revanche, s'il détecte un signal supérieur à 1,5 ms, le servomoteur tournera dans le sens horaire jusqu'à atteindre 180º.

Quand utilise-t-on un servomoteur ?

Les servomoteurs sont considérés comme fondamentaux dans la conception et la construction des robots. Il s'agit de systèmes qui nécessitent un positionnement mécanique précis et contrôlé. Nous pouvons l'observer dans des domaines tels que l'automatisation industrielle ou la chirurgie robotique, en plein essor.

Avec l'avènement des servomoteurs numériques, de grands progrès ont été réalisés en matière de possibilités de contrôle et d'efficacité. L'amélioration des performances est due au fait que l'électronique de commande utilise un microcontrôleur pour faire tout le travail. Cela permet d'envoyer davantage d'impulsions de commande au moteur, ce qui augmente la précision et les performances du mouvement.

D'autre part, un plus grand nombre de lectures de potentiomètre sont effectuées par seconde et des pilotes plus efficaces et plus petits sont utilisés, ce qui permet de contrôler une plus grande puissance avec un circuit beaucoup plus petit. Comme si cela ne suffisait pas, le microcontrôleur intègre la possibilité de programmer certains paramètres tels que la course, la position centrale, la zone neutre, etc.

Ces appareils nous permettent de créer toutes sortes de mouvements contrôlés et représentent sans aucun doute une avancée importante dans le développement de nouvelles technologies industrielles.

Les différents types de servomoteurs.

Si nous avons compris ce qu'est un servomoteur et comment il fonctionne, il est facile de comprendre qu'ils sont disponibles dans une multitude de tailles, mais leur différenciation fondamentale est présentée par la variable de leur mouvement. En conséquence, vous pouvez trouver les types suivants :

  • Servomoteur à rotation positionnelle : C'est le type le plus conventionnel, son arbre de sortie est préparé pour des tours de 180º. Ils sont généralement utilisés dans les automobiles, les jouets, les véhicules télécommandés ou les robots, parmi leurs nombreuses applications.
  • Servomoteur à rotation continue : similaire au précédent, sauf que sa rotation peut être indéfinie. Dans ces types, le signal de commande ne règle pas sa position statique, mais est interprété comme la vitesse et le sens de rotation, et son mouvement est continu, c'est-à-dire qu'aucune position fixe ne peut être établie. Ces servomoteurs peuvent se trouver dans une antenne radar montée sur un robot ou comme moteurs d'entraînement utilisés en robotique.
  • Servomoteur linéaire : Il s'agit d'une modification du servomoteur positionnel qui incorpore des engrenages supplémentaires capables de modifier la sortie dans les deux sens. Ils sont les plus rares à trouver et sont largement utilisés comme actionneurs dans les modèles réduits d'avions.

Servomoteurs : pour quels types d'applications ?

Les servomoteurs conviennent parfaitement aux applications qui nécessitent des variations de vitesse rapides sans produire de surchauffe dans les moteurs, comme la robotique, la fabrication de différents types d'entraînements électriques, l'automatisation industrielle et l'usinage par commande numérique par ordinateur ou CNC. Mais en plus, une fois que vous savez ce qu'est un servomoteur et comment il fonctionne, il peut être utilisé pour :

  • Les industries où les machines-outils sont utilisées, comme l'assemblage, l'emballage, la manutention des métaux, l'automatisation des usines ou la robotique...
  • L'aéromodélisation et systèmes de contrôle de la portance,
  • L'industrie aérospatiale,
  • Une multitude de jouets radiocommandés,
  • Les appareils électroniques,
  • Dans les automobiles pour l'utilisation du contrôle de la vitesse.

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FAQ Servomoteur

Quelle est la différence entre un moteur et un servomoteur ?

La différence entre un servomoteur et un moteur est qu'un moteur classique tourne à vitesse constante, sans rétroaction sur sa position alors que le servomoteur est équipé d'un système de rétroaction (potentiomère ou encodeur) qui lui permet de connaître et d'ajuster précisément sa position.

Qu'est-ce qu'un signal PWM ?

Un signal PWM est un signal numérique qui varie entre un état haut (ON) et un état bas (OFF) à une fréquence constante. Le signal PWM est utilisé pour contrôler des dispositifs comme des servomoteurs, en ajustant la largeur de l'impulsion pour varier l'intensité ou la position du moteur. Dans le cas d’un servomoteur, le rapport cyclique détermine la position angulaire du moteur.

Quel est le principe de la commande d'un servomoteur ?

Le principe de commande d'un servomoteur repose sur l’envoi d'un signal PWM à un contrôleur qui ajuste la position du moteur. Ce système de rétroaction permet au servomoteur de maintenir une position stable et de corriger tout écart éventuel.

Pourquoi choisir un servomoteur ?

Un servomoteur est choisi dans les applications où une précision de positionnement et un contrôle précis du mouvement sont nécessaires : robotique, automatisation industrielle, dispositifs médicaux, appareils électroménagers, etc.

Comment faire varier la vitesse d'un servomoteur ?

La vitesse d’un servomoteur est généralement déterminée par la fréquence et la largeur de l’impulsion du signal PWM. Cependant, il est important de noter que la plupart des servomoteurs sont conçus pour se déplacer à une position précise, et leur vitesse n'est pas facilement variable comme celle d'un moteur à courant continu. Pour varier la vitesse de mouvement d'un servomoteur :

  • Vous pouvez ajuster la fréquence du signal PWM, bien que la variation de la vitesse ne soit pas linéaire et soit limitée par la mécanique du servomoteur.
  • Il est également possible de contrôler la vitesse en modifiant progressivement la position cible du servomoteur, de manière à ce que le servomoteur atteigne lentement la position souhaitée (en envoyant une série de signaux PWM avec des positions de plus en plus proches).

Comment arrêter un servomoteur ?

Pour arrêter un servomoteur, il suffit de :

  • Envoyer un signal PWM neutre, généralement une impulsion de 1,5 ms, qui correspond à une position centrale (dans le cas des servomoteurs à 180°). Cela arrête tout mouvement actif.
  • Vous pouvez aussi déconnecter le signal PWM du servomoteur, ce qui le rendra inactif, bien qu'il reste sous l'effet de son couple interne si une charge est présente.

Dans tous les cas, l'arrêt du servomoteur ne signifie pas nécessairement qu'il se "bloque" instantanément ; il peut rester dans la position actuelle en attendant un nouveau signal.

Comment un servomoteur connaît-il sa position ?

Un servomoteur connaît sa position grâce à son système de rétroaction, qui utilise généralement un potentiomètre ou un encodeur. Ce système suit le déplacement de l'arbre du moteur et ajuste en temps réel la position en fonction des changements.

  • Potentiomètre : Un petit capteur variable connecté à l'arbre du moteur mesure l'angle de rotation en fonction de la position du curseur interne. Cette valeur est renvoyée à un contrôleur, permettant ainsi au servomoteur de connaître sa position exacte et d’ajuster son mouvement pour atteindre l’angle désiré.
  • Encodeur : Certains servomoteurs utilisent des encodeurs optiques ou magnétiques pour fournir une rétroaction plus précise sur la position angulaire.

Ce système de rétroaction permet au servomoteur de corriger toute erreur de position ou de suivre précisément des commandes de mouvement.