Qu'est-ce qu'un servomoteur ?
Un servomoteur est un moteur qui contrôle le fonctionnement des composants mécaniques d'un système d'asservissement. Il s'agit d'un moteur auxiliaire à contrôle indirect de la vitesse.
Les servomoteurs permettent un contrôle très précis de la vitesse et de la position. Ils convertissent les signaux de tension en couple et en vitesse pour piloter l'objet contrôlé. La vitesse du rotor d'un servomoteur est contrôlée par le signal d'entrée et peut répondre rapidement. Dans les systèmes de contrôle automatique, ils sont utilisés comme actionneurs et présentent des caractéristiques telles qu'une faible constante de temps électromécanique, une linéarité élevée et une faible tension de démarrage. Ils peuvent convertir les signaux électriques reçus en sortie de déplacement angulaire ou de vitesse angulaire sur l'arbre du moteur. Les servomoteurs sont divisés en deux catégories principales : DC et AC. Leur principale caractéristique est qu’ils ne tournent pas lorsque la tension du signal est nulle et que leur vitesse diminue uniformément à mesure que le couple augmente.
Principe de fonctionnement du servomoteur
Les servomoteurs reposent principalement sur des impulsions pour le positionnement. Essentiellement, un servomoteur reçoit une impulsion et tourne de l'angle correspondant à cette impulsion, réalisant ainsi un déplacement.
Étant donné que les servomoteurs eux-mêmes ont pour fonction d'émettre des impulsions, ils émettent un nombre correspondant d'impulsions pour chaque angle de rotation. Cela crée une boucle de rétroaction, ou boucle fermée, entre les impulsions envoyées et reçues par le servomoteur. De cette façon, le système sait combien d'impulsions ont été envoyées et reçues par le servomoteur, ce qui permet un contrôle très précis de la rotation du moteur et un positionnement précis jusqu'à 0,001 mm.
L’application des servomoteurs dans les robots industriels est en plein essor. L'industrie de la robotique connaît une croissance explosive, avec de nombreux fabricants de machines-outils, de servomoteurs et d'autres entreprises qualifiées se tournant vers le marché des robots. Pourquoi les fabricants de machines-outils et de servomoteurs transforment-ils et développent-ils si activement les robots ?
Les robots industriels comportent quatre composants principaux : le corps du robot, le servomoteur, le réducteur et le contrôleur. Les moteurs pas à pas sont utilisés pour entraîner les articulations du robot, nécessitant un rapport puissance-sur-poids et couple-sur-inertie maximum, un couple de démarrage élevé, une faible inertie et une plage de vitesse large et fluide. Pour que l’industrie de la robotique se développe, des percées dans les servomoteurs et le contrôle intégré sont nécessaires.
La structure générale du système d'asservissement électrique d'un robot industriel se compose de trois commandes en boucle fermée- : boucle de courant, boucle de vitesse et boucle de position. Généralement, pour les servovariateurs AC, plusieurs fonctions telles que le contrôle de position, le contrôle de vitesse et le contrôle de couple peuvent être réalisées en réglant manuellement leurs paramètres internes.
Les progrès continus de l’automatisation industrielle maintiennent la demande de logiciels et de matériel d’automatisation élevée. Actuellement, les servomoteurs AC et DC avec un couple de démarrage élevé, un couple élevé et une faible inertie sont largement utilisés dans les robots industriels. D'autres moteurs, tels que les servomoteurs AC et les moteurs pas à pas, sont également utilisés dans les robots industriels en fonction des exigences de leur application.
En particulier pour les effecteurs terminaux de robots (pinces), il convient d'utiliser des moteurs ayant la taille et le poids les plus petits possibles. Lorsqu'une réponse rapide est requise, les servomoteurs doivent posséder une fiabilité élevée et une capacité de surcharge à court terme importante. Les exigences d'utilisation spécifiques incluent : la vitesse ; rapport couple de démarrage élevé-/-inertie ; caractéristiques de contrôle continu et linéaire, la vitesse du moteur changeant continuellement avec le signal de commande, parfois proportionnelle ou approximativement proportionnelle au signal de commande ; large plage de vitesse ; petite taille, poids léger et dimension axiale courte ; capacité à résister à des conditions de fonctionnement difficiles, à des rotations et accélérations/décélérations fréquentes en avant et en arrière, ainsi qu'à une résistance aux surcharges à court terme-. Tendances futures dans l'industrie des servomoteurs
Les systèmes d'asservissement AC modernes, après la transition de l'analogique au numérique, disposent de boucles de contrôle numérique internes omniprésentes, telles que le contrôle de commutation, de courant, de vitesse et de position. Leur mise en œuvre repose principalement sur de nouveaux dispositifs à semi-conducteurs de puissance, tels que des DSP-hautes performances avec FPGA, et même des modules d'asservissement dédiés ne sont pas rares. De plus, de nouveaux dispositifs ou modules d'alimentation sont mis à jour tous les 2 à 2,5 ans et de nouveaux algorithmes logiciels évoluent constamment. En combinaison avec l'évolution de la demande du marché, voici quelques-unes des dernières tendances de développement des systèmes de servomoteurs :
**Haute efficacité**
Même si le rendement élevé a toujours été un sujet de développement important pour les systèmes d'asservissement, il doit encore être amélioré. Cela comprend principalement l'augmentation de l'efficacité du moteur lui-même : par exemple, l'amélioration des performances des matériaux à aimants permanents et une meilleure conception de la structure de montage des aimants ; cela comprend également l'augmentation de l'efficacité du système d'entraînement : notamment l'optimisation des circuits d'entraînement de l'onduleur, l'optimisation des mouvements d'accélération et de décélération, le freinage par récupération et le retour d'énergie, ainsi que de meilleures méthodes de refroidissement.
**Entraînement direct**
L'entraînement direct comprend les servomoteurs de plateau tournant utilisant des moteurs à disque et les servomoteurs linéaires utilisant des moteurs linéaires. En éliminant les erreurs de transmission des dispositifs de transmission mécaniques intermédiaires (tels que les boîtes de vitesses), il permet d'obtenir une vitesse élevée et une précision de positionnement élevée. La facilité avec laquelle les moteurs linéaires peuvent être remodelés permet la miniaturisation et la réduction du poids de divers dispositifs utilisant des mécanismes linéaires.
Haute vitesse, haute précision et hautes performances : en utilisant des encodeurs de plus grande précision-, une précision d'échantillonnage et une profondeur de bits de données plus élevées, des DSP plus rapides, des moteurs rotatifs et linéaires-hautes performances sans effets d'engrenage, et en utilisant diverses stratégies de contrôle modernes telles que l'intelligence adaptative et artificielle, les indicateurs de performances fondamentaux (vitesse de contrôle et précision du contrôle) des systèmes d'asservissement sont continuellement améliorés.
Intégration et intégration : l'intégration verticale des moteurs, du retour, du contrôle, des entraînements et de la communication est devenue une direction de développement pour les systèmes d'asservissement actuels à faible consommation. Parfois, nous appelons les moteurs qui intègrent des entraînements et des moteurs intelligents de communication, et parfois nous appelons des entraînements qui intègrent des servomoteurs intelligents de contrôle de mouvement et de communication. L'intégration des moteurs, des entraînements et des commandes permet une intégration plus étroite de ces trois aspects, de la conception et de la fabrication à l'exploitation et à la maintenance. Cependant, cette approche est confrontée à des défis techniques plus importants et à des difficultés pour répondre aux habitudes d'utilisation des ingénieurs, ce qui la rend difficile à généraliser et représente un petit segment distinctif sur le marché global des servos.
**Utilisation générale :** Les variateurs à usage général-sont équipés de nombreux paramètres et de fonctions de menu riches, permettant aux utilisateurs de les configurer facilement dans cinq modes de fonctionnement sans modifier le matériel : contrôle V/F, contrôle vectoriel en boucle ouverte-sans capteur, contrôle vectoriel de flux en boucle fermée-, contrôle de servomoteur AC sans balais à aimant permanent et contrôle d'unité régénérative. Adaptés à diverses applications, ils peuvent piloter différents types de moteurs, tels que des moteurs asynchrones, des moteurs synchrones à aimants permanents, des moteurs à courant continu sans balais et des moteurs pas à pas. Ils peuvent également s'adapter à différents types de capteurs, même ceux sans capteur de position. Un système de contrôle en boucle semi-fermée-peut être construit à l'aide du retour intégré-du moteur, ou un système de contrôle en boucle entièrement fermée-de haute-précision entièrement fermée-peut être formé en se connectant à des capteurs externes de position, de vitesse ou de couple via une interface.
**Fonctionnalités intelligentes :** Les servovariateurs AC modernes possèdent une mémoire de paramètres, un auto-diagnostic des pannes et des fonctions d'analyse. La plupart des variateurs importés disposent d'une mesure d'inertie de charge et d'un réglage automatique du gain. Certains peuvent identifier automatiquement les paramètres du moteur et déterminer automatiquement la position zéro du codeur, tandis que d'autres peuvent supprimer automatiquement les vibrations. L'intégration d'engrenages électroniques, de cames électroniques, de suivi synchrone, de mouvement d'interpolation et d'autres fonctions de contrôle avec le variateur offre une meilleure expérience aux utilisateurs de servos.
