Comment fonctionne un servomoteur ? Un servomoteur est un dispositif électromécanique qui produit un couple et une vitesse en fonction du courant et de la tension fournis. Un servomoteur fonctionne dans le cadre d'un système en boucle fermée fournissant un couple et une vitesse commandés par un servocontrôleur utilisant un dispositif de rétroaction pour fermer la boucle. Le dispositif de rétroaction 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 place un mécanisme de rétroaction pour aider à diriger un navire avec de la vapeur pour contrôler les gouvernails. Un servomoteur fait partie d'un servomécanisme composé de trois éléments clés : un moteur, un dispositif de rétroaction 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 dispositif de rétroaction 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 système d'asservissement est complété par l'électronique de commande qui alimente le moteur et compare les données de retour et la référence de commande pour vérifier que le servomoteur fonctionne comme commandé. Il existe de nombreux types d'applications de servomoteurs, depuis les simples moteurs à courant continu utilisés dans les applications de loisirs (telles que les modèles réduits d'avions) jusqu'aux moteurs sans balais sophistiqués entraînés par des contrôleurs de mouvement complexes utilisés pour les centres d'usinage multi-axes. Un exemple de mécanisme d'asservissement courant est un régulateur de vitesse de véhicule composé d'un moteur (le moteur), d'un capteur de vitesse (rétroaction) et d'un système électronique permettant de comparer la vitesse du véhicule à la vitesse réglée. Si le véhicule ralentit, le capteur transmet ces données à l'électronique qui, à son tour, augmente le débit de gaz vers le moteur pour augmenter la vitesse 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 d'entraînement 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 de retour du tachymètre et déterminent si la vitesse souhaitée a été atteinte - ce que l'on appelle une boucle de vitesse fermée. La boucle de vitesse surveille la vitesse commandée et le retour du tachymètre, tandis que le conducteur ajuste la puissance du moteur pour maintenir la vitesse commandée souhaitée.
Dans un système d'asservissement plus sophistiqué, plusieurs boucles intégrées sont réglées pour des performances optimales afin de fournir un contrôle de mouvement précis. Le système se compose de boucles de courant, de vitesse et de position qui utilisent des éléments de rétroaction de précision. Chaque boucle signale la boucle suivante et surveille les éléments de rétroaction 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), qui fournit une accélération ou une poussée. Un capteur de courant est un dispositif qui fournit une rétroaction relative au 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 augmentera ensuite le courant jusqu'à ce que le courant commandé soit atteint, le cycle se poursuivant à des taux de mise à jour inférieurs à la seconde.
La boucle de vitesse fonctionne de la même manière 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 augmenter la tension) lorsque la vitesse tombe 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 qui est transmise à la boucle de vitesse, qui à son tour commande le courant requis pour accélérer, maintenir et décélérer le moteur pour se déplacer vers la position commandée. . Les trois boucles fonctionnent en synchronisation optimisée pour fournir un contrôle fluide et précis du mécanisme d'asservissement.