Qu’est-ce qu’un servomécanisme ?
Qu’est-ce qu’un servomécanisme ?Date de publication: 25-11-2020 Date de mise à jour: 10-04-2026 🕒 6 min de lecture
Qu’est-ce qu’un servomécanisme ? Ce n'est rien d’autre qu'un moteur à courant continu classique avec servo-contrôleurs et engrenages intégrés. Son fonctionnement repose sur un système de rétroaction dans lequel le signal de sortie est introduit qui correspond à une donnée telle qu’une position, une vitesse, une accélération ou un déplacement. Les données sont transformées par l'élément de correction et l'amplificateur en un élément exécutif – un actionneur ou un moteur électrique.
En lisant cet article vous allez apprendre :
- Qu’est-ce qu’un servomécanisme;
- Comment fonctionne un servomécanisme;
- Quels sont les paramètres du servomécanisme.
Les servomécanismes sont utilisés dans presque toutes les branches de l'industrie légère et lourde, de l'électronique et de l'électrotechnique, de la modélisation et partout où il est nécessaire d’utiliser un mouvement d'interpolation précis le long d'une trajectoire prédéfinie entre le point de départ et le point final.
Qu’est-ce qu’un servomécanisme ?
Les servomécanismes sont appelés servos et ils constituent un élément de contrôle essentiel des systèmes de contrôle automatique. Ce sont des composants électroniques utilisés pour convertir les signaux de commande en mouvements appropriés des actionneurs et des récepteurs. Il peut s’agir de divers types de volets, freins, appareils de levage et autres éléments de systèmes hydrauliques et pneumatiques dans des machines, des appareils ou des installations industrielles.
La construction du servomécanisme dépend de sa spécificité, de ses paramètres et de son but. Toutefois nous pouvons généralement supposer qu'il est composé de :
- moteur à courant continu,
- potentiomètre,
- engrenages,
- système de contrôle électronique pour le positionnement de l'arbre du moteur,
- boîtier.
DFROBOT SER0001
L'élément qui détermine le positionnement de l'arbre est le potentiomètre rotatif appliqué. Un exemple serait le servo DFROBOT SER0001.
Comment fonctionne un servomécanisme ?
Les petits servomécanismes analogiques sont équipés d'un générateur fonctionnant à 50 Hz de sorte que le signal à être échantillonné toutes les 20 ms. D’habitude, la position neutre de l'arbre est déterminée par une impulsion de 1,5 ms et sa rotation dans les deux sens est forcée par la différence du signal échantillonné par rapport à la position neutre - généralement, la plage d'impulsions oscille dans les 1-2 ms.
Comment fonctionne le servomécanisme numérique ? Les nouveaux servos numériques fournissent des fréquences d'échantillonnage plus élevées, ce qui augmente la précision du positionnement de l'arbre dans le cadre des petites déviations, et accélère aussi son mouvement. De plus, ce qui est important c’est que les servomécanismes numériques ont une force de maintien jusqu'à trois fois supérieure à celle des servomécanismes analogiques. Un modèle POWER HD MINI DIGITAL SERVO HD-1810MG est un exemple de servo numérique.
Il convient également de prêter attention au type d'algorithme implémenté dans le servomécanisme. Actuellement, les algorithmes PID et PIV sont toujours les plus couramment utilisés. Les algorithmes PID sont suffisants pour la plupart des applications, en particulier lorsque les performances du servomécanisme ne doivent pas nécessairement être trop élevées. Les contrôleurs PIV conviennent à des applications plus complexes et celles qui sont exigeantes et sont basées sur un mouvement de commande complexe.
POWER HD MINI DIGITAL SERVO HD-1810MG POLOLU
Quels sont les paramètres du servomécanisme ?
Les paramètres clés des servomécanismes sont :
- couple et vitesse de rotation,
- temps de travail en surcharge,
- le rapport du couple et d’inertie,
- résolution,
- réponse en fréquence,
- dimensions,
- interfaces,
- solutions dans le cadre du réseau.
Ce sont les paramètres qui sont responsables du, fonctionnement du servomécanisme.
Couple et vitesse de rotation
C'est l'un des paramètres les plus importants des servomécanismes. Par exemple, le modèle SER0039 DFROBOT fournit un couple maximal de 1,8 kg/cm et la vitesse de 0,11 s/60°.
Généralement, le couple est spécifié séparément pour un fonctionnement continu et pour une charge périodique. Le couple pour un fonctionnement continu correspond à la valeur qui est générée par le moteur sans interruption et sans risque de surchauffe, de surcharge et de détérioration. Le couple pour un fonctionnement périodique est le couple maximum que le servomécanisme peut générer dans un peu de temps et il concerne généralement la période de freinage ou d'accélération du mécanisme ou sa réponse à une interférence momentanée.
En choisissant un servomécanisme il est nécessaire de faire attention à la valeur efficace du couple RMS - elle doit correspondre aux paramètres du moteur en fonctionnement continu. Le cycle de service maximal du servomécanisme doit être adapté à sa capacité à évacuer la chaleur du système.
Il ne faut pas oublier la vitesse de rotation qui détermine le nombre maximum et le nombre moyen de tours effectués par l’arbre du servomécanisme par unité de temps. Ce sont également le couple et la vitesse de rotation qui sont les composants de la puissance du contrôle.
Rapport d’inertie
Le rapport entre l'inertie du rotor du moteur et l'inertie de la charge est un autre paramètre important déterminant le fonctionnement des servomécanismes. Le servomécanisme est un appareil dont le fonctionnement est basé sur une boucle de retour tandis que l'algorithme de contrôle régule le courant consommé par le moteur. Le niveau actuel est calculé par l'algorithme en fonction de la relation entre les différences mesurées et les différences prédéfinies pour la position actuelle de l'arbre, ainsi que pour le couple et la vitesse de rotation. Le rapport entre l’inertie du moteur et la charge a un impact déterminant sur le contrôle précis de la vitesse : si celui-ci est trop élevé, le moteur commence à osciller ce qui signifie qu’il sera contrôlé de manière incorrect. Les oscillations sous forme d’oscillations et de vibrations peuvent endommager les mécanismes et les éléments structurels de l'appareil.
Plus le rapport d'inertie est faible, plus le risque d'oscillation est faible et plus la précision du contrôle du servomécanisme est grande. Ce rapport est également influencé par le choix d'une méthode de transmission appropriée qui garantira un rapport d’inertie du rotor suffisamment bas à la charge.
Résolution
La résolution du codeur inclus dans la boucle du servomécanisme est responsable de la précision du contrôle de l'arbre de l'appareil. Normalement, les codeurs standard offrent une résolution de 20 bits ou plus. Plus la résolution du codeur inclus dans le système de commande du servomécanisme est élevée, plus le servomécanisme détectera rapidement les mouvements et effectuera les corrections ce qui augmentera la précision du contrôle de la position de l'arbre du moteur.
Bande passante et réponse en fréquence
La réponse en fréquence, c’est-à-dire la capacité du système à surveiller et à s’adapter aux corrections de signal est un autre paramètre déterminant le fonctionnement du servomécanisme. La bande du servomécanisme est un signal sinusoïdal dans la boucle de commande. Si elle est plus grande, la précision du servomécanisme sera plus élevée et le taux d'adaptation aux modifications du signal d'entrée sera plus élevé. Actuellement, les servos modernes supportent les bandes supérieures à 1 kHz.
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