Que sont les servovariateurs?

Pour construire des machines performantes, il faut des systèmes d’entraînement dynamiques et précis, capables de fournir la position, la vitesse et/ou la force ou le couple souhaité à tout moment. Les servosystèmes permettent de contrôler ces grandeurs et de piloter les moteurs pour atteindre rapidement les valeurs de consigne et les maintenir.

Dans le secteur de l’automatisation, des boucles de régulation sont fréquemment utilisées dans le but de veiller à ce qu’un paramètre particulier atteigne une valeur de consigne souhaitée. Réguler le niveau de liquide dans un citerne, maintenir une certaine température, contrôler la vitesse d’une voiture avec le régulateur de vitesse sont autant d’exemples de processus qui appliquent des boucles de régulation.

En technique d’entraînement, la régulation de la position, de la vitesse et/ou de la force ou du couple est le défi le plus courant. Par définition, les servosystèmes, dans les applications mécaniques, visent à réguler ces grandeurs. Dans cet article, nous définissons ce qu’est un servosystème, comment il fonctionne et ce qu’il peut signifier pour vous.

La réponse au dernier point est en principe assez facile. La mise en oeuvre de servovariateurs vous permet de réaliser des applications de contrôle de mouvement de manière relativement simple. Dès qu’un contrôleur génère des valeurs de consigne pour les positions souhaitées ou l’une des autres grandeurs, les servovariateurs veillent à ce que les valeurs souhaitées puissent être atteintes rapidement et précisément. Les variateurs reprennent la commande des moteurs et traduisent les valeurs de consigne souhaitées dans les tensions et les courants appliqués aux moteurs pour atteindre les valeurs de consigne souhaitées le plus rapidement possible.

Trois types de contrôleurs

Pour réaliser cela, les servovariateurs utilisent une cascade complexe de contrôleurs. En technique de régulation, on distingue différentes sortes de contrôleurs qui, selon la complexité croissante, fournissent des performances toujours meilleures.


Le contrôleur le plus simple est le régulateur proportionnel qui multiplie la différence entre une valeur de consigne souhaitée et une valeur mesurée par un facteur de renforcement pour piloter un actionneur. Si on veut réguler la température d’une chaudière, par exemple, un tel contrôleur va augmenter la puissance de l’élément chauffant au fur et à mesure que la différence entre la température souhaitée et la température mesurée augmente. Lorsque la température mesurée se rapproche de la valeur de consigne, la puissance diminue graduellement.

Un intégrateur est un contrôleur plus avancé qui évalue non seulement la différence actuelle entre la valeur de consigne et la valeur mesurée mais additionne aussi les différences au fil du temps. En conséquence, l’intégrateur élimine les erreurs résiduelles qui ne peuvent être corrigées par un régulateur proportionnel.

Enfin, un régulateur différentiel ne se base pas sur l’erreur entre la valeur de consigne et la valeur de mesure mais sur la vitesse de modification de l’erreur, de sorte que lors d’une modification plus importante, une réaction plus marquée de l’actionneur est déclenchée.

Dans la pratique, diverses combinaisons de régulateurs basiques sont utilisées, les plus courantes étant les régulateurs PI et PID. Un régulateur PI, par exemple, se compose d’un régulateur proportionnel et d’un régulateur intégral dont les sorties reçoivent chacune un facteur de renforcement avant d’être additionnées pour générer le signal de commande de l’actionneur. En jouant avec les facteurs de renforcement, l’utilisateur peut affiner la précision et la dynamique du régulateur aux exigences d’une application spécifique.

Concept de la cascade de contrôleurs

Comme expliqué précédemment, un servovariateur se compose d’une cascade de tels contrôleurs. Dans les servovariateurs CMMT de Festo par exemple, il s’agit successivement d’un régulateur de position P, d’un régulateur de vitesse PI et d’un régulateur PI qui régule le courant à travers les enroulements du moteur.

Lorsque l’entraînement reçoit une nouvelle valeur de consigne qui diffère de la position actuelle, le premier régulateur calcule une vitesse souhaitée pour atteindre la nouvelle position, laquelle est transmise au second régulateur en tant que valeur de consigne. Celui-ci calcule le courant à envoyer au moteur sur base de la différence entre la vitesse souhaitée et la vitesse mesurée. Le troisième régulateur adapte la tension aux bobines afin que le courant souhaité soit effectivement atteint.

Le concept de cascade des contrôleurs indique que l’utilisateur – via les facteurs de renforcement, qui sont les paramètres des variateurs – peut déterminer la dynamisation de réaction des entraînements et la précision à atteindre. Pour la plupart des utilisateurs cependant, c’est surtout le résultat obtenu via la cascade qui compte. L’utilisation de servovariateurs permet de limiter la commande de la machine à la détermination de valeurs de consigne, les variateurs devant veiller à ce que les valeurs de consigne soient atteintes et maintenues. Des applications très performantes peuvent ainsi être réalisées de manière relativement simple.

Cascade de régulateurs

Cascade de régulatuers dans un servo de Festo

Dans les servovariateurs CMMT de Festo, il s’agit successivement d’un régulateur de position P, d’un régulateur de vitesse PI et d’un régulateur PI qui régule le courant à travers les enroulements du moteur.

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