Guide des systèmes de commande pour vérins linéaires électriques

Pour exploiter pleinement le potentiel des vérins linéaires électriques, il est essentiel de comprendre et de mettre en œuvre les bons systèmes de commande. En choisissant les bons systèmes de commande pour les vérins linéaires électriques, les applications peuvent bénéficier d’une plus grande précision, d’une utilisation simplifiée et d’une optimisation des performances.

Cette page est consacrée à la compréhension des différents types de systèmes de commande pour les vérins linéaires électriques, à leur fonctionnement, aux avantages qu’ils offrent et à la manière de choisir le meilleur pour les besoins spécifiques de votre application.  

Introduction au fonctionnement des actionneurs

Actionneurs sont des composants fondamentaux de divers systèmes mécaniques et jouent un rôle crucial dans la conversion de l’énergie en mouvement. Essentiellement, un actionneur prend une source d’énergie et la convertit en un mouvement physique. Cette capacité est indispensable dans d’innombrables applications, des machines industrielles à l’électronique grand public, et même en robotique avancée. Le concept de base derrière les actionneurs implique la conversion de l’énergie, généralement électrique, hydraulique ou pneumatique, en mouvement mécanique. Cela est réalisé au moyen de différents composants et mécanismes selon le type d’actionneur. Par exemple, les actionneurs électriques peuvent utiliser des moteurs CC à balais, tandis que les actionneurs hydrauliques utilisent des pistons remplis de fluide pour générer le mouvement.

Dans les vérins linéaires électriques, le courant électrique est utilisé pour produire un mouvement de rotation dans un moteur électrique relié mécaniquement à un réducteur et utilisant une vis mère pour faire avancer et reculer la tige de l’actionneur, fixée à un écrou ACME, afin de produire un mouvement linéaire. Les systèmes de commande pour actionneurs ont évolué de manière significative au fil des ans, améliorant la polyvalence et la fonctionnalité de ces dispositifs. Les vérins linéaires peuvent être pilotés via divers moyens et mécanismes de commande, notamment :

• Contrôleurs filaires — offrent une connexion directe et fiable, souvent utilisés en milieu industriel où une commande robuste est nécessaire.
• Contrôleurs sans fil — offrent la commodité d’une commande à distance sans câbles physiques.
• Contrôleurs compatibles Wi‑Fi et Bluetooth — permettent l’intégration dans des systèmes intelligents et l’accès via des appareils mobiles, avec des interfaces conviviales et la possibilité d’ajuster les paramètres à distance et avec précision.

Ces avancées dans la technologie des actionneurs et des systèmes de commande ont élargi le champ de leurs applications, les rendant indispensables dans les systèmes automatisés modernes. Qu’il s’agisse de régler des fenêtres dans des véhicules, de faire fonctionner des équipements agricoles lourds ou d’automatiser des appareils domestiques, les actionneurs restent essentiels pour traduire des signaux électriques en actions physiques.

 

Comprendre les systèmes de commande pour actionneurs

Les systèmes de commande sont des composants essentiels au fonctionnement des vérins linéaires électriques, conçus pour gérer le fonctionnement et orienter le comportement du mouvement de ces dispositifs. Des solutions populaires telles que les boîtes de commande constituent un type de système de commande pour vérins linéaires, regroupant tous les composants électroniques dans un boîtier, souvent en forme de boîte. En substance, un système de commande interprète des commandes d’entrée, manuelles ou automatisées, et les traduit en signaux qui ajustent le mouvement de l’actionneur. L’objectif principal de ces systèmes est d’assurer que les actionneurs fonctionnent avec précision, efficacité et fiabilité selon des paramètres prédéfinis.

 

L’importance des systèmes de commande dans le fonctionnement des actionneurs ne saurait être surestimée, en particulier pour obtenir une commande de mouvement précise et efficace. Ces systèmes sont cruciaux pour plusieurs raisons :

1. Précision : les systèmes de commande permettent d’affiner les mouvements des actionneurs afin d’atteindre des niveaux élevés de répétabilité et de précision. C’est essentiel pour les applications où le positionnement exact est crucial, comme en chirurgie robotique ou en aérospatiale.
2. Efficacité : en optimisant la manière dont les actionneurs répondent aux commandes, les systèmes de commande réduisent la consommation d’énergie et minimisent l’usure. Cela prolonge non seulement la durée de vie de l’actionneur, mais améliore également l’efficacité globale du système dans lequel il opère.
3. Adaptabilité : des mécanismes de rétroaction peuvent ajuster en temps réel le comportement d’actionneurs compatibles en analysant la rétroaction de position. Cette adaptabilité est vitale dans des environnements dynamiques où les conditions changent rapidement, comme dans les processus de fabrication automatisés ou lorsque plusieurs actionneurs subissent une répartition inégale des charges.
4. Intégration : les systèmes de commande permettent souvent aux actionneurs de fonctionner de concert avec d’autres systèmes préexistants, facilitant des opérations complexes à partir d’entrées simples envoyées au système de commande. Cette intégration est favorisée par les avancées en connectivité et en programmation. Dans certains systèmes de commande, leurs transformateurs intégrés peuvent aussi servir d’intégration transparente en faisant office de convertisseur de tension lorsqu’une source d’entrée de 120 VAC est par exemple nécessaire pour alimenter un actionneur 12 VDC.
5. Fonctions de sécurité : des fonctions de sécurité programmées, telles que la protection contre les surcharges, aident à prévenir les dommages à un actionneur ou à l’application en arrêtant le fonctionnement après que la boîte de commande a détecté une consommation de courant électrique excessivement élevée. Une autre fonction de sécurité présente dans les boîtes de commande inclut la protection contre la surchauffe afin d’arrêter l’opération après une certaine durée de cycles pour s’assurer que le fonctionnement reste dans les notes de Cycle de service d’un actionneur, évitant ainsi la surchauffe du moteur.

Les systèmes de commande sont fondamentaux pour la fonctionnalité des actionneurs, en apportant l’intelligence et l’adaptabilité nécessaires pour garantir la précision, l’efficacité, la sécurité et une commande de mouvement efficace. Leur rôle est déterminant dans le domaine en expansion de la technologie d’automatisation, où la précision des déplacements est souvent la pierre angulaire de la réussite opérationnelle.

Composants et types de systèmes de commande

Les systèmes de commande pour vérins linéaires électriques se composent de plusieurs éléments clés qui facilitent un fonctionnement précis et efficace. Comprendre ces composants et les principes sous-jacents est crucial pour optimiser la performance des vérins linéaires.

Composants clés d’une boîte de commande de base

Dans une boîte de commande de base conçue pour des vérins linéaires électriques, chaque composant joue un rôle crucial pour assurer un fonctionnement efficace. Voici un aperçu de ces principaux composants, de leurs fonctions et des objectifs qu’ils remplissent :

1. Relais : les relais agissent comme des interrupteurs qui contrôlent un circuit électrique de puissance à l’aide d’un signal de faible puissance. Pour les boîtes de commande destinées à piloter des actionneurs à 2 fils, deux relais sont indispensables pour inverser la polarité de la tension appliquée aux deux fils de l’actionneur, ce qui change à son tour le sens du mouvement. Cela permet une commande bidirectionnelle dans une configuration simple pour déployer et rétracter l’actionneur.
2. Canaux d’entrée : ce sont les interfaces par lesquelles le système de commande reçoit des signaux électriques de sources externes, telles que des alimentations électriques ou des signaux de télécommandes filaires. Les boîtes de commande qui fonctionnent avec une rétroaction de position peuvent également recevoir des entrées provenant des capteurs d’un actionneur. Ces canaux traitent les entrées de l’utilisateur et/ou des capteurs pour déterminer comment l’actionneur doit fonctionner, ce qui les rend fondamentaux pour initier et contrôler les mouvements de l’actionneur selon des exigences précises.
3. Canaux de sortie : ces canaux transmettent les signaux de commande du contrôleur vers l’actionneur ou d’autres composants comme les relais. Les boîtes de commande fonctionnant avec une rétroaction de position peuvent également fournir du courant électrique pour alimenter les capteurs de l’actionneur. Ces canaux sont essentiels pour exécuter les commandes déterminées par le système de commande, influençant directement le comportement de l’actionneur.
4. Bouton de synchronisation de la télécommande : ce bouton sert à synchroniser le système de commande avec un dispositif de télécommande. Il garantit que les entrées de la télécommande sont reconnues et traitées par le système de commande, facilitant une utilisation pratique et flexible à distance.
5. Témoin lumineux : il fournit une rétroaction visuelle sur l’état du système. Il peut indiquer l’alimentation marche/arrêt, les modes de fonctionnement, les états d’erreur ou la réception de signaux, ce qui aide à surveiller et à dépanner le système sans outils de diagnostic complexes.
6. Sélection du mode : cette fonctionnalité permet de basculer entre différents modes de fonctionnement de la boîte de commande, tels que les commandes momentanées ou non momentanées. En mode momentané, le bouton de la télécommande doit être maintenu en position active pour que l’appareil fonctionne. Dès que vous relâchez l’interrupteur, l’appareil cesse de fonctionner. Le mode non momentané fonctionne comme un interrupteur qui reste dans sa dernière position jusqu’à ce qu’il soit de nouveau changé, qu’il soit pressé ou non. Cela signifie qu’une fois activé, l’appareil continue de fonctionner jusqu’à ce que l’interrupteur soit désactivé manuellement.
7. Antenne : l’antenne fait partie des boîtes de commande disposant d’une configuration de communication sans fil. Les antennes sont utilisées pour améliorer la portée et la qualité du signal entre le système de commande et les télécommandes, ou entre des systèmes interconnectés. Elles sont essentielles pour maintenir une communication robuste dans des environnements où le câblage direct est peu pratique ou indésiré.
8. Module récepteur RF : ce module reçoit les signaux radiofréquence envoyés par des télécommandes sans fil. Il décode ces signaux en commandes exploitables que le système de commande peut comprendre et exécuter. Le module récepteur RF est essentiel pour les configurations de commande sans fil, permettant de piloter l’actionneur à distance sans contact physique.

 

Ensemble, ces composants forment un système de commande complet pour des actionneurs à 2 fils, chacun remplissant une fonction spécifique qui contribue à l’efficacité et à la performance globales du fonctionnement de l’actionneur. Ce système permet non seulement une commande précise des mouvements de l’actionneur, mais améliore aussi l’interface et l’interaction utilisateur, le rendant adaptable à un large éventail d’applications.

 

Mécanismes de rétroaction de position

La rétroaction de position est essentielle pour améliorer la précision et l’exactitude de la commande des actionneurs. Trois types courants de mécanismes de rétroaction incluent les capteurs à effet Hall, les potentiomètres et la rétroaction d’interrupteurs de fin de course.

Capteurs à effet Hall
Selon la théorie de l’effet Hall, énoncée par Edwin Hall (le découvreur de l’effet Hall), lorsqu’un champ magnétique est appliqué dans une direction perpendiculaire à l’écoulement du courant électrique dans un conducteur, une différence de tension est induite. Cette tension peut être utilisée pour détecter si un capteur à effet Hall se trouve à proximité d’un aimant.

En fixant un aimant sur l’arbre rotatif d’un moteur, les capteurs à effet Hall peuvent détecter quand l’arbre leur est parallèle. Au moyen d’un petit circuit imprimé, cette information peut être fournie sous forme d’onde carrée, à l’instar des codeurs optiques. Il est courant que les cartes à effet Hall comportent deux capteurs, ce qui génère une sortie en quadrature où deux signaux montent et descendent à mesure que le moteur électrique tourne, avec un décalage de phase de 90° entre eux. En comptant ces impulsions et en observant laquelle arrive en premier, les systèmes de commande peuvent déterminer le sens de rotation du moteur.

Potentiomètres
Un potentiomètre fournit une résistance variable proportionnelle à la position de l’actionneur. Des engrenages sont souvent interposés entre le bouton du potentiomètre et le moteur rotatif de l’actionneur. Au fur et à mesure que l’actionneur se déplace, la valeur de résistance change, ce qui peut être mesuré et converti en données de position. Ces informations sont ensuite utilisées par un système de commande pour effectuer des réglages fins de la position de l’actionneur, améliorant ainsi la précision.

 

Rétroaction d’interrupteur de fin de course
Le but des signaux de rétroaction d’interrupteurs de fin de course est de permettre à un système de déterminer si l’actionneur a physiquement actionné les interrupteurs de fin de course internes. Ce type de rétroaction est simple et utile pour les applications qui requièrent principalement de savoir si l’actionneur a atteint les positions entièrement déployée ou entièrement rétractée.

Types de systèmes de commande pour actionneurs

Les systèmes de commande pour actionneurs peuvent être classés en deux grandes catégories :

Systèmes de commande en boucle ouverte : dans ces systèmes, l’actionneur est commandé uniquement en fonction des entrées, sans rétroaction sur la position réelle. Bien que plus simples et moins coûteux, les systèmes en boucle ouverte ne permettent pas de corriger les erreurs de positionnement, ce qui les rend moins précis que leurs homologues.

Un exemple simple de système en boucle ouverte consiste en un interrupteur à bascule momentané câblé à un vérin linéaire. L’opérateur doit appuyer et maintenir l’interrupteur pour que l’actionneur continue son cycle ; si l’interrupteur est relâché avant que l’actionneur n’atteigne la fin de course, il s’arrêtera en cours de déplacement.

Systèmes de commande en boucle fermée : ces systèmes intègrent des mécanismes de rétroaction, tels que des capteurs à effet Hall ou des potentiomètres, pour ajuster en continu les signaux de commande en fonction de la position réelle de l’actionneur. Cette boucle de rétroaction permet une commande précise et une correction des erreurs, ce qui rend les systèmes en boucle fermée idéaux lorsque la précision est essentielle. On trouve couramment ces systèmes dans des applications utilisant des microcontrôleurs, des boîtes de commande et des API (PLC) programmés pour actionneurs afin d’effectuer des fonctions spécifiques.

Le choix du système de commande et de ses composants a un impact significatif sur la fonctionnalité des actionneurs et l’optimisation des performances. En intégrant des mécanismes de rétroaction efficaces et en sélectionnant le type de système de commande approprié, les actionneurs peuvent être optimisés pour un large éventail d’applications, garantissant à la fois précision et fiabilité.

 

Rétroaction et correction d’erreurs

Dans un cadre idéal, les vérins linéaires se comporteraient toujours de manière prévisible ; toutefois, des perturbations peuvent survenir sous forme de vents violents, de répartitions de charge inégales, d’obstacles physiques et d’usure mécanique. Certaines de ces perturbations peuvent être prises en compte par des systèmes de commande programmés pour fonctionner avec des vérins linéaires disposant d’une rétroaction compatible, afin de lire les erreurs puis d’exécuter des stratégies de correction pour atteindre les résultats souhaités.

Variables corrigées par les systèmes de commande

1. Position : les systèmes de commande aident à s’assurer qu’un actionneur atteint et maintient avec précision la position souhaitée en comparant la position désirée par l’utilisateur à la mesure réelle issue des capteurs de rétroaction de position. Par exemple, lorsque les utilisateurs de bureaux assis-debout appuient sur un bouton du contrôleur pour que les actionneurs se déplacent vers une position mémoire préréglée, afin d’ajuster leur espace de travail de la position assise à la position debout.
2. Vitesse : la lecture de la rétroaction de position et la division de la distance parcourue par le temps écoulé donnent la vitesse de déplacement. Certains systèmes de commande permettent des réglages de vitesse via la PWM (modulation de largeur d’impulsion), permettant à l’actionneur de se déplacer à différentes vitesses selon les besoins de l’application. Ceci est utile lorsque des vitesses variables sont nécessaires, par exemple pour des actionneurs pilotant le mouvement de simulateurs de vol.
3. Force : certains systèmes de commande peuvent réguler la force exercée par les actionneurs, en s’assurant qu’elle reste dans des limites sécuritaires et en évitant d’endommager le système ou les composants environnants. En mesurant l’intensité du courant électrique consommé, les systèmes de commande peuvent estimer approximativement la force exercée par les vérins linéaires. Cette fonctionnalité est utile pour des vérins linéaires qui ouvrent et ferment des fenêtres, afin de couper l’alimentation et d’arrêter l’application de la force si une main ou un obstacle bloque la trajectoire.

Types de stratégies de commande

Différentes stratégies de commande sont utilisées dans l’industrie pour atteindre un niveau raisonnable de précision en commande de mouvement. Chacune offre des avantages différents et convient à diverses applications, selon le niveau de commande et de précision requis par le système. Parmi les stratégies largement utilisées pour les vérins linéaires électriques :

1. Commande marche/arrêt (On/Off) : la forme la plus simple de commande utilisée avec les vérins linéaires électriques, courante dans les systèmes en boucle ouverte. Elle consiste à mettre sous ou hors tension l’actionneur, sans état intermédiaire. Cette méthode est simple et convient lorsque la commande précise de la position n’est pas nécessaire. L’actionneur fonctionne à pleine puissance jusqu’à atteindre un interrupteur de fin de course ou à terminer sa tâche, après quoi il s’arrête.
2. P (commande proportionnelle) : la commande proportionnelle ajuste la puissance d’entrée de l’actionneur en fonction de l’erreur, c’est-à-dire la différence entre la position/force réelle mesurée et la valeur souhaitée par l’utilisateur. Le signal de commande est proportionnel à cette erreur : plus l’erreur est grande, plus la réponse de l’actionneur est forte. Cette méthode permet un fonctionnement plus fluide que la commande marche/arrêt, mais peut encore entraîner une erreur statique si elle n’est pas combinée avec d’autres types de commande. 
3. PI (commande proportionnelle–intégrale) : cette stratégie améliore la commande proportionnelle en ajoutant un terme intégral, qui traite le problème de l’erreur statique. La composante intégrale additionne les erreurs passées au fil du temps, fournissant une action corrective cumulative qui ramène l’erreur à zéro. Cela permet à l’actionneur non seulement d’atteindre, mais aussi de maintenir plus précisément la position/force souhaitée par l’utilisateur. 
4. Commande PID (proportionnelle–intégrale–dérivée) : la commande PID est une méthode plus avancée qui combine trois types de stratégies — proportionnelle, intégrale et dérivée — pour fournir une commande précise et stable de l’actionneur. La composante proportionnelle dépend de l’erreur actuelle, la composante intégrale additionne les erreurs passées et la composante dérivée prédit les erreurs futures en fonction du taux de variation. Cette approche globale permet une commande hautement précise de la position, de la force et de la vitesse de l’actionneur, ce qui la rend idéale pour des systèmes complexes et dynamiques où la précision est essentielle. 

 

Choisir le bon système de commande

 

Lors de la sélection de systèmes de commande pour vos vérins linéaires électriques, il est important de prendre en compte les facteurs suivants :

• Indice de protection (IP)
• Compatibilité
• Budget

1. Indice de protection : évaluez les exigences environnementales spécifiques de votre application pour déterminer le type de systèmes de commande nécessaires. La boîte de commande PA-33, par exemple, possède un indice de protection (IP) IP65 contre la poussière et l’eau. Un indice de protection IP65 ou supérieur est recommandé pour les systèmes de commande exposés aux éléments extérieurs tels que la pluie, la poussière et les débris. 
2. Compatibilité : assurez-vous que le système de commande est compatible avec les vérins linéaires électriques que vous avez choisis ou utilisez actuellement, afin de garantir une intégration transparente. Vérifiez si votre actionneur dispose de protocoles de communication/rétroaction de position compatibles avec les contrôleurs envisagés. Par exemple, les PA-12-T (TTL/PWM) et PA-12-R (RS-485) micro-actionneurs servo de précision offrent une commande de position précise avec une exactitude de positionnement allant jusqu’à 100 µm et requièrent des protocoles de communication avancés pour de telles performances. Un autre point à considérer est de savoir si le type de moteur de votre actionneur sera compatible avec un système de commande. Les moteurs sans balais à fonctionnement continu, comme ceux présents dans nos actionneurs PA-14 sur commande, nécessitent des boîtes de commande compatibles avec leur fonctionnement, telles que la boîte de commande LC-241.

Pour savoir quelles boîtes de commande et quels actionneurs sont compatibles entre eux, consultez nos tableaux de comparaison et nos tableaux de compatibilité ci-dessous :

https://7717445.fs1.hubspotusercontent-na1.net/hubfs/7717445/PDF%20Manuals/Desk%20Accessories/Control%20Boxes%20Compatibility%20Chart%202023.pdf

https://7717445.fs1.hubspotusercontent-na1.net/hubfs/7717445/PDF%20Manuals/Desk%20Accessories/Control%20Boxes%20Comparison%20Chart-1.pdf

 

3. Budget : tenez compte éventuellement des contraintes budgétaires du projet et choisissez un système de commande offrant le meilleur rapport qualité/prix tout en répondant à vos exigences de performance. Par exemple, de simples projets en intérieur ne nécessitant pas une grande précision fonctionneront très bien en câblant un interrupteur à bascule basique sans indice élevé de protection contre les intrusions, pour contrôler un mini vérin linéaire à 2 fils à un prix abordable.

 

Boîtes de commande de type effet Hall

Des boîtes de commande comme notre série FLTCON permettent d’accéder à des fonctions programmées, à des caractéristiques de sécurité et à d’autres paramètres utilisateur via la télécommande. Lorsque plusieurs actionneurs à effet Hall sont connectés à une boîte de commande FLTCON, celle-ci assure la synchronisation des moteurs pour qu’ils se déplacent ensemble à la même vitesse.

Lisez notre article de blog sur les applications des boîtes de commande FLTCON pour en savoir plus.

 

Boîte de commande	Tension d’entrée	Nombre de canaux
FLTCON-1	110 VAC	1
FLTCON-2	110 VAC	2
FLTCON-2-24VDC	24VDC	2
FLTCON-3	110 VAC	3
FLTCON-4	110 VAC	4

 

Lors du choix d’une configuration avec 2 actionneurs à effet Hall, notre FLTCON-2 accepte une tension d’entrée de 110 VAC ; toutefois, nous proposons également la FLTCON-2-24VDC qui accepte une tension d’entrée de 24 VDC. Nous offrons un large éventail d’options de télécommandes afin que vous puissiez profiter de toutes les fonctionnalités uniques de nos différentes télécommandes filaires programmables – elles peuvent également être utilisées conjointement avec nos télécommandes sans fil RT-14 pour plus de commodité.

 

En résumé

Les systèmes de commande jouent un rôle crucial pour maximiser la performance, l’efficacité et les capacités des vérins linéaires électriques. En comprenant les différents types de systèmes de commande, leurs fonctions et la manière de choisir celui qui convient à votre application, vous pouvez assurer un fonctionnement optimal et atteindre les résultats souhaités. Que vous travailliez dans la fabrication, la robotique ou l’automobile, la mise en œuvre du bon système de commande peut vous aider à porter les performances de vos vérins linéaires électriques au niveau supérieur.

Nous espérons que vous avez trouvé ces informations aussi instructives qu’intéressantes, en particulier si vous cherchiez des conseils pour choisir des systèmes de commande adaptés à vos vérins linéaires électriques. Si vous avez des questions sur nos produits ou si vous hésitez entre plusieurs systèmes de commande et vérins linéaires électriques, n’hésitez pas à nous contacter ! Nous sommes experts dans notre domaine et serons ravis de vous aider à répondre à toutes vos questions !

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