Guide des systèmes de contrôle 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 contrôle. En choisissant les bons systèmes de contrôle 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 dédiée à la compréhension des différents types de systèmes de contrôle pour vérins linéaires électriques, à leur fonctionnement, aux avantages qu’ils offrent et à la manière de choisir le meilleur en fonction des besoins spécifiques de votre application.  

Introduction au fonctionnement des actionneurs

Les actionneurs sont des composants fondamentaux de nombreux systèmes mécaniques, jouant un rôle crucial en convertissant l’énergie en mouvement. En essence, un actionneur prend une source d’énergie et la convertit en mouvement physique. Cette capacité est au cœur d’innombrables applications, des machines industrielles à l’électronique grand public, et même en robotique avancée. Le concept de base derrière les actionneurs consiste à convertir l’énergie, généralement électrique, hydraulique ou pneumatique, en mouvement mécanique. Cela est réalisé via 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 vérins 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 coulisser la tige du vérin, reliée à un écrou ACME, afin d’obtenir un mouvement linéaire. Les systèmes de contrôle pour actionneurs ont considérablement évolué au fil des ans, améliorant la polyvalence et la fonctionnalité de ces dispositifs. Les vérins linéaires peuvent être pilotés par divers moyens et mécanismes de contrôle, notamment :

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

Ces avancées en matière d’actionneurs et de systèmes de contrôle ont élargi le champ de leurs applications, les rendant indispensables dans les systèmes automatisés modernes. Qu’il s’agisse d’ajuster des vitres de véhicules, de faire fonctionner des équipements agricoles lourds ou d’automatiser des appareils domestiques, les actionneurs restent essentiels pour traduire des signaux électriques en action physique.

 

Comprendre les systèmes de contrôle pour actionneurs

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

 

L’importance des systèmes de contrôle dans l’exploitation des actionneurs ne peut être surestimée, en particulier pour obtenir une maîtrise précise et efficace des mouvements. Ces systèmes sont cruciaux pour plusieurs raisons :

1. Précision : les systèmes de contrôle permettent d’affiner les mouvements des vérins afin d’atteindre des niveaux élevés de répétabilité et de précision. C’est essentiel dans les applications où le positionnement exact est critique, comme en chirurgie robotique ou en ingénierie aérospatiale.
2. Efficacité : en optimisant la manière dont les actionneurs répondent aux commandes, les systèmes de contrôle réduisent la consommation d’énergie et minimisent l’usure. Cela prolonge non seulement la durée de vie du vérin, mais améliore aussi l’efficacité globale du système dans lequel il opère.
3. Adaptabilité : les mécanismes de rétroaction peuvent ajuster en temps réel le comportement des actionneurs compatibles en analysant la rétroaction de position. Cette adaptabilité est vitale dans des environnements dynamiques où les conditions évoluent rapidement, comme dans les processus de fabrication automatisés ou lorsque plusieurs vérins subissent une répartition inégale des charges.
4. Intégration : les systèmes de contrôle permettent souvent aux actionneurs de fonctionner de concert avec d’autres systèmes existants, facilitant des opérations complexes à partir d’entrées simples envoyées au système de contrôle. Cette intégration est favorisée par les avancées en connectivité et en programmation. Dans certains systèmes, les transformateurs intégrés servent aussi de convertisseurs de tension pour une intégration transparente, par exemple lorsqu’une entrée 120 VAC est nécessaire pour alimenter un vérin 12 VDC.
5. Fonctions de sécurité : des fonctions programmées comme la protection contre les surcharges aident à prévenir les dommages au vérin ou à l’application en arrêtant le fonctionnement après que le boîtier de commande a détecté un tirage de courant électrique excessif. Une autre fonction de sécurité, présente dans les boîtiers de commande, est la protection contre la surchauffe, qui stoppe le fonctionnement après un certain temps de cycles afin de rester dans les limites d’évaluation du Cycle de service d’un vérin, évitant ainsi de griller le moteur.

Les systèmes de contrôle sont fondamentaux pour la fonctionnalité des actionneurs, apportant l’intelligence et l’adaptabilité nécessaires pour assurer précision, efficacité, sécurité et maîtrise des mouvements. Leur rôle est central dans le domaine croissant de l’automatisation, où la précision des déplacements est souvent la clé du succès opérationnel.

Composants et types de systèmes de contrôle

Les systèmes de contrôle pour vérins linéaires électriques se composent de plusieurs éléments clés qui permettent un fonctionnement précis et efficace. Comprendre ces composants et les principes qui les sous-tendent est crucial pour optimiser les performances des vérins linéaires.

Composants clés d’un boîtier de commande de base

Dans un boîtier de commande de base conçu pour les vérins linéaires électriques, chaque composant joue un rôle crucial pour garantir un fonctionnement efficace. Voici un aperçu de ces principaux éléments, de leurs fonctions et de leurs objectifs :

1. Relais : les relais font office d’interrupteurs qui contrôlent un circuit électrique de puissance avec un signal de faible puissance. Pour les boîtiers destinés à piloter des actionneurs à 2 fils, deux relais sont indispensables pour inverser la polarité de la tension appliquée aux deux fils du vérin, ce qui change la direction du mouvement. Cela permet un contrôle bidirectionnel dans une configuration simple pour étendre et rétracter le vérin.
2. Canaux d’entrée : interfaces par lesquelles le système reçoit des signaux électriques de sources externes (alimentation, commandes filaires). Les boîtiers fonctionnant avec une rétroaction de position peuvent aussi recevoir des entrées des capteurs d’un vérin. Ces canaux traitent les entrées de l’utilisateur et/ou des capteurs pour déterminer comment le vérin doit fonctionner.
3. Canaux de sortie : transmettent les signaux de commande du contrôleur vers le vérin ou d’autres composants comme les relais. Les boîtiers fonctionnant avec rétroaction de position peuvent également fournir du courant électrique pour alimenter les capteurs du vérin. Ces canaux exécutent les commandes définies par le système de contrôle, influençant directement le comportement du vérin.
4. Bouton de synchronisation de la télécommande : utilisé pour appairer le système de contrôle avec une télécommande. Il garantit que les entrées de la télécommande sont reconnues et traitées par le système.
5. Voyant lumineux : fournit un retour visuel sur l’état du système (alimentation, modes, erreurs, réception de signal), facilitant le suivi et le dépannage sans outils de diagnostic complexes.
6. Sélecteur de mode : permet de basculer entre différents modes de fonctionnement du boîtier (momentané ou maintenu). En mode momentané, il faut maintenir le bouton de la télécommande en position active pour que l’appareil fonctionne. Une fois relâché, l’appareil s’arrête. Le mode non momentané fonctionne comme un interrupteur qui reste dans sa dernière position jusqu’à modification, l’appareil continuant à fonctionner jusqu’à extinction manuelle.
7. Antenne : présente sur les boîtiers avec communication sans fil, elle améliore la portée et la qualité du signal entre le système et les télécommandes ou entre systèmes interconnectés, cruciale quand le câblage direct est peu pratique.
8. Module récepteur RF : reçoit les signaux radio émis par les télécommandes sans fil, les décode en commandes exploitables par le système. Indispensable pour le pilotage sans fil du vérin.

 

Ensemble, ces composants forment un système de contrôle complet pour des actionneurs à 2 fils, chacun remplissant une fonction spécifique contribuant à l’efficacité globale du vérin. Ce système permet non seulement une maîtrise précise des mouvements, 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 du contrôle d’un actionneur. Trois types courants de mécanismes de rétroaction sont les capteurs à effet Hall, les potentiomètres et la rétroaction d’interrupteur de fin de course.

Capteurs à effet Hall
La théorie de l’effet Hall, formulée par Edwin Hall (découvreur de l’effet Hall), indique que lorsqu’un champ magnétique est appliqué perpendiculairement au flux de 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. À l’aide d’un petit circuit imprimé, cette information peut être fournie sous forme d’onde carrée, similaire aux codeurs optiques. Les cartes à effet Hall comportent souvent 2 capteurs, produisant une sortie en quadrature où deux signaux montent et descendent à 90° de déphasage pendant la rotation du moteur électrique. En comptant ces impulsions et en identifiant laquelle arrive en premier, les systèmes de contrôle déterminent le sens de rotation du moteur.

Potentiomètres
Un potentiomètre fournit une résistance variable proportionnelle à la position du vérin. Des engrenages relient souvent l’axe du potentiomètre au moteur rotatif du vérin. À mesure que le vérin se déplace, la valeur de la résistance change, peut être mesurée puis convertie en données de position. Ces informations sont ensuite utilisées par un système de contrôle pour affiner la position du vérin et améliorer la précision.

 

Rétroaction d’interrupteur de fin de course
Le but des signaux de rétroaction d’interrupteur de fin de course est de permettre à un système de déterminer si le vérin a physiquement actionné ses interrupteurs internes. Ce type de rétroaction est simple et utile quand on a principalement besoin de savoir si le vérin a atteint les positions complètement déployée ou complètement rétractée.

Types de systèmes de contrôle pour actionneurs

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

Systèmes de contrôle en boucle ouverte : dans ces systèmes, le vérin est commandé uniquement à partir des entrées, sans retour d’information sur la position réelle. Bien que plus simples et moins coûteux, ils ne corrigent pas les erreurs de positionnement et sont donc moins précis.

Un exemple simple de boucle ouverte est un interrupteur à bascule câblé à un vérin linéaire. L’opérateur doit maintenir l’interrupteur enfoncé pour que le vérin continue sa course, et s’il relâche l’interrupteur avant la fin de course, le vérin s’arrête en milieu de trajectoire.

Systèmes de contrôle en boucle fermée : ces systèmes intègrent des mécanismes de rétroaction, comme des capteurs à effet Hall ou des potentiomètres, pour ajuster en continu les signaux de commande en fonction de la position réelle du vérin. Cette boucle de rétroaction permet une commande précise et une correction des erreurs, idéale quand la précision est critique. On les retrouve souvent avec des microcontrôleurs, des boîtiers de commande et des API programmables pour actionneurs.

Le choix du système de contrôle et de ses composants a un impact significatif sur la fonctionnalité des actionneurs et l’optimisation de leurs performances. En intégrant des mécanismes de rétroaction efficaces et en sélectionnant le bon type de système, les vérins peuvent être optimisés pour de nombreuses applications, assurant à la fois précision et fiabilité.

 

Rétroaction et correction des erreurs

Dans un monde idéal, les vérins linéaires se comporteraient toujours de manière prévisible. Cependant, des perturbations peuvent survenir (vents forts, répartition inégale des charges, obstacles physiques, usure mécanique). Certaines peuvent être compensées par des systèmes de contrôle programmés pour fonctionner avec des vérins offrant une rétroaction compatible, afin de détecter les erreurs puis exécuter des stratégies de correction pour atteindre le résultat souhaité.

Variables corrigées par les systèmes de contrôle

1. Position : les systèmes de contrôle aident à garantir qu’un vérin atteint et maintient la position désirée avec précision, en comparant la consigne utilisateur à la lecture réelle des capteurs de rétroaction. Par exemple, les utilisateurs de bureaux assis‑debout appuient sur un bouton pour envoyer les vérins vers une position mémoire prédéfinie.
2. Vitesse : lire la rétroaction de position et diviser la distance parcourue par le temps écoulé donne la Vitesse de déplacement. Certains systèmes permettent d’ajuster la vitesse via la PWM (Pulse Width Modulation), afin que le vérin se déplace à des vitesses différentes selon les besoins de l’application, utile par exemple pour les simulateurs de vol.
3. Force : certains systèmes régulent la force exercée par les vérins pour rester dans des limites sûres et éviter d’endommager le système ou les composants environnants. En mesurant le courant électrique absorbé, les systèmes peuvent estimer la force exercée. Utile pour des vérins ouvrant/fermant des fenêtres afin de couper l’alimentation et cesser d’appliquer une force si une main ou un obstacle bloque la course.

Types de stratégies de contrôle

Diverses stratégies de contrôle sont employées dans l’industrie pour atteindre un niveau de précision satisfaisant. Chacune offre des avantages et convient à des applications différentes selon le niveau de maîtrise et de précision requis. Parmi les plus répandues pour les vérins linéaires électriques :

1. Tout ou rien (On/Off) : la forme la plus simple, courante en boucle ouverte. Il s’agit d’alimenter ou couper le vérin sans état intermédiaire. Méthode simple, adaptée quand la précision de position n’est pas nécessaire. Le vérin fonctionne à pleine puissance jusqu’à atteindre un interrupteur de fin de course ou terminer sa tâche, puis s’éteint.
2. P (Contrôle proportionnel) : le contrôle proportionnel ajuste la puissance envoyée au vérin en fonction de l’erreur (différence entre la position/force mesurée et la consigne). Le signal est proportionnel à cette erreur : plus l’erreur est grande, plus la réaction est forte. Plus doux que le tout ou rien, mais peut laisser une erreur statique s’il n’est pas combiné.  
3. PI (Proportionnel‑Intégral) : améliore le proportionnel en ajoutant un terme intégral pour corriger l’erreur statique. La composante intégrale cumule les erreurs passées pour ramener l’erreur à zéro, permettant d’atteindre et de maintenir plus fidèlement la position/force souhaitée.  
4. PID (Proportionnel‑Intégral‑Dérivé) : le contrôle PID combine trois stratégies — proportionnelle, intégrale et dérivée — pour un pilotage précis et stable. Le terme proportionnel dépend de l’erreur actuelle, l’intégral cumule les erreurs passées et le dérivé prédit les erreurs futures selon la vitesse de variation. Cette approche permet une maîtrise très précise de la position, de la force et de la vitesse, idéale pour des systèmes complexes et dynamiques où la précision est cruciale.  

 

Choisir le bon système de contrôle

 

Lors de la sélection de systèmes de contrôle 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 (IP) : évaluez l’environnement d’utilisation pour déterminer le type de systèmes requis. Par exemple, le boîtier de commande PA-33 dispose d’un Indice de protection (IP) IP65 contre la poussière et l’eau. Un indice IP65 ou supérieur est recommandé pour les systèmes exposés aux éléments extérieurs (pluie, poussière, débris). 
2. Compatibilité : assurez-vous que le système de contrôle est compatible avec les vérins linéaires électriques que vous avez choisis ou utilisez actuellement, pour une intégration fluide. Vérifiez si votre vérin possède les protocoles de communication/la rétroaction de position adaptés aux contrôleurs envisagés. Par exemple, les PA-12-T (TTL/PWM) et PA-12-R (RS-485) offrent un contrôle de position précis avec une exactitude jusqu’à 100 um et nécessitent des protocoles de communication avancés. Autre point : vérifiez si le type de Moteur de votre vérin est compatible avec le système. Les moteurs sans balais à fonctionnement continu présents, par exemple, sur nos vérins PA-14 sur commande nécessitent des boîtiers compatibles comme le boîtier LC-241.

Pour connaître les compatibilités entre nos boîtiers de commande et nos vérins, consultez nos tableaux comparatifs et tableaux de compatibilité liés 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 des contraintes budgétaires du projet et choisissez un système offrant le meilleur rapport qualité‑prix tout en répondant aux exigences de performance. Par exemple, des projets intérieurs simples ne nécessitant pas une haute précision fonctionneront très bien en câblant un interrupteur à bascule basique sans indice de protection élevé pour piloter un mini vérin linéaire à prix abordable.

 

Boîtiers de commande de type effet Hall

Des boîtiers comme notre série FLTCON permettent des fonctions programmées, des caractéristiques de sécurité et d’autres réglages utilisateur accessibles via la télécommande. Lorsque plusieurs vérins de type effet Hall sont connectés à un boîtier FLTCON, le boîtier assure la synchronisation des moteurs pour qu’ils se déplacent ensemble à la même vitesse.

Lisez notre article sur les applications des boîtiers FLTCON pour en savoir plus.

 

Boîtier 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

 

Pour une configuration avec 2 vérins à effet Hall, notre FLTCON-2 accepte une entrée 110 VAC ; nous proposons toutefois aussi le FLTCON-2-24VDC qui accepte une entrée 24 VDC. Nous offrons un large choix d’options de télécommandes pour profiter de toutes les fonctions de nos différentes télécommandes filaires programmables — elles peuvent aussi être utilisées avec nos télécommandes sans fil RT-14 pour plus de confort.

 

En résumé

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

Nous espérons que ces informations vous ont été aussi utiles qu’intéressantes, notamment si vous cherchiez des conseils pour choisir des systèmes de contrôle adaptés à vos vérins linéaires électriques. Si vous avez des questions sur nos produits ou des difficultés à sélectionner les bons systèmes de contrôle et vérins linéaires, n’hésitez pas à nous contacter ! Nous sommes experts dans notre domaine et serons ravis de vous aider.

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