Guide des systèmes de contrôle pour actionneurs linéaires électriques

Pour exploiter pleinement le potentiel des actionneurs linéaires électriques, il est essentiel de comprendre et de mettre en œuvre les systèmes de contrôle appropriés. En choisissant les bons systèmes de contrôle pour les actionneurs linéaires électriques, les applications bénéficient d'avantages tels qu'une plus grande précision, une plus grande simplicité d'utilisation et une optimisation des performances.

Cette page est dédiée à la compréhension des différents types de systèmes de contrôle pour actionneurs linéaires électriques, de leur fonctionnement, des avantages qu'ils offrent et de la manière de choisir le meilleur pour les besoins spécifiques de votre application.

Introduction au fonctionnement des actionneurs

Les actionneurs sont des composants fondamentaux de divers systèmes mécaniques et jouent un rôle crucial dans la conversion de l'énergie en mouvement. En résumé, un actionneur convertit une source d'énergie en mouvement physique. Cette capacité est essentielle à de nombreuses applications, des machines industrielles à l'électronique grand public, en passant par la robotique avancée. Le concept de base des actionneurs repose sur la conversion de l'énergie, généralement électrique, hydraulique ou pneumatique, en mouvement mécanique. Cette conversion est réalisée grâce à différents composants et mécanismes selon le type d'actionneur. Par exemple, les actionneurs électriques peuvent utiliser des moteurs à courant continu à balais , tandis que les actionneurs hydrauliques utilisent des pistons remplis de fluide pour générer le mouvement.

Dans les actionneurs linéaires électriques , le courant électrique produit un mouvement de rotation dans un moteur électrique relié mécaniquement à un réducteur et utilisant une vis-mère pour actionner l'arbre de l'actionneur fixé à un écrou de perçage ACME pour le mouvement linéaire. Les systèmes de commande des actionneurs ont considérablement évolué au fil des ans, améliorant ainsi leur polyvalence et leur fonctionnalité. Les actionneurs linéaires peuvent être actionnés par divers moyens et mécanismes de commande, notamment :

• Contrôleurs filaires - fournissent une connexion directe et fiable, souvent utilisée dans les environnements industriels où un contrôle robuste est nécessaire.
• Contrôleurs sans fil - offrent aux utilisateurs la commodité d'une commande à distance sans avoir besoin de câbles physiques.
• Contrôleurs compatibles Wi-Fi et Bluetooth - permettent l'intégration dans des systèmes intelligents et l'accès via des appareils mobiles, offrant 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 contrôle ont élargi le champ d'application de ces derniers, les rendant indispensables dans les systèmes automatisés modernes. Qu'il s'agisse de régler les vitres des véhicules , d'utiliser des équipements agricoles lourds ou d'automatiser les appareils électroménagers , les actionneurs restent essentiels pour traduire les signaux électriques en actions physiques.

Comprendre les systèmes de contrôle des actionneurs

Les systèmes de contrôle sont des composants essentiels au fonctionnement des actionneurs linéaires électriques. Ils sont conçus pour gérer le fonctionnement et orienter le mouvement de ces dispositifs. Des solutions courantes, telles que les boîtiers de commande, sont des systèmes de contrôle pour actionneurs linéaires dont tous les composants électroniques sont logés dans un boîtier, souvent en forme de boîte. En résumé, un système de contrôle interprète les 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 de garantir que les actionneurs fonctionnent avec précision, efficacité et fiabilité, conformément à des paramètres prédéfinis.

L'importance des systèmes de contrôle dans le fonctionnement des actionneurs est indéniable, notamment pour un contrôle précis et efficace des mouvements. Ces systèmes sont essentiels pour plusieurs raisons :

1. Précision : Les systèmes de contrôle permettent un réglage précis des mouvements des actionneurs pour atteindre des niveaux élevés de répétabilité et de précision . Ceci est essentiel dans les applications où un positionnement précis est crucial, comme en chirurgie robotique ou en ingénierie aérospatiale.
2. Efficacité : En optimisant la réponse des actionneurs aux commandes, les systèmes de contrôle 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 fonctionne.
3. Adaptabilité : Les mécanismes de rétroaction permettent d'ajuster le comportement des actionneurs compatibles en temps réel en analysant leur position. Cette adaptabilité est essentielle dans les environnements dynamiques où les conditions évoluent rapidement, comme dans les processus de fabrication automatisés ou lorsque plusieurs actionneurs subissent une répartition inégale du poids.
4. Intégration : Les systèmes de contrôle permettent souvent aux actionneurs de fonctionner en conjonction avec d'autres systèmes préexistants, facilitant ainsi des opérations complexes à partir de simples entrées envoyées au système de contrôle. Cette intégration est soutenue par les progrès en matière de connectivité et de programmation. Dans certains systèmes de contrôle, les transformateurs intégrés peuvent également assurer une intégration transparente en faisant office de convertisseur de tension lorsqu'une source d'entrée de 120 VCA est nécessaire pour alimenter un actionneur de 12 VCC, par exemple.
5. Fonctions de sécurité : Des fonctions de sécurité programmées, telles que la protection contre les surcharges, contribuent à prévenir les dommages à l'actionneur ou à l'application en arrêtant le fonctionnement lorsque le boîtier de commande détecte une consommation de courant excessive. Une autre fonction de sécurité présente dans les boîtiers de commande comprend une protection contre la surchauffe qui arrête le fonctionnement après un certain temps de cycle afin de garantir le maintien du cycle de service nominal de l'actionneur et d'éviter ainsi les pannes du moteur.

Les systèmes de contrôle sont essentiels au fonctionnement des actionneurs, fournissant l'intelligence et l'adaptabilité nécessaires pour garantir la précision, l'efficacité, la sécurité et un contrôle efficace des mouvements. Leur rôle est crucial dans le domaine en pleine expansion des technologies d'automatisation, où la précision des mouvements est souvent la clé de voûte de la réussite opérationnelle.

Composants et types de systèmes de contrôle

Les systèmes de contrôle des actionneurs linéaires électriques sont constitués de plusieurs composants clés qui garantissent un fonctionnement précis et efficace. La compréhension de ces composants et de leurs principes est essentielle à l'optimisation des performances des actionneurs linéaires.

Composants clés d'un boîtier de commande de base

Dans un boîtier de commande de base conçu pour des actionneurs linéaires électriques, chaque composant joue un rôle crucial pour garantir un fonctionnement efficace. Voici une description détaillée de ces principaux composants, de leurs fonctions et de leurs objectifs :

1. Relais : Les relais agissent comme des interrupteurs qui contrôlent le circuit électrique haute puissance à l'aide d'un signal basse puissance. Pour les boîtiers de commande destinés à gérer des actionneurs à deux fils, deux relais sont essentiels pour inverser la polarité de la tension appliquée aux deux fils de l'actionneur, ce qui modifie le sens du mouvement. Cela permet un contrôle bidirectionnel dans une configuration simple pour déployer et rétracter l'actionneur.
2. Canaux d'entrée : Les canaux d'entrée sont des interfaces par lesquelles le système de contrôle reçoit des signaux électriques provenant de sources externes, telles que des alimentations ou des télécommandes filaires. Les boîtiers de commande fonctionnant avec un retour de position peuvent également recevoir des données provenant des capteurs d'un actionneur. Ces canaux traitent les données de l'utilisateur et/ou des capteurs pour déterminer le fonctionnement de l'actionneur, ce qui les rend essentiels pour initier et contrôler les mouvements de l'actionneur en fonction d'exigences spécifiques.
3. Canaux de sortie : Les canaux de sortie transmettent les signaux de commande du contrôleur à l'actionneur ou à d'autres composants tels que les relais. Les boîtiers de commande fonctionnant avec un retour de position peuvent également fournir du courant électrique pour alimenter les capteurs d'un actionneur. Ces canaux sont essentiels à l'exécution des commandes du système de contrôle, influençant directement le comportement de l'actionneur.
4. Bouton de synchronisation à distance : ce bouton permet de synchroniser le système de contrôle avec une télécommande. Il garantit la reconnaissance et le traitement des entrées distantes par le système de contrôle, facilitant ainsi une utilisation à distance pratique et flexible.
5. Voyant lumineux : Les voyants lumineux fournissent un retour visuel sur l'état du système. Ils peuvent indiquer la mise sous/hors tension, les modes de fonctionnement, les états d'erreur ou la réception du signal, ce qui facilite la surveillance et le dépannage du système sans avoir recours à des outils de diagnostic complexes.
6. Sélection du mode : Cette fonction permet de basculer entre les différents modes de fonctionnement du boîtier de commande, comme les commandes momentanées ou fixes. En mode momentané, le bouton de la télécommande doit être maintenu en position active pour que l'appareil fonctionne. Une fois le bouton relâché, l'appareil cesse de fonctionner. Le mode fixe fonctionne comme un interrupteur qui reste dans sa dernière position jusqu'à ce qu'il soit à nouveau modifié, qu'il soit enfoncé ou non. Cela signifie qu'une fois activé, l'appareil continue de fonctionner jusqu'à ce que l'interrupteur soit éteint manuellement.
7. Antenne : L'antenne fait partie des boîtiers de commande équipés d'une communication sans fil. Elle permet d'améliorer la portée et la qualité du signal entre le système de commande et les télécommandes, ou entre les systèmes interconnectés. Elle est essentielle au maintien d'une communication fiable dans les environnements où le câblage direct est peu pratique ou peu souhaitable.
8. Module récepteur RF : Ce module reçoit les signaux radiofréquences émis par les télécommandes sans fil. Il les décode en commandes exploitables par le système de contrôle. Ce module est essentiel aux configurations de contrôle sans fil, permettant le fonctionnement à distance de l'actionneur sans contact physique.

Ensemble, ces composants forment un système de contrôle complet pour actionneurs 2 fils, chacun remplissant une fonction spécifique contribuant à l'efficacité globale de l'actionneur. Ce système permet non seulement un contrôle précis des mouvements de l'actionneur, mais améliore également l'interface utilisateur et l'interaction, le rendant adaptable à un large éventail d'applications.

Mécanismes de rétroaction positionnelle

La rétroaction de position est essentielle pour améliorer la précision et l'exactitude du contrôle des actionneurs. Les trois types de mécanismes de rétroaction les plus courants sont les capteurs à effet Hall, les potentiomètres et les contacts de fin de course.

capteurs à effet Hall
La théorie de l'effet Hall, inventée par Edwin Hall, stipule 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, des capteurs à effet Hall peuvent détecter si l'arbre leur est parallèle. Grâce à un petit circuit imprimé, cette information peut être transmise sous forme d'onde carrée, similaire à celle des codeurs optiques. Les circuits imprimés à effet Hall comportent souvent deux capteurs, ce qui produit une sortie en quadrature où deux signaux montent et descendent pendant la rotation du moteur électrique, avec un déphasage de 90°. En comptant ces impulsions et en identifiant celle qui arrive en premier, les systèmes de contrôle peuvent déterminer le sens de rotation du moteur.

Potentiomètres
Un potentiomètre fournit une résistance variable proportionnelle à la position de l'actionneur. Des engrenages relient souvent le bouton du potentiomètre au moteur rotatif de l'actionneur. Lorsque l'actionneur se déplace, la valeur de la résistance varie, ce qui peut être mesuré et converti en données de position. Ces informations sont ensuite utilisées par un système de contrôle pour ajuster finement la position de l'actionneur, améliorant ainsi la précision.

Rétroaction de l'interrupteur de fin de course
Les signaux de retour d'information des fins de course permettent à un système de déterminer si l'actionneur a physiquement déclenché les fins de course internes. Ce type de retour est simple et utile pour les applications nécessitant principalement des informations sur la position d'extension ou de rétraction complète de l'actionneur.

Types de systèmes de contrôle pour actionneurs

Les systèmes de contrôle des actionneurs peuvent être largement classés en deux types :

Systèmes de contrôle en boucle ouverte : Dans ces systèmes, l'actionneur est contrôlé uniquement par les commandes d'entrée, sans retour 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 de système simple en boucle ouverte comprend un interrupteur à bascule momentané relié à un actionneur linéaire . L'opérateur doit alors appuyer sur l'interrupteur et le maintenir enfoncé pour que l'actionneur poursuive son cycle. Relâcher l'interrupteur avant la fin de course entraînera l'arrêt du mouvement à mi-course.

Systèmes de contrôle 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 un contrôle précis et la correction des erreurs, ce qui rend les systèmes en boucle fermée idéaux pour les applications où la précision est essentielle. On les retrouve couramment dans les applications utilisant des microcontrôleurs , des boîtiers de commande et des automates programmables (API) programmés pour que les actionneurs exécutent des fonctions spécifiques.

Le choix du système de contrôle et de ses composants a un impact significatif sur la fonctionnalité et l'optimisation des performances des actionneurs. L'intégration de mécanismes de rétroaction efficaces et la sélection d'un système de contrôle adapté permettent d'optimiser les actionneurs pour une large gamme d'applications, garantissant précision et fiabilité de fonctionnement.

Commentaires et correction d'erreurs

Dans un environnement idéal, les actionneurs linéaires se comporteraient toujours de manière prévisible. Cependant, des perturbations peuvent survenir, telles que des vents violents, une répartition inégale du poids, des obstacles physiques et une usure mécanique. Certaines de ces perturbations peuvent être prises en compte grâce à des systèmes de contrôle programmés pour fonctionner avec des actionneurs linéaires dotés d'un retour d'information compatible, capables de détecter les erreurs et d'exécuter des stratégies de correction pour atteindre les résultats souhaités.

Variables que les systèmes de contrôle corrigent

1. Position : Les systèmes de contrôle garantissent qu'un actionneur atteint et maintient précisément la position souhaitée en comparant la position de l'utilisateur à la position réelle mesurée par les capteurs de position. Par exemple, lorsqu'un utilisateur de bureau debout appuie sur un bouton du contrôleur pour que les actionneurs se déplacent vers une position prédéfinie spécifique afin de régler son espace de travail de la position assise à la position debout.
2. Vitesse : La lecture du retour de position et la division de la distance parcourue par le temps écoulé permettent d'obtenir la vitesse de déplacement. Certains systèmes de contrôle permettent de régler la vitesse par modulation de largeur d'impulsion (MLI) , permettant à l'actionneur de se déplacer à différentes vitesses selon les besoins de l'application. Ceci est utile dans les applications nécessitant des vitesses variables, comme pour les actionneurs pilotant les mouvements des simulateurs de vol .
3. Force : Certains systèmes de contrôle peuvent réguler la force exercée par les actionneurs, garantissant ainsi leur fonctionnement dans des limites de sécurité et prévenant tout dommage au système ou aux composants environnants. En mesurant la consommation de courant , les systèmes de contrôle peuvent évaluer approximativement la force exercée par les actionneurs linéaires. Cette fonctionnalité est utile pour les actionneurs linéaires qui ouvrent et ferment les fenêtres, afin de couper l'alimentation et d'interrompre la force si une main ou un obstacle bloque la course.

Types de stratégies de contrôle

Différentes stratégies de contrôle sont utilisées dans l'industrie pour atteindre un niveau de précision raisonnable dans le contrôle du mouvement. Chacune de ces stratégies offre des avantages spécifiques et convient à diverses applications, selon le niveau de contrôle et de précision requis par le système. Parmi les stratégies de contrôle les plus courantes pour les actionneurs linéaires électriques, on peut citer :

1. Commande tout ou rien : Il s'agit de la forme de commande la plus simple utilisée avec les actionneurs linéaires électriques, couramment utilisés dans les systèmes de commande en boucle ouverte. Elle consiste à activer ou désactiver le courant électrique alimentant l'actionneur, sans état intermédiaire. Cette méthode est simple et est utilisée dans les applications où un contrôle précis de la position n'est pas nécessaire. L'actionneur fonctionne à pleine puissance jusqu'à atteindre une fin de course définie ou terminer sa tâche, après quoi il s'éteint.
2. P (Commande proportionnelle) : La commande proportionnelle ajuste la puissance d'entrée de l'actionneur en fonction de l'erreur, qui correspond à 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 importante, plus la réponse de l'actionneur est forte. Cette méthode permet un fonctionnement plus fluide que la commande tout ou rien, mais peut néanmoins entraîner une erreur en régime permanent si elle n'est pas combinée à d'autres types de commande.
3. PI (Commande proportionnelle-intégrale) : Cette stratégie améliore la commande proportionnelle en ajoutant un terme intégral , ce qui résout le problème de l'erreur en régime permanent. 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 avec plus de précision la position/force souhaitée par l'utilisateur.
4. Régulation PID (Proportionnel-Intégral-Dérivé) : La régulation PID est une méthode plus avancée qui combine trois types de stratégies de régulation : proportionnelle, intégrale et dérivée , pour assurer un contrôle précis 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 complète permet un contrôle très précis de la position, de la force et de la vitesse de l'actionneur, ce qui la rend idéale pour les systèmes complexes et dynamiques où la précision est essentielle.

Choisir le bon système de contrôle

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

• Protection contre les intrusions
• Compatibilité
• Budget

1. Indice de protection : Évaluez les exigences environnementales spécifiques de votre application afin de déterminer le type de système de contrôle requis. Le boîtier de commande PA-33, par exemple, présente un indice de protection IP65 pour la résistance à la poussière et à l'eau. Un indice de protection IP65 ou supérieur est recommandé pour les systèmes de contrôle exposés aux éléments extérieurs tels que la pluie, la poussière et les débris.
2. Compatibilité : Assurez-vous que le système de contrôle est compatible avec les actionneurs linéaires électriques que vous avez choisis ou que vous utilisez actuellement afin de garantir une intégration transparente. Vérifiez que votre actionneur dispose des protocoles de communication et du retour de position correspondants aux contrôleurs que vous envisagez. Par exemple, les servomoteurs micro-précis PA-12-T (TTL/PWM) et PA-12-R (RS-485) offrent un contrôle de position précis avec une précision de positionnement allant jusqu'à 100 µm et nécessitent des protocoles de communication avancés pour de telles performances. Il est également important de vérifier la compatibilité du type de moteur de votre actionneur avec un système de contrôle. Les moteurs brushless fonctionnant en continu, tels que ceux de nos actionneurs PA-14 sur mesure, nécessitent des boîtiers de commande compatibles, comme le boîtier de commande LC-241 .

Pour voir lesquels de nos boîtiers de commande et actionneurs sont compatibles entre eux, consultez nos tableaux de comparaison et de compatibilité des boîtiers de commande 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 éventuelles contraintes budgétaires du projet et choisissez un système de contrôle offrant le meilleur rapport qualité-prix tout en répondant à vos exigences de performance. Par exemple, des projets intérieurs simples ne nécessitant pas une grande précision fonctionneraient sans problème en connectant un interrupteur à bascule basique sans protection élevée pour contrôler un mini-actionneur linéaire à 2 fils à un prix abordable.

 

Boîtiers de commande à effet Hall

Les boîtiers de commande tels que notre série FLTCON permettent de programmer des fonctions, des fonctions de sécurité et d'autres paramètres utilisateur, accessibles via la télécommande connectée. Lorsque plusieurs actionneurs à effet Hall sont connectés à un boîtier de commande FLTCON, celui-ci assure la synchronisation des moteurs afin qu'ils se déplacent ensemble à la même vitesse.

Lisez notre blog sur les applications des boîtiers de contrôle FLTCON pour plus d'informations.

 

Boîtier de commande	Tension d'entrée	Nombre de canaux
FLTCON-1	110 VCA	1
FLTCON-2	110 VCA	2
FLTCON-2-24VDC	24 V CC	2
FLTCON-3	110 VCA	3
FLTCON-4	110 VCA	4

 

Si vous choisissez une configuration avec deux actionneurs à effet Hall, notre FLTCON-2 accepte une tension d'entrée de 110 VCA. Nous proposons également le FLTCON-2-24 VCC , compatible avec une tension d'entrée de 24 VCC. Associé à notre bloc-batterie portable FLT PA-BT1-24-2200 (sortie 24 VCC), l'association du FLTCON-2-24 VCC et du PA-BT1-24-2200 offre une portabilité totale. Nous proposons un large choix de télécommandes pour vous permettre de profiter pleinement des fonctionnalités uniques de nos différentes télécommandes filaires programmables. Elles peuvent également être utilisées avec nos télécommandes sans fil RT-14 pour plus de commodité.

En résumé

Les systèmes de contrôle jouent un rôle crucial dans l'optimisation des performances, de l'efficacité et des capacités des actionneurs linéaires électriques. Comprendre les différents types de systèmes de contrôle, leurs fonctions et savoir choisir celui qui convient à votre application vous permettra d'assurer un fonctionnement optimal et d'obtenir les résultats souhaités. Que vous soyez dans l'industrie manufacturière, la robotique ou l'automobile, la mise en œuvre d'un système de contrôle adapté peut vous aider à améliorer les performances de vos actionneurs linéaires électriques.

Nous espérons que ce document vous a été aussi instructif et intéressant que nous, surtout si vous cherchez des conseils pour choisir les systèmes de contrôle adaptés à vos actionneurs linéaires électriques. Si vous avez des questions sur nos produits ou si vous avez des difficultés à choisir les systèmes de contrôle et les actionneurs linéaires électriques adaptés à vos besoins, n'hésitez pas à nous contacter ! Experts dans notre domaine, nous serons ravis de répondre à toutes vos questions !

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