L'histoire du contrôle du mouvement moderne

La détermination de la date de début du contrôle des mouvements dépend en grande partie de la définition que vous donnez à la notion de contrôle du mouvement. On pourrait dire que cela a commencé avec l'invention de la came mécanique. D'autres diront qu'elle n'a commencé qu'avec l'introduction du contrôle PID.

Il n'y a pas de début définitif, mais nous allons commencer par les moteurs électriques, il y a un peu moins de 150 ans. Vous pouvez lire un historique plus complet du contrôle du mouvement. ici. Dans cet article, nous allons explorer le développement des technologies qui ont rendu possible le contrôle moderne du mouvement.

Tous les bons outils

Bien que le moteur électrique ait été inventé dès 1837, il n'était pas commercialement viable avant que Zenobe Gramme ne dévoile sa conception du moteur à courant continu en 1873. Des années plus tard, Tesla, le champion du courant alternatif lui-même, a présenté son propre moteur à induction à courant alternatif. Depuis lors, les moteurs électriques sont utilisés dans de plus en plus d'appareils.

En 1914, l'utilisation de pièces interchangeables était devenue beaucoup plus courante et Henry Ford venait d'installer la première chaîne de montage mécanisée. La fabrication efficace était en plein essor. Et c'est une bonne chose, car le monde plongeait dans la Première Guerre mondiale.

Avec la chaîne de montage, les moteurs électriques et les innovations dues à la guerre, l'ère de l'automatisation approchait rapidement, mais il manquait un élément clé pour le contrôle du mouvement...

Retour d'information : La pièce manquante

Dans un sens, la rétroaction de contrôle elle-même avait déjà été mise en œuvre dans les années 1900. Les thermostats et les régulateurs centrifuges avaient été utilisés respectivement pour les fours et les moteurs à vapeur au cours des siècles précédents. Mais l'idée d'utiliser une boucle de rétroaction négative pour renforcer le contrôle n'avait pas encore été véritablement élaborée, même après la fin de la Première Guerre mondiale et l'entrée dans l'ère du jazz.

Un jour, lors de son voyage en ferry en 1927, Harold Black a pris des notes sur l'utilisation d'une partie de la sortie d'un amplificateur de puissance pour annuler une partie de l'entrée et réduire la distorsion du signal, en particulier pour les communications à longue distance. Son invention de l'amplificateur à rétroaction négative a jeté les bases de l'évolution des amplificateurs. Bientôt, les boucles de rétroaction négative ont été introduites partout dans les dispositifs pneumatiques et de communication.

La même année où Harold Black a publié son article sur l'amplificateur à rétroaction négative, Harold Hazen a également reconnu que la rétroaction négative pouvait être utilisée pour ajuster la courbe de réponse d'un servomécanisme. Dans l'avenir, les travaux des deux Harold seront cruciaux pour le développement des techniques de contrôle des moteurs. Le contrôle électrique du mouvement était né.

Cependant, même avec une boucle de rétroaction négative, les systèmes de contrôle n'étaient pas encore au point. L'utilisation d'une commande purement proportionnelle était très sensible au dépassement initial de la sortie cible et nécessitait du temps pour se stabiliser. Elle ne réagissait pas bien non plus aux perturbations soudaines. Il y avait encore beaucoup de travail à faire avant que la technologie des servo-amplificateurs ne commence à ressembler à ce qu'elle est aujourd'hui.

PID : un changement de jeu

La mise en œuvre du contrôle PID a tout changé. PID est l'abréviation de Proportionnel, Intégral et Dérivé, et fait référence aux différents gains appliqués dans un amplificateur pour corriger les erreurs dans un système en boucle fermée. Un signal amplifié avec PID produit une réponse beaucoup plus douce qu'un signal amplifié avec une commande proportionnelle seule. Le composant de contrôle intégral élimine l'erreur en régime permanent et le composant dérivé réduit le dépassement de la réponse. L'idée du PID existait en tant que théorie mathématique depuis que J.C. Maxwell l'a écrite en 1886. Cependant, il faudra attendre environ un demi-siècle avant qu'elle ne soit intégrée à la technologie, du moins à dessein.

À la fin de la Seconde Guerre mondiale, les contrôleurs dotés de systèmes électriques sont devenus plus courants. Ils connaîtront de grandes améliorations au cours des décennies suivantes. Avec la guerre froide, les pays ont poussé l'innovation technologique, car personne ne voulait être désavantagé si une guerre ouverte éclatait. Finalement, la technologie de contrôle PID et les servo-amplificateurs ont contribué à la mission des États-Unis visant à envoyer un homme sur la lune.

L'ère de l'analogique

Les développements technologiques des années 60 et 70 ont donné naissance à l'électronique à l'état solide, y compris les transistors à semi-conducteurs, permettant une commutation à haute fréquence. À la même époque, la modulation de largeur d'impulsion (PWM) a été mise au point pour envoyer des signaux électriques de manière beaucoup plus efficace. Ces progrès ont permis d'activer et de désactiver plusieurs phases du moteur de manière contrôlée. Nous sommes entrés dans l'ère du contrôle des moteurs sans balais à courant continu.

Les amplificateurs servo analogiques devenaient simultanément plus compacts et plus avancés. Des fonctions telles que les indicateurs d'état, les modes de fonctionnement multiples et la prise en charge de plusieurs dispositifs de retour d'information ont commencé à être proposées dans les modèles à montage sur panneau et les modèles à commande numérique. Servo amplificateur monté sur circuit imprimé paquets.

Il convient de noter que l'industrie du contrôle du mouvement a changé à jamais (à notre avis) lorsque Sandor Barta et Daniel Schoenwald ont créé ADVANCED Motion Controls en 1987, en construisant des amplificateurs servo analogiques sur une table de cuisine à Van Nuys.

L'essor du numérique

L'électronique numérique a commencé à s'imposer dans les années 1970. Les circuits intégrés, les microprocesseurs, la mémoire non volatile et l'interréseau ont commencé à façonner le paysage de la technologie électronique telle que nous la connaissons aujourd'hui. De plus en plus d'industries ont commencé à passer de l'analogique au numérique.

Le numérique a fait son entrée dans l'industrie du contrôle du mouvement dans les années 1990. Avec l'invention des servo-amplificateurs numériques, ou des servo-variateurs numériques comme on les appelle plus communément aujourd'hui, les possibilités de contrôle du mouvement se sont considérablement élargies. Les servocommandes numériques peuvent désormais utiliser le retour de position pour déplacer le rotor d'un moteur vers des positions spécifiques, plutôt que de se contenter de couples et de vitesses. Les servocommandes numériques peuvent également fonctionner sur un réseau et communiquer entre elles et avec d'autres dispositifs grâce à des signaux d'entrée/sortie.

Ces dernières années, la frontière entre le contrôleur de moteur et l'amplificateur est devenue très floue. Les servomoteurs ont désormais leur propre puissance de traitement, ce qui leur permet d'effectuer une plus grande partie du travail normalement requis par un contrôleur externe. Leur mémoire intégrée leur permet de stocker des profils de mouvement, ce qui réduit encore la charge de travail du contrôleur, voire le rend totalement inutile.

Une part importante de l'activité de contrôle du mouvement reste analogique, mais l'industrie devient de plus en plus numérique chaque année. Vous pouvez en savoir plus sur le différences entre les servocommandes numériques et analogiques ici.

Quelle est la prochaine étape ?

Bien que la technologie de base du contrôle du mouvement soit désormais bien établie, l'industrie continue de croître et d'évoluer. Si vous êtes curieux de savoir où va le secteur du contrôle du mouvement, lisez ce qui suit Tendances des servomoteurs pour 2020 ici.

par Jackson McKay, ingénieur marketing