Guide Motion Control du GIMELEC - Ministère de l'Éducation ...

2- Introduction
Historique
La commande du mouvement est une activité récente qui
s’est développée dès l’apparition de l’électronique de puissance.
À l’origine, la machine-outil a été le secteur d’application
exclusif et le contrôle du mouvement a été résolu avec des
moteurs à courant continu.
Afin d’accroître les performances, dans les années 60, les
constructeurs ont développé des moteurs particuliers
comme les moteurs-disques et pour exploiter les possibilités
dynamiques de ces moteurs, les fabricants de variateurs
ont imaginé des solutions innovantes; citons le variateur
Var 3000 Telemecanique produit à cette époque et qui
utilisait déjà une technique à découpage d’une tension
continue. L’association de ce moteur et de ce type de variateur
permettait déjà une bande passante de l’ordre de la
centaine de hertz.
Une autre technologie, développée en parallèle, dite moteur-couple
à courant continu, utilisait des moteurs à
aimants permanents, en général des ferrites. Ce type de
moteur permettait des surcharges importantes à basse vitesse,
ce qui est parfaitement adapté à la commande d’axe
des machines-outils.
En effet, l’enlèvement de copeaux nécessite l’emploi de
moteurs pouvant développer un fort couple à basse vitesse
pendant des temps prolongés. Ces moteurs comportaient
nécessairement des balais et un collecteur. La technique de
commande la plus appropriée faisait appel à des variateurs
réversibles à courant de circulation. La bande passante ne
pouvait dépasser quelques dizaines de hertz. En raison des
fortes capacités de surcharge de ces moteurs, les accélérations
et décélérations des associations motovariateurs
étaient particulièrement élevées.
Le développement de la commande de mouvement n’a
réellement pris son essor qu’à partir des années 80.
Plusieurs facteurs ont contribué :
■■l’utilisation de microprocesseurs dans les variateurs de
vitesse,
■■le développement de composants de puissance fiables
et performants,
■■le développement des moteurs synchrones ou à courant
continu sans balais.
Les composants de puissance : transistors bipolaires, MOS-
FET puis IGBT ont permis d’obtenir des variateurs robustes et
fiables.
Le développement des moteurs actuels est l’extrapolation
des moteurs-couples à courant continu. Le collecteur a disparu
et les aimants sont constitués de terres rares. Les moteurs
ainsi fabriqués sont extrêmement compacts et présentent
de fortes capacités de surcharge.
L’association moteur et variateur permet d’obtenir économiquement
les performances demandées : fort couple à basse
vitesse, grande dynamique, bande passante élevée de plusieurs
centaines de hertz, stabilité des systèmes complets et
facilité de réglage.
Secteurs d’application
De nos jours la commande de mouvement s’est élargie bien
au-delà de la machine-outil et s’est étendue à beaucoup
d’applications dans les secteurs manufacturiers discontinus:
robotique, travail de la tôle, manutention, assemblage, emballage,
textile, imprimerie, semi-conducteur....
Les machines de production se sont automatisées. Ce qui
était réalisé de manière mécanique s’effectue, à présent
avec des axes synchronisés électriquement. Les cadences de
production se sont accrues. On retrouve la commande de
mouvement sur une multitude de machines, chacune comportant
un ou plusieurs axes pour effectuer des opérations
réclamant une forte dynamique comme :
■■prendre et positionner,
■■découper,
■■réaliser des avances pas-à-pas,
■■commander des axes auxiliaires de machine-outil,
■■faire de la découpe à la volée,
■■synchroniser des mouvements,
■■etc.
Certaines de ces applications seront décrites en fin de cet
ouvrage.
La machine-outil et la robotique restent des domaines privilégiés
où les performances exigées sont les plus élevées. La
commande de mouvement se situe un cran en dessous et est
destinée à couvrir des fonctions complexes ou particulières
à un métier donné.
Les microprocesseurs ont permis de mettre en pratique
des techniques de commande, connues, mais techniquement
irréalisables avec une électronique analogique. Ainsi,
il est devenu possible d’effectuer économiquement l’autopilotage
des moteurs synchrones et asynchrones.
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