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Servomoteurs : fonctionnement

Pour en savoir plus, sur les servomoteurs de mod?lisme :


users.skynet.be


Cette page n'existant plus, j'en reproduis ici le contenu :


SERVO: Comment ?a marche ?


Un servo (dont la d?nomination exacte est ''servomoteur'') est l'interface entre le monde ?lectronique de votre radiocommande et le monde m?canique de votre h?lico. C'est donc lui qui transmet vos ordres de pilotage aux gouvernes du mod?le en vol: c'est dire son importance puisque cela suppose une puissance adapt?e et une pr?cision suffisante.


Mais face ? la multitude de servos propos?s sur le march?, il n'est pas toujours facile de s'y retrouver car l'habit ne fait pas le moine.


Les revues de mod?lisme, publient r?guli?rement des essais de servos qui sont, semble-t-il, appr?ci?s des lecteurs. C'est en effet la seule solution pour avoir plus de pr?cisions que les sp?cifications des constructeurs sur ce qui se cache r?ellement dans ces petits bo?tiers indispensables ? la vie de nos mod?les. Car la taille ext?rieure ne suffit pas, loin s'en faut, pour savoir de quel type et de quelle qualit? de servo il s'agit. Pour pouvoir exploiter compl?tement ces essais, il semble donc utile de comprendre comment fonctionne un servo. Suivez le guide.....


Principe de fonctionnement


Les ?l?ments constituants d'un servo sont clairement illustr?s par le dessin l?gend? ci contre. Ca, c'est pour l'aspect physique. Mais ? partir de ces ?l?ments que sont l'ampli, le moteur, le potentiom?tre, les pignons, le palonnier de commande, comment fonctionne cette pr?cieuse petite chose ? l'int?rieur de son bo?tier ?


- En th?orie


En partant d'une impulsion ?lectrique qui sort du r?cepteur (qui, pour m?moire, l'a lui-m?me re?u de l'?metteur qui a transmis votre ordre de commande), le servo doit ?tre capable d'effectuer un mouvement rotatif - ou parfois lin?aire pour les rares servos lin?aires encore disponibles, d'une amplitude proportionnelle ? l'action du manche de l'?metteur afin de faire bouger une gouverne via une commande raccordant l'un ? l'autre. Ca, c'est la th?orie. Et pour rendre la chose un peu plus difficile, le servo doit se positionner avec pr?cision (il doit donc conna?tre clairement la position de son palonnier) en faisant preuve d'une puissance suffisante pour supporter les efforts a?rodynamiques que subit la gouverne en vol (effort m?canique dans le cas d'une commande de moteur).


- En pratique


1 - Tout commence au niveau de l'ampli du servo (sa partie ?lectronique) qui re?oit donc une impulsion du r?cepteur. Cette impulsion fait 1,5 milliseconde de large au neutre et varie de +/- 0,5 ms selon la position du manche (d'une but?e ? l'autre du manche de l'?metteur).


2 - L'ampli doit, en fonction de la largeur de cette impulsion, positionner le palonnier de commande. Or, pour conna?tre la position de ce palonnier, il re?oit en permanence des informations du potentiom?tre ( Voir description en encadr? ) qui l'informe en temps r?el de la moindre sollicitation du palonnier.


3 - A partir de l'info donn?e par le potentiom?tre (appel? ?Potar? par certains mod?listes) et de la largeur d'impulsion en provenance du r?cepteur, l'ampli va rechercher en permanence ? trouver l'?quilibre entre ces deux informations.


4 - Il n'est pas du pouvoir de l'ampli de modifier la largeur de l'impulsion mais, en commandant le moteur ?lectrique du servo, il peut faire ?voluer la position du palonnier et par cons?quence modifier les information que le potentiom?tre lui transmet.


5 - D?s que l'?quilibre entre la largeur de l'impulsion et les informations du potentiom?tre est retrouv?, l'ampli commande l'arr?t du moteur. Si un effort tente de d?placer le palonnier, l'ampli en est directement inform? et il agit en cons?quence sur le moteur pour retrouver un ?quilibre au plus vite.


- En r?sum?


En fonction de la largeur de l'impulsion re?ue, l'ampli fait tourner le moteur, le moteur fait tourner le palonnier de commande, le palonnier fait tourner le potentiom?tre, potentiom?tre qui lui-m?me commande l'ampli... Quand un syst?me d'asservissement se mord ainsi la queue, on parle d'une ''boucle d'asservissement ''.


Un servo, c'est donc une boucle d'asservissement de position. Compris !


Pr?cision: l'affaire des pignons, du potentiom?tre et de l'?lectrique


- Pr?cision m?canique


Sur un servo, la pr?cision se pr?sente sous diff?rents aspects. Le premier que tout le monde ?value d'un doigt d'expert, c'est le jeu des pignons. N'oubliez jamais que le jeu est l'?me de la m?canique: il faut donc un peu de jeu si l'on veut que ?a tourne.


A ce facteur s'ajoute le guidage m?canique du pignon de sortie: s'il est guid? par un ou deux roulements, la pr?cision a toutes les chances d'?tre plus grande que dans le cas d'un guidage par bagues en bronze ou delrin, voire directement par l'?paisseur du plastique du bo?tier.


- Pr?cision ?lectrique


La deuxi?me source d'impr?cision vient de la qualit? du potentiom?tre. Les deux crit?res de qualit? de celui-ci sont la lin?arit? et la qualit? du contact entre la piste r?sistive et le curseur.


Les potentiom?tres haut de gamme garantissent toujours une r?sistance parfaitement calibr?e tout au long de la course du curseur.


C'est ce que l'on nomme la lin?arit?. Bien ?videmment, cela a un co?t que les servos bas de gamme ne peuvent se payer.


Quand ? la qualit? des contacts, vous avez peut-?tre d?j? vu des publicit?s faisant mention d'un potentiom?tre ? plusieurs contacts: c'est en r?alit? du curseur du potentiom?tre dont il est fait mention, qui au lieu de faire contact en un seul point avec la piste r?sistive, le fait en plusieurs points (jusqu'? cinq).


L'int?r?t de ce multi-contact, c'est de minimiser les risques de faux contacts: il est parfois possible d'avoir un contact d?fectueux, mais jamais les cinq ? la fois.


- Pr?cision ?lectroniquue


Tout comme la m?canique, l'?lectronique aussi a son jeu (sa tol?rance).


Ce jeu ?lectronique autour du neutre ou d'une autre position d?finie s'appelle en fait l'hyst?r?sis. L'hyst?r?sis est aussi indispensable que le jeu en m?canique si elle est nulle, le servo passe son temps ? osciller autour de sa position ? la recherche de son ?quilibre id?al, car l'ampli commande le moteur en permanence. On dit qu'il sur compense. L'hyst?r?sis doit donc exister mais doit ?tre la plus faible possible. Un servo ?quip? d'une ?lectronique ? large hyst?r?sis aura un positionnement al?atoire. Souvent, en plus de l'hyst?r?sis, l'?lectronique est ''amortie'' autour de la position ? atteindre. Cette amortissement a pour effet de ralentir le servo lors de l'arriv?e sur zone.


- Bas ou haut de gamme


Sur un servo bas de gamme (ou encore ?conomique, standard?.. Appelez-les comme vous voulez), vous trouverez des pignons avec un jeu sensible, et un potentiom?tre mono contact avec une piste ?conomique (donc pas tr?s lin?aire).


Avec un train de pignons qui a du jeu et un potentiom?tre tout aussi approximatif, si l'on utilise une ?lectronique ? faible hyst?r?sis le servo passera son temps ? surcompenser.


Pour pallier cela, on utilise une ?lectronique ayant une hyst?r?sis assez large. Aujourd'hui, on d?finit sans probl?me par calcul l'hyst?r?sis que l'on veut: petite ou grande hyst?r?sis, ?a n'est pas plus difficile ? faire et pas plus co?teux.


Sur un servo haut de gamme, le jeu des pignons est g?n?ralement r?duit au minimum n?cessaire, et le potentiom?tre est pr?cis gr?ce ? son curseur multi-contact. Comme l'?lectronique n'a pas ? compenser de d?fauts au niveau de ces deux ?l?ments du servo, son hyst?r?sis est faible. Tout cela explique entre autre le prix de ces servos de qualit?.


Vitesse ou couple


Pour le m?me prix de revient, un fabricant peut vous proposer au choix un servo rapide et peu puissant, ou un servo lent et puissant. Pour cela, il suffit de modifier le train de pignons: si la d?multiplication est grande, le servo sera puissant mais plut?t lent, si elle est courte, il sera rapide mais n'aura que peu de couple.


Mais il existe une solution pour avoir ? la fois puissance et rapidit?: utiliser tout simplement un moteur plus puissant. Aujourd'hui, certains fabricants n'h?sitent pas ? faire appel ? des moteurs au terres rares comme le samarium-cobalt de nos moteurs ?lectriques.


Quand on est un mod?liste exigeant, on veut donc des servos rapides et puissants. G?n?ralement, ces servos sont en outre plus pr?cis (sinon ? quoi bon !). Ce sont les fameux servos dits ? haut de gamme ?. Mais attention: si l'on veut de la vitesse et de la puissance, il faut fournir de l'?nergie, donc un accu ? la hauteur (de forte capacit? pour avoir une bonne autonomie). Le moteur ?lectrique doit bien sur ?tre capable de supporter ces forts courants, mais les circuits de commandes aussi. Comme l'hyst?r?sis de ces servos est relativement ?troite, ils passent leurs temps ? rechercher un neutre parfait, donc l'ampli commande le moteur en permanence, ce qui fait qu'il consomment beaucoup ! Sur certains mod?les, on entend ainsi les servos qui ? chantent ?: en r?alit?, au moindre souffle de vent sur les gouvernes, les servos cherchent ? repositionner celles-ci ? la perfection (gare ? la consommation).


Les pignons: plastique ou m?tal ?


- Avantages et inconv?nients des pignons en plastique


Ils ont pour eux d'?tre ?conomiques. Comme ils ont une certaine souplesse, ils peuvent en outre ?tre sans jeu, le jeu de fonctionnement ?tant obtenu par leur d?formation. Mais comme pour le reste du servo, il existe des qualit?s de plastique adapt?es ? la qualit? et au co?t du servo. Le plastique utilis? sur un servo ? 3.000 Fb n'est pas le m?me que celui d'un servo bas de gamme ? moins de 1.000 Fb.


Le principal d?faut des pignons en plastique, m?me s'ils sont ?pais et de qualit?, c'est leur r?sistance aux chocs. Il est toujours rageant de devoir interrompre une s?ance de vol pour un simple pignon cass?: quand c'est ? l'atterrissage, le mal n'est pas tr?s grave, quand c'est en vol sous l'effet du flutter d'une gouverne, c'est plus dangereux (le mod?le pouvant se retrouver impilotable). L'usage de tringlerie assez longues permet de rem?dier en partie au effets de chocs car elles amortissent ceux-ci en se d?formant.


- Avantages et inconv?nients des pignons en m?tal


Le m?tal est plus co?teux que le plastique car chaque pignon doit ?tre usin? dans la masse, ce qui est plus cher ? r?aliser que de l'injection plastique. Le jeu de fonctionnement est cette fois indispensable, mais il doit ?tre parfaitement ma?tris?: trop de jeu n'est pas bon, pas assez et ?a ne marche plus.


C?t? solidit?, c'est bien s?r parfait car indestructible, que ce soit sous l'effet d'un choc au sol ou sous l'effet d'un flutter en vol. Par contre, comme le jeu est un peu sup?rieur aux pignons en plastique, on peut rencontrer plus fr?quemment des probl?mes de flutter avec des pignons en m?tal. Ce d?faut li? au jeu concerne ?galement la tenue aux vibrations: c'est bien connu, un contact m?tal/m?tal, ?a use.


C'est pour cette raison que les h?licopt?ristes n'utilisent jamais de pignons en m?tal. Donc gare aux vibrations si vous ?tes adepte des pignons m?talliques, et assurez-vous d'avoir des pignons de bonne qualit?.


Quel servo pour quelle utilisation ?


L'a?romod?lisme offre aujourd'hui une telle vari?t? de types de mod?les que cela a g?n?r? au fil du temps une grande vari?t? de servos pour adapter ces petites m?caniques au plus pr?s des exigences des mod?les. Appareil de d?but, grand mod?les, voltige, planeur, ?lectrique, mini, indoor, h?lico, pour les ailes ou le fuselage, ?tange ?.. Les contraintes sp?cifiques ne manquent pas! Nous allons donc r?sumer les grandes familles de servos et leurs applications.


- Les servos bas de gamme


Il sont suffisants pour tous les mod?les de d?but, en plus leur faible co?t est un argument toujours sensible aux yeux des d?butants qui ne veulent pas investir sans savoir si ce nouveau hobby va durer.


- Les servos standard


Un grand au-dessus des bas de gamme, ils conviennent aujourd'hui ? la majorit? des applications dites de loisir. C'est le gros des ventes mais ils n'affichent pas tous les m?mes qualit?s?


- Les servos rapides


On les utilise sur les gouvernes r?clamant une grande rapidit? d'action: pour obtenir une bonne pr?cision de pilotage. C'est le cas de nos h?licopt?res (o? la puissance est ?galement requise).


- Les servos minis


La taille de ces servos est adapt?e aux applications particuli?res o? place et poids sont compt?s.


- Les servos micros


Ces servos sont, en raison de leur faibles poids et taille, parfaits pour tous les petits mod?les qui se d?veloppent de plus en plus.


A vous de choisir......


Voil? qui m?ritait d'?tre dit car les servos sont un ?l?ment important de nos mod?les. J'esp?re donc que ces quelques lignes vous permettront d'y voir plus clair dans le vaste choix des servos que nous proposent les diff?rents fabricants et de ne plus les acheter ? l'aveuglette. Si vous parlez de r?solution, d'hyst?r?sis, de rapport couple/vitesse? ? votre d?taillant, il devra bien se plier au exigences d'un client connaisseur! Mais gardez ? l'esprit qu'il n'y a pas de secret: la qualit? a un co?t et, malheureusement, le prix ne garantit pas toujours la qualit?.


Il faut donc, ? la lumi?re de ce dossier, savoir se servir de son cerveau pour choisir ses servos!




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Créé le 08-02-2006 à 15h46.
Modifié le 08-02-2006 à 16h13.

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