Cum realizează actuatoarele electrice liniare o mișcare liniară precisă prin controlul servo -ului de poziție?

Ca dispozitiv cheie de conducere în domeniul automatizării industriale, funcția de bază a actuatoarelor electrice liniare este de a converti semnalele electrice în mișcare liniară de înaltă precizie. Sunt utilizate pe scară largă în controlul valvei, poziționarea robotică a brațului, reglarea fluidului și alte scenarii. Fluxul său de lucru se bazează pe principiul de control servo de poziție. Prin colaborarea cu buclă închisă a procesării semnalului, a calculului abaterii dinamice, a acționării motorului și a feedback-ului de poziție, realizează controlul precis al traiectoriei de mișcare a actuatorului. Acest sistem tehnic nu numai că integrează controlul motorului, transmisia mecanică și tehnologia de detectare electronică, dar reflectă și cerințele cuprinzătoare ale industriei moderne pentru răspuns dinamic, precizia poziționării și stabilitatea sistemului.

Fluxul de lucru al actuatoarelor electrice liniare începe cu semnalul analog trimis de sistemul de control. De obicei, semnalul de curent 4-20mA este utilizat ca instrucțiune de control. Acest interval de semnal electric standardizat nu numai că asigură capacitatea anti-interferență a transmisiei semnalului, dar oferă și un spațiu de ajustare dinamică suficient pentru sistem. Când sistemul de control scoate o anumită valoare curentă, actuatorul trebuie să -l transforme într -o deplasare liniară specifică. Acest proces depinde de rolul principal al localizatorului de poziție. Luând ca exemplu placa de control PM-2, circuitul său de conversie analog-digital integrat intern de înaltă precizie poate converti semnalul curent într-o cantitate digitală, primind în același timp semnalul de feedback în timp real de la senzorul de poziție. Valoarea de abatere formată prin comparația dintre cele două devine parametrul de intrare al algoritmului de control ulterior.

Nucleul calculului deviației constă în introducerea algoritmului PID. Algoritmul ajustează dinamic intensitatea de ieșire a curentului de acționare printr -o combinație liniară de proporție (P), integrare (I) și diferențiere (D). Termenul proporțional răspunde direct la abaterea actuală, termenul integral elimină eroarea acumulată pe termen lung, iar termenul diferențial prezice tendința de modificare a abaterii. Cei trei lucrează împreună pentru a încetini actuatorul atunci când se apropie de poziția țintă pentru a evita depășirea oscilației. De exemplu, atunci când sistemul de control necesită actuatorul să treacă de la poziția inițială la 10 mm, localizatorul de poziție va continua să compare abaterea dintre poziția reală și valoarea țintă și va regla dinamic curentul de acționare a motorului prin algoritmul PID până când abaterea se apropie de zero. Acest proces necesită nu numai eficiența algoritmului, ci și capacitatea de răspuns în timp real a sistemului hardware.

Ca sursă de putere a actuatorului, performanța motorului determină în mod direct caracteristicile dinamice ale sistemului. Motorul DC fără perie a devenit alegerea principală pentru actuatoarele electrice liniare, datorită cuplului său ridicat de pornire și a caracteristicilor de fluctuație a vitezei mici. Condus de curent electric, motorul iese mișcare de rotație, dar scenariile industriale necesită adesea deplasarea liniară, astfel încât conversia formei energetice trebuie obținută prin mecanismul de transmisie reductor și șurub. Reducătorul reduce viteza și crește cuplul prin plasarea angrenajului, în timp ce șurubul transformă mișcarea de rotație în mișcare liniară. De exemplu, șurubul cu bilă poate obține o precizie de poziționare la nivel micron, datorită frecării scăzute și eficienței ridicate; În timp ce șurubul trapezoidal folosește funcția de auto-blocare pentru a menține poziția actuatorului neschimbată atunci când puterea este oprită, care este potrivită pentru scenarii care necesită forță de reținere statică.

Proiectarea mecanismului de transmisie trebuie să țină seama atât de precizie, cât și de fiabilitate. Precizia plumbului, reglarea preîncărcării și metoda de ungere a șurubului cu bilă vor afecta repetabilitatea și durata de viață a sistemului. Unele actuatoare de ultimă generație folosesc o structură de piuliță dublă pre-strânsă pentru a elimina clearance-ul axial prin elemente elastice, îmbunătățind în continuare rigiditatea transmisiei. În plus, nivelul de protecție al lanțului de transmisie nu poate fi ignorat, în special în medii prăfuite și umede, unde proiectarea de etanșare și acoperirea anti-coroziune pot prelungi eficient durata de viață a echipamentului.

Senzorul de poziție este „ochiul” sistemului cu buclă închisă, iar precizia și stabilitatea acestuia determină performanța finală a actuatorului. Potențiometrele din plastic conductive reflectă informațiile despre poziție prin modificări ale valorii rezistenței și au avantajele structurii simple și a costurilor reduse, dar după utilizarea pe termen lung, precizia poate scădea din cauza uzurii. Codificatorii digitali non-contactați realizează detectarea poziției prin principii fotoelectrice sau magnetoelectrice și au caracteristicile de înaltă rezoluție și de viață lungă, care sunt potrivite în special pentru scenarii de mișcare reciprocă de mare viteză și de înaltă frecvență. De exemplu, codificatorii incrementali determină deplasarea relativă prin numărarea pulsului, în timp ce codificatorii absolute pot ieși direct coduri de poziție unice pentru a evita problema pierderii poziției după eșecul de alimentare.

Prelucrarea semnalelor de feedback trebuie să fie strâns coordonată cu algoritmul de control. După ce a primit semnalul senzorului, localizatorul de poziție trebuie să -l filtreze și să -l liniarizeze pentru a elimina interferențele de zgomot și erorile neliniare. De exemplu, algoritmul filtrului Kalman poate suprima în mod eficient semnalele de vibrații de înaltă frecvență și poate îmbunătăți raportul semnal-zgomot al detectării poziției. În același timp, frecvența de eșantionare a semnalului de feedback trebuie să corespundă ciclului de control pentru a se asigura că sistemul poate răspunde la tulburări externe în timp util.

Caracteristicile cu buclă închisă Actuatoare electrice liniare Oferiți-le capacități puternice anti-interferență. Când sarcina externă se schimbă brusc sau tensiunea de alimentare fluctuează, abaterea de poziție declanșează reglarea dinamică a algoritmului PID. De exemplu, în scenariul de control al valvei, o creștere bruscă a presiunii conductelor poate determina creșterea cuplului de încărcare a actuatorului. În acest moment, semnalul de abatere a poziției va determina motorul să crească curentul de ieșire pentru a compensa schimbarea sarcinii. Comutatorul de limită de cuplu și dispozitivul de limită de deplasare constituie un strat de protecție hardware pentru a preveni supraîncărcarea mecanică cauzată de defecțiunea software -ului.

Abilitatea adaptativă a sistemului se reflectă și în setarea parametrilor. Coeficientul de câștig al algoritmului PID trebuie să fie optimizat în funcție de caracteristicile actuatorului și scenariile de aplicare. De exemplu, în mișcarea reciprocă de înaltă frecvență, greutatea diferențială trebuie să fie crescută pentru a suprima depășirea; Și în condiții de încărcare ridicată, efectul pe termen integral trebuie crescut pentru a elimina erorile statice. Unii actuatori acceptă funcția de auto-reglare a parametrilor, care realizează configurația optimă a parametrilor de control prin identificarea automată a modelului de sistem.