Kako linearni električni aktuatori postižu precizno linearno kretanje putem servo kontrole položaja?

Kao ključni uređaj za vožnju u području industrijske automatizacije, jezgra linearnih električnih pokretača je pretvaranje električnih signala u linearno kretanje visokog preciznog. Naširoko se koriste u kontroli ventila, robotskom pozicioniranju ruku, regulaciji tekućine i drugim scenarijima. Njegov tijek rada temelji se na principu servo kontrole položaja. Kroz suradnju obrade signala, izračuna dinamičkog odstupanja, motorički pogon i povratne informacije, ona ostvaruje preciznu kontrolu putanja pokreta pokretača. Ovaj tehnički sustav ne samo da integrira tehnologiju upravljanja motorom, mehanički prijenos i elektroničku senzorsku tehnologiju, već također odražava sveobuhvatne zahtjeve moderne industrije za dinamički odgovor, točnost pozicioniranja i stabilnost sustava.

Radni tok linearnih električnih pokretača započinje analognim signalom koji je poslao upravljački sustav. Obično se signal struje 4-20mA koristi kao upute za upravljanje. Ovaj standardizirani raspon električnog signala ne samo da osigurava sposobnost prijenosa signala anti-interferencije, već također pruža dovoljan prostor za dinamički podešavanje za sustav. Kad upravljački sustav izbaci određenu trenutnu vrijednost, aktuator ga mora pretvoriti u određeni linearni pomak. Ovaj postupak ovisi o osnovnoj ulozi lokatora položaja. Uzimajući PM-2 upravljačku ploču kao primjer, njegov interno integrirani visoko precizni analogno-digitalni krug pretvorbe može pretvoriti trenutni signal u digitalnu količinu, primivši signal povratnog signala u stvarnom vremenu iz senzora položaja. Vrijednost odstupanja nastala usporedbom između njih dvoje postaje ulazni parametar sljedećeg algoritma upravljanja.

Jezgra izračunavanja odstupanja leži u uvođenju PID algoritma. Algoritam dinamički prilagođava izlazni intenzitet pogonske struje kroz linearnu kombinaciju proporcije (P), integracije (I) i diferencijacije (D). Proporcionalni izraz izravno reagira na trenutno odstupanje, integralni pojam eliminira dugoročnu akumuliranu pogrešku, a diferencijalni izraz predviđa trend promjene odstupanja. Njih troje zajedno rade na usporavanju pokretača pri približavanju ciljanom položaju kako bi se izbjeglo oscilaciju. Na primjer, kada upravljački sustav zahtijeva da se pokretač pomakne s početnog položaja na 10 mm, lokator položaja nastavit će uspoređivati odstupanje između stvarnog položaja i ciljne vrijednosti i dinamički prilagoditi struju pogona motora kroz PID algoritam dok se odstupanje ne približi nuli. Ovaj postupak zahtijeva ne samo učinkovitost algoritma, već i mogućnost odgovora u stvarnom vremenu hardverskog sustava.

Kao izvor napajanja pokretača, performanse motora izravno određuje dinamičke karakteristike sustava. DC motor bez četkice postao je glavni izbor za linearne električne aktuatore zbog svojih visokih karakteristika zakretnog momenta i karakteristike fluktuacije male brzine. Pokreće se električnom strujom, motor izlazi rotacijsko kretanje, ali industrijski scenariji često zahtijevaju linearni pomak, tako da je pretvorba energetskog oblika potrebno postići mehanizmom prijenosa reduktora i vijaka. Smanjivač smanjuje brzinu i povećava okretni moment kroz mrežicu zupčanika, dok vijak pretvara rotacijsko gibanje u linearno gibanje. Na primjer, kuglični vijak može postići točnost pozicioniranja na razini mikrona zbog niskog trenja i visoke učinkovitosti; Dok trapezoidni vijak koristi funkciju samo-zaključavanja kako bi položaj pokretača ostao nepromijenjen kada je snaga isključena, što je prikladno za scenarije koji zahtijevaju statičku silu držanja.

Dizajn mehanizma prijenosa mora uzeti u obzir i točnost i pouzdanost. Točnost olova, metoda podešavanja i podmazivanja kuglice u unaprijed utjecati će na ponovljivost sustava i životni vijek sustava. Neki vrhunski pokretači koriste unaprijed zapetljanu strukturu dvostruke matice kako bi uklonili aksijalni klirens kroz elastične elemente, što dodatno poboljšava krutost prijenosa. Pored toga, razina zaštite prijenosnog lanca ne može se zanemariti, posebno u prašnjavom i vlažnom okruženju, gdje brtveni dizajn i antikorozijski premaz mogu učinkovito proširiti vijek trajanja opreme.

Senzor položaja je "oko" sustava zatvorene petlje, a njegova točnost i stabilnost određuju konačnu izvedbu aktuatora. Vodivi plastični potenciometri odražavaju informacije o položaju kroz promjene vrijednosti otpornosti i imaju prednosti jednostavne strukture i niskih troškova, ali nakon dugotrajne uporabe, točnost se može smanjiti zbog habanja. Nekontaktivni digitalni koderi shvaćaju otkrivanje položaja fotoelektričnim ili magnetoelektričnim principima, a imaju karakteristike visoke rezolucije i dugog života, koji su posebno prikladni za scenarije pokreta velike brzine i visokofrekvencije. Na primjer, inkrementalni koderi određuju relativni pomak brojem impulsa, dok apsolutni koderi mogu izravno izvesti jedinstvene kodove položaja kako bi se izbjegao problem gubitka položaja nakon nestanka snage.

Obrada signala povratnih informacija mora biti usko koordinirana s algoritmom upravljanja. Nakon primanja senzorskog signala, lokator položaja mora ga filtrirati i linearizirati kako bi se uklonili smetnji buke i nelinearne pogreške. Na primjer, algoritam filtra Kalman može učinkovito suzbiti vibracijske signale visokog frekvencije i poboljšati omjer otkrivanja položaja signal-šum. Istodobno, frekvencija uzorkovanja povratnog signala mora uskladiti kontrolni ciklus kako bi se osiguralo da sustav može pravovremeno reagirati na vanjske poremećaje.

Karakteristike zatvorene petlje linearni električni pokretači Dajte im snažne sposobnosti protiv interferencije. Kad se vanjsko opterećenje naglo promijeni ili napon napajanja fluktuira, odstupanje položaja pokreće dinamičko podešavanje PID algoritma. Na primjer, u scenariju upravljanja ventilom, nagli porast tlaka cjevovoda može uzrokovati povećanje okretnog momenta pokretača. U ovom trenutku, signal odstupanja položaja zatražit će od motora da poveća izlaznu struju kako bi nadoknadio promjenu opterećenja. Prekidač ograničenja zakretnog momenta i uređaj za ograničenje putovanja predstavljaju sloj zaštite od hardvera kako bi se spriječilo mehaničko preopterećenje uzrokovano kvarom softvera.

Adaptivna sposobnost sustava također se ogleda u postavljanju parametara. Koeficijent pojačanja PID algoritma mora se optimizirati u skladu s karakteristikama aktuatora i scenarijama primjene. Na primjer, u visokofrekventnom kretanju, diferencijalnu masu mora se povećati kako bi se suzbio prekoračenje; i u uvjetima visokog opterećenja, integralni izraz mora biti povećan kako bi se uklonili statičke pogreške. Neki pokretači podržavaju funkciju samo-podešavanje parametra, koja ostvaruje optimalnu konfiguraciju kontrolnog parametra automatskim identificiranjem modela sustava.