Hvordan oppnår lineære elektriske aktuatorer presis lineær bevegelse gjennom posisjonsservokontroll?

Som en viktig kjøreapparat innen industriell automatisering, er kjernefunksjonen til lineære elektriske aktuatorer å konvertere elektriske signaler til lineær bevegelse med høy presisjon. De er mye brukt i ventilkontroll, robotarmposisjonering, væskelegulering og andre scenarier. Arbeidsflyten er basert på prinsippet om posisjonsservokontroll. Gjennom lukket sløyfe-samarbeid med signalbehandling, dynamisk avvikningsberegning, motorisk stasjon og tilbakemelding av posisjoner, innser det presis kontroll over aktuatorens bevegelsesbane. Dette tekniske systemet integrerer ikke bare motorisk kontroll, mekanisk overføring og elektronisk senseringsteknologi, men gjenspeiler også de omfattende kravene til moderne industri for dynamisk respons, posisjoneringsnøyaktighet og systemstabilitet.

Arbeidsflyten til lineære elektriske aktuatorer starter med det analoge signalet som er sendt av kontrollsystemet. Vanligvis brukes 4-20 mA strømsignal som kontrollinstruksjon. Dette standardiserte elektriske signalområdet sikrer ikke bare anti-interferensevnen til signaloverføring, men gir også tilstrekkelig dynamisk justeringsrom for systemet. Når kontrollsystemet sender ut en viss gjeldende verdi, må aktuatoren konvertere det til en spesifikk lineær forskyvning. Denne prosessen avhenger av kjernens rolle som posisjonslokaliseringen. Ved å ta PM-2-kontrollkortet som et eksempel, kan dets internt integrerte høye presisjonsanalog-til-digitale konverteringskrets konvertere det gjeldende signalet til en digital mengde, mens du mottar tilbakemeldingssignalet i sanntid fra posisjonssensoren. Avviksverdien dannet av sammenligningen mellom de to blir inngangsparameteren til den påfølgende kontrollalgoritmen.

Kjernen i avviksberegningen ligger i introduksjonen av PID -algoritmen. Algoritmen justerer dynamisk utgangsintensiteten til drivstrømmen gjennom en lineær kombinasjon av proporsjoner (P), integrasjon (I) og differensiering (D). Det proporsjonale uttrykket reagerer direkte på det gjeldende avviket, det integrerte begrepet eliminerer den langsiktige akkumulerte feilen, og differensialbegrepet spår avvikets endringstrend. De tre jobber sammen for å bremse aktuatoren når de nærmer seg målposisjonen for å unngå overskytende svingning. For eksempel, når kontrollsystemet krever at aktuatoren går fra startposisjonen til 10 mm, vil posisjonslokaliseringen fortsette å sammenligne avviket mellom den faktiske posisjonen og målverdien, og dynamisk justere motorstasjonsstrømmen gjennom PID -algoritmen til avviket nærmer seg null. Denne prosessen krever ikke bare effektiviteten til algoritmen, men også sanntids responsevne til maskinvaresystemet.

Som aktuatorens strømkilde bestemmer motorens ytelse direkte de dynamiske egenskapene til systemet. Den børsteløse DC -motoren har blitt det mainstream valget for lineære elektriske aktuatorer på grunn av det høye startmomentet og svingningskarakteristikkene med lav hastighet. Drevet av elektrisk strøm, og motorutgangen for motorutganger, men industrielle scenarier krever ofte lineær forskyvning, slik at konvertering av energiformen må oppnås gjennom reduserings- og skrueoverføringsmekanismen. Reduserende reduserer hastigheten og øker dreiemomentet gjennom giret, mens skruen konverterer rotasjonsbevegelsen til lineær bevegelse. For eksempel kan ballskruen oppnå posisjoneringsnøyaktighet på mikronnivå på grunn av dens lave friksjon og høye effektivitet; Mens den trapesoidale skruen bruker den selvlåsende funksjonen for å holde aktuatorposisjonen uendret når strømmen er av, noe som er egnet for scenarier som krever statisk holdekraft.

Utformingen av overføringsmekanismen må ta hensyn til både nøyaktighet og pålitelighet. Blynøyaktigheten, forhåndsinnlasting av justering og smøremetode for ballskruen vil påvirke systemets repeterbarhet og levetid. Noen avanserte aktuatorer bruker en forhåndsstrammede dobbeltmutterstruktur for å eliminere aksial clearance gjennom elastiske elementer, og forbedrer transmisjonsstivheten ytterligere. I tillegg kan ikke beskyttelsesnivået til transmisjonskjeden ignoreres, spesielt i støvete og fuktige miljøer, der tetningsdesign og antikorrosjonsbelegg effektivt kan forlenge utstyrets levetid.

Posisjonssensoren er "øyet" i det lukkede sløyfesystemet, og dets nøyaktighet og stabilitet bestemmer den endelige ytelsen til aktuatoren. Ledende plastpotensiometre gjenspeiler posisjonsinformasjon gjennom endringer i motstandsverdien, og har fordelene med enkel struktur og lave kostnader, men etter langvarig bruk kan nøyaktigheten avta på grunn av slitasje. Ikke-kontakt digitale kodere realiserer posisjonsdeteksjon gjennom fotoelektriske eller magnetoelektriske prinsipper, og har egenskapene til høy oppløsning og lang levetid, som er spesielt egnet for høyhastighets og høyfrekvente gjengjeldende bevegelsesscenarier. For eksempel bestemmer inkrementelle kodere relativ forskyvning ved pulstelling, mens absolutte kodere direkte kan sende ut unike posisjonskoder for å unngå problemet med posisjonstap etter strømbrudd.

Behandlingen av tilbakemeldingssignaler må koordineres tett med kontrollalgoritmen. Etter å ha mottatt sensorsignalet, må posisjonslokatoren filtrere og linearisere det for å eliminere støyforstyrrelser og ikke -lineære feil. For eksempel kan Kalman-filteralgoritmen effektivt undertrykke høyfrekvente vibrasjonssignaler og forbedre signal-til-støy-forholdet mellom posisjonsdeteksjon. Samtidig må prøvetakingsfrekvensen til tilbakemeldingssignalet samsvare med kontrollsyklusen for å sikre at systemet kan svare på ytre forstyrrelser på en riktig måte.

De lukkede sløyfekarakteristikkene til Lineære elektriske aktuatorer Gi dem sterke anti-interferensfunksjoner. Når den eksterne belastningen plutselig endres eller strømforsyningsspenningen svinger, utløser posisjonsavviket den dynamiske justeringen av PID -algoritmen. For eksempel, i ventilkontrollscenariet, kan en plutselig økning i rørledningstrykket føre til at aktuatorbelastningsmomentet øker. På dette tidspunktet vil posisjonsavvikssignalet få motoren til å øke utgangsstrømmen for å kompensere for belastningsendringen. Momentgrensebryteren og reisegrensenheten utgjør et maskinvarebeskyttelseslag for å forhindre mekanisk overbelastning forårsaket av programvaresvikt.

Systemets adaptive evne gjenspeiles også i parameterinnstillingen. Gevinstkoeffisienten til PID -algoritmen må optimaliseres i henhold til aktuatoregenskapene og applikasjonsscenariene. For eksempel, i høyfrekvente gjengjeldende bevegelse, må den differensielle termvekten økes for å undertrykke overskridelse; Og under høye belastningsforhold, må den integrerte term-effekten økes for å eliminere statiske feil. Noen aktuatorer støtter parameter selvstemtfunksjon, som realiserer den optimale kontrollparameterkonfigurasjonen ved automatisk å identifisere systemmodellen.