Jak lineární elektrické ovladače dosahují přesného lineárního pohybu prostřednictvím kontroly polohy servo?

Jako klíčové hnací zařízení v oblasti průmyslové automatizace je jádrem funkce lineárních elektrických ovladačů přeměnit elektrické signály na vysoce přesný lineární pohyb. Oni se široce používají při kontrole ventilu, umístění robotických ramen, regulaci tekutin a dalších scénářích. Jeho pracovní postup je založen na principu kontroly servo. Prostřednictvím spolupráce s uzavřenou smyčkou zpracování signálu, výpočtu dynamické odchylky, pohonu motoru a zpětné vazby polohy si uvědomuje přesnou kontrolu trajektorie pohybu pohonu. Tento technický systém integruje nejen technologii řízení motoru, mechanického přenosu a elektronického snímání, ale také odráží komplexní požadavky moderního průmyslu pro dynamickou odezvu, přesnost polohování a stabilitu systému.

Pracovní postup lineárních elektrických ovladačů začíná analogovým signálem odeslaným řídicím systémem. Jako kontrolní instrukce se obvykle používá proudový signál 4-20 mA. Tento standardizovaný rozsah elektrických signálů nejen zajišťuje schopnost antiinterference přenosu signálu, ale také poskytuje dostatečný dynamický nastavovací prostor pro systém. Když řídicí systém vydá určitou hodnotu proudu, musí jej ovladač převést na konkrétní lineární posun. Tento proces závisí na základní roli lokátoru pozice. Jako příklad, jeho interně integrovaný vysoce přesný analog-digitální konverzní obvod může převést aktuální signál na digitální množství a přijímat signál zpětné vazby v reálném čase ze snímače polohy, může jeho interně integrovaný vysoce přesný analog-digitální konverzní obvod převést na digitální množství. Hodnota odchylky vytvořená porovnáním mezi těmito dvěma se stává vstupním parametrem následujícího řídicího algoritmu.

Jádro výpočtu odchylky spočívá v zavedení algoritmu PID. Algoritmus dynamicky upravuje intenzitu výstupu pohonného proudu prostřednictvím lineární kombinace podílu (p), integrace (i) a diferenciace (d). Proporcionální termín přímo reaguje na současnou odchylku, integrální termín eliminuje dlouhodobou akumulovanou chybu a diferenciální termín předpovídá trend změny odchylky. Tito tři spolupracují na zpomalení ovladače, když se blíží k cílové poloze, aby se zabránilo oscilaci překročení. Například, když řídicí systém vyžaduje, aby se pohon přesunul z počáteční polohy na 10 mm, lokátor polohy bude i nadále porovnávat odchylku mezi skutečnou polohou a cílovou hodnotou a dynamicky upravuje proud motoru pomocí algoritmu PID, dokud se odchylka nepřiblíží nule. Tento proces vyžaduje nejen účinnost algoritmu, ale také schopnost odezvy hardwaru v reálném čase.

Jako zdroj energie ovladače, výkon motoru přímo určuje dynamické vlastnosti systému. Motor bezmahředního DC se stal hlavní volbou pro lineární elektrické ovladače kvůli jeho vysokému točivému momentu a charakteristikám fluktuace nízké rychlosti. Poháněné elektrickým proudem, motorické výstupy rotační pohyb, ale průmyslové scénáře často vyžadují lineární posun, takže přeměnu energie je třeba dosáhnout prostřednictvím mechanismu reduktoru a přenosu šroubů. Reduktor snižuje rychlost a zvyšuje točivý moment přes převodovou střechu, zatímco šroub převádí rotační pohyb na lineární pohyb. Například kuličkový šroub může dosáhnout přesnosti polohování na úrovni mikronu díky jeho nízkému tření a vysoké účinnosti; Zatímco trapezoidní šroub používá funkci samosmyvadla k udržení polohy ovladače nezměněné, když je napájení vypnuto, což je vhodné pro scénáře, které vyžadují statickou zadržovací sílu.

Konstrukce přenosového mechanismu musí zohlednit přesnost i spolehlivost. Přesnost olova, nastavení předběžného načtení a metoda mazání kuličkového šroubu ovlivní opakovatelnost a životnost systému. Některé špičkové pohony používají předem utaženou strukturu dvojitého matice k eliminaci axiální vůle prostřednictvím elastických prvků, což dále zlepšuje tuhost přenosu. Kromě toho nelze úroveň ochrany přenosového řetězce ignorovat, zejména v prašném a vlhkém prostředí, kde může konstrukce těsnění a protikorrozní povlak účinně rozšířit životnost zařízení.

Senzor polohy je „oko“ systému uzavřené smyčky a jeho přesnost a stabilita určují konečný výkon ovladače. Vodivé plastové potenciometry odrážejí informace o poloze prostřednictvím změn v hodnotě odporu a mají výhody jednoduché struktury a nízkých nákladů, ale po dlouhodobém použití se přesnost může snížit v důsledku opotřebení. Nekontaktní digitální kodéry realizují detekci pozice prostřednictvím fotoelektrických nebo magnetoelektrických principů a mají vlastnosti vysokého rozlišení a dlouhého života, které jsou zvláště vhodné pro vysokorychlostní a vysokofrekvenční scénáře reciproce pohybu. Například přírůstkové kodéry určují relativní posunutí počítáním pulsů, zatímco absolutní kodéry mohou přímo vydávat jedinečné polohové kódy, aby se zabránilo problému ztráty polohy po selhání napájení.

Zpracování signálů zpětné vazby musí být úzce koordinováno s kontrolním algoritmem. Po obdržení signálu senzoru musí lokátor polohy filtrovat a linearizovat, aby se eliminoval rušení šumu a nelineární chyby. Například algoritmus Kalman Filter může účinně potlačit vysokofrekvenční signály vibrací a zlepšit poměr detekce polohy signál-šum. Současně musí frekvence vzorkování signálu zpětné vazby odpovídat řídicímu cyklu, aby se zajistilo, že systém může včas reagovat na vnější poruchy.

Charakteristiky uzavřené smyčky Lineární elektrické ovladače Poskytněte jim silné schopnosti proti interferenci. Když se náhle změní vnější zatížení nebo kolísá napětí napájení, odchylka polohy spustí dynamické nastavení algoritmu PID. Například ve scénáři řízení ventilu může náhlé zvýšení tlaku potrubí způsobit zvýšení točivého momentu zatížení pohonu. V tuto chvíli signál odchylky polohy vyzve motor ke zvýšení výstupního proudu pro kompenzaci změny zatížení. Přepínač limitu točivého momentu a zařízení na limitu cestování tvoří vrstvu ochrany hardwaru, aby se zabránilo mechanickému přetížení způsobenému selháním softwaru.

Adaptivní schopnost systému se také odráží v nastavení parametrů. Koeficient zisku algoritmu PID musí být optimalizován podle charakteristik pohonu a aplikačních scénářů. Například ve vysokofrekvenčním reciprokačním pohybu je třeba zvýšit diferenciální termínovou hmotnost, aby se potlačila překročení; A za podmínek s vysokým zatížením je třeba zvýšit integrální termín, aby se odstranily statické chyby. Někteří akční členy podporují funkci parametru s samoladění, která realizuje konfiguraci parametru optimálního řízení automaticky identifikací modelu systému.