چگونه محرک های الکتریکی خطی از طریق کنترل سروو موقعیتی به حرکت خطی دقیق دست می یابند؟

به عنوان یک وسیله اصلی رانندگی در زمینه اتوماسیون صنعتی ، عملکرد اصلی محرک های الکتریکی خطی تبدیل سیگنال های الکتریکی به حرکت خطی با دقت بالا است. آنها به طور گسترده ای در کنترل دریچه ، موقعیت یابی بازوی روباتیک ، تنظیم مایعات و سناریوهای دیگر مورد استفاده قرار می گیرند. گردش کار آن مبتنی بر اصل کنترل سروو موقعیت است. از طریق همکاری حلقه بسته پردازش سیگنال ، محاسبه انحراف پویا ، درایو حرکتی و بازخورد موقعیت ، کنترل دقیق مسیر حرکت محرک را متوجه می شود. این سیستم فنی نه تنها کنترل موتور ، انتقال مکانیکی و فناوری سنجش الکترونیکی را یکپارچه می کند ، بلکه منعکس کننده الزامات جامع صنعت مدرن برای پاسخ پویا ، دقت موقعیت یابی و ثبات سیستم است.

گردش کار محرک های الکتریکی خطی با سیگنال آنالوگ ارسال شده توسط سیستم کنترل شروع می شود. معمولاً از سیگنال جریان 4-20mA به عنوان دستورالعمل کنترل استفاده می شود. این دامنه سیگنال الکتریکی استاندارد نه تنها توانایی ضد دخالت انتقال سیگنال را تضمین می کند ، بلکه فضای تنظیم پویا کافی را نیز برای سیستم فراهم می کند. هنگامی که سیستم کنترل یک مقدار جریان خاص را خروجی می کند ، محرک باید آن را به یک جابجایی خطی خاص تبدیل کند. این فرآیند به نقش اصلی یاب موقعیت بستگی دارد. با در نظر گرفتن صفحه کنترل PM-2 به عنوان نمونه ، مدار تبدیل آنالوگ به دیجیتال با دقت بالا یکپارچه می تواند سیگنال فعلی را به یک مقدار دیجیتالی تبدیل کند ، در حالی که سیگنال بازخورد در زمان واقعی را از سنسور موقعیت دریافت می کند. مقدار انحراف با مقایسه بین این دو به پارامتر ورودی الگوریتم کنترل بعدی تبدیل می شود.

هسته محاسبه انحراف در معرفی الگوریتم PID نهفته است. الگوریتم به صورت پویا شدت خروجی جریان درایو را از طریق ترکیبی خطی از نسبت (P) ، ادغام (I) و تمایز (D) تنظیم می کند. اصطلاح متناسب به طور مستقیم به انحراف فعلی پاسخ می دهد ، اصطلاح انتگرال خطای انباشته بلند مدت را از بین می برد و اصطلاح دیفرانسیل روند تغییر انحراف را پیش بینی می کند. این سه با هم کار می کنند تا هنگام نزدیک شدن به موقعیت هدف ، محرک را کاهش دهند تا از نوسانات بیش از حد جلوگیری کنند. به عنوان مثال ، هنگامی که سیستم کنترل نیاز به محرک دارد تا از موقعیت اولیه به 10 میلی متر حرکت کند ، موقعیت یاب موقعیت همچنان به مقایسه انحراف بین موقعیت واقعی و مقدار هدف ادامه می دهد و به صورت پویا جریان درایو موتور را از طریق الگوریتم PID تنظیم می کند تا اینکه انحراف به صفر نزدیک شود. این فرآیند نه تنها به کارآیی الگوریتم بلکه توانایی پاسخ در زمان واقعی سیستم سخت افزاری نیز نیاز دارد.

به عنوان منبع تغذیه محرک ، عملکرد موتور به طور مستقیم ویژگی های پویا سیستم را تعیین می کند. موتور DC بدون برس به دلیل گشتاور شروع زیاد و ویژگی های نوسان سرعت کم ، به انتخاب اصلی برای محرک های الکتریکی خطی تبدیل شده است. هدایت شده توسط جریان الکتریکی ، موتور حرکت چرخشی را خروجی می کند ، اما سناریوهای صنعتی اغلب به جابجایی خطی نیاز دارند ، بنابراین نیاز به تبدیل فرم انرژی از طریق مکانیسم کاهش دهنده و انتقال پیچ باید حاصل شود. کاهش دهنده سرعت را کاهش می دهد و گشتاور را از طریق مشبک دنده افزایش می دهد ، در حالی که پیچ حرکت چرخشی را به حرکت خطی تبدیل می کند. به عنوان مثال ، پیچ توپ می تواند به دلیل اصطکاک کم و راندمان بالا ، به دقت موقعیت یابی در سطح میکرون دست یابد. در حالی که پیچ ذوزنقه ای از عملکرد خود قفل کردن استفاده می کند تا هنگام خاموش بودن ، موقعیت محرک را بدون تغییر نگه دارد ، که برای سناریوهایی که نیاز به نیروی نگهدارنده استاتیک دارند مناسب است.

طراحی مکانیسم انتقال باید هم دقت و هم از قابلیت اطمینان را در نظر بگیرد. دقت سرب ، تنظیم پیش بارگذاری و روش روغن کاری پیچ توپ بر تکرارپذیری سیستم و عمر خدمات تأثیر می گذارد. برخی از محرک های سطح بالا از یک ساختار آجیل دوتایی از قبل محکم برای از بین بردن ترخیص کالا از گمرک محوری از طریق عناصر الاستیک استفاده می کنند و باعث بهبود بیشتر سفتی انتقال می شوند. علاوه بر این ، سطح حفاظت از زنجیره انتقال نمی تواند نادیده گرفته شود ، به خصوص در محیط های گرد و غبار و مرطوب ، جایی که طراحی آب بندی و پوشش ضد خوردگی می تواند به طور مؤثر عمر تجهیزات را افزایش دهد.

سنسور موقعیت "چشم" سیستم حلقه بسته است و دقت و ثبات آن عملکرد نهایی محرک را تعیین می کند. پتانسیومترهای پلاستیکی رسانا ، اطلاعات موقعیت را از طریق تغییر در ارزش مقاومت منعکس می کنند و مزایای ساختار ساده و کم هزینه را دارند ، اما پس از استفاده طولانی مدت ، ممکن است دقت به دلیل سایش کاهش یابد. رمزگذارهای دیجیتالی غیر تماسی تشخیص موقعیت را از طریق اصول فوتوالکتریک یا مگنتو الکتریک متوجه می شوند و ویژگی های وضوح بالا و طولانی مدت را دارند که به خصوص برای سناریوهای حرکتی با سرعت بالا و با فرکانس بالا مناسب هستند. به عنوان مثال ، رمزگذارهای افزایشی ، جابجایی نسبی را با شمارش پالس تعیین می کنند ، در حالی که رمزگذارهای مطلق می توانند به طور مستقیم کدهای موقعیت منحصر به فرد را برای جلوگیری از مشکل از دست دادن موقعیت پس از قطع برق از بین ببرند.

پردازش سیگنال های بازخورد باید از نزدیک با الگوریتم کنترل هماهنگ شود. پس از دریافت سیگنال سنسور ، موقعیت یاب موقعیت برای از بین بردن تداخل نویز و خطاهای غیرخطی باید آن را فیلتر و خطی کند. به عنوان مثال ، الگوریتم فیلتر Kalman می تواند به طور موثری سیگنال های ارتعاش با فرکانس بالا را سرکوب کرده و نسبت سیگنال به نویز تشخیص موقعیت را بهبود بخشد. در عین حال ، فرکانس نمونه گیری سیگنال بازخورد باید با چرخه کنترل مطابقت داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که سیستم می تواند به موقع به اختلالات خارجی پاسخ دهد.

ویژگی های حلقه بسته از محرک های الکتریکی خطی به آنها قابلیت های ضد دخانیات قوی بدهید. هنگامی که بار خارجی به طور ناگهانی تغییر می کند یا ولتاژ منبع تغذیه در حال نوسان است ، انحراف موقعیت باعث تنظیم پویا الگوریتم PID می شود. به عنوان مثال ، در سناریوی کنترل شیر ، افزایش ناگهانی فشار خط لوله ممکن است باعث افزایش گشتاور بار محرک شود. در این زمان ، سیگنال انحراف موقعیت باعث افزایش موتور می شود تا جریان خروجی را جبران کند تا تغییر بار را جبران کند. سوئیچ محدودیت گشتاور و دستگاه محدودیت سفر یک لایه محافظت از سخت افزار را برای جلوگیری از اضافه بار مکانیکی ناشی از خرابی نرم افزار تشکیل می دهد.

توانایی تطبیقی سیستم نیز در تنظیم پارامتر منعکس شده است. ضریب افزایش الگوریتم PID باید با توجه به ویژگی های محرک و سناریوهای کاربردی بهینه شود. به عنوان مثال ، در حرکات متقابل با فرکانس بالا ، برای سرکوب بیش از حد باید وزن مدت دیفرانسیل افزایش یابد. و در شرایط بار بالا ، برای از بین بردن خطاهای استاتیک باید اثر اصطلاح انتگرال افزایش یابد. برخی از محرک ها از عملکرد خود تعیین پارامتر پشتیبانی می کنند ، که با شناسایی خودکار مدل سیستم ، پیکربندی پارامتر کنترل بهینه را تحقق می بخشد. $ $