Como os atuadores elétricos lineares alcançam movimento linear preciso através do controle de servo de posição?

Como um dispositivo de acionamento importante no campo da automação industrial, a função principal dos atuadores elétricos lineares é converter sinais elétricos em movimento linear de alta precisão. Eles são amplamente utilizados no controle da válvula, posicionamento robótico do braço, regulação do fluido e outros cenários. Seu fluxo de trabalho é baseado no princípio do controle de servo de posição. Através da colaboração de malha fechada do processamento de sinal, cálculo de desvio dinâmico, acionamento de motor e feedback de posição, ele realiza controle preciso da trajetória de movimento do atuador. Esse sistema técnico não apenas integra o controle motor, a transmissão mecânica e a tecnologia de detecção eletrônica, mas também reflete os requisitos abrangentes da indústria moderna para resposta dinâmica, precisão de posicionamento e estabilidade do sistema.

O fluxo de trabalho dos atuadores elétricos lineares começa com o sinal analógico enviado pelo sistema de controle. Normalmente, o sinal de corrente de 4-20mA é usado como instrução de controle. Esse intervalo de sinal elétrico padronizado não apenas garante a capacidade anti-interferência da transmissão de sinal, mas também fornece espaço de ajuste dinâmico suficiente para o sistema. Quando o sistema de controle gera um determinado valor de corrente, o atuador precisa convertê -lo em um deslocamento linear específico. Esse processo depende da função principal do localizador de posição. Tomando a placa de controle PM-2 como exemplo, seu circuito de conversão analógico-digital de alta precisão integrado pode converter o sinal de corrente em uma quantidade digital, enquanto recebe o sinal de feedback em tempo real do sensor de posição. O valor de desvio formado pela comparação entre os dois se torna o parâmetro de entrada do algoritmo de controle subsequente.

O núcleo do cálculo do desvio está na introdução do algoritmo PID. O algoritmo ajusta dinamicamente a intensidade de saída da corrente da unidade através de uma combinação linear de proporção (P), integração (i) e diferenciação (d). O termo proporcional responde diretamente ao desvio atual, o termo integral elimina o erro acumulado a longo prazo e o termo diferencial prevê a tendência de mudança de desvio. Os três trabalham juntos para desacelerar o atuador ao se aproximar da posição alvo para evitar a oscilação ultrapassada. Por exemplo, quando o sistema de controle exige que o atuador se mova da posição inicial para 10 mm, o localizador de posição continuará comparando o desvio entre a posição real e o valor alvo e ajustará dinamicamente a corrente do motor através do algoritmo PID até que o desvio se aproxime de zero. Esse processo requer não apenas a eficiência do algoritmo, mas também a capacidade de resposta em tempo real do sistema de hardware.

Como fonte de energia do atuador, o desempenho do motor determina diretamente as características dinâmicas do sistema. O motor CC sem escova se tornou a escolha convencional para atuadores elétricos lineares devido ao seu alto torque de partida e características de flutuação de baixa velocidade. Conduzido pela corrente elétrica, o motor emite o movimento de rotação, mas os cenários industriais geralmente requerem deslocamento linear; portanto, a conversão da forma de energia precisa ser alcançada através do mecanismo de transmissão do redutor e do parafuso. O redutor reduz a velocidade e aumenta o torque através da malha da engrenagem, enquanto o parafuso converte o movimento de rotação em movimento linear. Por exemplo, o parafuso da bola pode atingir a precisão do posicionamento em nível de mícrons devido ao seu baixo atrito e alta eficiência; Enquanto o parafuso trapezoidal usa a função de bloqueio automático para manter a posição do atuador inalterada quando a energia está desligada, o que é adequado para cenários que requerem força de retenção estática.

O design do mecanismo de transmissão deve levar em consideração a precisão e a confiabilidade. A precisão do chumbo, o método de ajuste de pré -carga e lubrificação do parafuso da bola afetarão a repetibilidade e a vida útil do serviço do sistema. Alguns atuadores de ponta usam uma estrutura de porca dupla pré-apertada para eliminar a folga axial através de elementos elásticos, melhorando ainda mais a rigidez da transmissão. Além disso, o nível de proteção da cadeia de transmissão não pode ser ignorado, especialmente em ambientes empoeirados e úmidos, onde o design de vedação e o revestimento anticorrosão podem efetivamente prolongar a vida útil do equipamento.

O sensor de posição é o "olho" do sistema de circuito fechado, e sua precisão e estabilidade determinam o desempenho final do atuador. Os potenciômetros plásticos condutores refletem as informações de posição através de mudanças no valor da resistência e têm as vantagens de estrutura simples e baixo custo, mas após o uso a longo prazo, a precisão pode diminuir devido ao desgaste. Os codificadores digitais sem contato realizam a detecção de posição por meio de princípios fotoelétricos ou magnetoelétricos e têm as características de alta resolução e vida longa, que são especialmente adequadas para cenários de movimento reciprocado de alta velocidade e alta frequência. Por exemplo, os codificadores incrementais determinam o deslocamento relativo pela contagem de pulsos, enquanto os codificadores absolutos podem emitir diretamente códigos de posição exclusivos para evitar o problema da perda de posição após a falha de energia.

O processamento dos sinais de feedback precisa ser coordenado com o algoritmo de controle. Depois de receber o sinal do sensor, o localizador de posição precisa filtrá -lo e linearizá -lo para eliminar a interferência de ruído e os erros não lineares. Por exemplo, o algoritmo do filtro Kalman pode efetivamente suprimir sinais de vibração de alta frequência e melhorar a relação sinal / ruído da detecção de posição. Ao mesmo tempo, a frequência de amostragem do sinal de feedback precisa corresponder ao ciclo de controle para garantir que o sistema possa responder a distúrbios externos em tempo hábil.

As características de circuito fechado de Atuadores elétricos lineares Dê-lhes fortes recursos anti-interferência. Quando a carga externa muda repentinamente ou a tensão da fonte de alimentação flutua, o desvio da posição desencadeia o ajuste dinâmico do algoritmo PID. Por exemplo, no cenário de controle da válvula, um aumento repentino na pressão da tubulação pode fazer com que o torque de carga do atuador aumente. Nesse momento, o sinal de desvio de posição levará o motor a aumentar a corrente de saída para compensar a alteração da carga. O interruptor do limite de torque e o dispositivo de limite de viagem constituem uma camada de proteção de hardware para impedir a sobrecarga mecânica causada por falha do software.

A capacidade adaptativa do sistema também se reflete na configuração de parâmetros. O coeficiente de ganho do algoritmo PID precisa ser otimizado de acordo com as características do atuador e os cenários de aplicação. Por exemplo, em movimento alternativo de alta frequência, o peso do termo diferencial precisa ser aumentado para suprimir a superação; e em condições de alta carga, o efeito do termo integral precisa ser aumentado para eliminar erros estáticos. Alguns atuadores suportam a função de auto-ajuste, que realiza a configuração ideal de parâmetros de controle, identificando automaticamente o modelo do sistema.