Kuinka lineaariset sähköiset toimilaitteet saavuttavat tarkan lineaarisen liikkeen sijainnin servoohjauksen kautta?

Avaintason ajolaitteena teollisuusautomaation alalla lineaaristen sähkötoimilaitteiden ydintoiminto on muuntaa sähköiset signaalit korkean tarkkuuden lineaariseksi liikkeeksi. Niitä käytetään laajasti venttiilien hallintaan, robottiharjojen sijaintiin, nesteen säätelyyn ja muihin skenaarioihin. Sen työnkulku perustuu aseman servohallinnan periaatteeseen. Signaalinkäsittelyn, dynaamisen poikkeaman laskennan, motorisen käytön ja sijainnin palautteen suljetun silmukan yhteistyön avulla se toteuttaa toimilaitteen liikkeen tarkan ohjauksen. Tämä tekninen järjestelmä ei vain integroi motorisen ohjauksen, mekaanisen siirto- ja elektronisen tunnistustekniikan, vaan heijastaa myös nykyaikaisen teollisuuden kattavia vaatimuksia dynaamiseen vasteeseen, paikannustarkkuuden ja järjestelmän vakauden suhteen.

Lineaaristen sähkötoimilaitteiden työnkulku alkaa ohjausjärjestelmän lähettämällä analogisella signaalilla. Yleensä 4-20MA-virran signaalia käytetään ohjausohjeena. Tämä standardoitu sähköinen signaali-alue varmistaa vain signaalinsiirron interferenssikykyä, vaan tarjoaa myös järjestelmän riittävän dynaamisen säätötilan. Kun ohjausjärjestelmä tuo tietyn nykyisen arvon, toimilaitteen on muunnettava se tiettyksi lineaariseksi siirtymiseksi. Tämä prosessi riippuu sijaintipaikan keskeisestä roolista. Esimerkiksi PM-2-ohjauskortin ottaminen sen sisäisesti integroitu erittäin tarkkaan analoginen-digitaalinen muuntamispiiri voi muuntaa nykyisen signaalin digitaaliseksi määriksi, samalla kun hän vastaanottaa reaaliaikaisen palautesignaalin sijaintianturista. Näiden kahden välillä muodostettu poikkeama -arvo tulee seuraavan ohjausalgoritmin tuloparametriksi.

Poikkeamalaskelman ydin on PID -algoritmin käyttöönotto. Algoritmi säätää dynaamisesti käyttövirran lähtövoimakkuutta suhteellisen (P), integroinnin (I) ja erilaistumisen (D) lineaarisen yhdistelmän kautta. Suhteellinen termi reagoi suoraan nykyiseen poikkeamaan, kiinteä termi eliminoi pitkän aikavälin kertyneen virheen, ja differentiaalitermi ennustaa poikkeaman muutossuuntauksen. Kolme työskentelevät yhdessä hidastamaan toimilaitetta lähestyessään tavoite -asemaa välttääksesi ylityssalaa. Esimerkiksi, kun ohjausjärjestelmä vaatii toimilaitteen siirtymistä alkuperäisestä sijainnista 10 mm: iin, sijaintipaikan jatkava poikkeamaa todellisen sijainnin ja tavoitearvon välillä ja säätää moottorin käyttövirtaa dynaamisesti PID -algoritmin läpi, kunnes poikkeama lähestyy nollaa. Tämä prosessi ei vaadi algoritmin tehokkuutta, vaan myös laitteistojärjestelmän reaaliaikaisen reaktiokyvyn.

Toimilaitteen virtalähteenä moottorin suorituskyky määrittää suoraan järjestelmän dynaamiset ominaisuudet. Harjaton DC -moottori on tullut lineaaristen sähkötoimilaitteiden valtavirran valinta korkean aloitusmomentin ja alhaisen nopeuden vaihteluominaisuuksien vuoksi. Sähkövirran ohjaamana moottorin lähtöä kiertoliike, mutta teollisuusskenaariot vaativat usein lineaarista siirtymistä, joten energianmuodon muuntaminen on saavutettava pelkistimen ja ruuvinsiirtomekanismin avulla. Pelkistin vähentää nopeutta ja lisää vääntömomenttia vaihteen meshingin kautta, kun taas ruuvi muuntaa kiertoliikkeen lineaariseksi liikkeeksi. Esimerkiksi palloruuvi voi saavuttaa mikronin tason paikannustarkkuuden alhaisen kitkan ja korkean hyötysuhteensa vuoksi; Vaikka trapetsoidinen ruuvi käyttää itselukin toimintoa toimilaitteen asennon pitämiseksi ennallaan, kun virta on pois päältä, mikä soveltuu staattisiin pitovoimiin.

Lähetysmekanismin suunnittelussa on otettava huomioon sekä tarkkuus että luotettavuus. Lyijytarkkuus, esikuormitusten säätö- ja kuulumenetelmä palloruuvissa vaikuttavat järjestelmän toistettavuuteen ja käyttöikäyn. Jotkut huippuluokan toimilaitteet käyttävät ennalta kiristettyä kaksinkertaisen mutterirakennetta aksiaalisen puhdistuman poistamiseksi elastisten elementtien kautta parantaen edelleen läpäisyn jäykkyyttä. Lisäksi voimansiirtoketjun suojaustasoa ei voida sivuuttaa, etenkin pölyisissä ja kosteissa ympäristöissä, joissa tiivistyssuunnitelma ja korroosion vastainen pinnoite voivat pidentää laitteiden käyttöikää tehokkaasti.

Paikka-anturi on suljetun silmukan järjestelmän "silmä", ja sen tarkkuus ja stabiilisuus määrittävät toimilaitteen lopullisen suorituskyvyn. Johtavat muovisen potentiometrit heijastavat sijaintitietoja vastusarvon muutosten kautta, ja niillä on yksinkertaisen rakenteen ja alhaisen kustannuksen edut, mutta pitkäaikaisen käytön jälkeen tarkkuus voi vähentyä kulumisen vuoksi. Kontact-digitaaliset kooderit ymmärtävät sijainnin havaitsemisen fotoelektristen tai magnetoelektristen periaatteiden avulla, ja niillä on korkearesoluutioinen ja pitkän käyttöiän ominaisuudet, jotka ovat erityisen sopivia nopeaan ja korkean taajuuden edestakaisiin liikkeen skenaarioihin. Esimerkiksi inkrementaaliset kooderit määrittävät suhteellisen siirtymisen pulssikäsittelemällä, kun taas absoluuttiset kooderit voivat suoraan tulostaa ainutlaatuisia sijainikoodeja, jotta vältetään paikan häviötehon epäonnistumisen jälkeen.

Palaute -signaalien käsittely on koordinoitava tiiviisti ohjausalgoritmin kanssa. Saatuaan anturin signaalin, asennon paikannimen on suodatettava ja linearisottava se melu -häiriöiden ja epälineaaristen virheiden poistamiseksi. Esimerkiksi Kalman-suodatinalgoritmi voi tehokkaasti tukahduttaa korkean taajuuden tärinäsignaalit ja parantaa signaali-kohinan suhdetta paikan havaitsemiseen. Samanaikaisesti palautteen signaalin näytteenottotaajuuden on vastattava ohjausjaksoa varmistaakseen, että järjestelmä voi reagoida ulkoisiin häiriöihin ajoissa.

Suljetun silmukan ominaisuudet lineaariset sähkötoimilaitteet Anna heille vahvat huolestumisen vastaiset ominaisuudet. Kun ulkoinen kuorma muuttuu yhtäkkiä tai virtalähteen jännite vaihtelee, aseman poikkeama laukaisee PID -algoritmin dynaamisen säädön. Esimerkiksi venttiilin ohjausskenaariossa putkilinjan paineen äkillinen nousu voi aiheuttaa toimilaitteen kuormitusmomentin lisääntymisen. Tällä hetkellä sijainnin poikkeama -signaali kehottaa moottoria lisäämään lähtövirtaa kuorman muutoksen kompensoimiseksi. Vääntömomentin rajakytkin ja matkaraja -laite muodostavat laitteistosuojauskerroksen ohjelmistovirheen aiheuttaman mekaanisen ylikuormituksen estämiseksi.

Järjestelmän mukautuva kyky heijastuu myös parametrien asettamisessa. PID -algoritmin vahvistuskerroin on optimoitava toimilaitteen ominaisuuksien ja sovellusskenaarioiden mukaisesti. Esimerkiksi korkean taajuuden edestakaisliikkeessä differentiaalitermipaino on korotettava ylityksen tukahduttamiseksi; Ja korkean kuormituksen olosuhteissa integraalitermivaikutus on lisättävä staattisten virheiden poistamiseksi. Jotkut toimilaitteet tukevat parametrien itsehallintatoimintoa, joka toteuttaa optimaalisen ohjausparametrin kokoonpanon tunnistamalla järjestelmämalli automaattisesti.