Hvordan opnår lineære elektriske aktuatorer præcis lineær bevægelse gennem position servokontrol?

Som en vigtig drivenhed inden for industriel automatisering er kernefunktionen af lineære elektriske aktuatorer at konvertere elektriske signaler til højpræcision lineær bevægelse. De er vidt brugt i ventilkontrol, robotarmpositionering, fluidregulering og andre scenarier. Dens arbejdsgang er baseret på princippet om position Servo Control. Gennem det lukkede loop-samarbejde med signalbehandling, dynamisk afvigelse beregning, motordrev og positionsfeedback, indser det præcis kontrol af aktuatorens bevægelsesbane. Dette tekniske system integrerer ikke kun motorisk kontrol, mekanisk transmission og elektronisk sensingteknologi, men afspejler også de omfattende krav i moderne industri for dynamisk respons, positioneringsnøjagtighed og systemstabilitet.

Arbejdsgangen for lineære elektriske aktuatorer starter med det analoge signal sendt af kontrolsystemet. Normalt bruges 4-20MA strømsignal som kontrolinstruktion. Dette standardiserede elektriske signalområde sikrer ikke kun den anti-interferensevne for signaloverførsel, men giver også tilstrækkelig dynamisk justeringsrum til systemet. Når kontrolsystemet udsender en bestemt aktuel værdi, skal aktuatoren konvertere den til en specifik lineær forskydning. Denne proces afhænger af den grundlæggende rolle, som placeringen af placeringen. Ved at tage PM-2-kontrolkortet som et eksempel kan dets internt integrerede højpræcisionsanalog-til-digitale konverteringskredsløb konvertere det aktuelle signal til en digital mængde, mens det modtager feedback-signalet i realtid fra positionssensoren. Afvigelsesværdien dannet ved sammenligningen mellem de to bliver inputparameteren for den efterfølgende kontrolalgoritme.

Kernen i afvigelsesberegningen ligger i introduktionen af PID -algoritmen. Algoritmen justerer dynamisk outputintensiteten af drevstrømmen gennem en lineær kombination af proportioner (P), integration (I) og differentiering (D). Den proportionelle betegnelse reagerer direkte på den aktuelle afvigelse, det integrerede udtryk eliminerer den langsigtede akkumulerede fejl, og differentieringstiden forudsiger afvigelsesændringstrenden. De tre arbejder sammen for at bremse aktuatoren, når man nærmer sig målpositionen for at undgå overskridelse af svingning. For eksempel, når kontrolsystemet kræver, at aktuatoren bevæger sig fra den oprindelige position til 10 mm, vil positionslokaliseringen fortsætte med at sammenligne afvigelsen mellem den faktiske position og målværdien og dynamisk justere motordrevstrømmen gennem PID -algoritmen, indtil afvigelsen nærmer sig nul. Denne proces kræver ikke kun effektiviteten af algoritmen, men også realtidsresponsevnen for hardwaresystemet.

Som strømkilden til aktuatoren bestemmer motorens ydelse direkte de dynamiske egenskaber ved systemet. Den børsteløse DC -motor er blevet det almindelige valg for lineære elektriske aktuatorer på grund af dets høje startmoment og svingningsegenskaber med lav hastighed. Drevet af elektrisk strøm kræver motoren rotationsbevægelse, men industrielle scenarier kræver ofte lineær forskydning, så energiformkonvertering skal opnås gennem reduktions- og skrueoverførselsmekanismen. Reduceren reducerer hastigheden og øger drejningsmomentet gennem gear meshing, mens skruen omdanner den rotationsbevægelse til lineær bevægelse. For eksempel kan kugleskruen opnå placeringsnøjagtighed på mikronniveau på grund af dens lave friktion og høj effektivitet; Mens den trapezformede skrue bruger selvlåsende funktion til at holde aktuatorpositionen uændret, når strømmen er slukket, hvilket er velegnet til scenarier, der kræver statisk holdekraft.

Designet af transmissionsmekanismen skal tage højde for både nøjagtighed og pålidelighed. Ledningsnøjagtigheden, forudindlæst justering og smøremetode for kugleskruen vil påvirke systemets gentagelighed og levetid. Nogle avancerede aktuatorer bruger en forudstrømt dobbeltmøtrikstruktur til at eliminere aksial clearance gennem elastiske elementer, hvilket yderligere forbedrer transmissionsstivheden. Derudover kan beskyttelsesniveauet for transmissionskæden ikke ignoreres, især i støvede og fugtige miljøer, hvor tætning af design og anti-korrosionsbelægning effektivt kan udvide udstyrets levetid.

Positionssensoren er "øjet" i det lukkede sløjfe-system, og dets nøjagtighed og stabilitet bestemmer aktuatorens endelige ydelse. Ledende plastpotentiometre afspejler positionsinformation gennem ændringer i modstandsværdi og har fordelene ved enkel struktur og lave omkostninger, men efter langvarig brug kan nøjagtigheden falde på grund af slid. Ikke-kontakt-digitale kodere realiserer positionsdetektion gennem fotoelektriske eller magnetoelektriske principper og har egenskaberne ved høj opløsning og lang levetid, som er især egnede til højhastigheds- og højfrekvente gengældelse af bevægelsesscenarier. For eksempel bestemmer inkrementelle kodere relativ forskydning ved pulsoptælling, mens absolutte kodere direkte kan udsende unikke positionskoder for at undgå problemet med positionstab efter effektfejl.

Behandlingen af feedbacksignaler skal koordineres tæt med kontrolalgoritmen. Efter at have modtaget sensorsignalet, skal positionslokaliseringen filtrere og linearisere det for at eliminere støjinterferens og ikke -lineære fejl. F.eks. Kan Kalman-filteralgoritmen effektivt undertrykke højfrekvente vibrationssignaler og forbedre signal-til-støjforholdet for positionsdetektion. På samme tid skal prøveudtagningsfrekvensen for feedbacksignalet matche kontrolcyklussen for at sikre, at systemet kan reagere på eksterne forstyrrelser på en rettidig måde.

De lukkede sløjfe karakteristika for Lineære elektriske aktuatorer Giv dem stærke anti-interferensfunktioner. Når den eksterne belastning pludselig ændres, eller strømforsyningsspændingen svinger, udløser positionsafvigelsen den dynamiske justering af PID -algoritmen. For eksempel i ventilkontrolscenariet kan en pludselig stigning i rørledningstryk forårsage, at aktuatorbelastningsmomentet stiger. På dette tidspunkt vil positionsafvigelsessignalet bede motoren om at øge udgangsstrømmen for at kompensere for belastningsændringen. Momentgrænseomskifteren og rejsebegrænsningsenheden udgør et hardwarebeskyttelseslag for at forhindre mekanisk overbelastning forårsaget af softwaresvigt.

Systemets adaptive evne afspejles også i parameterindstilling. Gain -koefficienten for PID -algoritmen skal optimeres i henhold til aktuatorens egenskaber og applikationsscenarier. For eksempel skal den differentielle sigt vægtvægt i højfrekvente bevægelse øges for at undertrykke overskridelse; Og under betingelser med høj belastning skal den integrerede udtrykseffekt øges for at eliminere statiske fejl. Nogle aktuatorer understøtter parameter-selvindstillingsfunktion, der realiserer den optimale kontrolparameterkonfiguration ved automatisk at identificere systemmodellen.