Ako lineárne elektrické ovládače dosahujú presný lineárny pohyb prostredníctvom polohy Servo Control?

Ako kľúčové vodičské zariadenie v oblasti priemyselnej automatizácie je hlavnou funkciou lineárnych elektrických ovládačov premeny elektrických signálov na vysokovýkonný lineárny pohyb. Všeobecne sa používajú pri regulácii ventilov, polohovaní robotických ramien, reguláciou tekutín a ďalším scenárom. Jeho pracovný tok je založený na princípe kontroly polohy servo. Prostredníctvom spolupráce so spracovaním signálu v uzavretej slučke, výpočtu dynamickej odchýlky, pohonu motora a spätnej väzby polohy realizuje presné riadenie trajektórie pohybu ovládača. Tento technický systém integruje nielen riadenie motora, mechanický prenos a technológiu elektronického snímania, ale odráža aj komplexné požiadavky moderného priemyslu na dynamickú odozvu, presnosť polohy a stabilitu systému.

Pracovný tok lineárnych elektrických ovládačov začína analógovým signálom odoslaným riadiacim systémom. Zvyčajne sa ako kontrolná inštrukcia používa prúdový signál 4-20MA. Tento štandardizovaný rozsah elektrických signálov zaisťuje nielen anti-interferenčnú schopnosť prenosu signálu, ale tiež poskytuje dostatočný dynamický priestor pre nastavenie systému. Keď systém riadiaceho systému výstupuje určitá aktuálna hodnota, ovládač ho musí previesť na konkrétne lineárne posun. Tento proces závisí od hlavnej úlohy lokalizátora polohy. Ak vezmeme ovládaciu dosku PM-2 ako príklad, jej interne integrovaný vysoko presný obvod analógov-digitálna konverzia môže previesť aktuálny signál na digitálne množstvo a zároveň prijímať signál spätnej väzby v reálnom čase zo senzora polohy. Hodnota odchýlky vytvorená porovnaním medzi nimi sa stáva vstupným parametrom následného riadiaceho algoritmu.

Jadro výpočtu odchýlky spočíva v zavedení algoritmu PID. Algoritmus dynamicky upravuje intenzitu výstupu hnacieho prúdu lineárnou kombináciou pomeru (P), integrácie (i) a diferenciácie (D). Proporčný termín priamo reaguje na súčasnú odchýlku, integrálny pojem eliminuje dlhodobú nahromadenú chybu a diferenciálny termín predpovedá trend zmeny odchýlky. Tri spolupracujú, aby spomalili ovládač, keď sa priblíži k cieľovej polohe, aby sa predišlo oscilácii prekročenia. Napríklad, keď riadiaci systém vyžaduje, aby sa ovládač presunul z počiatočnej polohy na 10 mm, lokalizácia polohy bude naďalej porovnávať odchýlku medzi skutočnou polohou a cieľovou hodnotou a dynamicky upravte hnací prúd motora cez algoritmus PID, až kým sa odchýlka nepriblíži nula. Tento proces vyžaduje nielen účinnosť algoritmu, ale aj schopnosť odozvy v reálnom čase hardvérového systému.

Ako zdroj energie ovládača, výkon motora priamo určuje dynamické charakteristiky systému. Motor bez kefy sa stal bežným výberom pre lineárne elektrické ovládače kvôli svojmu vysokému počiatočnému krútiacim momentom a charakteristikám kolísania nízkej rýchlosti. Motor, ktorý je poháňaný elektrickým prúdom, výstupuje rotačným pohybom, ale priemyselné scenáre si často vyžadujú lineárne posun, takže konverzia energetickej formy je potrebné dosiahnuť pomocou mechanizmu prenosu redukcie a skrutky. Reduktor znižuje rýchlosť a zvyšuje krútiaci moment cez zaostrenie ozubeného kolesa, zatiaľ čo skrutka prevádza rotačný pohyb na lineárny pohyb. Napríklad loptová skrutka môže dosiahnuť presnosť polohovania na úrovni mikrónu kvôli jej nízkej trenia a vysokej účinnosti; Zatiaľ čo lichobežná skrutka používa funkciu sebaklamov, aby sa udržala pozícia ovládača, keď je napájanie vypnutá, čo je vhodné pre scenáre, ktoré vyžadujú statickú držanie.

Návrh prenosového mechanizmu musí zohľadniť presnosť aj spoľahlivosť. Presnosť olova, metóda úpravy predpätia a mazanie guľovej skrutky ovplyvní opakovateľnosť a životnosť systému. Niektorí high-end ovládače používajú vopred vsunutú štruktúru dvojitého matica na odstránenie axiálneho vôle prostredníctvom elastických prvkov, čím sa ďalej zlepšuje tuhosť prenosu. Okrem toho nemožno ignorovať úroveň ochrany prevodového reťazca, najmä v prašných a vlhkých prostrediach, kde dizajn tesnenia a protikorózny povlak môže účinne predĺžiť životnosť zariadenia.

Senzor polohy je „okom“ systému s uzavretou slučkou a jeho presnosť a stabilita určujú konečný výkon ovládača. Vodivé plastové potenciometre odrážajú informácie o polohe prostredníctvom zmien v hodnote odporu a majú výhody jednoduchej štruktúry a nízkych nákladov, ale po dlhodobom použití sa presnosť môže znížiť v dôsledku opotrebenia. Nekontaktné digitálne kódovače realizujú detekciu polohy prostredníctvom fotoelektrických alebo magnetoelektrických princípov a majú charakteristiky vysokého rozlíšenia a dlhej životnosti, ktoré sú obzvlášť vhodné pre vysokorýchlostné a vysokofrekvenčné recipročné scenáre pohybu. Napríklad inkrementálne kódovače určujú relatívne posunutie prostredníctvom počítania impulzov, zatiaľ čo absolútne kódovače môžu priamo výstupovať jedinečné polohové kódy, aby sa predišlo problému straty polohy po zlyhaní energie.

Spracovanie signálnych signálov musí byť úzko koordinované s riadiacim algoritmom. Po prijatí signálu snímača musí lokalizácia polohy filtrovať a linearizovať, aby eliminovala rušenie šumu a nelineárne chyby. Napríklad algoritmus filtra Kalman môže účinne potlačiť vysokofrekvenčné vibračné signály a zlepšiť pomer detekcie polohy signálu k šumu. Zároveň musí vzorkovacia frekvencia signálu spätnej väzby zodpovedať kontrolnému cyklu, aby sa zabezpečilo, že systém môže včas reagovať na vonkajšie poruchy.

Charakteristiky uzavretej slučky lineárne elektrické ovládače Dajte im silné anti-interferenčné schopnosti. Keď sa externé zaťaženie náhle zmení alebo napájacie napätie kolíše, odchýlka polohy spúšťa dynamické nastavenie algoritmu PID. Napríklad v scenári regulácie ventilu môže náhle zvýšenie tlaku potrubia spôsobiť zvýšenie krútiaceho momentu ovládača. V tejto chvíli signál polohy odchýlky vyzve motor, aby zvýšil výstupný prúd, aby sa kompenzovala zmena záťaže. Spínač limitu krútiaceho momentu a zariadenie cestovného limitu predstavujú vrstvu na ochranu hardvéru, aby sa zabránilo mechanickému preťaženiu spôsobenému zlyhaním softvéru.

Adaptívna schopnosť systému sa odráža aj v nastavení parametrov. Koeficient zosilnenia algoritmu PID musí byť optimalizovaný podľa charakteristík ovládača a scenárov aplikácií. Napríklad pri vysokofrekvenčnom recipročnom pohybe je potrebné zvýšiť hmotnosť diferenciálneho pojmu, aby sa potlačilo prekročenie; A za podmienok s vysokým zaťažením je potrebné zvýšiť integrálny termínový efekt, aby sa eliminovali statické chyby. Niektoré ovládače podporujú funkciu samovladenia parametrov, ktorá realizuje optimálnu konfiguráciu parametrov ovládacieho parametra automatickou identifikáciou systému systému.