Hogyan érhetik el a lineáris elektromos hajtóművek pontos lineáris mozgást a Position Servo vezérlés révén?

Az ipari automatizálás területén kulcsfontosságú vezetési eszközként a lineáris elektromos hajtóművek alapvető funkciója az, hogy az elektromos jeleket nagy pontosságú lineáris mozgássá alakítsák. Széles körben használják a szelepvezérlésben, a robotkar pozicionálásában, a folyadékszabályozásban és más forgatókönyvekben. Munkafolyamata a pozíció szervo vezérlésének alapelvein alapul. A jelfeldolgozás, a dinamikus eltérés kiszámításának, a motoros meghajtó és a helyzet visszacsatolásának zárt hurkú együttműködésén keresztül megvalósítja a működtető mozgási pályájának pontos irányítását. Ez a műszaki rendszer nemcsak integrálja a motorvezérlést, a mechanikai átvitelt és az elektronikus érzékelési technológiát, hanem tükrözi a modern ipar átfogó követelményeit a dinamikus válasz, a helymeghatározás pontosságának és a rendszer stabilitásának szempontjából is.

A lineáris elektromos hajtóművek munkafolyamata a vezérlőrendszer által küldött analóg jelgel kezdődik. Általában 4-20 mA áramjelet használnak vezérlő utasításként. Ez a szabványosított elektromos jeltartomány nemcsak biztosítja a jelátvitel anti-interferencia képességét, hanem elegendő dinamikus beállítási teret is biztosít a rendszer számára. Amikor a vezérlőrendszer bizonyos áramértéket ad ki, a szelepmozgatónak konvertálnia kell egy adott lineáris elmozdulássá. Ez a folyamat a pozíció elhelyezőjének alapvető szerepétől függ. A PM-2 vezérlőkártyát tekintve példaként a belsőleg integrált, nagy pontosságú analóg-digitális konverziós áramkör konvertálhatja az aktuális jelet digitális mennyiségre, miközben a valós idejű visszacsatolási jelet kapja a pozícióérzékelőtől. A kettő összehasonlításával kialakított eltérési érték a későbbi vezérlő algoritmus bemeneti paraméterévé válik.

Az eltérés kiszámításának magja a PID algoritmus bevezetésében rejlik. Az algoritmus dinamikusan beállítja a hajtásáram kimeneti intenzitását az arány (P), az integráció (I) és a differenciálódás (D) lineáris kombinációjával. Az arányos kifejezés közvetlenül reagál az aktuális eltérésre, az integrált kifejezés kiküszöböli a hosszú távú felhalmozódott hibát, és a differenciális kifejezés előrejelzi az eltérés változási trendjét. A három együtt dolgozik, hogy lelassítsa a szelepmozgatót, amikor megközelíti a célpozíciót, hogy elkerülje az oszcillációt. Például, ha a vezérlőrendszer megköveteli, hogy a szelepmozgató a kezdeti pozícióból 10 mm -re mozogjon, akkor a Pozíció Lokátora továbbra is összehasonlítja a tényleges helyzet és a célérték közötti eltérést, és dinamikusan beállítja a motor hajtás -áramát a PID algoritmuson keresztül, amíg az eltérés nulla nem megközelíti. Ez a folyamat nemcsak az algoritmus hatékonyságát igényli, hanem a hardverrendszer valós idejű válaszképességét is.

Mint a szelepmozgató áramforrása, a motor teljesítménye közvetlenül meghatározza a rendszer dinamikus tulajdonságait. A kefe nélküli egyenáramú motor a magas kezdő nyomaték és az alacsony sebességű ingadozási jellemzők miatt a lineáris elektromos hajtóművek mainstream választásává vált. Az elektromos áram által vezetve a motor forgási mozgása, de az ipari forgatókönyvek gyakran lineáris elmozdulást igényelnek, így az energiaforma -átalakítást a reduktor és a csavar átviteli mechanizmusán keresztül kell elérni. A reduktor csökkenti a sebességet és növeli a nyomatékot a fogaskerék -hálón keresztül, míg a csavar a forgási mozgást lineáris mozgássá alakítja. Például a golyócsavar alacsony súrlódása és nagy hatékonyságának köszönhetően elérheti a mikron szintű pozicionálási pontosságot; Míg a trapézos csavar az önzáró funkciót használja, hogy a működtető helyzetét változatlan maradjon, amikor az áramellátás ki van kapcsolva, ami alkalmas olyan forgatókönyvekre, amelyek statikus tartási erőt igényelnek.

Az átviteli mechanizmus kialakításának figyelembe kell vennie mind a pontosságot, mind a megbízhatóságot. A golyócsavar ólom pontossága, előterhelés beállítása és kenési módja befolyásolja a rendszer megismételhetőségét és szolgálati élettartamát. Egyes csúcskategóriás szelepmozgatók egy előre meghúzott kettős anyaszerkezetet használnak a tengelyirányú távolság eliminálására rugalmas elemek révén, tovább javítva az átviteli merevséget. Ezenkívül az átviteli lánc védelmi szintjét nem lehet figyelmen kívül hagyni, különösen poros és párás környezetben, ahol a tömítéstervezés és a korróziógátló bevonat hatékonyan meghosszabbíthatja a berendezés élettartamát.

A helyzetérzékelő a zárt hurkú rendszer "szeme", pontossága és stabilitása meghatározza a szelepmozgató végső teljesítményét. A vezetőképes műanyag potenciométerek tükrözik a helyzetinformációkat az ellenállás értékének változása révén, és az egyszerű szerkezet és az alacsony költségek előnyei vannak, de hosszú távú használat után a pontosság csökkenhet a kopás miatt. A nem érintkezési digitális kódolók a pozíció észlelését fotoelektromos vagy magnetoelektromos alapelvek révén valósítják meg, és nagy felbontású és hosszú élettartamú jellemzőkkel rendelkeznek, amelyek különösen alkalmasak a nagysebességű és nagyfrekvenciás dugattyús mozgási forgatókönyvekre. Például a növekményes kódolók meghatározzák a relatív elmozdulást impulzusszámlálással, míg az abszolút kódolók közvetlenül kiállíthatják az egyedi helyzetkódokat, hogy elkerüljék a helyzetveszteség problémáját az áramellátás után.

A visszacsatolási jelek feldolgozását szorosan össze kell hangolni a vezérlő algoritmussal. Az érzékelő jel átvétele után a pozíció lokátorának ki kell szűrnie és linearizálnia kell a zaj interferencia és a nemlineáris hibák kiküszöbölése érdekében. Például a Kalman szűrő algoritmus hatékonyan elnyomhatja a magas frekvenciájú rezgési jeleket, és javíthatja a helyzetérzékelés jel-zaj arányát. Ugyanakkor a visszacsatolási jel mintavételi gyakoriságának meg kell egyeznie a vezérlési ciklusnak annak biztosítása érdekében, hogy a rendszer időben reagáljon a külső zavarokra.

A zárt hurok tulajdonságai lineáris elektromos hajtóművek Adjon nekik erős interferencia-képességeket. Amikor a külső terhelés hirtelen megváltozik, vagy az áramellátási feszültség ingadozik, a helyzet eltérése kiváltja a PID algoritmus dinamikus beállítását. Például a szelepvezérlő forgatókönyvben a csővezeték nyomásának hirtelen növekedése a működtető terhelési nyomatékának növekedését okozhatja. Ebben az időben a pozíció eltérési jele arra készteti a motort, hogy növelje a kimeneti áramot, hogy kompenzálja a terhelésváltozást. A nyomaték -határkapcsoló és az utazási korlátozó eszköz hardvervédelmi réteget képez, amely megakadályozza a szoftver meghibásodása által okozott mechanikus túlterhelést.

A rendszer adaptív képessége a paraméterek beállításában is tükröződik. A PID algoritmus nyereség együtthatóját a működtető jellemzők és az alkalmazás forgatókönyveinek megfelelően kell optimalizálni. Például, a nagyfrekvenciás viszonzó mozgásban a differenciált súlyt meg kell növelni a túllépés elnyomásához; és nagy terhelésű körülmények között meg kell növelni az integrált kifejezési hatást a statikus hibák kiküszöbölése érdekében. Egyes hajtóművek támogatják a paraméterek önhangolási funkcióját, amely megvalósítja az optimális vezérlőparaméter-konfigurációt a rendszermodell automatikus azonosításával.