Bagaimana aktuator listrik linier mencapai gerakan linier yang tepat melalui kontrol posisi servo?

Sebagai alat penggerak utama di bidang otomatisasi industri, fungsi inti dari aktuator listrik linier adalah untuk mengubah sinyal listrik menjadi gerakan linier presisi tinggi. Mereka banyak digunakan dalam kontrol katup, penentuan posisi lengan robot, regulasi cairan dan skenario lainnya. Alur kerjanya didasarkan pada prinsip pengendalian servo posisi. Melalui kolaborasi loop tertutup dari pemrosesan sinyal, perhitungan deviasi dinamis, penggerak motor dan umpan balik posisi, ia menyadari kontrol yang tepat dari lintasan gerak aktuator. Sistem teknis ini tidak hanya mengintegrasikan kontrol motor, transmisi mekanis dan teknologi penginderaan elektronik, tetapi juga mencerminkan persyaratan komprehensif industri modern untuk respons dinamis, akurasi penentuan posisi dan stabilitas sistem.

Alur kerja aktuator listrik linier dimulai dengan sinyal analog yang dikirim oleh sistem kontrol. Biasanya sinyal arus 4-20mA digunakan sebagai instruksi kontrol. Rentang sinyal listrik standar ini tidak hanya memastikan kemampuan anti-interferensi dari transmisi sinyal, tetapi juga menyediakan ruang penyesuaian dinamis yang cukup untuk sistem. Ketika sistem kontrol mengeluarkan nilai saat ini, aktuator perlu mengubahnya menjadi perpindahan linier tertentu. Proses ini tergantung pada peran inti dari pencari posisi posisi. Mengambil papan kontrol PM-2 sebagai contoh, sirkuit konversi analog-ke-digital presisi tinggi yang terintegrasi secara internal dapat mengubah sinyal saat ini menjadi kuantitas digital, sambil menerima sinyal umpan balik real-time dari sensor posisi. Nilai penyimpangan yang dibentuk oleh perbandingan antara keduanya menjadi parameter input dari algoritma kontrol selanjutnya.

Inti dari perhitungan penyimpangan terletak pada pengenalan algoritma PID. Algoritma secara dinamis menyesuaikan intensitas output arus drive melalui kombinasi linier proporsi (P), integrasi (I), dan diferensiasi (D). Istilah proporsional secara langsung menanggapi deviasi saat ini, istilah integral menghilangkan kesalahan akumulasi jangka panjang, dan istilah diferensial memprediksi tren perubahan penyimpangan. Ketiganya bekerja bersama untuk memperlambat aktuator ketika mendekati posisi target untuk menghindari overshoot osilasi. Misalnya, ketika sistem kontrol mengharuskan aktuator untuk berpindah dari posisi awal ke 10mm, locator posisi akan terus membandingkan penyimpangan antara posisi aktual dan nilai target, dan secara dinamis menyesuaikan arus penggerak motor melalui algoritma PID sampai deviasi mendekati nol. Proses ini tidak hanya membutuhkan efisiensi algoritma, tetapi juga kemampuan respons real-time dari sistem perangkat keras.

Sebagai sumber daya aktuator, kinerja motor secara langsung menentukan karakteristik dinamis sistem. Motor DC tanpa sikat telah menjadi pilihan utama untuk aktuator listrik linier karena torsi awal yang tinggi dan karakteristik fluktuasi kecepatan rendah. Didorong oleh arus listrik, motor mengeluarkan gerakan rotasi, tetapi skenario industri sering membutuhkan perpindahan linier, sehingga konversi bentuk energi perlu dicapai melalui mekanisme reduser dan sekrup. Reduser mengurangi kecepatan dan meningkatkan torsi melalui gigi meshing, sementara sekrup mengubah gerakan rotasi menjadi gerakan linier. Misalnya, sekrup bola dapat mencapai akurasi penentuan posisi level mikron karena gesekannya yang rendah dan efisiensi tinggi; Sementara sekrup trapesium menggunakan fungsi penguncian sendiri untuk menjaga posisi aktuator tidak berubah ketika daya mati, yang cocok untuk skenario yang membutuhkan gaya penahan statis.

Desain mekanisme transmisi harus memperhitungkan akurasi dan keandalan. Akurasi utama, penyesuaian preload, dan metode pelumasan sekrup bola akan mempengaruhi pengulangan sistem dan masa pakai sistem. Beberapa aktuator kelas atas menggunakan struktur kacang ganda yang sudah dikencangkan untuk menghilangkan clearance aksial melalui elemen elastis, lebih lanjut meningkatkan kekakuan transmisi. Selain itu, tingkat perlindungan rantai transmisi tidak dapat diabaikan, terutama di lingkungan yang berdebu dan lembab, di mana desain penyegelan dan lapisan anti-korosi dapat secara efektif memperpanjang umur peralatan.

Sensor posisi adalah "mata" dari sistem loop tertutup, dan keakuratan dan stabilitasnya menentukan kinerja akhir aktuator. Potensiometer plastik konduktif mencerminkan informasi posisi melalui perubahan nilai resistensi, dan memiliki keuntungan dari struktur sederhana dan biaya rendah, tetapi setelah penggunaan jangka panjang, akurasi dapat menurun karena keausan. Encoder digital non-kontak mewujudkan deteksi posisi melalui prinsip fotolektrik atau magnetoelektrik, dan memiliki karakteristik resolusi tinggi dan umur panjang, yang sangat cocok untuk skenario gerak balasan berkecepatan tinggi dan frekuensi tinggi. Misalnya, encoder tambahan menentukan perpindahan relatif dengan penghitungan pulsa, sementara encoder absolut dapat secara langsung menghasilkan kode posisi unik untuk menghindari masalah kehilangan posisi setelah kegagalan daya.

Pemrosesan sinyal umpan balik harus dikoordinasikan erat dengan algoritma kontrol. Setelah menerima sinyal sensor, locator posisi perlu menyaring dan linearisasi untuk menghilangkan gangguan kebisingan dan kesalahan nonlinier. Sebagai contoh, algoritma filter Kalman dapat secara efektif menekan sinyal getaran frekuensi tinggi dan meningkatkan rasio sinyal-ke-noise dari deteksi posisi. Pada saat yang sama, frekuensi pengambilan sampel dari sinyal umpan balik perlu cocok dengan siklus kontrol untuk memastikan bahwa sistem dapat merespons gangguan eksternal secara tepat waktu.

Karakteristik loop tertutup aktuator listrik linier Beri mereka kemampuan anti-interferensi yang kuat. Ketika beban eksternal berubah secara tiba -tiba atau tegangan catu daya berfluktuasi, deviasi posisi memicu penyesuaian dinamis dari algoritma PID. Misalnya, dalam skenario kontrol katup, peningkatan tekanan pipa yang tiba -tiba dapat menyebabkan torsi beban aktuator meningkat. Pada saat ini, sinyal penyimpangan posisi akan meminta motor untuk meningkatkan arus output untuk mengimbangi perubahan beban. Sakelar batas torsi dan perangkat batas perjalanan merupakan lapisan perlindungan perangkat keras untuk mencegah kelebihan mekanis yang disebabkan oleh kegagalan perangkat lunak.

Kemampuan adaptif sistem juga tercermin dalam pengaturan parameter. Koefisien gain dari algoritma PID perlu dioptimalkan sesuai dengan karakteristik aktuator dan skenario aplikasi. Misalnya, dalam gerakan bolak-balik frekuensi tinggi, berat istilah diferensial perlu ditingkatkan untuk menekan overshoot; dan dalam kondisi beban tinggi, efek istilah integral perlu ditingkatkan untuk menghilangkan kesalahan statis. Beberapa aktuator mendukung fungsi self-tuning parameter, yang mewujudkan konfigurasi parameter kontrol optimal dengan secara otomatis mengidentifikasi model sistem.