Hoe bereiken lineaire elektrische actuatoren precieze lineaire beweging door positie servo -regeling?

Als een belangrijk aandrijfapparaat op het gebied van industriële automatisering, is de kernfunctie van lineaire elektrische actuatoren om elektrische signalen om te zetten in zeer nauwkeurige lineaire beweging. Ze worden op grote schaal gebruikt in klepregeling, robotarmpositionering, vloeistofregulatie en andere scenario's. De workflow is gebaseerd op het principe van positie servo -controle. Door de samenwerking tussen gesloten lus van signaalverwerking, dynamische afwijkingsberekening, motoraandrijving en positiefeedback, realiseert het precieze controle van het bewegingstraject van de actuator. Dit technische systeem integreert niet alleen motorbesturing, mechanische transmissie en elektronische detectie -technologie, maar weerspiegelt ook de uitgebreide vereisten van de moderne industrie voor dynamische respons, positioneringsnauwkeurigheid en systeemstabiliteit.

De workflow van lineaire elektrische actuatoren begint met het analoge signaal verzonden door het besturingssysteem. Gewoonlijk wordt het 4-20 mA-stroomsignaal gebruikt als besturingsinstructie. Dit gestandaardiseerde elektrische signaalbereik zorgt niet alleen voor het anti-interferentievermogen van signaaloverdracht, maar biedt ook voldoende dynamische aanpassingsruimte voor het systeem. Wanneer het besturingssysteem een bepaalde stroomwaarde uitvoert, moet de actuator deze omzetten in een specifieke lineaire verplaatsing. Dit proces hangt af van de kernrol van de positie -locator. Als u de PM-2-besturingsbord als voorbeeld neemt, kan het intern geïntegreerde zeer nauwkeurige analoog-digitale conversiecircuit het huidige signaal omzetten in een digitale hoeveelheid, terwijl het realtime feedbacksignaal van de positiesensor wordt ontvangen. De afwijkingswaarde gevormd door de vergelijking tussen de twee wordt de invoerparameter van het daaropvolgende besturingsalgoritme.

De kern van de afwijkingsberekening ligt bij de introductie van het PID -algoritme. Het algoritme past dynamisch de uitgangsintensiteit van de aandrijfstroom aan door een lineaire combinatie van aandeel (P), integratie (I) en differentiatie (D). De proportionele term reageert rechtstreeks op de huidige afwijking, de integrale term elimineert de geaccumuleerde fout op de lange termijn en de differentiële term voorspelt de trend van de afwijkingsverandering. De drie werken samen om de actuator te vertragen bij het naderen van de doelpositie om overschietoscillatie te voorkomen. Wanneer het besturingssysteem bijvoorbeeld vereist dat de actuator van de beginpositie naar 10 mm gaat, blijft de positie -locator de afwijking tussen de werkelijke positie en de doelwaarde vergelijken en de stroomstroom dynamisch aanpassen door het PID -algoritme totdat de afwijking nul nadert. Dit proces vereist niet alleen de efficiëntie van het algoritme, maar ook de realtime responsmogelijkheid van het hardwaresysteem.

Als stroombron van de actuator bepaalt de prestaties van de motor direct de dynamische kenmerken van het systeem. De borstelloze DC -motor is de reguliere keuze geworden voor lineaire elektrische actuatoren vanwege het hoge startkoppel en lage snelheidsschommelingen. Gedreven door elektrische stroom, voert de motor rotatiebeweging uit, maar industriële scenario's vereisen vaak lineaire verplaatsing, dus de conversie van de energievorm moet worden bereikt via het verloop- en schroeftransmissiemechanisme. De reducer vermindert de snelheid en verhoogt het koppel door versnellingsmenging, terwijl de schroef de rotatiebeweging omzet in lineaire beweging. De kogelschroef kan bijvoorbeeld de positioneringsnauwkeurigheid van micronniveau bereiken vanwege de lage wrijving en hoge efficiëntie; Terwijl de trapeziumvormige schroef de zelfvergrendingsfunctie gebruikt om de actuatorpositie ongewijzigd te houden wanneer de stroom is uitgeschakeld, wat geschikt is voor scenario's die een statische houdkracht vereisen.

Het ontwerp van het transmissiemechanisme moet rekening houden met zowel nauwkeurigheid als betrouwbaarheid. De leadnauwkeurigheid, voorbelastingsaanpassing en smeermethode van de kogelschroef heeft invloed op de herhaalbaarheid van het systeem en de levensduur van het services. Sommige high-end actuatoren gebruiken een vooraf strakke dubbele moerstructuur om axiale klaring door elastische elementen te elimineren, waardoor de transmissiestijfheid verder wordt verbeterd. Bovendien kan het beschermingsniveau van de transmissieketen niet worden genegeerd, vooral in stoffige en vochtige omgevingen, waarbij afdichtingsontwerp en anti-corrosiecoating de levensduur van de apparatuur effectief kunnen verlengen.

De positiesensor is het "oog" van het gesloten-loopsysteem en de nauwkeurigheid en stabiliteit bepalen de uiteindelijke prestaties van de actuator. Geleidende plastic potentiometers weerspiegelen positie-informatie door veranderingen in weerstandswaarde en hebben de voordelen van eenvoudige structuur en lage kosten, maar na langdurig gebruik kan de nauwkeurigheid afnemen als gevolg van slijtage. Niet-contact digitale encoders realiseren positiedetectie door foto-elektrische of magneto-elektrische principes, en hebben de kenmerken van hoge resolutie en een lange levensduur, die vooral geschikt zijn voor snelle en hoogfrequente wederzijdse bewegingsscenario's. Incrementele encoders bepalen bijvoorbeeld relatieve verplaatsing door pulstelling, terwijl absolute encoders direct unieke positiecodes kunnen uitvoeren om het probleem van positieverlies na stroomuitval te voorkomen.

De verwerking van feedbacksignalen moet nauw worden gecoördineerd met het besturingsalgoritme. Na ontvangst van het sensorsignaal moet de positie -locator het filteren en lineariseren om ruisinterferentie en niet -lineaire fouten te elimineren. Het Kalman-filteralgoritme kan bijvoorbeeld hoogfrequente trillingssignalen effectief onderdrukken en de signaal-ruisverhouding van positiedetectie verbeteren. Tegelijkertijd moet de bemonsteringsfrequentie van het feedbacksignaal overeenkomen met de besturingscyclus om ervoor te zorgen dat het systeem tijdig kan reageren op externe storingen.

De gesloten-luskenmerken van Lineaire elektrische actuatoren Geef ze sterke anti-interferentiemogelijkheden. Wanneer de externe belasting plotseling verandert of de voedingsspanning fluctueert, activeert de positieafwijking de dynamische aanpassing van het PID -algoritme. In het klepcontrolescenario kan een plotselinge toename van de pijpleidingsdruk ertoe leiden dat het actuatorbelastingskoppel toeneemt. Op dit moment zal het positieafwijkingssignaal de motor ertoe aanzetten de uitgangsstroom te verhogen om de belastingwijziging te compenseren. De koppelgrensschakelaar en het reislimietapparaat vormen een hardwarebeschermingslaag om mechanische overbelasting te voorkomen veroorzaakt door softwarefout.

Het adaptieve vermogen van het systeem wordt ook weerspiegeld in de parameterinstelling. De versterkingscoëfficiënt van het PID -algoritme moet worden geoptimaliseerd volgens de actuatorkenmerken en toepassingsscenario's. Bij bijvoorbeeld hoogfrequente wederzijdse beweging moet het differentiële termgewicht worden verhoogd om overschrijding te onderdrukken; En onder condities met hoge belasting moet het integrale term effect worden verhoogd om statische fouten te elimineren. Sommige actuatoren ondersteunen parameter zelfafname-functie, die de optimale controleparameterconfiguratie realiseert door het systeemmodel automatisch te identificeren.