Как линейные электрические приводы достигают точного линейного движения через управление сервоприводом положения?

В качестве ключевого приводящего устройства в области промышленной автоматизации основная функция линейных электрических приводов заключается в преобразовании электрических сигналов в высокое линейное движение. Они широко используются в контроле клапана, расположении роботизированных рук, регуляции жидкости и других сценариях. Его рабочий процесс основан на принципе управления сервоприводом положения. Благодаря совместной работе с замкнутым контуром обработки сигнала, расчета динамического отклонения, обратной связи двигателя и положения он реализует точный контроль траектории движения привода. Эта техническая система не только интегрирует управление двигателем, механическую передачу и технологию электронных зондирования, но также отражает комплексные требования современной промышленности для динамического отклика, точности позиционирования и стабильности системы.

Рабочий процесс линейных электрических приводов начинается с аналогового сигнала, отправленного системой управления. Обычно сигнал тока 4-20 мА используется в качестве инструкции управления. Этот стандартизированный диапазон электрических сигналов не только обеспечивает противоположную способность передачи сигнала, но также обеспечивает достаточное пространство динамического регулировки для системы. Когда система управления выводит определенное значение тока, привод должен преобразовать его в определенное линейное смещение. Этот процесс зависит от основной роли локатора положения. Принимая плату управления PM-2 в качестве примера, ее внутренне интегрированная высокая рецептная схема конверсии аналого-цифта может преобразовать текущий сигнал в цифровое количество, одновременно получая сигнал обратной связи в реальном времени от датчика положения. Значение отклонения, сформированное сравнением между ними, становится входным параметром последующего алгоритма управления.

Ядро расчета отклонения заключается во введении алгоритма PID. Алгоритм динамически настраивает выходную интенсивность тока привода через линейную комбинацию пропорции (P), интеграции (I) и дифференцировки (D). Пропорциональный термин непосредственно реагирует на текущее отклонение, интегральный термин устраняет долгосрочную накопленную ошибку, а дифференциальный термин предсказывает тенденцию изменения отклонения. Трое работают вместе, чтобы замедлить привод при приближении к целевому положению, чтобы избежать колебаний превышения. Например, когда система управления требует, чтобы привод перемещался из начального положения к 10 мм, локатор положения будет продолжать сравнивать отклонение между фактическим положением и целевым значением и динамически отрегулирует ток привода двигателя через алгоритм PID, пока отклонение не приблизится к нулю. Этот процесс требует не только эффективности алгоритма, но и возможности ответа в реальном времени аппаратной системы.

Как источник питания привода, производительность двигателя напрямую определяет динамические характеристики системы. Бесщеточный двигатель постоянного тока стал основным выбором для линейных электрических приводов из -за его высокого стартового крутящего момента и низкоскоростных характеристик колебаний. Приводимое к электрическому току, двигатель выводит вращательное движение, но промышленные сценарии часто требуют линейного смещения, поэтому преобразование формы энергии должно быть достигнуто с помощью механизма редуктора и винтовой передачи. Редактор уменьшает скорость и увеличивает крутящий момент через сетку передачи, в то время как винт преобразует вращательное движение в линейное движение. Например, шаровой винт может достигать точности позиционирования микронного уровня из-за его низкого трения и высокой эффективности; В то время как трапециеоидальный винт использует функцию самозаполнения, чтобы сохранить положение привода неизменным, когда мощность выключена, что подходит для сценариев, которые требуют статической силы удержания.

Конструкция механизма передачи должна учитывать как точность, так и надежность. Точность свинца, метод регулировки предварительной нагрузки и смазки шарового винта повлияет на повторяемость и срок службы системы. Некоторые высококачественные приводы используют предварительно навязывающуюся структуру двойной гайки для устранения осевого зазора с помощью упругих элементов, что еще больше повышает жесткость передачи. Кроме того, уровень защиты цепочки передачи не может быть проигнорирован, особенно в пыльной и влажной среде, где уплотнение дизайна и антикоррозионное покрытие могут эффективно продлевать срок службы оборудования.

Датчик положения-это «глаз» системы замкнутой петли, а его точность и стабильность определяют конечную производительность привода. Проводящие пластиковые потенциометры отражают информацию о положении посредством изменений в значении сопротивления и имеют преимущества простой структуры и низкой стоимости, но после долгосрочного использования точность может снизиться из-за износа. Неконтактные цифровые энкодеры реализуют обнаружение положения с помощью фотоэлектрических или магнитоэлектрических принципов и имеют характеристики высокого разрешения и длительного срока службы, которые особенно подходят для высокоскоростных и высокочастотных сценариев движения. Например, инкрементные кодеры определяют относительное смещение путем подсчета импульсов, в то время как абсолютные кодеры могут напрямую выводить уникальные коды положения, чтобы избежать проблемы потери положения после сбоя питания.

Обработка сигналов обратной связи должна быть тесно связана с алгоритмом управления. После получения сигнала датчика локатор положения необходимо фильтровать и линеаризовать его для устранения шумовых помех и нелинейных ошибок. Например, алгоритм фильтра Калмана может эффективно подавлять высокочастотные вибрационные сигналы и улучшать отношение сигнал / шум обнаружения положения. В то же время частота выборки сигнала обратной связи должна соответствовать циклу управления, чтобы гарантировать, что система может своевременно реагировать на внешние нарушения.

Закрытые характеристики Линейные электрические приводы Дайте им сильные противоположные возможности. Когда внешняя нагрузка внезапно меняется, или напряжение питания колеблется, отклонение положения вызывает динамическую регулировку алгоритма PID. Например, в сценарии управления клапаном внезапное увеличение давления трубопровода может привести к увеличению крутящего момента нагрузки привода. В настоящее время сигнал отклонения положения позволит двигателю увеличить выходной ток, чтобы компенсировать изменение нагрузки. Переключатель ограничения крутящего момента и устройство ограничения перемещения представляют собой аппаратный уровень защиты, чтобы предотвратить механическую перегрузку, вызванную сбоем программного обеспечения.

Адаптивная способность системы также отражена в настройке параметров. Коэффициент усиления алгоритма PID должен быть оптимизирован в соответствии с характеристиками привода и сценариями применения. Например, в высокочастотном возвратном движении дифференциальный вес должен быть увеличен, чтобы подавить превышение; и в условиях высокой нагрузки необходимо увеличить интегральный термин, чтобы устранить статические ошибки. Некоторые приводы поддерживают функцию самонаделения параметра, которая реализует оптимальную конфигурацию параметра управления путем автоматического идентификации модели системы.