Wie erreichen lineare elektrische Aktuatoren eine präzise lineare Bewegung durch Position Servo -Steuerung?

Als wichtiges Fahrgerät im Bereich der industriellen Automatisierung besteht die Kernfunktion linearer elektrischer Aktuatoren darin, elektrische Signale in eine lineare Bewegung mit hoher Präzision umzuwandeln. Sie werden häufig in der Ventilkontrolle, der Roboterarmpositionierung, der Flüssigkeitsregulierung und anderen Szenarien eingesetzt. Sein Workflow basiert auf dem Prinzip der Position Servo Control. Durch die Zusammenarbeit mit Signalverarbeitung, dynamischer Abweichung, Berechnung des Motors und Position, das Feedback für die dynamische Abweichung hat, wird eine genaue Kontrolle der Bewegungsbahn des Aktuators realisiert. Dieses technische System integriert nicht nur motorische Steuerung, mechanische Übertragung und elektronische Erfassungstechnologie, sondern spiegelt auch die umfassenden Anforderungen der modernen Industrie für dynamische Reaktion, Positionierungsgenauigkeit und Systemstabilität wider.

Der Workflow von linearen elektrischen Aktuatoren beginnt mit dem vom Steuerungssystem gesendeten analogen Signal. Normalerweise wird 4-20-mA-Stromsignal als Steueranweisung verwendet. Dieser standardisierte elektrische Signalbereich gewährleistet nicht nur die Anti-Interferenz-Fähigkeit der Signalübertragung, sondern bietet auch einen ausreichenden dynamischen Anpassungsraum für das System. Wenn das Steuerungssystem einen bestimmten Stromwert ausgibt, muss der Aktuator ihn in eine bestimmte lineare Verschiebung umwandeln. Dieser Prozess hängt von der Kernrolle des Positionslokators ab. Wenn Sie die PM-2-Kontrollplatine als Beispiel übernehmen, kann der interne integrierte Analog-Digital-Umwandlungsschaltungskreis mit hoher Präzision in eine digitale Menge umwandeln und gleichzeitig das Echtzeit-Rückkopplungssignal vom Positionssensor erhalten. Der durch den Vergleich zwischen den beiden gebildete Abweichungswert wird zum Eingabeparameter des nachfolgenden Kontrollalgorithmus.

Der Kern der Abweichungsberechnung liegt in der Einführung des PID -Algorithmus. Der Algorithmus passt die Ausgangsintensität des Antriebsstroms dynamisch durch eine lineare Kombination von Anteil (P), Integration (i) und Differenzierung (D) an. Der proportionale Term reagiert direkt auf die aktuelle Abweichung, der integrale Term beseitigt den langfristigen akkumulierten Fehler, und der Differentialterm sagt den Abweichungsänderungstrend voraus. Die drei arbeiten zusammen, um den Aktuator zu verlangsamen, wenn sie sich der Zielposition nähern, um eine Überschwemmung der Oszillation zu vermeiden. Wenn das Steuerungssystem beispielsweise von der Antriebsantrieb von der Anfangsposition auf 10 mm wechselt, vergleichen der Positionslokator weiterhin die Abweichung zwischen der tatsächlichen Position und dem Zielwert und passen den Motorantriebsstrom dynamisch über den PID -Algorithmus an, bis sich die Abweichung Null nähert. Dieser Prozess erfordert nicht nur die Effizienz des Algorithmus, sondern auch die Echtzeit-Reaktionsfähigkeit des Hardware-Systems.

Als Stromquelle des Aktuators bestimmt die Leistung des Motors direkt die dynamischen Eigenschaften des Systems. Der bürstenlose Gleichstrommotor ist aufgrund seines hohen Startdrehmoments und der Schwankungen mit niedriger Geschwindigkeitsschwankungen zur Mainstream -Wahl für lineare elektrische Aktuatoren geworden. Angetrieben von elektrischem Strom gibt der Motor die Rotationsbewegung aus, aber industrielle Szenarien erfordern häufig eine lineare Verschiebung, sodass die Umwandlung der Energieform durch den Mechanismus zur Reduzier- und Schraubübertragung erreicht werden muss. Der Reduzierer reduziert die Geschwindigkeit und erhöht das Drehmoment durch Gear Maching, während die Schraube die Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelt. Beispielsweise kann die Kugelschraube aufgrund ihrer geringen Reibung und hohen Effizienz eine Positionierungsgenauigkeit auf Mikrometerebene erreichen. Während die Trapezschraube die Selbstverriegelungsfunktion verwendet, um die Position des Aktuators unverändert zu halten, wenn die Leistung ausgeschaltet ist, was für Szenarien geeignet ist, die eine statische Haltekraft erfordern.

Die Gestaltung des Übertragungsmechanismus muss sowohl die Genauigkeit als auch die Zuverlässigkeit berücksichtigen. Die Anpassungs- und Schmieremethode für die Leitgenauigkeit der Kugelschraube beeinflusst die Wiederholbarkeit und Lebensdauer des Systems. Einige High-End-Aktuatoren verwenden eine vorgespannte Doppelmutterstruktur, um die axiale Clearance durch elastische Elemente zu beseitigen, wodurch die Übertragungssteifigkeit weiter verbessert wird. Darüber hinaus kann das Schutzniveau der Übertragungskette nicht ignoriert werden, insbesondere in staubigen und feuchten Umgebungen, in denen die Dichtungsdesign und die Antikorrosionsbeschichtung die Lebensdauer der Ausrüstung effektiv verlängern können.

Der Positionssensor ist das "Auge" des Systems mit geschlossenem Kreislauf, und seine Genauigkeit und Stabilität bestimmen die endgültige Leistung des Aktuators. Leitfähige Plastikpotentiometer spiegeln die Positionsinformationen durch Änderungen des Widerstandswerts wider und haben die Vorteile einfacher Struktur und niedrigen Kosten. Nach langfristiger Verwendung kann die Genauigkeit jedoch aufgrund des Verschleißes abnehmen. Nicht kontakte digitale Encoder realisieren die Positionsdetektion durch photoelektrische oder magnetoelektrische Prinzipien und weisen die Eigenschaften hoher Auflösung und langer Lebensdauer auf, die besonders für Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzbewegungsszenarien geeignet sind. Beispielsweise bestimmen inkrementelle Encoder die relative Verschiebung durch Impulszählung, während absolute Encoder direkt eindeutige Positionscodes ausgeben können, um das Problem des Positionsverlusts nach Stromausfall zu vermeiden.

Die Verarbeitung von Feedback -Signalen muss eng mit dem Steueralgorithmus koordiniert werden. Nach dem Empfangen des Sensorsignals muss der Positionslokator es filtern und linearisieren, um Rauschinterferenz und nichtlineare Fehler zu beseitigen. Beispielsweise kann der Kalman-Filteralgorithmus hochfrequente Schwingungssignale effektiv unterdrücken und das Signal-Rausch-Verhältnis der Positionsdetektion verbessern. Gleichzeitig muss die Abtastfrequenz des Rückkopplungssignals mit dem Steuerzyklus übereinstimmen, um sicherzustellen, dass das System rechtzeitig auf externe Störungen reagieren kann.

Die geschlossenen Merkmale von Lineare elektrische Aktuatoren Geben Sie ihnen starke Anti-Interferenz-Funktionen. Wenn sich die externe Last plötzlich ändert oder die Stromversorgungsspannung schwankt, löst die Positionabweichung die dynamische Einstellung des PID -Algorithmus aus. Beispielsweise kann im Ventilsteuerungsszenario ein plötzlicher Anstieg des Pipeline -Drucks dazu führen, dass das Antriebslastdrehmoment zunimmt. Zu diesem Zeitpunkt fordert das Positionsabweichungssignal den Motor auf, den Ausgangsstrom zu erhöhen, um die Laständerung zu kompensieren. Der Drehmomentbegrenzungsschalter und das Reisebegrenzungsgerät sind eine Hardwareschutzschicht, um eine mechanische Überlastung durch Softwarefehler zu verhindern.

Die adaptive Fähigkeit des Systems spiegelt sich auch in der Parametereinstellung wider. Der Gewinnkoeffizient des PID -Algorithmus muss gemäß den Eigenschaften und Anwendungsszenarien der Aktuator optimiert werden. Beispielsweise muss in hoher Frequenz-Hilfsbewegung das unterschiedliche Begriff Gewicht erhöht werden, um das Überschwingen zu unterdrücken. Unter hohen Lastbedingungen muss der integrale Term-Effekt erhöht werden, um statische Fehler zu beseitigen. Einige Aktuatoren unterstützen Parameter-Selbstabfunktionen, die die optimale Steuerungsparameterkonfiguration durch automatische Identifizierung des Systemmodells realisiert.