Hur uppnår linjära elektriska ställdon exakt linjär rörelse genom positionsservokontroll?

Som en viktig drivenhet inom industriell automatisering är kärnfunktionen för linjära elektriska ställdon att konvertera elektriska signaler till högprecisionslinjär rörelse. De används allmänt i ventilstyrning, robotarmspositionering, vätskreglering och andra scenarier. Dess arbetsflöde är baserat på principen om positionsservokontroll. Genom det slutna samarbetet med signalbehandling, dynamisk avvikelseberäkning, motordrivning och positionsåterkoppling, realiserar det exakt kontroll över rörelsens rörelsesbanor. Detta tekniska system integrerar inte bara motorisk kontroll, mekanisk överföring och elektronisk avkänningsteknik, utan återspeglar också de omfattande kraven i modern industri för dynamiskt svar, positioneringsnoggrannhet och systemstabilitet.

Arbetsflödet för linjära elektriska ställdon börjar med den analoga signalen som skickas av styrsystemet. Vanligtvis används 4-20 mA strömsignal som kontrollinstruktion. Detta standardiserade elektriska signalområde säkerställer inte bara anti-interferensförmågan för signalöverföring, utan ger också tillräckligt med dynamisk justeringsutrymme för systemet. När styrsystemet matar ut ett visst strömvärde måste ställdonet omvandla det till en specifik linjär förskjutning. Denna process beror på kärnrollen för positionslokaler. Genom att ta PM-2-kontrollkortet som ett exempel kan dess internt integrerade högprecisionsanalog-till-digital konverteringskrets konvertera den aktuella signalen till en digital mängd, samtidigt som den får realtidsåterkopplingssignal från positionssensorn. Avvikelsesvärdet som bildas av jämförelsen mellan de två blir ingångsparametern för den efterföljande kontrollalgoritmen.

Kärnan i avvikelsesberäkningen ligger i introduktionen av PID -algoritmen. Algoritmen justerar dynamiskt utgångsintensiteten för drivströmmen genom en linjär kombination av proportion (p), integration (I) och differentiering (d). Den proportionella termen svarar direkt på den nuvarande avvikelsen, den integrerade termen eliminerar det långsiktiga ackumulerade felet och den differentiella termen förutsäger avvikelseförändringsutvecklingen. De tre arbetar tillsammans för att bromsa ställdonet när man närmar sig målpositionen för att undvika överskridande svängning. Till exempel, när kontrollsystemet kräver att ställdonet ska gå från den initiala positionen till 10 mm, kommer positionslokalen att fortsätta att jämföra avvikelsen mellan det faktiska positionen och målvärdet och justera motordrivningsströmmen dynamiskt genom PID -algoritmen tills avvikelsen närmar sig noll. Denna process kräver inte bara algoritmens effektivitet, utan också realtidsresponsförmågan för hårdvarusystemet.

Som kraftkälla för ställdonet bestämmer motorns prestanda direkt systemets dynamiska egenskaper. Den borstlösa DC -motorn har blivit det mainstream -valet för linjära elektriska ställdon på grund av dess höga startmoment och låghastighetsfluktuationsegenskaper. Drivet av elektrisk ström, matar mot motoren rotationsrörelse, men industriella scenarier kräver ofta linjär förskjutning, så att omvandlingen av energiform måste uppnås genom reducer- och skruvöverföringsmekanismen. Reduceraren minskar hastigheten och ökar vridmomentet genom växellådan, medan skruven omvandlar rotationsrörelsen till linjär rörelse. Till exempel kan kulskruven uppnå positioneringsnoggrannhet på mikronivå på grund av dess låga friktion och hög effektivitet; Medan den trapezoidala skruven använder den självlåsande funktionen för att hålla ställdonspositionen oförändrad när strömmen är av, vilket är lämpligt för scenarier som kräver statisk hållkraft.

Utformningen av överföringsmekanismen måste ta hänsyn till både noggrannhet och tillförlitlighet. Ledningsnoggrannhet, förbelastningsjustering och smörjmetod för kulskruven påverkar systemets repeterbarhet och livslängd. Vissa avancerade ställdon använder en förkunnad dubbelmutterstruktur för att eliminera axiell clearance genom elastiska element, vilket ytterligare förbättrar överföringsstyvheten. Dessutom kan skyddsnivån för transmissionskedjan inte ignoreras, särskilt i dammiga och fuktiga miljöer, där tätningsdesign och antikorrosionsbeläggning effektivt kan förlänga utrustningens livslängd.

Positionsensorn är "ögat" för det slutna systemet, och dess noggrannhet och stabilitet bestämmer den slutliga prestanda för ställdon. Ledande plastpotentiometrar återspeglar positionsinformation genom förändringar i motståndsvärdet och har fördelarna med enkel struktur och låga kostnader, men efter långvarig användning kan noggrannheten minska på grund av slitage. Icke-kontakt digitala kodare inser positionsdetektering genom fotoelektriska eller magnetoelektriska principer, och har egenskaperna för hög upplösning och lång livslängd, som är särskilt lämpliga för höghastighet och högfrekventa återgående rörelsescenarier. Till exempel bestämmer inkrementella kodare relativ förskjutning genom pulsräkning, medan absoluta kodare direkt kan mata ut unika positionskoder för att undvika problemet med positionsförlust efter strömavbrott.

Bearbetningen av återkopplingssignaler måste samordnas noggrant med kontrollalgoritmen. Efter att ha mottagit sensorsignalen måste positionslokalen filtrera och linearisera den för att eliminera brusinterferens och olinjära fel. Till exempel kan Kalman-filteralgoritmen effektivt undertrycka högfrekventa vibrationssignaler och förbättra signal-till-brusförhållandet mellan positionsdetektering. Samtidigt måste provtagningsfrekvensen för återkopplingssignalen matcha kontrollcykeln för att säkerställa att systemet kan svara på externa störningar i tid.

De slutna egenskaperna hos linjära elektriska ställdon Ge dem starka anti-interferensfunktioner. När den yttre belastningen ändras plötsligt eller strömförsörjningsspänningen fluktuerar, utlöser positionsavvikelsen den dynamiska justeringen av PID -algoritmen. I ventilkontrollscenariot kan till exempel en plötslig ökning av rörledningstrycket orsaka ställdonbelastningsmomentet. För närvarande kommer positionsavvikelsesignalen att få motorn att öka utgångsströmmen för att kompensera för lastförändringen. Vridmomentgränsomkopplaren och resebegränsningsanordningen utgör ett hårdvaruskyddsskikt för att förhindra mekanisk överbelastning orsakad av programvarufel.

Systemets adaptiva förmåga återspeglas också i parameterinställningen. Förstärkningskoefficienten för PID -algoritmen måste optimeras enligt ställdonets egenskaper och applikationsscenarier. Till exempel, i högfrekventa framväxande rörelse, måste den differentiella termvikten ökas för att undertrycka överskridande; Och under höga belastningsförhållanden måste den integrerade termen effekten ökas för att eliminera statiska fel. Vissa ställdon stöder självinställningsfunktion, som inser den optimala kontrollparameterkonfigurationen genom att automatiskt identifiera systemmodellen.