แอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าเชิงเส้นจะบรรลุการเคลื่อนที่เชิงเส้นที่แม่นยำผ่านการควบคุมตำแหน่งเซอร์โวได้อย่างไร

ในฐานะที่เป็นอุปกรณ์ขับเคลื่อนหลักในด้านระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมฟังก์ชั่นหลักของแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าเชิงเส้นคือการแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นที่มีความแม่นยำสูง พวกเขาใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมวาล์วการวางตำแหน่งแขนหุ่นยนต์การควบคุมของเหลวและสถานการณ์อื่น ๆ เวิร์กโฟลว์ของมันขึ้นอยู่กับหลักการของการควบคุมตำแหน่งเซอร์โว ผ่านการทำงานร่วมกันแบบวงปิดของการประมวลผลสัญญาณการคำนวณการเบี่ยงเบนแบบไดนามิกไดรฟ์มอเตอร์และข้อเสนอแนะตำแหน่งมันตระหนักถึงการควบคุมที่แม่นยำของวิถีการเคลื่อนที่ของแอคชูเอเตอร์ ระบบทางเทคนิคนี้ไม่เพียง แต่รวมการควบคุมมอเตอร์การส่งสัญญาณเชิงกลและเทคโนโลยีการตรวจจับอิเล็กทรอนิกส์ แต่ยังสะท้อนถึงข้อกำหนดที่ครอบคลุมของอุตสาหกรรมที่ทันสมัยสำหรับการตอบสนองแบบไดนามิกความแม่นยำในการวางตำแหน่งและความมั่นคงของระบบ

เวิร์กโฟลว์ของแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าเชิงเส้นเริ่มต้นด้วยสัญญาณอะนาล็อกที่ส่งโดยระบบควบคุม โดยปกติแล้วสัญญาณปัจจุบัน 4-20MA จะใช้เป็นคำสั่งควบคุม ช่วงสัญญาณไฟฟ้าที่ได้มาตรฐานนี้ไม่เพียง แต่ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสามารถในการต่อต้านการแทรกแซงของการส่งสัญญาณ แต่ยังให้พื้นที่การปรับแบบไดนามิกที่เพียงพอสำหรับระบบ เมื่อระบบควบคุมส่งออกค่าปัจจุบันที่แน่นอนแอคชูเอเตอร์จะต้องแปลงเป็นการกระจัดเชิงเส้นเฉพาะ กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับบทบาทหลักของตำแหน่งตำแหน่ง การใช้บอร์ดควบคุม PM-2 เป็นตัวอย่างวงจรการแปลงแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอลแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอลที่มีความแม่นยำสูงสามารถแปลงสัญญาณปัจจุบันเป็นปริมาณดิจิตอลในขณะที่ได้รับสัญญาณตอบรับแบบเรียลไทม์จากเซ็นเซอร์ตำแหน่ง ค่าเบี่ยงเบนที่เกิดขึ้นจากการเปรียบเทียบระหว่างทั้งสองจะกลายเป็นพารามิเตอร์อินพุตของอัลกอริทึมการควบคุมที่ตามมา

แกนกลางของการคำนวณการเบี่ยงเบนอยู่ในการแนะนำของอัลกอริทึม PID อัลกอริทึมจะปรับความเข้มของเอาต์พุตของกระแสไฟไดรฟ์แบบไดนามิกผ่านการรวมกันเชิงเส้นของสัดส่วน (p) การรวม (i) และความแตกต่าง (d) คำที่เป็นสัดส่วนโดยตรงตอบสนองต่อการเบี่ยงเบนปัจจุบันคำศัพท์อินทิกรัลช่วยลดข้อผิดพลาดสะสมในระยะยาวและคำที่แตกต่างกันทำนายแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงการเบี่ยงเบน ทั้งสามทำงานร่วมกันเพื่อชะลอตัวกระตุ้นเมื่อเข้าใกล้ตำแหน่งเป้าหมายเพื่อหลีกเลี่ยงการสั่นมากเกินไป ตัวอย่างเช่นเมื่อระบบควบคุมกำหนดให้แอคทูเอเตอร์ย้ายจากตำแหน่งเริ่มต้นไปที่ 10 มม. ตำแหน่งตำแหน่งจะยังคงเปรียบเทียบความเบี่ยงเบนระหว่างตำแหน่งจริงและค่าเป้าหมายและปรับกระแสไฟฟ้ามอเตอร์แบบไดนามิกผ่านอัลกอริทึม PID จนกว่าเบี่ยงเบนจะเข้าใกล้ศูนย์ กระบวนการนี้ไม่เพียง แต่ต้องการประสิทธิภาพของอัลกอริทึมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความสามารถในการตอบสนองแบบเรียลไทม์ของระบบฮาร์ดแวร์

ในฐานะที่เป็นแหล่งพลังงานของแอคทูเอเตอร์ประสิทธิภาพของมอเตอร์จะกำหนดลักษณะไดนามิกของระบบโดยตรง มอเตอร์ DC ที่ไร้แปรงได้กลายเป็นตัวเลือกหลักสำหรับแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าเชิงเส้นเนื่องจากแรงบิดเริ่มต้นสูงและลักษณะความผันผวนของความเร็วต่ำ ขับเคลื่อนด้วยกระแสไฟฟ้ามอเตอร์ส่งออกการเคลื่อนที่แบบหมุน แต่สถานการณ์ทางอุตสาหกรรมมักจะต้องมีการกระจัดเชิงเส้นดังนั้นการแปลงรูปแบบพลังงานจะต้องเกิดขึ้นผ่านกลไกการลดและกลไกการส่งสกรู ตัวลดลดความเร็วและเพิ่มแรงบิดผ่านการติดตั้งเกียร์ในขณะที่สกรูแปลงการเคลื่อนที่แบบหมุนเป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้น ตัวอย่างเช่นสกรูลูกสามารถบรรลุความแม่นยำในการวางตำแหน่งไมครอนเนื่องจากมีแรงเสียดทานต่ำและมีประสิทธิภาพสูง ในขณะที่สกรูสี่เหลี่ยมคางหมูใช้ฟังก์ชั่นล็อคตัวเองเพื่อให้ตำแหน่งแอคทูเอเตอร์ไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อปิดไฟซึ่งเหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ต้องใช้แรงคงที่

การออกแบบกลไกการส่งจะต้องคำนึงถึงทั้งความแม่นยำและความน่าเชื่อถือ ความแม่นยำของตะกั่วการปรับล่วงหน้าและวิธีการหล่อลื่นของสกรูบอลจะส่งผลกระทบต่อความสามารถในการทำซ้ำและอายุการใช้งานของระบบ แอคทูเอเตอร์ระดับไฮเอนด์บางตัวใช้โครงสร้างน็อตคู่ที่แน่นหนาเพื่อกำจัดการกวาดล้างตามแนวแกนผ่านองค์ประกอบที่ยืดหยุ่นเพื่อปรับปรุงความแข็งของการส่งผ่าน นอกจากนี้ระดับการป้องกันของห่วงโซ่การส่งสัญญาณไม่สามารถเพิกเฉยได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่เต็มไปด้วยฝุ่นและชื้นซึ่งการออกแบบการปิดผนึกและการเคลือบป้องกันการกัดกร่อนสามารถยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เซ็นเซอร์ตำแหน่งคือ "ตา" ของระบบวงปิดและความแม่นยำและความเสถียรของมันเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพสุดท้ายของแอคทูเอเตอร์ โพเทนชิโอมิเตอร์พลาสติกนำไฟฟ้าสะท้อนข้อมูลตำแหน่งผ่านการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานและมีข้อได้เปรียบของโครงสร้างที่เรียบง่ายและต้นทุนต่ำ แต่หลังจากการใช้งานระยะยาวความแม่นยำอาจลดลงเนื่องจากการสึกหรอ ตัวเข้ารหัสดิจิตอลแบบไม่สัมผัสตระหนักถึงการตรวจจับตำแหน่งผ่านหลักการโฟโตอิเล็กทริกหรือแม่เหล็กและมีลักษณะของความละเอียดสูงและชีวิตที่ยาวนานซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์การเคลื่อนไหวที่มีความเร็วสูงและความถี่สูง ตัวอย่างเช่นตัวเข้ารหัสที่เพิ่มขึ้นจะกำหนดการกระจัดสัมพัทธ์โดยการนับพัลส์ในขณะที่ตัวเข้ารหัสสัมบูรณ์สามารถส่งออกรหัสตำแหน่งที่ไม่ซ้ำกันโดยตรงเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการสูญเสียตำแหน่งหลังจากความล้มเหลวของพลังงาน

การประมวลผลสัญญาณตอบรับจะต้องมีการประสานงานอย่างใกล้ชิดกับอัลกอริทึมการควบคุม หลังจากได้รับสัญญาณเซ็นเซอร์ตำแหน่งตำแหน่งจะต้องกรองและทำให้เป็นเส้นตรงเพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนทางเสียงและข้อผิดพลาดที่ไม่เชิงเส้น ตัวอย่างเช่นอัลกอริทึมตัวกรอง Kalman สามารถยับยั้งสัญญาณการสั่นสะเทือนความถี่สูงได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนของการตรวจจับตำแหน่ง ในเวลาเดียวกันความถี่การสุ่มตัวอย่างของสัญญาณตอบรับจำเป็นต้องจับคู่วงจรการควบคุมเพื่อให้แน่ใจว่าระบบสามารถตอบสนองต่อการรบกวนภายนอกในเวลาที่เหมาะสม

ลักษณะวงปิดของ แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าเชิงเส้น ให้ความสามารถในการต่อต้านการแทรกแซงที่แข็งแกร่งแก่พวกเขา เมื่อโหลดภายนอกเปลี่ยนไปอย่างกะทันหันหรือแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟผันผวนความเบี่ยงเบนตำแหน่งจะกระตุ้นการปรับแบบไดนามิกของอัลกอริทึม PID ตัวอย่างเช่นในสถานการณ์การควบคุมวาล์วการเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันของความดันไปป์ไลน์อาจทำให้แรงบิดโหลดแอคทูเอเตอร์เพิ่มขึ้น ในเวลานี้สัญญาณการเบี่ยงเบนตำแหน่งจะแจ้งให้มอเตอร์เพิ่มกระแสเอาต์พุตเพื่อชดเชยการเปลี่ยนแปลงโหลด สวิตช์ขีด จำกัด แรงบิดและอุปกรณ์ขีด จำกัด การเดินทางเป็นชั้นป้องกันฮาร์ดแวร์เพื่อป้องกันการโอเวอร์โหลดเชิงกลที่เกิดจากความล้มเหลวของซอฟต์แวร์

ความสามารถในการปรับตัวของระบบยังสะท้อนให้เห็นในการตั้งค่าพารามิเตอร์ ค่าสัมประสิทธิ์การได้รับของอัลกอริทึม PID จะต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมตามลักษณะแอคทูเอเตอร์และสถานการณ์แอปพลิเคชัน ตัวอย่างเช่นในการเคลื่อนไหวแบบลูกสูบความถี่สูงต้องเพิ่มน้ำหนักคำที่แตกต่างกันเพื่อระงับการใช้งานมากเกินไป และภายใต้เงื่อนไขการโหลดสูงเอฟเฟกต์คำศัพท์อินทิกรัลจะต้องเพิ่มขึ้นเพื่อกำจัดข้อผิดพลาดคงที่ แอคทูเอเตอร์บางตัวรองรับฟังก์ชั่นการปรับจูนพารามิเตอร์ด้วยตนเองซึ่งตระหนักถึงการกำหนดค่าพารามิเตอร์การควบคุมที่ดีที่สุดโดยการระบุโมเดลระบบโดยอัตโนมัติ