선형 전기 액추에이터는 위치 서보 제어를 통해 정확한 선형 운동을 어떻게 달성합니까?

산업 자동화 분야의 주요 주행 장치로서 선형 전기 액추에이터의 핵심 기능은 전기 신호를 고정밀 선형 운동으로 변환하는 것입니다. 밸브 제어, 로봇 암 포지셔닝, 유체 조절 및 기타 시나리오에 널리 사용됩니다. 워크 플로우는 위치 서보 컨트롤의 원칙을 기반으로합니다. 신호 처리, 동적 편차 계산, 모터 드라이브 및 위치 피드백의 폐쇄 루프 공동 작업을 통해 액추에이터의 모션 궤적의 정확한 제어를 실현합니다. 이 기술 시스템은 모터 제어, 기계적 변속기 및 전자 감지 기술을 통합 할뿐만 아니라 동적 응답, 위치 정확도 및 시스템 안정성을 위해 현대 산업의 포괄적 인 요구 사항을 반영합니다.

선형 전기 액추에이터의 워크 플로우는 제어 시스템에서 보낸 아날로그 신호로 시작합니다. 일반적으로 4-20ma 전류 신호는 제어 명령으로 사용됩니다. 이 표준화 된 전기 신호 범위는 신호 전송의 간섭 방지 능력을 보장 할뿐만 아니라 시스템에 충분한 동적 조정 공간을 제공합니다. 제어 시스템이 특정 전류 값을 출력 할 때 액추에이터는이를 특정 선형 변위로 변환해야합니다. 이 과정은 위치 로케이터의 핵심 역할에 달려 있습니다. PM-2 컨트롤 보드를 예로 들면 내부적으로 통합 된 고정밀 아날로그-디지털 전환 회로는 현재 신호를 디지털 수량으로 변환하면서 위치 센서로부터 실시간 피드백 신호를 수신 할 수 있습니다. 둘 사이의 비교에 의해 형성된 편차 값은 후속 제어 알고리즘의 입력 매개 변수가됩니다.

편차 계산의 핵심은 PID 알고리즘의 도입에 있습니다. 알고리즘은 비율 (p), 통합 (i) 및 분화 (d)의 선형 조합을 통해 드라이브 전류의 출력 강도를 동적으로 조정합니다. 비례 용어는 현재 편차에 직접 응답하고, 적분 항은 장기 축적 오류를 제거하고, 차동 항은 편차 변화 추세를 예측합니다. 이 세 사람은 오버 슈트 진동을 피하기 위해 대상 위치에 접근 할 때 액추에이터를 늦추기 위해 함께 작동합니다. 예를 들어, 제어 시스템이 액추에이터가 초기 위치에서 10mm로 이동하도록 요구할 때, 위치 로케이터는 실제 위치와 목표 값 사이의 편차를 계속 비교하고 편차가 0에 접근 할 때까지 PID 알고리즘을 통해 모터 드라이브 전류를 동적으로 조정합니다. 이 프로세스에는 알고리즘의 효율성뿐만 아니라 하드웨어 시스템의 실시간 응답 기능도 필요합니다.

액추에이터의 전원으로서 모터의 성능은 시스템의 동적 특성을 직접 결정합니다. 브러시리스 DC 모터는 높은 시작 토크와 저속 변동 특성으로 인해 선형 전기 액추에이터의 주류 선택이되었습니다. 전류에 의해 구동되는 모터는 회전 운동을 출력하지만 산업 시나리오에는 종종 선형 변위가 필요하므로 에너지 형태 변환은 감속기 및 나사 전송 메커니즘을 통해 달성해야합니다. 감속기는 기어 메쉬를 통해 속도를 줄이고 토크를 증가시키는 반면, 나사는 회전 운동을 선형 운동으로 변환합니다. 예를 들어, 볼 스크류는 마찰이 낮고 효율성이 낮아 미크론 수준의 위치 정확도를 달성 할 수 있습니다. 사다리꼴 나사는 전원이 꺼질 때 액추에이터 위치를 변경하지 않도록 자체 잠금 기능을 사용하지만 정적 유지력이 필요한 시나리오에 적합합니다.

전송 메커니즘의 설계는 정확도와 신뢰성을 모두 고려해야합니다. 볼 스크류의 리드 정확도, 예압 조정 및 윤활 방법은 시스템의 반복성 및 서비스 수명에 영향을 미칩니다. 일부 고급 액추에이터는 사전 조발 된 이중 너트 구조를 사용하여 탄성 요소를 통한 축 제거를 제거하여 전송 강성을 더욱 향상시킵니다. 또한, 특히 먼지가 많고 습한 환경에서는 전송 체인의 보호 수준을 무시할 수 없으며, 밀봉 설계 및 혈관 코팅 코팅이 장비의 수명을 효과적으로 확장 할 수 있습니다.

위치 센서는 폐 루프 시스템의 "눈"이며 정확도와 안정성은 액추에이터의 최종 성능을 결정합니다. 전도성 플라스틱 전위차계는 저항 값의 변화를 통해 위치 정보를 반영하며 간단한 구조와 저렴한 비용의 장점이 있지만 장기 사용 후 마모로 인해 정확도가 감소 할 수 있습니다. 비접촉 디지털 인코더는 광전자 또는 자기 전기 원리를 통한 위치 감지를 실현하고 고속 및 고주파 왕비 운동 시나리오에 특히 적합한 고해상도 및 장수의 특성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 증분 엔코더는 펄스 카운팅에 의한 상대 변위를 결정하는 반면, 절대 엔코더는 정전 후 위치 손실 문제를 피하기 위해 고유 위치 코드를 직접 출력 할 수 있습니다.

피드백 신호 처리는 제어 알고리즘과 밀접하게 조정되어야합니다. 센서 신호를 수신 한 후 위치 로케이터는 노이즈 간섭 및 비선형 오류를 제거하기 위해 필터링하고 선형화해야합니다. 예를 들어, Kalman 필터 알고리즘은 고주파 진동 신호를 효과적으로 억제하고 위치 감지의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있습니다. 동시에, 피드백 신호의 샘플링 주파수는 시스템이 적시에 외부 교란에 응답 할 수 있도록 제어 사이클과 일치해야합니다.

폐 루프 특성 선형 전기 액추에이터 그들에게 강력한 간섭 방지 기능을 제공하십시오. 외부 부하가 갑자기 변경되거나 전원 공급 장치 전압이 변동하면 위치 편차가 PID 알고리즘의 동적 조정을 트리거합니다. 예를 들어, 밸브 제어 시나리오에서 파이프 라인 압력이 갑자기 증가하면 액추에이터 하중 토크가 증가 할 수 있습니다. 이 시점에서 위치 편차 신호는 모터가로드 변화를 보상하기 위해 출력 전류를 증가 시키도록 자극합니다. 토크 리미트 스위치와 여행 제한 장치는 소프트웨어 고장으로 인한 기계식 과부하를 방지하기 위해 하드웨어 보호 계층을 구성합니다.

시스템의 적응 능력은 매개 변수 설정에도 반영됩니다. PID 알고리즘의 게인 계수는 액추에이터 특성 및 응용 시나리오에 따라 최적화되어야합니다. 예를 들어, 고주파 왕복 운동에서, 오버 슈트를 억제하기 위해 차등 용어 중량을 증가시켜야합니다. 고 부하 조건에서 정적 오류를 제거하기 위해 적분 용어 효과를 증가시켜야합니다. 일부 액추에이터는 매개 변수 자체 조정 기능을 지원하며 시스템 모델을 자동으로 식별하여 최적의 제어 매개 변수 구성을 실현합니다.