Comment les actionneurs électriques linéaires obtiennent-ils un mouvement linéaire précis par le contrôle de la position du service?

En tant que dispositif de conduite clé dans le domaine de l'automatisation industrielle, la fonction centrale des actionneurs électriques linéaires est de convertir les signaux électriques en mouvement linéaire de haute précision. Ils sont largement utilisés dans le contrôle de la valve, le positionnement robotique du bras, la régulation des fluides et d'autres scénarios. Son workflow est basé sur le principe de contrôle du service de position. Grâce à la collaboration en boucle fermée du traitement du signal, du calcul de l'écart dynamique, du lecteur moteur et de la rétroaction de position, il réalise un contrôle précis de la trajectoire de mouvement de l'actionneur. Ce système technique intègre non seulement le contrôle moteur, la transmission mécanique et la technologie de détection électronique, mais reflète également les exigences complètes de l'industrie moderne pour la réponse dynamique, la précision du positionnement et la stabilité du système.

Le flux de travail des actionneurs électriques linéaires commence par le signal analogique envoyé par le système de contrôle. Habituellement, le signal de courant de 4 à 20 mm est utilisé comme instruction de contrôle. Cette gamme de signaux électriques standardisée assure non seulement la capacité anti-ingérence de la transmission du signal, mais fournit également un espace de réglage dynamique suffisant pour le système. Lorsque le système de contrôle sortira une certaine valeur de courant, l'actionneur doit le convertir en un déplacement linéaire spécifique. Ce processus dépend du rôle central du localisateur de position. Prenant l'exemple de la carte de contrôle PM-2, son circuit de conversion analogique à haute précision intégré en interne peut convertir le signal actuel en quantité numérique, tout en recevant le signal de rétroaction en temps réel du capteur de position. La valeur d'écart formée par la comparaison entre les deux devient le paramètre d'entrée de l'algorithme de contrôle ultérieur.

Le noyau du calcul de la déviation réside dans l'introduction de l'algorithme PID. L'algorithme ajuste dynamiquement l'intensité de sortie du courant d'entraînement à travers une combinaison linéaire de proportion (P), d'intégration (I) et de différenciation (D). Le terme proportionnel répond directement à l'écart actuel, le terme intégral élimine l'erreur accumulée à long terme et le terme différentiel prédit la tendance du changement d'écart. Les trois travaillent ensemble pour ralentir l'actionneur lors de l'approche de la position cible pour éviter l'oscillation de dépassement. Par exemple, lorsque le système de contrôle exige que l'actionneur se déplace de la position initiale à 10 mm, le localisateur de position continuera de comparer l'écart entre la position réelle et la valeur cible, et ajuster dynamiquement le courant du lecteur de moteur via l'algorithme PID jusqu'à ce que l'écart s'approche de zéro. Ce processus nécessite non seulement l'efficacité de l'algorithme, mais aussi la capacité de réponse en temps réel du système matériel.

En tant que source d'énergie de l'actionneur, les performances du moteur déterminent directement les caractéristiques dynamiques du système. Le moteur CC sans balais est devenu le choix grand public pour les actionneurs électriques linéaires en raison de son couple de démarrage élevé et de ses caractéristiques de fluctuation à basse vitesse. Poussée par le courant électrique, le moteur produit le mouvement de rotation, mais les scénarios industriels nécessitent souvent un déplacement linéaire, de sorte que la conversion de forme énergétique doit être réalisée par le réducteur et le mécanisme de transmission des vis. Le réducteur réduit la vitesse et augmente le couple par le maillage de l'engrenage, tandis que la vis convertit le mouvement de rotation en mouvement linéaire. Par exemple, la vis à billes peut atteindre une précision de positionnement au niveau du micron en raison de sa faible frottement et de sa faible efficacité; Alors que la vis trapézoïdale utilise la fonction auto-verrouillable pour maintenir la position de l'actionneur inchangé lorsque la puissance est éteinte, ce qui convient aux scénarios qui nécessitent une force de maintien statique.

La conception du mécanisme de transmission doit prendre en compte la précision et la fiabilité. La précision du plomb, le réglage de la précharge et la méthode de lubrification de la vis à billes affecteront la répétabilité et la durée de vie du système. Certains actionneurs haut de gamme utilisent une structure à double noix pré-serrée pour éliminer le dégagement axial à travers des éléments élastiques, améliorant davantage la rigidité de la transmission. De plus, le niveau de protection de la chaîne de transmission ne peut pas être ignoré, en particulier dans des environnements poussiéreux et humides, où la conception d'étanchéité et le revêtement anti-corrosion peuvent étendre efficacement la durée de vie de l'équipement.

Le capteur de position est l'œil "du système en boucle fermée, et sa précision et sa stabilité déterminent les performances finales de l'actionneur. Les potentiomètres en plastique conducteur reflètent les informations de position par des changements de valeur de résistance et ont les avantages d'une structure simple et d'un faible coût, mais après une utilisation à long terme, la précision peut diminuer en raison de l'usure. Les encodeurs numériques sans contact réalisent la détection de position à travers des principes photoélectriques ou magnétoélectriques, et ont les caractéristiques de la haute résolution et de la longue durée de vie, qui conviennent particulièrement aux scénarios de mouvement à haute vitesse et à haute fréquence. Par exemple, les encodeurs incrémentiels déterminent le déplacement relatif par comptage d'impulsions, tandis que les encodeurs absolus peuvent dire directement les codes de position uniques pour éviter le problème de la perte de position après une défaillance de puissance.

Le traitement des signaux de rétroaction doit être étroitement coordonné avec l'algorithme de contrôle. Après avoir reçu le signal du capteur, le localisateur de position doit le filtrer et le linéariser pour éliminer l'interférence du bruit et les erreurs non linéaires. Par exemple, l'algorithme de filtre Kalman peut supprimer efficacement les signaux de vibration à haute fréquence et améliorer le rapport signal / bruit de détection de position. Dans le même temps, la fréquence d'échantillonnage du signal de rétroaction doit correspondre au cycle de contrôle pour garantir que le système peut répondre aux perturbations externes en temps opportun.

Les caractéristiques en boucle fermée de actionneurs électriques linéaires Donnez-leur de fortes capacités anti-ingérence. Lorsque la charge externe change soudainement ou que la tension d'alimentation fluctue, l'écart de position déclenche le réglage dynamique de l'algorithme PID. Par exemple, dans le scénario de contrôle de la valve, une augmentation soudaine de la pression du pipeline peut entraîner l'augmentation du couple de la charge de l'actionneur. À l'heure actuelle, le signal de déviation de position incitera le moteur à augmenter le courant de sortie pour compenser le changement de charge. L'interrupteur de limite de couple et le dispositif de limite de voyage constituent une couche de protection matérielle pour empêcher la surcharge mécanique causée par la défaillance du logiciel.

La capacité adaptative du système se reflète également dans le réglage des paramètres. Le coefficient de gain de l'algorithme PID doit être optimisé en fonction des caractéristiques de l'actionneur et des scénarios d'application. Par exemple, dans le mouvement alternatif à haute fréquence, le poids de terme différentiel doit être augmenté pour supprimer le dépassement; Et dans des conditions à haute charge, l'effet de terme intégral doit être augmenté pour éliminer les erreurs statiques. Certains actionneurs prennent en charge la fonction d'auto-réglage des paramètres, qui réalise la configuration optimale des paramètres de contrôle en identifiant automatiquement le modèle système.