¿Cómo logran los actuadores eléctricos lineales de movimiento lineal preciso a través de la posición de control de servo?

Como dispositivo de conducción clave en el campo de la automatización industrial, la función central de los actuadores eléctricos lineales es convertir las señales eléctricas en movimiento lineal de alta precisión. Se usan ampliamente en el control de la válvula, el posicionamiento de brazo robótico, la regulación de los fluidos y otros escenarios. Su flujo de trabajo se basa en el principio de la posición del servo control. A través de la colaboración de circuito cerrado del procesamiento de señales, el cálculo de la desviación dinámica, el impulso del motor y la retroalimentación de posición, se da cuenta de un control preciso de la trayectoria de movimiento del actuador. Este sistema técnico no solo integra el control del motor, la transmisión mecánica y la tecnología de detección electrónica, sino que también refleja los requisitos integrales de la industria moderna para la respuesta dinámica, la precisión del posicionamiento y la estabilidad del sistema.

El flujo de trabajo de los actuadores eléctricos lineales comienza con la señal analógica enviada por el sistema de control. Por lo general, la señal de corriente de 4-20 mA se usa como instrucción de control. Este rango de señal eléctrica estandarizada no solo garantiza la capacidad anti-interferencia de la transmisión de la señal, sino que también proporciona suficiente espacio de ajuste dinámico para el sistema. Cuando el sistema de control genera un cierto valor actual, el actuador debe convertirlo en un desplazamiento lineal específico. Este proceso depende del papel central del localizador de posición. Tomando la placa de control PM-2 como ejemplo, su circuito de conversión analógico de alta precisión de alta precisión integrado internamente puede convertir la señal de corriente en una cantidad digital, al tiempo que recibe la señal de retroalimentación en tiempo real del sensor de posición. El valor de desviación formado por la comparación entre los dos se convierte en el parámetro de entrada del algoritmo de control posterior.

El núcleo del cálculo de la desviación se encuentra en la introducción del algoritmo PID. El algoritmo ajusta dinámicamente la intensidad de salida de la corriente de accionamiento a través de una combinación lineal de proporción (P), integración (I) y diferenciación (D). El término proporcional responde directamente a la desviación actual, el término integral elimina el error acumulado a largo plazo y el término diferencial predice la tendencia de cambio de desviación. Los tres trabajan juntos para reducir la velocidad del actuador al acercarse a la posición objetivo para evitar la oscilación de sobreimpulso. Por ejemplo, cuando el sistema de control requiere que el actuador se mueva de la posición inicial a 10 mm, el localizador de posición continuará comparando la desviación entre la posición real y el valor de destino, y ajustar dinámicamente la corriente de accionamiento del motor a través del algoritmo PID hasta que la desviación se acerque a cero. Este proceso requiere no solo la eficiencia del algoritmo, sino también la capacidad de respuesta en tiempo real del sistema de hardware.

Como fuente de energía del actuador, el rendimiento del motor determina directamente las características dinámicas del sistema. El motor de CC sin escobillas se ha convertido en la opción principal para los actuadores eléctricos lineales debido a su alto par de arranque y características de fluctuación de baja velocidad. Impulsado por la corriente eléctrica, el motor emite movimiento de rotación, pero los escenarios industriales a menudo requieren un desplazamiento lineal, por lo que la conversión de la forma de energía debe lograrse a través del mecanismo de transmisión de reductores y tornillos. El reductor reduce la velocidad y aumenta el par a través de la malla de engranajes, mientras que el tornillo convierte el movimiento de rotación en movimiento lineal. Por ejemplo, el tornillo de bola puede lograr una precisión de posicionamiento a nivel de micras debido a su baja fricción y alta eficiencia; Mientras que el tornillo trapezoidal utiliza la función de auto-bloqueo para mantener la posición del actuador sin cambios cuando la potencia está apagada, lo cual es adecuado para escenarios que requieren fuerza de retención estática.

El diseño del mecanismo de transmisión debe tener en cuenta tanto la precisión como la confiabilidad. La precisión del plomo, el ajuste de precarga y el método de lubricación del tornillo de bola afectará la repetibilidad y la vida útil del sistema. Algunos actuadores de alta gama usan una estructura de doble tuerca previa al ajuste para eliminar el espacio libre axial a través de elementos elásticos, mejorando aún más la rigidez de la transmisión. Además, no se puede ignorar el nivel de protección de la cadena de transmisión, especialmente en ambientes polvorientos y húmedos, donde el diseño de sellado y el recubrimiento anticorrosión pueden extender efectivamente la vida útil del equipo.

El sensor de posición es el "ojo" del sistema de circuito cerrado, y su precisión y estabilidad determinan el rendimiento final del actuador. Los potenciones plásticos conductores reflejan la información de posición a través de cambios en el valor de resistencia y tienen las ventajas de una estructura simple y bajo costo, pero después del uso a largo plazo, la precisión puede disminuir debido al desgaste. Los codificadores digitales sin contacto se dan cuenta de la detección de posición a través de principios fotoeléctricos o magnetoeléctricos, y tienen las características de alta resolución y larga vida útil, que son especialmente adecuadas para escenarios de movimiento recíprocos de alta velocidad y alta frecuencia. Por ejemplo, los codificadores incrementales determinan el desplazamiento relativo mediante el conteo de pulsos, mientras que los codificadores absolutos pueden generar directamente códigos de posición únicos para evitar el problema de la pérdida de posición después de la falla de energía.

El procesamiento de las señales de retroalimentación debe coordinarse estrechamente con el algoritmo de control. Después de recibir la señal del sensor, el localizador de posición debe filtrar y linealizarla para eliminar la interferencia de ruido y los errores no lineales. Por ejemplo, el algoritmo de filtro Kalman puede suprimir efectivamente las señales de vibración de alta frecuencia y mejorar la relación señal / ruido de la detección de posición. Al mismo tiempo, la frecuencia de muestreo de la señal de retroalimentación debe coincidir con el ciclo de control para garantizar que el sistema pueda responder a las perturbaciones externas de manera oportuna.

Las características de circuito cerrado de Actuadores eléctricos lineales Déles fuertes capacidades anti-interferencia. Cuando la carga externa cambia repentinamente o el voltaje de la fuente de alimentación fluctúa, la desviación de posición desencadena el ajuste dinámico del algoritmo PID. Por ejemplo, en el escenario de control de la válvula, un aumento repentino en la presión de la tubería puede hacer que aumente el par de carga del actuador. En este momento, la señal de desviación de posición hará que el motor aumente la corriente de salida para compensar el cambio de carga. El interruptor de límite de torque y el dispositivo de límite de viaje constituyen una capa de protección de hardware para evitar una sobrecarga mecánica causada por la falla del software.

La capacidad adaptativa del sistema también se refleja en la configuración de los parámetros. El coeficiente de ganancia del algoritmo PID debe optimizarse de acuerdo con las características del actuador y los escenarios de aplicación. Por ejemplo, en el movimiento recíproco de alta frecuencia, el peso del término diferencial debe aumentarse para suprimir el sobreimpulso; y en condiciones de alta carga, el efecto de término integral debe aumentarse para eliminar los errores estáticos. Algunos actuadores admiten la función de autovaluación de los parámetros, que se da cuenta de la configuración de parámetros de control óptimo al identificar automáticamente el modelo del sistema.