線形電気アクチュエーターは、ポジションサーボ制御を介して正確な線形運動をどのように実現しますか？

産業自動化の分野における重要な駆動装置として、線形電気アクチュエーターのコア機能は、電気信号を高精度線形運動に変換することです。それらは、バルブ制御、ロボットアームの位置決め、流体調節、その他のシナリオで広く使用されています。そのワークフローは、ポジションサーボコントロールの原理に基づいています。信号処理、動的偏差計算、モータードライブ、位置フィードバックの閉ループコラボレーションにより、アクチュエータの動き軌跡の正確な制御を実現します。この技術システムは、モーター制御、機械的伝送、電子センシングテクノロジーを統合するだけでなく、動的な反応、位置決めの精度、システムの安定性に関する現代産業の包括的な要件も反映しています。

線形電気アクチュエーターのワークフローは、制御システムによって送信されたアナログ信号から始まります。通常、4-20MA電流信号は制御命令として使用されます。この標準化された電気信号範囲は、信号伝送の干渉防止能力を保証するだけでなく、システムに十分な動的調整スペースを提供します。制御システムが特定の電流値を出力する場合、アクチュエータはそれを特定の線形変位に変換する必要があります。このプロセスは、ポジションロケーターのコアロールに依存します。 PM-2コントロールボードを例にとると、内部統合された高精度アナログからデジタルへの変換回路は、位置センサーからリアルタイムフィードバック信号を受信しながら、現在の信号をデジタル量に変換できます。 2つの比較によって形成される偏差値は、後続のコントロールアルゴリズムの入力パラメーターになります。

偏差計算のコアは、PIDアルゴリズムの導入にあります。アルゴリズムは、プロポーション（p）、統合（i）、および分化（d）の線形結合を介して、ドライブ電流の出力強度を動的に調整します。比例項は現在の偏差に直接応答し、積分項は長期累積誤差を排除し、微分用語は偏差の変化傾向を予測します。 3つは、振動のオーバーシュートを避けるためにターゲット位置に近づくときにアクチュエータを遅くするために協力します。たとえば、制御システムがアクチュエーターが初期位置から10mmに移動することを要求する場合、位置ロケーターは実際の位置とターゲット値の偏差を引き続き比較し、偏差がゼロに近づくまでPIDアルゴリズムを介してモータードライブ電流を動的に調整します。このプロセスには、アルゴリズムの効率だけでなく、ハードウェアシステムのリアルタイム応答機能も必要です。

アクチュエーターの電源として、モーターのパフォーマンスはシステムの動的特性を直接決定します。ブラシレスDCモーターは、その高い開始トルクと低速変動特性により、線形電気アクチュエーターの主流の選択肢となっています。電流によって駆動されるモーターは回転運動を出力しますが、産業シナリオはしばしば線形変位を必要とするため、エネルギー形式の変換は、還元剤とネジ透過メカニズムを介して達成する必要があります。還元剤は速度を低下させ、ギアのメッシュを通じてトルクを増加させ、スクリューは回転運動を線形運動に変換します。たとえば、ボールスクリューは、摩擦が低く、効率が高いため、ミクロンレベルの位置決めの精度を実現できます。一方、台形ネジはセルフロック関数を使用して、静的保持力を必要とするシナリオに適した電源がオフになっているときに、アクチュエータの位置を変更せずに保ちます。

伝送メカニズムの設計では、精度と信頼性の両方を考慮する必要があります。ボールスクリューのリード精度、プリロード調整、潤滑方法は、システムの再現性とサービス寿命に影響します。一部のハイエンドアクチュエーターは、事前に締められた二重ナット構造を使用して、弾性要素を介した軸方向のクリアランスを排除し、透過剛性をさらに改善します。さらに、特にシーリングデザインと腐食防止コーティングが機器の寿命を効果的に拡大できる、ほこりっぽくて湿度の高い環境では、トランスミッションチェーンの保護レベルを無視することはできません。

位置センサーは閉ループシステムの「目」であり、その精度と安定性がアクチュエーターの最終性能を決定します。導電性塑性ポテンショメータは、抵抗値の変化を通じて位置情報を反映し、単純な構造と低コストの利点を持っていますが、長期使用後、摩耗により精度が低下する場合があります。非接触デジタルエンコーダーは、光電気または磁気電気の原理を通じて位置検出を実現し、高速および高周波の往復運動シナリオに特に適した高解像度と長寿命の特性を持っています。たとえば、インクリメンタルエンコーダーはパルスカウントによる相対変位を決定しますが、絶対エンコーダーは、停電後の位置損失の問題を回避するために一意の位置コードを直接出力できます。

フィードバック信号の処理は、コントロールアルゴリズムと密接に調整する必要があります。センサー信号を受信した後、位置ロケーターはそれをフィルタリングおよび線形化して、ノイズ干渉と非線形エラーを排除する必要があります。たとえば、Kalmanフィルターアルゴリズムは、高周波振動信号を効果的に抑制し、位置検出の信号対雑音比を改善できます。同時に、フィードバック信号のサンプリング周波数は、システムがタイムリーに外部外乱に応答できるように制御サイクルに一致する必要があります。

の閉ループ特性 線形電気アクチュエーター 強力な干渉能力を与えます。外部荷重が突然変化するか、電源電圧が変動すると、位置偏差がPIDアルゴリズムの動的調整を引き起こします。たとえば、バルブ制御シナリオでは、パイプライン圧力が突然増加すると、アクチュエータの負荷トルクが増加する可能性があります。この時点で、位置偏差信号は、負荷の変化を補うために出力電流を増加させるようにモーターに促します。トルク制限スイッチとトラベルリミットデバイスは、ソフトウェアの故障によって引き起こされる機械的過負荷を防ぐためのハードウェア保護レイヤーを構成します。

システムの適応能力は、パラメーター設定にも反映されます。 PIDアルゴリズムのゲイン係数は、アクチュエータの特性とアプリケーションシナリオに従って最適化する必要があります。たとえば、高周波の往復運動では、オーバーシュートを抑制するために、差動用語の重量を増やす必要があります。また、高負荷条件下では、静的エラーを排除するために積分用語効果を増やす必要があります。一部のアクチュエーターは、システムモデルを自動的に識別することにより、最適な制御パラメーター構成を実現するパラメーターセルフチューニング機能をサポートしています。