วิธีการควบคุมสำหรับแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กคืออะไร?

ในฐานะซัพพลายเออร์ของแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กฉันมักจะถูกถามเกี่ยวกับวิธีการควบคุมที่หลากหลายสำหรับอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำเหล่านี้ แอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นในการใช้งานหลายครั้งตั้งแต่ระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมไปจนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคเนื่องจากขนาดขนาดกะทัดรัดความแม่นยำสูงและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ในโพสต์บล็อกนี้ฉันจะเจาะลึกวิธีการควบคุมที่แตกต่างกันสำหรับแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กโดยให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการดำเนินการข้อดีและกรณีการใช้งานทั่วไป

เปิด - การควบคุมแบบวนรอบ

Open - Loop Control เป็นหนึ่งในวิธีที่ง่ายที่สุดและตรงไปตรงมามากที่สุดสำหรับการควบคุมแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็ก ในระบบเปิด - สัญญาณควบคุมจะถูกส่งไปยังแอคชูเอเตอร์โดยไม่มีข้อเสนอแนะใด ๆ เกี่ยวกับตำแหน่งหรือประสิทธิภาพที่แท้จริงของแอคทูเอเตอร์ แอคทูเอเตอร์เคลื่อนที่ตามสัญญาณอินพุตโดยสมมติว่ามันจะไปถึงตำแหน่งที่ต้องการหรือดำเนินการตามที่ตั้งใจไว้

การทำงานของแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กที่ควบคุมโดยวงควบคุมนั้นค่อนข้างเข้าใจง่าย ตัวอย่างเช่นหากผู้ใช้ต้องการให้แอคทูเอเตอร์ย้ายระยะที่แน่นอนสัญญาณควบคุมที่กำหนดไว้ล่วงหน้า (เช่นแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสเฉพาะ) จะถูกส่งไปยังแอคชูเอเตอร์ จากนั้นแอคทูเอเตอร์จะเคลื่อนที่ตามลักษณะภายในของมันเช่นเส้นโค้งแรงบิด - ความเร็วและอัตราส่วนเกียร์

หนึ่งในข้อได้เปรียบหลักของการควบคุมแบบเปิดคือความเรียบง่าย มันต้องใช้ส่วนประกอบน้อยลงและอัลกอริทึมการควบคุมที่ซับซ้อนน้อยกว่าเมื่อเทียบกับระบบควบคุมแบบปิด - วนรอบ ความเรียบง่ายนี้แปลเป็นต้นทุนที่ลดลงทั้งในแง่ของการพัฒนาฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ นอกจากนี้ระบบควบคุมแบบเปิด - สามารถตอบสนองอย่างรวดเร็วเพื่อควบคุมสัญญาณเนื่องจากไม่จำเป็นต้องรอข้อเสนอแนะ

อย่างไรก็ตามการควบคุมแบบเปิด - ยังมีข้อ จำกัด เนื่องจากไม่มีข้อเสนอแนะแอคทูเอเตอร์จึงไม่มีทางรู้ว่ามันมาถึงตำแหน่งที่ต้องการจริงหรือหากมีการรบกวนจากภายนอกที่มีผลต่อการเคลื่อนไหวหรือไม่ ตัวอย่างเช่นหากมีการอุดตันทางกลหรือการเปลี่ยนแปลงในโหลดแอคชูเอเตอร์อาจไม่เคลื่อนไหวตามที่คาดไว้ เป็นผลให้การควบคุมแบบเปิด - ลูปมักจะใช้ในแอปพลิเคชันที่มีความแม่นยำสูงไม่สำคัญเช่นการดำเนินการปิดหรือแอปพลิเคชันที่มีสภาพการทำงานที่ค่อนข้างเสถียร

ปิด - การควบคุมแบบวนรอบ

ปิด - การควบคุมแบบวนรอบหรือที่เรียกว่าการควบคุมความคิดเห็นระบุข้อ จำกัด ของการควบคุมแบบเปิด - ลูปโดยการรวมกลไกการตอบรับ ในระบบแบบปิด - ตำแหน่งหรือประสิทธิภาพที่แท้จริงของแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กถูกวัดโดยใช้เซ็นเซอร์และข้อมูลนี้จะถูกป้อนกลับไปยังคอนโทรลเลอร์ จากนั้นคอนโทรลเลอร์จะเปรียบเทียบตำแหน่งจริงกับตำแหน่งที่ต้องการและปรับสัญญาณควบคุมตามเพื่อลดข้อผิดพลาด

มีเซ็นเซอร์หลายประเภทที่ใช้กันทั่วไปในการควบคุมแบบปิด - ลูปของแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็ก ตัวเข้ารหัสเป็นหนึ่งในตัวเลือกที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ตัวเข้ารหัสสามารถให้ข้อมูลที่แม่นยำเกี่ยวกับตำแหน่งเชิงมุมหรือตำแหน่งเชิงเส้นของเพลาของแอคทูเอเตอร์ ด้วยการตรวจสอบเอาต์พุตตัวเข้ารหัสอย่างต่อเนื่องคอนโทรลเลอร์สามารถกำหนดตำแหน่งของแอคชูเอเตอร์ได้อย่างถูกต้องและทำการปรับเวลาจริงกับสัญญาณควบคุม

เซ็นเซอร์ประเภทอื่นคือโพเทนชิออมิเตอร์ โพเทนชิออมิเตอร์สามารถวัดตำแหน่งของแอคทูเอเตอร์ได้โดยการเปลี่ยนความต้านทานตามการเคลื่อนไหวของแอคทูเอเตอร์ มันเป็นเซ็นเซอร์ที่ค่อนข้างง่ายและมีค่าใช้จ่าย แต่อาจมีความแม่นยำ จำกัด เมื่อเทียบกับตัวเข้ารหัส

ข้อได้เปรียบหลักของการควบคุมแบบปิด - การควบคุมคือความแม่นยำสูง ด้วยการปรับสัญญาณควบคุมอย่างต่อเนื่องตามข้อเสนอแนะแอคทูเอเตอร์สามารถเข้าถึงและรักษาตำแหน่งที่ต้องการได้อย่างถูกต้องแม้ในที่ที่มีการรบกวนจากภายนอก สิ่งนี้ทำให้การควบคุมแบบปิด - การควบคุมที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูงเช่นหุ่นยนต์อุปกรณ์การแพทย์และระบบการบินและอวกาศ

อย่างไรก็ตามระบบควบคุมการวนรอบมีความซับซ้อนและมีราคาแพงกว่าระบบเปิด - พวกเขาต้องการเซ็นเซอร์เพิ่มเติมและอัลกอริทึมการควบคุมที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นซึ่งเพิ่มค่าใช้จ่ายฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ นอกจากนี้ลูปข้อเสนอแนะสามารถแนะนำความล่าช้าในระบบควบคุมซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อเวลาตอบสนองของระบบ

การควบคุมสัดส่วน - อินทิกรัล - อนุพันธ์ (PID)

การควบคุม PID เป็นอัลกอริทึมควบคุมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบควบคุมแบบปิด - ระบบควบคุมสำหรับแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็ก มันรวมการดำเนินการควบคุมสามครั้ง: สัดส่วนการควบคุมอินทิกรัลและอนุพันธ์

การดำเนินการควบคุมสัดส่วนจะขึ้นอยู่กับข้อผิดพลาดปัจจุบันระหว่างตำแหน่งที่ต้องการและตำแหน่งจริงของแอคทูเอเตอร์ สัญญาณควบคุมนั้นเป็นสัดส่วนกับข้อผิดพลาดนี้ซึ่งหมายความว่ายิ่งข้อผิดพลาดยิ่งใหญ่เท่าไหร่สัญญาณควบคุมที่ใหญ่ขึ้น การควบคุมสัดส่วนช่วยลดข้อผิดพลาดได้อย่างรวดเร็ว แต่อาจไม่สามารถกำจัดได้อย่างสมบูรณ์โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีข้อผิดพลาดของสถานะคงที่

การดำเนินการควบคุมแบบอินทิกรัลจะสะสมข้อผิดพลาดเมื่อเวลาผ่านไป โดยการรวมข้อผิดพลาดการดำเนินการควบคุมแบบอินทิกรัลสามารถกำจัดข้อผิดพลาดของรัฐได้อย่างมั่นคง อย่างไรก็ตามการควบคุมแบบอินทิกรัลยังสามารถทำให้ระบบไม่เสถียรหากการตั้งค่าที่เพิ่มเข้ามาสูงเกินไป

การดำเนินการควบคุมอนุพันธ์ขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของข้อผิดพลาด ช่วยลดการแกว่งและปรับปรุงความมั่นคงของระบบโดยทำนายข้อผิดพลาดในอนาคต การควบคุมอนุพันธ์สามารถตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในข้อผิดพลาด แต่มีความไวต่อเสียงรบกวนในสัญญาณตอบรับ

การควบคุม PID ให้ความสมดุลที่ดีระหว่างความแม่นยำความมั่นคงและเวลาตอบสนอง โดยการปรับพารามิเตอร์ GAIN ทั้งสาม (อัตราขยายตามสัดส่วนการได้รับอินทิกรัลและอัตราขยายอนุพันธ์) คอนโทรลเลอร์สามารถปรับให้เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน การควบคุม PID มักใช้ในแอปพลิเคชันที่จำเป็นต้องมีการควบคุมตำแหน่งที่แม่นยำและจำเป็นต้องตอบสนองอย่างรวดเร็วเช่นระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมและระบบควบคุมการเคลื่อนไหว

การควบคุมดิจิตอล

ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีดิจิตอลการควบคุมแบบดิจิตอลได้กลายเป็นที่นิยมมากขึ้นในการควบคุมแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็ก ระบบควบคุมดิจิตอลใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์หรือตัวประมวลผลสัญญาณดิจิตอล (DSPs) เพื่อใช้อัลกอริทึมการควบคุม

หนึ่งในข้อได้เปรียบหลักของการควบคุมดิจิตอลคือความยืดหยุ่น ตัวควบคุมดิจิตอลสามารถใช้อัลกอริทึมการควบคุมที่ซับซ้อนได้อย่างง่ายดายเช่นการควบคุม PID โดยไม่จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนฮาร์ดแวร์อย่างกว้างขวาง พวกเขายังสามารถ reprogrammed เพื่อปรับให้เข้ากับสภาพการทำงานที่แตกต่างกันหรือข้อกำหนดการควบคุม

ระบบควบคุมดิจิตอลยังมีภูมิคุ้มกันที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับระบบควบคุมแบบอะนาล็อก เนื่องจากสัญญาณดิจิตอลมีความอ่อนไหวต่อสัญญาณรบกวนน้อยกว่าระบบควบคุมจึงสามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือมากขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง นอกจากนี้ระบบควบคุมดิจิตอลสามารถสื่อสารกับอุปกรณ์ดิจิตอลอื่น ๆ เช่นเซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์โดยใช้โปรโตคอลการสื่อสารมาตรฐานทำให้สามารถรวมเข้ากับระบบควบคุมขนาดใหญ่ได้อย่างราบรื่น

อย่างไรก็ตามระบบควบคุมดิจิตอลยังมีความท้าทายบางอย่าง พวกเขาต้องการทรัพยากรการคำนวณมากขึ้นเมื่อเทียบกับระบบควบคุมแบบอะนาล็อกซึ่งอาจเพิ่มค่าใช้จ่ายและการใช้พลังงาน นอกจากนี้อัตราการสุ่มตัวอย่างของคอนโทรลเลอร์ดิจิตอลอาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของระบบ หากอัตราการสุ่มตัวอย่างต่ำเกินไประบบอาจไม่สามารถตอบสนองได้เร็วพอที่จะเปลี่ยนแปลงสัญญาณควบคุมหรือข้อเสนอแนะ

การควบคุมไร้สาย

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการควบคุมแบบไร้สายได้กลายเป็นวิธีที่สะดวกและยืดหยุ่นในการควบคุมแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็ก ระบบควบคุมไร้สายใช้เทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายเช่น Wi - Fi, Bluetooth หรือ Zigbee เพื่อส่งสัญญาณควบคุมจากคอนโทรลเลอร์ไปยังแอคชูเอเตอร์

ข้อได้เปรียบหลักของการควบคุมแบบไร้สายคือความยืดหยุ่น มันไม่จำเป็นต้องใช้สายไฟทางกายภาพซึ่งอาจยุ่งยากและมีราคาแพงโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันขนาดใหญ่หรือแอปพลิเคชันที่แอคทูเอเตอร์ต้องการเคลื่อนไหวอย่างอิสระ การควบคุมแบบไร้สายยังช่วยให้การควบคุมระยะไกลและการตรวจสอบแอคทูเอเตอร์ซึ่งมีประโยชน์ในแอปพลิเคชันเช่นระบบอัตโนมัติในบ้านและการตรวจสอบระยะไกลอุตสาหกรรม

อย่างไรก็ตามการควบคุมแบบไร้สายยังมีข้อ จำกัด สัญญาณไร้สายอาจได้รับผลกระทบจากการรบกวนจากอุปกรณ์ไร้สายอื่น ๆ หรืออุปสรรคทางกายภาพ ช่วงของการสื่อสารไร้สายยังมี จำกัด ขึ้นอยู่กับประเภทของเทคโนโลยีไร้สายที่ใช้ นอกจากนี้ระบบควบคุมไร้สายยังต้องการพลังงานเพิ่มเติมสำหรับโมดูลการสื่อสารไร้สายซึ่งอาจลดประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยรวมของแอคทูเอเตอร์

บทสรุป

โดยสรุปมีวิธีการควบคุมหลายวิธีสำหรับแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าไมโครแต่ละตัวมีข้อดีและข้อ จำกัด ของตัวเอง Open - การควบคุมแบบวนรอบนั้นง่ายและมีค่า - มีประสิทธิภาพ แต่ขาดความแม่นยำ ปิด - การควบคุมลูปรวมถึงการควบคุม PID มีความแม่นยำสูง แต่มีความซับซ้อนและมีราคาแพงกว่า การควบคุมดิจิตอลให้ความยืดหยุ่นและภูมิคุ้มกันที่ดีกว่าในขณะที่การควบคุมแบบไร้สายให้ความสะดวกสบายและความยืดหยุ่น

เป็นซัพพลายเออร์ของแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กเราเข้าใจถึงความสำคัญของการเลือกวิธีการควบคุมที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน ของเราควบคุมแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าและแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าขนาดกะทัดรัดผลิตภัณฑ์ได้รับการออกแบบให้ทำงานกับวิธีการควบคุมที่หลากหลายทำให้ลูกค้าของเราสามารถเลือกโซลูชันที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความต้องการของพวกเขา

หากคุณสนใจที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กของเราหรือต้องการความช่วยเหลือในการเลือกวิธีการควบคุมที่เหมาะสมสำหรับใบสมัครของคุณโปรดติดต่อเราเพื่อรับการจัดซื้อและการอภิปรายเพิ่มเติม เรามุ่งมั่นที่จะให้บริการผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูงและการสนับสนุนด้านเทคนิคอย่างมืออาชีพแก่ลูกค้าของเรา

การอ้างอิง

• Dorf, RC, & Bishop, RH (2016) ระบบควบคุมที่ทันสมัย เพียร์สัน
• Ogata, K. (2010) วิศวกรรมการควบคุมที่ทันสมัย Prentice Hall
• Franklin, GF, Powell, JD, & Emami - Naeini, A. (2015) การควบคุม Feedbak ของระบบไดนามิก เพียร์สัน