Sähköiset lineaariset toimilaitteet asentopalaute-elektroniikalla pystyvät tekemään vaikuttavia liikkeitä monenlaisissa sovelluksissa. Mutta mitä tarkalleen ottaen on palautteella varustettu lineaarinen toimilaite, ja millaisissa esimerkkisovelluksissa niitä on käytetty täyteen potentiaaliinsa? Tässä artikkelissa sukellamme palautteellisten toimilaitteiden yksityiskohtiin ja käymme läpi muutamia esimerkkejä, kuten automatisoitu ikkuna, ihmisen voimalla kulkeva ajoneuvo sekä kuusiakselinen alusta.
Mitä ovat palautteelliset toimilaitteet?
Palautteellinen toimilaite on lineaarinen toimilaite, joka sisältää asentopalautteen, joten se sopii sovelluksiin, joissa tarvitaan suljettu säätösilmukka (closed-loop). Suljetussa säätösilmukassa järjestelmän lähtösignaalia luetaan anturin avulla ja signaali välitetään ohjaimelle. Ohjain määrittää signaalin virheen ja lähettää korjaussignaalin takaisin järjestelmään. Tätä palautekorjausta jatketaan, kunnes virhesignaali on hyväksyttävällä tasolla.
Lineaarista toimilaitetta, jossa on potentiometripalaute, käytetään lukemaan toimilaitteen (järjestelmän) asentoa sen sykliessä. Ohjain voi olla esimerkiksi Arduino. Malleistamme PA-04-HS käyttää Hall-ilmiöön perustuvaa palautetta ja PA-14P sekä PA-17-POT käyttävät potentiometrejä, jotka vaativat 5 VDC:n tulojännitteen. Potentiometrimallit antavat jännitesignaalin, joka kasvaa toimilaitteen pidentyessä ja pienenee sen vetäytyessä. Palautteella varustetusta lineaarisesta toimilaitteesta voidaan käyttää myös nimityksiä Hall-toimilaite, potentiometritoimilaite tai lineaarinen toimilaite, jossa on potentiometripalaute.
Miksi palaute?
Monet sovellukset voivat vaatia suljetun säätösilmukan, jotta toimilaitteita ohjattaessa voidaan korjata odottamattomat häiriöt autonomisesti. Kuten aiemmin mainittiin, suljettua säätösilmukkaa varten tarvitaan laite, joka välittää tieto asentosta. Palaute mahdollistaa tiedon välittämisen ohjausjärjestelmälle ja tarjoaa paremman toistettavuuden.
Esimerkiksi toimilaitteen käyttäminen ajastimilla haluttuihin asentoihin tarkasti ja täsmällisesti onnistuu vain, jos mikään häiriö ei muuta ajan myötä sitä, kuinka pitkälle toimilaite liikkuu. Kannettava 12 VDC -akku voi joissain tilanteissa antaa hieman aiempaa matalamman jännitteen, mikä alentaa toimilaitteen nopeutta, vaikka ajastin ei muuta ajoitusta korjatakseen tätä häiriötä. Äkilliset muutokset kuormituksessa ja ilmanvastuksessa voivat myös häiritä toimilaitteen liikkumisnopeutta tavalla, jota esiohjelmoidut ajastimet eivät pysty huomioimaan.
Palaute on välttämätön toimilaitteen signaalin välittämiseksi, jotta lineaarisen toimilaitteen asentoa voidaan ohjata ja häiriöitä korjata. Asentoa lukemalla ohjausjärjestelmä pystyy määrittämään, onko haluttu asento saavutettu, ja käyttää toimilaitteita niin pitkään kuin on tarpeen tavoitteen saavuttamiseksi. PA-14P:ssa (katso alla) olevat potentiometrit ovat esimerkkejä laitteista, jotka tarjoavat palautetta antamalla 0–5 VDC:n välillä olevia signaaleja.
Potentiometripaketti – PA-14P-mallit (PRT-14P-50)
Sovelluksia palautteellisille toimilaitteille
Palautteella varustetun lineaarisen toimilaitteen käyttökohteita löytyy lukuisista sovelluksista. Esimerkkejä ovat kotiautomaatio, prototypointi ja robotiikka.
Automaattinen ikkuna -demo
Kotiautomaation yhteydessä PA-14P:mme asentopalaute voidaan valjastaa varmistamaan, että toimilaite avaa ja sulkee ikkunan tarkasti käyttäjän haluamaan asentoon. Asentopalaute varmistaa myös, ettei toimilaite ylipidenty ja riko ikkunoita, jos iskun pituus on aavistuksen liian pitkä tilaan. Katso alla oleva video demototeutuksesta.
Ihmisen voimalla kulkeva ajoneuvo
Yksi sponsoroiduista projekteistamme, jossa käytettiin potentiometripalautteella varustettua lineaarista toimilaitetta, on Human Powered Vehicle -prototyyppi. Välittämällä asentotietoa Arduino Unolle toimilaite pystyy vetäytymään ja pidentymään parhaisiin asentoihin jousen kireyden muuttamiseksi, jotta prototyyppiajoneuvon hyötysuhde maksimoidaan.
Kuusiakselinen alusta
Tässä projektissa käytetään nopeaa palautteellista lineaarista toimilaitetta. Potentiometripalautteinen lineaarinen toimilaite mahdollistaa paremman tarkkuuden, täsmällisyyden ja toistettavuuden, kuten Stewartin alustassa eli kuusiakselisessa alustassa. UBC:n Engineering Physics -osaston projekti tarjoaa mielenkiintoisen ja vuorovaikutteisen tavan oppia lineaarisesta liikkeenohjauksesta sekä robotiikan fysiikasta.
Katso koko rakentaminen täältä: Instructables
Yhteenveto
Yhteenvetona: palautteella varustettu lineaarinen toimilaite tarjoaa sovelluksille korkeamman tarkkuuden, täsmällisyyden ja toistettavuuden. Palaute on erityisen hyödyllinen sovelluksissa, joissa esiintyy odottamattomia häiriöitä tai joissa tarvitaan asentotietoa automaattista uudelleensäätöä varten.
Jos tarvitset lisäapua tai sinulla on lisää kysymyksiä palautteellisista toimilaitteista, voit soittaa meille numeroon 1-800-676-6123 tai lähettää sähköpostia osoitteeseen sales@progressiveautomations.com.