Retroalimentación del potenciómetro de un actuador lineal con video

Potenciómetros

Los potenciómetros, que son resistencias variables, se utilizan en actuadores lineales para proporcionar una base de retroalimentación posicional sobre cómo cambia su resistencia. Actuadores lineales que utilizan potenciómetros para retroalimentación, como nuestro Actuador lineal de varilla de retroalimentación, constará de los 3 cables adicionales como se muestra a continuación, el cable 1 para el voltaje de entrada, el cable 2 es el variable resistor, y el cable 3 es para tierra. Puede leer la salida de los potenciómetros midiendo el voltaje entre el cable 2, la salida y tierra, lo que proporcionará una indicación de la posición absoluta del actuador lineal. Para utilizar esta retroalimentación, deberá utilizar algún tipo de microcontrolador, como un Arduino, para leer este valor posicional a medida que se mueve el actuador.

Cableado del potenciómetro

Retroalimentación posicional de un potenciómetro

A medida que la resistencia variable del potenciómetro cambia a medida que se mueve el actuador lineal, la diferencia de voltaje entre el cable 2 y la tierra cambiará. Debido a esto, la retroalimentación se puede manejar fácilmente en el software de un controlador, como un Arduino, ya que simplemente puede comparar el voltaje de salida del cable 2 con la tierra. Usando un Arduino, esto se puede hacer simplemente usando un pin analógico de un microcontrolador y usando la función analogRead () para leer el voltaje del cable 2. Se muestra un ejemplo de cómo conectar un Arduino a un actuador lineal con retroalimentación de potenciómetro abajo.

 

El análogo en los pines del Arduino son convertidores de analógico a digital (ADC), que convertirán el voltaje analógico en el cable 2 a un valor de ADC de 10 bits que estará entre 0 y 1023. Un valor de ADC de 10 bits significa que el convertidor traducirá la señal analógica a 2 ^ 10 o 1024 valores distintos que van de 0 a 1023. No todos los microcontroladores son ADC de 10 bits, algunos son de 8 o 16 bits, y cuanto mayor es el número de bits, mayor es la resolución del ADC. Una vez que haya convertido la señal analógica en un valor digital, para determinar un valor de posición en términos de longitud de carrera, como en pulgadas, necesitará encontrar el rango analógico exacto de su actuador lineal particular, ya que puede que no esté en el rango de 0 a 1023. Esto se debe a que la caja de engranajes dentro del actuador impide que el potenciómetro gire completamente hasta su límite y significa que deberá determinar este rango manualmente. Para el ejemplo de codificación a continuación, el Actuador lineal de varilla de retroalimentación de 4 ”de longitud de carrera tenía un valor analógico de 44 a 0 ”y un valor analógico de 951 a 4”. Con estos valores, puede usar proporciones para determinar el valor de la longitud del trazo como se muestra a continuación:

Fórmula de proporción

Esto se puede simplificar en Longitud de carrera = 0.00441 * (Valor analógico - 44), como en el siguiente ejemplo de codificación. La frecuencia con la que lee este valor analógico en el código de su microcontrolador es otra consideración importante. En el ejemplo de código a continuación, el Arduino lee el potenciómetro y actualiza el valor de posición siempre que el actuador se esté moviendo. Pero también puede hacer uso de temporizadores internos para actualizar el valor de posición durante un intervalo de tiempo establecido o simplemente puede colocar la función de lectura del potenciómetro dentro del bucle principal del código y actualizar continuamente el valor de posición. Aunque este último no se recomienda si planea usar su controlador para realizar múltiples funciones individuales.

https://gist.github.com/OMikeGray/4dec9e075a8fe41efaea001fa1e98d70

Lidiar con el ruido eléctrico

Un inconveniente de la retroalimentación del potenciómetro es que puede verse afectado por el ruido eléctrico y puede hacer que su valor posicional sea inestable. Una forma de superar esto es utilizar un filtro digital para eliminar el ruido eléctrico y lograr resultados estables. Hay pocos tipos diferentes de filtros que se pueden usar, desde filtros exponenciales hasta filtros de paso alto y paso de banda, cada uno con sus propios beneficios, pero para muchas aplicaciones con actuadores lineales, simplemente usar un promedio móvil del valor posicional funcionará. Un promedio móvil es simplemente el promedio de las últimas X cantidades de mediciones para suavizar la señal de entrada. El número exacto de medidas que desea promediar dependerá de su aplicación y es posible que deba jugar con este número para determinar qué funciona mejor. Algunas cosas a tener en cuenta, si tiene muy pocas mediciones en su promedio, su señal seguirá siendo ruidosa, pero si tiene demasiadas mediciones, sus resultados se retrasarán demasiado con respecto a la posición real del actuador para que sean utilizables. Encontrar un equilibrio entre muy pocas y demasiadas mediciones hará que su filtro sea eficaz. A continuación se muestra un gráfico que muestra el efecto de un filtro de promedio móvil frente a la señal de entrada real.

Señal filtrada vs sin filtrar

El código utilizado para implementar el promedio móvil se muestra a continuación, utiliza un promedio de 3 mediciones para suavizar la señal de entrada. Se eligieron tres mediciones porque no había mucho ruido en la señal de entrada real, por lo que solo se necesitaron unas pocas mediciones para suavizar el valor. Si hubiera más ruido en la señal de entrada, se necesitaría una mayor cantidad de mediciones. En situaciones donde hay muchos componentes inductivos (es decir, motores), el ruido eléctrico será un problema mucho mayor.

https://gist.github.com/OMikeGray/b13f156c080a100a89e5bbd541d0565e

Utilizar la retroalimentación para la automatización

Lo mejor de implementar la retroalimentación en su diseño es que le permite crear un sistema auto-automatizado que sabe dónde estar para una entrada determinada. Para utilizar la retroalimentación del potenciómetro en un sistema automatizado, simplemente puede comparar la longitud extendida deseada de su actuador lineal con la posición real que le da el potenciómetro. Entonces simplemente necesita decirle a su actuador que se extienda o se retraiga en consecuencia. Aunque utilizar la retroalimentación del potenciómetro en un sistema automatizado tiene algunos problemas que es posible que deba superar. Uno es el problema del ruido eléctrico, que se discutió anteriormente, el otro es poder lograr resultados repetibles. Como los potenciómetros generalmente no son tan sensibles a los movimientos más pequeños del actuador lineal, en comparación con las otras opciones de retroalimentación, esto hace que sea más difícil lograr resultados precisos y repetibles. En la práctica, esto significa que tendrá un margen de error en torno a la posición deseada, que puede ser aceptable para su aplicación determinada. Si no necesita posicionamientos muy precisos o está reemplazando un interruptor manual con un microcontrolador para automatizar su sistema, la retroalimentación de posición de un potenciómetro será lo suficientemente precisa para usted. Si necesita un posicionamiento preciso de su actuador lineal, es posible que deba considerar otras opciones de comentarios para su actuador lineal o agregue componentes adicionales para proporcionar resultados más confiables. Estos componentes incluyen sensores o finales de carrera externos lo que puede darle un mejor indicador de la posición absoluta.

No poder lograr resultados repetibles también es un problema cuando se controlan múltiples actuadores lineales. Como la señal de salida del potenciómetro se ve fácilmente afectada por el ruido eléctrico, incluido el ruido eléctrico de los otros actuadores, y depende del voltaje de entrada al potenciómetro, garantizar que varios actuadores lineales se muevan simultáneamente puede ser un desafío. Utilizar filtros digitales, garantizar un voltaje de entrada estable al potenciómetro y hacer que los cables de señal de salida se alejen de otros componentes inductivos ayudará a garantizar resultados más repetibles. Aunque, si desea ejecutar varios actuadores al mismo tiempo, puede que sea mejor comprobar el otras opciones de comentarios para actuadores lineales.

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