Rétroaction du potentiomètre d'un actionneur linéaire avec vidéo

Potentiomètres

Les potentiomètres, qui sont des résistances variables, sont utilisés dans les actionneurs linéaires pour fournir une base de rétroaction de position sur la façon dont leur résistance change. Actionneurs linéaires qui utilisent des potentiomètres pour la rétroaction, comme notre Actionneur linéaire à tige de rétroaction, se composera des 3 fils supplémentaires comme indiqué ci-dessous, le fil 1 pour la tension d'entrée, le fil 2 est le variable résistance, et le fil 3 est pour la terre. Vous pouvez lire la sortie des potentiomètres en mesurant la tension entre le fil 2, la sortie et la masse, ce qui fournira une indication de la position absolue de l'actionneur linéaire. Pour utiliser ces commentaires, vous devrez utiliser un type de microcontrôleur, comme un Arduino, pour lire cette valeur de position lorsque l'actionneur se déplace.

Câblage du potentiomètre

Retour de position d'un potentiomètre

Lorsque la résistance variable du potentiomètre change lorsque l'actionneur linéaire se déplace, la différence de tension entre le fil 2 et la masse change. Pour cette raison, le retour peut facilement être géré dans le logiciel d'un contrôleur, comme un Arduino, car vous pouvez simplement comparer la tension de sortie du fil 2 à la terre. En utilisant un Arduino, cela peut simplement être fait en utilisant une broche analogique d'un microcontrôleur et en utilisant la fonction analogRead () pour lire la tension du fil 2. Un exemple de la façon de connecter un Arduino à un actionneur linéaire avec rétroaction de potentiomètre est montré au dessous de.

 

L'analogique en broches du Arduino sont des convertisseurs analogique-numérique (ADC), qui convertissent la tension analogique sur le fil 2 en une valeur ADC 10 bits comprise entre 0 et 1023. Une valeur ADC 10 bits signifie que le convertisseur traduira le signal analogique en 2 ^ 10 ou 1024 valeurs distinctes allant de 0 à 1023. Tous les microcontrôleurs ne sont pas ADC 10 bits, certains sont 8 bits ou 16 bits, et plus le nombre de bits est élevé, plus la résolution de l'ADC est élevée. Une fois que vous avez converti le signal analogique en une valeur numérique, pour déterminer une valeur de position en termes de longueur de course, comme en pouces, vous devrez trouver la plage analogique exacte de votre actionneur linéaire particulier, car elle peut ne pas varier de 0 à 1023. Ceci est dû au fait que la boîte de vitesses à l'intérieur de l'actionneur empêche le potentiomètre de tourner complètement à sa limite et signifie que vous devrez déterminer cette plage manuellement. Pour l'exemple de codage ci-dessous, le Actionneur linéaire à tige de rétroaction de 4 po de longueur de course avait une valeur analogique de 44 à 0 ”et une valeur analogique de 951 à 4”. En utilisant ces valeurs, vous pouvez utiliser des ratios pour déterminer la valeur de la longueur de course comme ci-dessous:

Formule de rapport

Cela peut être simplifié en Longueur de course = 0,00441 * (Valeur analogique - 44), comme dans l'exemple de codage ci-dessous. La fréquence à laquelle vous lisez cette valeur analogique dans le code de votre microcontrôleur est une autre considération importante. Dans l'exemple de code ci-dessous, l'Arduino lit le potentiomètre et met à jour la valeur de position tant que l'actionneur est en mouvement. Mais vous pouvez également utiliser des minuteries internes pour mettre à jour la valeur de position sur un intervalle de temps défini ou vous pouvez simplement placer la fonction de lecture du potentiomètre à l'intérieur de la boucle principale du code et mettre à jour en permanence la valeur de position. Bien que ce dernier ne soit pas recommandé si vous prévoyez d'utiliser votre contrôleur pour exécuter plusieurs fonctions individuelles.

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

Gérer le bruit électrique

Un inconvénient de la rétroaction du potentiomètre est qu'il peut être affecté par le bruit électrique et peut rendre votre valeur de position instable. Une façon de surmonter ce problème consiste à utiliser un filtre numérique pour éliminer le bruit électrique et obtenir des résultats stables. Il existe peu de types de filtres différents pouvant être utilisés, des filtres exponentiels aux filtres passe-haut et passe-bande, chacun avec ses propres avantages, mais pour de nombreuses applications avec actionneurs linéaires, il suffit d'utiliser une moyenne mobile de la valeur de position. Une moyenne mobile est simplement la moyenne des X dernières mesures pour lisser le signal d'entrée. Le nombre exact de mesures que vous voulez faire la moyenne dépendra de votre application et vous devrez peut-être jouer avec ce nombre pour déterminer ce qui fonctionne le mieux. Quelques points à prendre en compte, si vous avez trop peu de mesures dans votre moyenne, votre signal sera toujours bruyant, mais si vous avez trop de mesures, vos résultats seront trop en retard par rapport à la position réelle de l'actionneur pour être utilisables. C'est trouver un équilibre entre trop peu et trop de mesures qui rendra votre filtre efficace. Vous trouverez ci-dessous un graphique montrant l'effet d'un filtre moyen en cours par rapport au signal d'entrée réel.

Signal filtré vs non filtré

Le code utilisé pour implémenter la moyenne mobile est indiqué ci-dessous, il utilise une moyenne de 3 mesures pour lisser le signal d'entrée. Trois mesures ont été choisies car il n'y avait pas beaucoup de bruit dans le signal d'entrée réel, donc seules quelques mesures étaient nécessaires pour lisser la valeur. S'il y avait plus de bruit dans le signal d'entrée, un plus grand nombre de mesures serait nécessaire. Dans les situations où il y a beaucoup de composants inductifs (c'est-à-dire des moteurs), le bruit électrique sera un problème beaucoup plus important.

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

Utilisation des commentaires pour l'automatisation

L'intérêt de la mise en œuvre des commentaires dans votre conception est que cela vous permet de créer un système auto-automatisé qui sait où se trouver pour une entrée donnée. Pour utiliser le retour de potentiomètre dans un système automatisé, vous pouvez simplement comparer la longueur d'extension souhaitée de votre actionneur linéaire à la position réelle donnée par le potentiomètre. Ensuite, il vous suffit de dire à votre actionneur de s'étendre ou de se rétracter en conséquence. Bien que l'utilisation de la rétroaction du potentiomètre dans un système automatisé présente quelques problèmes que vous devrez peut-être surmonter. L'un est le problème du bruit électrique, qui a été discuté ci-dessus, l'autre est de pouvoir obtenir des résultats reproductibles. Comme les potentiomètres ne sont généralement pas aussi sensibles aux mouvements plus petits de l'actionneur linéaire, par rapport aux autres options de rétroaction, cela rend plus difficile l'obtention de résultats reproductibles précis. En pratique, cela signifie que vous aurez une marge d'erreur autour de la position souhaitée, ce qui peut être acceptable pour votre application donnée. Si vous n'avez pas besoin de positionnements très précis ou si vous remplacez un interrupteur manuel par un microcontrôleur pour automatiser votre système, le retour de position d'un potentiomètre sera suffisamment précis pour vous. Si vous avez besoin d'un positionnement précis de votre actionneur linéaire, vous devrez peut-être envisager autres options de rétroaction pour votre actionneur linéaire ou ajoutez des composants supplémentaires pour fournir des résultats plus fiables. Ces composants comprennent des capteurs ou interrupteurs de fin de course externes ce qui peut vous donner un meilleur indicateur de la position absolue.

Ne pas pouvoir obtenir des résultats reproductibles est également un problème lorsque vous contrôlez plusieurs actionneurs linéaires. Comme le signal de sortie du potentiomètre est facilement affecté par le bruit électrique, y compris le bruit électrique des autres actionneurs, et dépend de la tension d'entrée du potentiomètre, il peut être difficile de s'assurer que plusieurs actionneurs linéaires se déplacent simultanément. L'utilisation de filtres numériques, la garantie d'une tension d'entrée stable au potentiomètre et le fait que les fils de signal de sortie s'éloignent des autres composants inductifs aideront tous à garantir des résultats plus reproductibles. Cependant, si vous souhaitez exécuter plusieurs actionneurs simultanément, il peut être préférable de vérifier autres options de rétroaction pour actionneurs linéaires.

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