Opzioni di feedback per attuatori lineari

L'utilizzo del feedback per garantire movimenti precisi è fondamentale in qualsiasi progetto di automazione, dagli ascensori robotici a quelli TV. La corretta implementazione del feedback consente un accurato controllo a circuito chiuso del tuo attuatore lineare; non è più necessario controllare manualmente che il proprio attuatore lineare si trovi nella posizione corretta. Poiché gli attuatori lineari vengono generalmente utilizzati per spostare un oggetto da una posizione all'altra, il feedback più importante da ricevere dall'attuatore è la sua posizione. Gli attuatori lineari con feedback di posizione misurano tipicamente la posizione utilizzando uno dei 3 diversi sensori; potenziometri, sensori ad effetto hall e sensori ottici.

Potenziometri

Potenziometri sono resistori variabili che, se utilizzati negli attuatori lineari, la loro resistenza cambia in base alla posizione dell'attuatore. I potenziometri saranno costituiti dai 3 pin come mostrato di seguito, il pin 1 è la tensione di ingresso, il pin 3 è la massa e il pin 2 è il resistore regolabile. È possibile leggere l'uscita dei potenziometri misurando la tensione tra il pin 2 e la massa, che cambierà con il movimento dell'attuatore. In modo efficace implementare questo feedback, dovrai utilizzare un tipo di controller, come un Arduino, per leggere questo valore di posizione mentre l'attuatore si muove.

Potenziometro

Uno dei maggiori punti di forza di un potenziometro è che fornisce un'indicazione della posizione assoluta dell'attuatore lineare. Per questo motivo, questo feedback può essere abbastanza facile da gestire nel software di un controller in quanto è possibile confrontare semplicemente la lettura dell'uscita corrente con la lettura dell'uscita della posizione desiderata. Inoltre, non dovrai mai preoccuparti di perdere la posizione dell'attuatore se spegni il sistema poiché la resistenza del potenziometro sarà la stessa indipendentemente dal fatto che sia alimentato o meno.

Ci sono alcuni inconvenienti nell'usare i potenziometri per il feedback posizionale. Uno svantaggio è che il feedback dal potenziometro può essere influenzato dal rumore elettrico e potrebbe richiedere di filtrare il segnale per ottenere risultati stabili. L'uscita del potenziometro dipende anche dalla tensione di ingresso al potenziometro, il che potrebbe rendere difficile garantire che più attuatori lineari si muovano simultaneamente poiché il segnale di uscita può variare leggermente a causa di lievi modifiche alla tensione di ingresso. Inoltre, i potenziometri generalmente non saranno così sensibili ai piccoli movimenti dell'attuatore lineare, rispetto alle altre opzioni di feedback, rendendo più difficili i risultati ripetibili.

Sensore ad effetto hall

Sensori ad effetto Hall lavoro basato sull'effetto hall che è l'effetto di un campo magnetico per produrre una tensione. I sensori a effetto Hall possono fornire un'uscita digitale o lineare, ma per gli attuatori lineari, in genere utilizzano sensori a effetto Hall con uscita digitale. Quando questi sensori rilevano un campo magnetico, producono una tensione che può essere letta da un controller [1]. Con gli attuatori lineari, questi sensori sono posizionati all'interno del riduttore dell'attuatore insieme a un disco magnetico. Mentre l'attuatore lineare si muove, questo disco magnetico ruota oltre il sensore ad effetto hall che produce un impulso di tensione. Questi impulsi possono essere utilizzati per determinare di quanto si è spostato l'attuatore. In genere, gli attuatori lineari che utilizzano sensori ad effetto Hall per fornire un feedback di posizione specificheranno l'impulso per pollice percorso che è possibile utilizzare per determinare la distanza di spostamento dell'attuatore. Ad esempio, se hai rilevato 6000 impulsi e l'attuatore ha un impulso per pollice percorso di 12000, significa che l'attuatore si è spostato di 0,5 pollici.

 Sensore a effetto Hall tramite: https://www.electronicdesign.com/technologies/components/article/21798142/understanding-resolution-in-optical-and-magnetic-encoders

Il principale svantaggio dell'utilizzo di un sensore a effetto Hall per il feedback di posizione rispetto a un potenziometro è che i sensori a effetto Hall non misurano una posizione assoluta. Invece producono impulsi che possono essere contati per determinare di quanto si è spostato l'attuatore, il che richiede di sapere dove inizia l'attuatore per determinare la posizione assoluta. Questo può essere superato nel software del tuo controller, come in un Arduino, memorizzando la posizione corrente dell'attuatore e avviando sempre l'attuatore da una posizione nota, come completamente retratto. Ciò potrebbe richiedere di portare l'attuatore in questa posizione nota ogni volta che si accende il sistema.

Il punto di forza dell'utilizzo di un sensore ad effetto Hall per il feedback di posizione è che fornisce una risoluzione molto maggiore rispetto al feedback di un potenziometro. Poiché possono esserci migliaia di impulsi per pollice di movimento, i sensori ad effetto hall forniscono precisione e affidabilità nel posizionamento dell'attuatore lineare. Gli impulsi varieranno anche in frequenza in base alla velocità del tuo attuatore lineare, il che significa che puoi usarli per misurare la velocità del tuo attuatore lineare. I sensori ad effetto Hall forniscono anche una maggiore capacità di garantire che più attuatori lineari si muovano insieme simultaneamente poiché i conteggi degli impulsi sono più precisi della tensione variabile del potenziometro. Utilizzando il nostro Controller attuatore FA-SYNC-X, puoi anche assicurarti che gli attuatori si muovano all'unisono indipendentemente dal carico.

Sensore ottico

Sensori ottici che vengono utilizzati negli attuatori lineari (esistono altri tipi di sensori ottici) funzionano in modo molto simile ai sensori ad effetto hall tranne che rilevano la luce utilizzando un fotorilevatore [2]. I sensori ottici funzionano facendo passare la luce da un LED o da qualche altra sorgente luminosa attraverso un disco codificatore. Questo disco codificatore è dotato di una fessura per consentire alla luce di attraversarlo periodicamente. Dall'altro lato del disco c'è il fotorilevatore, che rileva la luce quando passa attraverso le fessure del disco e crea un segnale di uscita [3]. Quando l'attuatore si muove, il disco dell'encoder ruota e la luce viene rilevata dal fotorilevatore che produce un impulso di tensione. Questi impulsi possono essere utilizzati in modo simile agli impulsi di un sensore ad effetto Hall per determinarli di quanto si è spostato l'attuatore. Gli attuatori lineari che utilizzano sensori ottici per il feedback di posizione specificheranno anche l'impulso per pollice percorso che è possibile utilizzare per determinare la distanza di spostamento dell'attuatore.

 Sensore ottico

I sensori ottici, ancora una volta, hanno punti di forza e svantaggi simili ai sensori ad effetto hall rispetto ai potenziometri. Hanno una maggiore precisione e risoluzione, anche maggiore dei sensori ad effetto hall, e possono essere utilizzati per misurare la velocità dell'attuatore lineare. Sono anche migliori nel garantire che più attuatori lineari si muovano simultaneamente e possono utilizzare il Controller attuatore FA-SYNC-X. Inoltre, non misurano la posizione assoluta e richiedono invece il conteggio dell'impulso per determinare di quanto si è spostato l'attuatore. Dovrai anche iniziare in una posizione nota poiché dovrai salvare la posizione corrente nel software per tenere traccia della posizione assoluta.

Sommario

La tua scelta del tipo di feedback che desideri dal tuo attuatore lineare dipenderà da ciò che ritierei più importante per la tua applicazione. Hai bisogno di un alto livello di precisione? Scegli un attuatore lineare con sensore ottico o ad effetto hall. Non vuoi impostare il tuo attuatore su una posizione di casa ogni volta che lo accendi? Quindi vai con un attuatore lineare con un potenziometro. Vuoi controllare più attuatori lineari contemporaneamente? Scegli un attuatore lineare con sensore ottico o ad effetto hall. Vuoi che il tuo feedback fornisca una posizione assoluta? Vai con un attuatore lineare con un potenziometro.

 

[1] Monari, G. (giugno 2013) Informazioni sulla risoluzione negli codificatori ottici e magnetici. Recuperato da: https://www.electronicdesign.com/technologies/components/article/21798142/understanding-resolution-in-optical-and-magnetic-encoders

[2] Paschotta, R. Articolo sui sensori ottici. Recuperato da:https://www.rp-photonics.com/optical_sensors.html

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