Feedback potenziometro da un attuatore lineare con video

Potenziometri

I potenziometri, che sono resistori variabili, vengono utilizzati negli attuatori lineari per fornire un feedback di posizione in base a come cambia la loro resistenza. Attuatori lineari che utilizzano potenziometri per il feedback, come il nostro Attuatore lineare con asta di feedback, sarà composto dai 3 fili aggiuntivi come mostrato di seguito, il filo 1 per la tensione di ingresso, il filo 2 è il variabile resistenza e il filo 3 è per la terra. È possibile leggere l'uscita dei potenziometri misurando la tensione tra il filo 2, l'uscita e la massa, che fornirà un'indicazione della posizione assoluta dell'attuatore lineare. Per utilizzare questo feedback, dovrai utilizzare un tipo di microcontrollore, come un Arduino, per leggere questo valore di posizione mentre l'attuatore si muove.

Cablaggio del potenziometro

Feedback di posizione da un potenziometro

Quando il resistore variabile del potenziometro cambia mentre l'attuatore lineare si muove, la differenza di tensione tra il filo 2 e la massa cambierà. Per questo motivo, il feedback può essere facilmente gestito nel software di un controller, come un Arduino, poiché puoi semplicemente confrontare la tensione di uscita del filo 2 con la massa. Utilizzando un Arduino, questo può essere fatto semplicemente utilizzando un pin analogico in di un microcontrollore e utilizzando la funzione analogRead () per leggere la tensione dal filo 2. Viene mostrato un esempio di come collegare un Arduino a un attuatore lineare con feedback del potenziometro sotto.

 

L'analogico in pin di Arduino sono convertitori analogico-digitali (ADC), che convertiranno la tensione analogica sul filo 2 in un valore ADC a 10 bit che sarà compreso tra 0 e 1023. Un valore ADC a 10 bit significa che il convertitore tradurrà il segnale analogico in 2 ^ 10 o 1024 valori distinti compresi tra 0 e 1023. Non tutti i microcontrollori sono ADC a 10 bit, alcuni sono a 8 o 16 bit e maggiore è il numero di bit maggiore è la risoluzione dell'ADC. Dopo aver convertito il segnale analogico in un valore digitale, per determinare un valore di posizione in termini di lunghezza della corsa, ad esempio in pollici, sarà necessario trovare l'esatto intervallo analogico del proprio particolare attuatore lineare in quanto potrebbe non variare da 0 a 1023. Ciò è dovuto al fatto che il riduttore all'interno dell'attuatore impedisce al potenziometro di ruotare completamente fino al suo limite e significa che sarà necessario determinare manualmente questo intervallo. Per l'esempio di codifica di seguito, il Attuatore lineare a stelo con corsa di 4 ” aveva un valore analogico di 44 a 0 "e un valore analogico di 951 a 4". Utilizzando questi valori, è possibile utilizzare i rapporti per determinare il valore della lunghezza della corsa come di seguito:

Formula di rapporto

Questo può essere semplificato in Lunghezza tratto = 0,00441 * (Valore analogico - 44), come nell'esempio di codifica di seguito. La frequenza con cui leggi questo valore analogico nel codice del tuo microcontrollore è un'altra considerazione importante. Nell'esempio di codice riportato di seguito, Arduino legge il potenziometro e aggiorna il valore di posizione finché l'attuatore è in movimento. Ma potresti anche fare uso di timer interni per aggiornare il valore di posizione su un intervallo di tempo impostato oppure puoi semplicemente posizionare la funzione di lettura del potenziometro all'interno del loop principale del codice e aggiornare continuamente il valore di posizione. Anche se quest'ultimo non è consigliato se si prevede di utilizzare il controller per eseguire più funzioni individuali.

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

Gestire il rumore elettrico

Uno svantaggio del feedback dal potenziometro è che può essere influenzato dal rumore elettrico e può rendere instabile il valore di posizione. Un modo per ovviare a questo problema è utilizzare un filtro digitale per rimuovere il rumore elettrico e ottenere risultati stabili. Esistono pochi tipi diversi di filtri che possono essere utilizzati dai filtri esponenziali ai filtri passa-alto e passa banda, ciascuno con i propri vantaggi, ma per molte applicazioni con attuatori lineari, funzionerà semplicemente utilizzando una media corrente del valore di posizione. Una media corrente è semplicemente la media delle ultime X quantità di misurazioni per appianare il segnale di ingresso. Il numero esatto di misurazioni che desideri calcolare in media dipenderà dalla tua applicazione e potresti dover giocare con questo numero per determinare quale funziona meglio. Alcune cose di cui essere consapevoli, se hai troppe poche misurazioni nella tua media, il tuo segnale sarà ancora rumoroso, ma se hai troppe misurazioni, i tuoi risultati saranno troppo indietro rispetto alla posizione effettiva dell'attuatore per essere utilizzabili. È trovare un equilibrio tra troppo poche e troppe misurazioni che renderà il tuo filtro efficace. Di seguito è riportato un grafico che mostra l'effetto di un filtro medio corrente rispetto al segnale di ingresso effettivo.

Segnale filtrato e non filtrato

Il codice utilizzato per implementare la media corrente è mostrato di seguito, utilizza una media di 3 misurazioni per uniformare il segnale di ingresso. Sono state scelte tre misurazioni perché non c'era molto rumore nel segnale di ingresso effettivo, quindi sono state necessarie solo poche misurazioni per appianare il valore. Se ci fosse più rumore nel segnale di ingresso, sarebbe necessario un numero maggiore di misurazioni. In situazioni in cui sono presenti molti componenti induttivi (ad esempio motori) il rumore elettrico sarà un problema molto più grande.

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

Utilizzo del feedback per l'automazione

Il bello dell'implementazione del feedback nel tuo progetto è che ti permette di creare un sistema auto-automatizzato che sa dove trovarsi per un dato input. Per utilizzare il feedback del potenziometro in un sistema automatizzato, puoi semplicemente confrontare la lunghezza estesa desiderata dell'attuatore lineare con la posizione effettiva fornita dal potenziometro. Quindi devi semplicemente dire al tuo attuatore di estendersi o ritirarsi di conseguenza. Sebbene l'utilizzo del feedback del potenziometro in un sistema automatizzato abbia alcuni problemi che potresti dover risolvere. Uno è il problema del rumore elettrico, che è stato discusso in precedenza, l'altro è la possibilità di ottenere risultati ripetibili. Poiché i potenziometri generalmente non sono così sensibili ai movimenti più piccoli dell'attuatore lineare, rispetto alle altre opzioni di feedback, questo rende più difficile ottenere risultati precisi e ripetibili. In pratica, ciò significa che avrai un margine di errore intorno alla posizione desiderata, che potrebbe essere accettabile per la tua data applicazione. Se non hai bisogno di posizionamenti molto precisi o stai sostituendo un interruttore manuale con un microcontrollore per automatizzare il tuo sistema, il feedback posizionale da un potenziometro sarà abbastanza preciso per te. Se è necessario un posizionamento accurato dal proprio attuatore lineare, potrebbe essere necessario prendere in considerazione altre opzioni di feedback per il tuo attuatore lineare o aggiungi componenti aggiuntivi per fornire risultati più affidabili. Questi componenti includono sensori o finecorsa esterni che può darti un indicatore migliore della posizione assoluta.

Anche l'impossibilità di ottenere risultati ripetibili è un problema quando si controllano più attuatori lineari. Poiché il segnale di uscita del potenziometro è facilmente influenzato dal rumore elettrico, compreso il rumore elettrico degli altri attuatori, e dipende dalla tensione di ingresso al potenziometro, garantire che più attuatori lineari si muovano contemporaneamente può essere difficile. L'utilizzo di filtri digitali, la garanzia di una tensione di ingresso stabile al potenziometro e la fuga dei cavi del segnale di uscita da altri componenti induttivi contribuiranno a garantire risultati più ripetibili. Sebbene, se desideri eseguire più attuatori contemporaneamente, potrebbe essere meglio controllare il file altre opzioni di feedback per attuatori lineari.

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