Feedback do potenciômetro de um atuador linear com vídeo

Potenciômetros

Os potenciômetros, que são resistores variáveis, são usados ​​em atuadores lineares para fornecer feedback posicional com base em como sua resistência muda. Atuadores lineares que usam potenciômetros para feedback, como nosso Atuador Linear da Barra de Feedback, consistirá em 3 fios adicionais, como mostrado abaixo, o fio 1 para a tensão de entrada, o fio 2 é o variável resistor e o fio 3 é para o aterramento. Você pode ler a saída dos potenciômetros medindo a tensão entre o fio 2, a saída e o terra, o que fornecerá uma indicação da posição absoluta do atuador linear. Para utilizar este feedback, você precisará fazer uso de algum tipo de microcontrolador, como um Arduino, para ler este valor posicional conforme o atuador se move.

Fiação do potenciômetro

Feedback posicional de um potenciômetro

Conforme o resistor variável do potenciômetro muda conforme o atuador linear se move, a diferença de tensão entre o fio 2 e o terra mudará. Por causa disso, o feedback pode ser facilmente tratado no software de um controlador, como um Arduino, já que você pode simplesmente comparar a tensão de saída do fio 2 com o aterramento. Usando um Arduino, isso pode ser feito simplesmente usando um pino analógico de um microcontrolador e usando a função analogRead () para ler a tensão do fio 2. Um exemplo de como conectar um Arduino a um atuador linear com feedback do potenciômetro é mostrado abaixo.

 

O analógico em pinos do Arduino são conversores analógico-digital (ADC), que irão converter a tensão analógica no fio 2 em um valor ADC de 10 bits que estará entre 0 e 1023. Um valor ADC de 10 bits significa que o conversor irá traduzir o sinal analógico em 2 ^ 10 ou 1024 valores distintos variando de 0 a 1023. Nem todos os microcontroladores são ADC de 10 bits, alguns são de 8 bits ou 16 bits, e quanto maior o número de bits, maior a resolução do ADC. Depois de converter o sinal analógico em um valor digital, para determinar um valor de posição em termos de comprimento de curso, como em polegadas, você precisará encontrar a faixa analógica exata de seu atuador linear específico, pois pode não variar de 0 a 1023. Isso ocorre porque a caixa de engrenagens dentro do atuador evita que o potenciômetro gire totalmente até seu limite e significa que você precisará determinar essa faixa manualmente. Para o exemplo de codificação abaixo, o Atuador linear da haste de feedback de comprimento de curso de 4 " tinha um valor analógico de 44 em 0 "e um valor analógico de 951 em 4". Usando esses valores, você pode usar proporções para determinar o valor do comprimento do curso como abaixo:

Fórmula de relação

Isso pode ser simplificado em Stroke Length = 0,00441 * (Analog Value - 44), como no exemplo de codificação abaixo. A frequência com que você lê esse valor analógico no código do seu microcontrolador é outra consideração importante. No exemplo de código abaixo, o Arduino lê o potenciômetro e atualiza o valor da posição enquanto o atuador estiver se movendo. Mas você também pode fazer uso de temporizadores internos para atualizar o valor da posição ao longo de um intervalo de tempo definido ou pode simplesmente colocar a função de leitura do potenciômetro dentro do loop principal do código e atualizar continuamente o valor da posição. Embora o último não seja recomendado se você planeja usar seu controlador para executar várias funções individuais.

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

Lidando com Ruído Elétrico

Uma desvantagem do feedback do potenciômetro é que ele pode ser afetado por ruído elétrico e pode tornar seu valor posicional instável. Uma maneira de superar isso é usar um filtro digital para remover o ruído elétrico e obter resultados estáveis. Existem alguns tipos diferentes de filtros que podem ser usados, de filtros exponenciais a filtros passa-alta e passa-banda, cada um com seus próprios benefícios, mas para muitas aplicações com atuadores lineares, basta usar uma média de execução do valor posicional. Uma média contínua é simplesmente a média da última quantidade X de medições para suavizar o sinal de entrada. O número exato de medições que você deseja calcular depende da sua aplicação e você pode precisar brincar com este número para determinar o que funciona melhor. Algumas coisas a serem observadas: se você tiver poucas medições em sua média, seu sinal ainda será ruidoso, mas se você tiver muitas medições, seus resultados ficarão muito atrás da posição real do atuador para serem utilizáveis. É encontrar um equilíbrio entre muito poucas e muitas medições que tornará seu filtro eficaz. Abaixo está um gráfico que mostra o efeito de um filtro de média em execução versus o sinal de entrada real.

Sinal filtrado vs não filtrado

O código usado para implementar a média de execução é mostrado abaixo, ele usa uma média de 3 medições para suavizar o sinal de entrada. Três medições foram escolhidas porque não havia muito ruído no sinal de entrada real, então apenas algumas medições foram necessárias para suavizar o valor. Se houvesse mais ruído no sinal de entrada, um número maior de medições seria necessário. Em situações onde há uma grande quantidade de componentes indutivos (ou seja, motores), o ruído elétrico será um problema muito maior.

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

Utilizando Feedback para Automação

A grande vantagem de implementar feedback em seu design é que ele permite criar um sistema auto-automatizado que sabe onde estar para uma determinada entrada. Para utilizar o feedback do potenciômetro em um sistema automatizado, você pode simplesmente comparar o comprimento estendido desejado do seu atuador linear com a posição real fornecida pelo potenciômetro. Então, você simplesmente precisa dizer ao seu atuador para se estender ou retrair de acordo. Embora a utilização de feedback de potenciômetro em um sistema automatizado tenha alguns problemas que você pode precisar superar. Um é a questão do ruído elétrico, que foi discutido acima, o outro é conseguir resultados repetíveis. Como os potenciômetros geralmente não são tão sensíveis a movimentos menores do atuador linear, em comparação com as outras opções de feedback, isso torna mais difícil alcançar resultados precisos e repetíveis. Na prática, isso significa que você terá uma margem de erro em torno da posição desejada, o que pode ser aceitável para sua aplicação. Se você não precisa de posicionamentos muito precisos ou está substituindo uma chave manual por um microcontrolador para automatizar seu sistema, o feedback posicional de um potenciômetro será preciso o suficiente para você. Se você precisa de um posicionamento preciso de seu atuador linear, pode ser necessário considerar outras opções de feedback para o seu atuador linear ou adicione componentes adicionais para fornecer resultados mais confiáveis. Esses componentes incluem sensores ou interruptores de limite externos o que pode lhe dar um melhor indicador da posição absoluta.

Não ser capaz de obter resultados repetíveis também é um problema ao controlar vários atuadores lineares. Como o sinal de saída do potenciômetro é facilmente afetado por ruído elétrico, incluindo ruído elétrico de outros atuadores, e depende da tensão de entrada para o potenciômetro, garantir que vários atuadores lineares se movam simultaneamente pode ser um desafio. Utilizar filtros digitais, garantindo tensão de entrada estável para o potenciômetro e ter os fios de sinal de saída afastados de outros componentes indutivos, ajudará a garantir resultados mais repetíveis. Embora, se você quiser executar vários atuadores simultaneamente, pode ser melhor verificar o outras opções de feedback para atuadores lineares.

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