Potenciômetros
Os potenciômetros, que são resistores variáveis, são usados em atuadores lineares para fornecer base de feedback posicional sobre como suas resistências se alteram. Atuadores lineares que usam potenciômetros para feedback, como o nosso Atuador Linear Feedback Rod, consistirá dos 3 fios adicionais como mostrado abaixo, fio 1 para a tensão de entrada, o fio 2 é o variável resistor, e o fio 3 é para solo. Você pode ler a saída dos potenciômetros, medindo a tensão entre o fio 2, a saída e o solo, que fornecerá uma indicação da posição absoluta do atuador linear. Para utilizar esse feedback, você precisará fazer uso de algum tipo de microcontrolador, como um Arduino, para ler este valor posicional à medida que o atuador se move.
Feedback Posicional a partir de um Potenciômetro
Como o resistor variável do potenciômetro muda à medida que o atuador linear se move, a diferença de tensão entre o fio 2 e o solo vai mudar. Por causa disso, o feedback pode facilmente ser manuseado no software de um controlador, como um Arduino, já que você pode simplesmente comparar a tensão de saída do fio 2 para o solo. Usando um Arduino, isso pode simplesmente ser feito usando um analógico em pino de um microcontrolador e usando a função analogRead () para ler a tensão a partir 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 analogo-digitais (ADC), que converterão a tensão analógica no fio 2 para um valor de 10-bit ADC que ficará entre 0 a 1023. Um valor de 10-bit ADC significa que o conversor traduzirá o sinal analógico em 2 ^ 10 ou 1024 valores distintos que variam de 0 a 1023. Nem todos os microcontroladores são 10-bit ADC, alguns são 8-bit ou 16-bit, e quanto maior o número de bits maior será a resolução do ADC. Uma vez que você tenha convertido o sinal analógico em um valor digital, para determinar um valor de posição em termos de comprimento do derrame, como em polegadas, você precisará encontrar a faixa analógica exata do seu atuador linear particular já que ele pode não variar de 0 1023. Isso ocorre por causa da caixa de câmbio dentro do atuador impedindo o potenciômetro totalmente rotativo até o seu limite e significa que você precisará determinar esta faixa manualmente. Para o exemplo de codificação abaixo, o 4 " length comprimento Feedback Rod Linear Atuator tinha um valor analógico de 44 a 0 "e um valor analógico de 951 a 4". Usando esses valores, é possível utilizar relações para determinar o valor do comprimento do AVC como abaixo:
Isso pode ser simplificado em Stroke Length = 0,00441 * (Valor Analog-44), como no exemplo de codificação abaixo. Quantas vezes 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 de posição enquanto o atuador estiver em movimento. Mas você também poderia fazer uso de cronômetros internos para atualizar o valor de posição sobre um intervalo de tempo configurado ou você poderia 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 o 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 o seu valor posicional instável. Uma maneira de superar isso é usar um filtro digital para remover o ruído elétrico e obter resultados estáveis. Existem poucos tipos diferentes de filtros que podem ser usados a partir de filtros exponenciais para filtros de alto-passe e passagem de banda cada um com seus próprios benefícios, mas para muitas aplicações com atuadores lineares, basta utilizar uma média de execução do valor posicional funcionará. Uma média em execução é simplesmente a média da última quantidade X de medições para suaviir o sinal de entrada. O número exato de medições que você quer em média vai depender da sua aplicação e você pode precisar jogar por aí com esse número para determinar o que funciona melhor. Algumas coisas para se ter consciência, se você tiver poucas medições em sua média, seu sinal ainda será barulhento, mas se você tiver muitas medições, seus resultados ficarão muito atrás da posição real do atuador para serem usáveis. É encontrar um equilíbrio entre muito poucas e muitas medições que tornarão seu filtro eficaz. Abaixo está uma trama mostrando o efeito de um filtro médio em execução versus o sinal real de entrada.
O código utilizado para implementar a média de execução é mostrado abaixo, ele usa uma média de 3 medições para suaviir o sinal de entrada. Três medições foram escolhidas porque não havia muito ruído em sinal real de entrada, portanto, apenas algumas medições foram necessárias para suavizar o valor. Se houvesse mais ruído no sinal de entrada, seria necessário um número maior de medições. Em situações em que há um monte 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 coisa sobre implementar o feedback em seu design é que ele permite que você crie um sistema auto-automatizado que saiba onde estar para uma determinada entrada. Para utilizar o feedback do potenciômetro em um sistema automatizado você pode simplesmente comparar o seu comprimento de desejo estendido de seu atuador linear para a posição real que é dada pelo potenciômetro. Em seguida, você simplesmente precisa dizer ao seu atuador para estender ou retrair em conformidade. Apesar de utilizar o feedback do potenciômetro em um sistema automatizado, tem algumas questões que você pode precisar superar. Um deles é a questão do ruído elétrico, que foi discutido acima, o outro está sendo capaz de alcançar 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 a obtenção de resultados repetidos precisos mais difíceis. Na prática, isso significa que você terá uma margem de erro em torno de sua posição desejada, o que pode ser aceitável para o seu determinado aplicativo. Se você não precisar de posicionamentos muito precisos ou estiver substituindo um interruptor manual por um microcontrolador para automatizar o seu sistema, o feedback posicional de um potenciômetro será preciso o suficiente para você. Se você fizer necessidade de posicionamento preciso do seu atuador linear, então você pode precisar considerar outras opções de feedback para o seu atuador linear ou adicionar componentes adicionais para fornecer resultados mais confiáveis. Estes componentes incluem sensores ou switches de limite externo o que pode lhe dar um melhor indicador de posição absoluta.
Não ser capaz de atingir resultados repetidos também é uma questão quando o seu controle múltiplos atuadores lineares. Como o sinal de saída do potenciômetro é facilmente afetado por ruído elétrico, incluindo ruído elétrico dos outros atuadores, e é dependente da tensão de entrada para o potenciômetro, garantir que múltiplos atuadores lineares se movem simultaneamente pode ser desafiador. Utilizando filtros digitais, garantindo a tensão de entrada estável ao potenciômetro, e ter os fios de sinal de saída fugindo de outros componentes indutivos, todos ajudarão a garantir resultados mais repetidos. Embora, se você quiser executar vários atuadores simultaneamente, pode ser melhor verificar o outras opções de feedback para atuadores lineares.
