带视频的线性执行器的电位计反馈

电位器

电位器是可变电阻器,用于线性执行器,可根据其电阻如何变化提供位置反馈。使用电位计进行反馈的线性执行器,例如我们的 反馈杆线性执行器,将由以下3条额外的电线组成,如下所示,电线1用于输入电压,电线2是 变量 电阻,导线3接地。您可以通过测量导线2,输出和地之间的电压来读取电位计的输出,这将指示线性执行器的绝对位置。要利用此反馈,您需要使用某种类型的微控制器,例如 Arduino的,以在执行器移动时读取该位置值。

电位器接线

电位器的位置反馈

当电位计的可变电阻器随着线性致动器的移动而变化时,导线2和地之间的电压差也会变化。因此,可以轻松地在控制器的软件(例如Arduino)中处理反馈,因为您可以简单地比较导线2的接地电压。使用Arduino,可以简单地通过使用微控制器的模拟输入引脚并使用analogRead()函数从电线2读取电压来完成此操作。该示例显示了如何将Arduino连接到具有电位计反馈的线性执行器的示例。下面。

 

引脚的模拟输入 Arduino的 是模数转换器(ADC),它将线2上的模拟电压转换为10位ADC值,该值将介于0到1023之间。10位ADC值意味着转换器会将模拟信号转换为2 ^ 10或1024个不同的值,范围从0到1023。不是所有的微控制器都是10位ADC,有些是8位或16位,并且位数越多,ADC的分辨率就越高。将模拟信号转换为数字值后,要确定行程长度(如英寸)中的位置值,您将需要找到特定线性执行器的精确模拟范围,因为它的范围可能不是从0到1023。这是因为执行器内部的变速箱阻止电位计完全旋转到其极限,这意味着您需要手动确定此范围。对于下面的编码示例, 4英寸行程长度反馈杆线性执行器 在0“处的模拟值为44,在4”处的模拟值为951。使用这些值,您可以使用比率来确定笔划长度值,如下所示:

比率公式

可以将其简化为“行程长度= 0.00441 *(模拟值– 44)”,如下面的编码示例所示。您需要多久读取一次微控制器代码中的模拟值是另一个重要的考虑因素。在下面的代码示例中,只要执行器在移动,Arduino就会读取电位计并更新位置值。但是,您也可以利用内部计时器在设定的时间间隔内更新位置值,或者可以将电位计读取功能放置在代码的主循环内,然后连续更新位置值。尽管如果您计划使用控制器执行多个单独功能,则不建议使用后者。

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

处理电气噪声

电位计反馈的一个缺点是,它可能会受到电噪声的影响,并可能使您的位置值不稳定。解决此问题的一种方法是使用数字滤波器消除电噪声并获得稳定的结果。从指数滤波器到高通和带通滤波器,几乎没有几种可以使用的不同类型的滤波器,每种都有其自身的优势,但是对于许多带有线性执行器的应用,只需使用位置值的移动平均值即可。运行平均值只是最后X次测量值的平均值,以平滑输入信号。您想要平均的确切测量次数将取决于您的应用程序,您可能需要尝试使用此数字来确定最有效的方法。有几件事要注意,如果平均测量值太少,信号仍然会很嘈杂,但是如果测量值太多,则结果将远远落后于执行器的实际位置,无法使用。它会在太少和太多的测量之间找到平衡,这将使您的滤波器有效。下图显示了运行平均滤波器对实际输入信号的影响。

滤波与未滤波信号

下面显示了用于实现移动平均值的代码,它使用3次测量的平均值来平滑输入信号。之所以选择三个测量值是因为实际输入信号中没有很多噪声,因此只需进行少量测量就可以使该值平滑。如果输入信号中存在更多噪声,则将需要进行大量测量。在有很多电感性组件(即电动机)的情况下,电气噪声将是一个更大的问题。

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

利用反馈进行自动化

在设计中实现反馈的最大好处是,它允许您创建一个自动系统,该系统知道给定输入的位置。要在自动化系统中利用电位计反馈,您可以将线性执行器的所需扩展长度与电位计给定的实际位置进行比较。然后,您只需要告诉执行器相应地伸出或缩回即可。尽管在自动化系统中利用电位计反馈确实有一些问题,您可能需要克服。一个是上面讨论的电噪声问题,另一个是能够获得可重复的结果。与其他反馈选项相比,由于电位计通常对线性致动器的较小运动不敏感,因此,很难获得精确的可重复结果。实际上,这意味着您在所需位置周围会有误差,这对于您的给定应用程序是可以接受的。如果您不需要非常精确的位置,或者要用微控制器代替手动开关来使系统自动化,那么电位器的位置反馈将对您足够准确。如果确实需要通过线性执行器进行精确定位,则可能需要考虑 其他反馈选项 用于您的线性执行器或添加其他组件以提供更可靠的结果。这些组件包括传感器或 外部限位开关 这可以为您提供更好的绝对位置指标。

当您控制多个线性执行器时,无法获得可重复的结果也是一个问题。由于电位计的输出信号很容易受到电噪声(包括来自其他执行器的电噪声)的影响,并且取决于电位计的输入电压,因此要确保多个线性执行器同时运动可能是一项挑战。利用数字滤波器,确保电位计的输入电压稳定,并使输出信号线远离其他电感性组件,都将有助于确保获得更可重复的结果。虽然,如果您确实希望同时运行多个执行器,则最好检查一下 其他反馈选项 用于线性执行器。

Tags:

Share this article

精选系列

需要帮助查找正确的执行器?

我们精密地设计和制造我们的产品,以便您获得直接制造商定价。我们提供当天发货和知识渊博的客户支持。尝试使用我们的执行器计算器,以获得适合您应用的执行器帮助。