帶視頻的線性執行器的電位計反饋

電位器

電位器是可變電阻器,用於線性執行器,可根據其電阻如何變化提供位置反饋。使用電位計進行反饋的線性執行器,例如我們的 反饋桿線性執行器,將由以下3條額外的電線組成,如下所示,電線1用於輸入電壓,電線2是 變量 電阻,導線3接地。您可以通過測量導線2,輸出和地之間的電壓來讀取電位計的輸出,這將指示線性執行器的絕對位置。要利用此反饋,您需要使用某種類型的微控制器,例如 Arduino的,以在執行器移動時讀取該位置值。

電位器接線

電位器的位置反饋

當電位計的可變電阻器隨著線性致動器的移動而變化時,導線2和地之間的電壓差也會變化。因此,可以輕鬆地在控制器(如Arduino)的軟件中處理反饋,因為您可以簡單地比較導線2到地面的輸出電壓。使用Arduino,可以簡單地通過使用微控制器的模擬輸入引腳並使用analogRead()函數從電線2讀取電壓來完成。顯示瞭如何將Arduino連接到具有電位計反饋的線性執行器的示例。下面。

 

引腳的模擬輸入 Arduino的 是模數轉換器(ADC),它將線2上的模擬電壓轉換為10位ADC值,該值將介於0到1023之間。10位ADC值意味著轉換器會將模擬信號轉換為2 ^ 10或1024個不同的值,範圍從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,並且位數越多,ADC的分辨率就越高。將模擬信號轉換為數字值後,要確定行程長度(如英寸)中的位置值,您將需要找到特定線性執行器的精確模擬範圍,因為它的範圍可能不是從0到1023。這是因為執行器內部的變速箱阻止電位計完全旋轉到其極限,這意味著您需要手動確定此範圍。對於下面的編碼示例, 4英寸衝程長度反饋桿線性執行器 在0“處的模擬值為44,在4”處的模擬值為951。使用這些值,您可以使用比率來確定筆劃長度值,如下所示:

比率公式

可以將其簡化為“行程長度= 0.00441 *(模擬值– 44)”,如下面的編碼示例所示。您需要多久讀取一次微控制器代碼中的模擬值是另一個重要的考慮因素。在下面的代碼示例中,只要執行器在移動,Arduino就會讀取電位計並更新位置值。但是,您也可以使用內部計時器在設定的時間間隔內更新位置值,或者可以將電位計讀取功能放置在代碼的主循環內,然後連續更新位置值。儘管如果您計劃使用控制器執行多個單獨功能,則不建議使用後者。

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

處理電氣噪聲

電位計反饋的一個缺點是,它可能會受到電噪聲的影響,並可能使您的位置值不穩定。解決此問題的一種方法是使用數字濾波器消除電噪聲並獲得穩定的結果。從指數濾波器到高通和帶通濾波器,幾乎沒有幾種可以使用的不同類型的濾波器,每種都有其自身的優勢,但是對於許多帶有線性執行器的應用,只需使用位置值的移動平均值即可。運行平均值只是最後X次測量值的平均值,以平滑輸入信號。您想要平均的確切測量次數將取決於您的應用程序,您可能需要嘗試使用此數字來確定最有效的方法。需要注意的是,如果平均測量值太少,信號仍然會很嘈雜,但是如果測量值太多,則結果將遠遠落後於執行器的實際位置,無法使用。它在太少和太多的測量之間找到平衡,這將使您的濾波器有效。下圖顯示了運行平均濾波器對實際輸入信號的影響。

濾波與未濾波信號

下面顯示了用於實現移動平均值的代碼,它使用3次測量的平均值來平滑輸入信號。之所以選擇三項測量是因為實際輸入信號中沒有很多噪聲,因此僅需進行少量測量就可以平滑該值。如果輸入信號中存在更多噪聲,則將需要進行大量測量。在有很多電感性組件(即電動機)的情況下,電氣噪聲將是一個更大的問題。

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

利用反饋進行自動化

在設計中實現反饋的最大好處是,它允許您創建一個自動系統,該系統知道給定輸入的位置。要在自動化系統中利用電位計反饋,您可以簡單地將線性執行器的所需擴展長度與電位計給定的實際位置進行比較。然後,您只需要告訴執行器相應地伸出或縮回即可。儘管在自動化系統中利用電位計反饋確實有一些問題,您可能需要克服。一個是上面討論的電噪聲問題,另一個是能夠獲得可重複的結果。與其他反饋選項相比,由於電位計通常對線性致動器的較小運動不敏感,因此,很難獲得精確的可重複結果。實際上,這意味著您在所需位置周圍會有誤差,這對於您的給定應用程序是可以接受的。如果您不需要非常精確的位置,或者要用微控制器代替手動開關來使系統自動化,那麼電位器的位置反饋將對您足夠準確。如果確實需要通過線性執行器進行精確定位,則可能需要考慮 其他反饋選項 用於您的線性執行器或添加其他組件以提供更可靠的結果。這些組件包括傳感器或 外部限位開關 這可以為您提供更好的絕對位置指標。

當您控制多個線性執行器時,無法獲得可重複的結果也是一個問題。由於電位計的輸出信號很容易受到電噪聲(包括來自其他執行器的電噪聲)的影響,並且取決於電位計的輸入電壓,因此要確保多個線性執行器同時運動可能是一項挑戰。利用數字濾波器,確保電位計的輸入電壓穩定,並使輸出信號線遠離其他電感性組件,都將有助於確保更可重複的結果。雖然,如果您確實希望同時運行多個執行器,則最好檢查一下 其他反饋選項 用於線性執行器。

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