Sa modernong pang -industriya na automation at katumpakan na kontrol ng mekanikal, ang tumpak na pag -ikot ng posisyon ng pag -ikot ay mahalaga. Ang Ang pag -aatubili ng resolver , na karaniwang tinutukoy bilang isang resolver, ay isang lubos na maaasahang sensor na malawakang ginagamit sa mga motor ng servo, robotics, at iba pang mga aplikasyon na nangangailangan ng tumpak na pagpoposisyon. Ang artikulong ito ay maikling ipinakilala ang mga nagtatrabaho na mga prinsipyo ng mga resolver at kung paano nila nakamit ang pag -rotational na pagpoposisyon.
Ang isang resolver ay isang analog sensor batay sa prinsipyo ng electromagnetic induction, na may kakayahang pag -convert ng mekanikal na anggulo ng isang rotor sa mga signal ng elektrikal. Hindi tulad ng mga digital sensor tulad ng mga optical encoder, ang mga resolver ay nagbibigay ng tuluy-tuloy na mga signal ng analog para sa impormasyon sa pag-ikot ng posisyon, na nag-aalok ng mahusay na mga kakayahan sa anti-panghihimasok at pagiging maaasahan, lalo na sa mga malupit na kapaligiran.
Pangunahing istraktura at mga prinsipyo ng pagtatrabaho ng mga resolver ng pag -aatubili
Upang maunawaan kung paano nakamit ng mga resolver ng pag -aatubili ang tumpak na pagpoposisyon sa pag -ikot, mahalaga na suriin ang kanilang natatanging pisikal na istraktura. Ang mapanlikha na disenyo ng mga sensor na ito ay bumubuo ng pundasyon ng kanilang mataas na pagganap at ipinapakita ang praktikal na aplikasyon ng mga prinsipyo ng electromagnetic induction.
Rebolusyonaryong disenyo ng istruktura
Ang istraktura ng isang pag -aatubili ng resolver ay binubuo ng tatlong pangunahing sangkap: ang stator core , rotor core , at sistema ng paikot -ikot . Ang stator core ay nakalamina mula sa high-permeability silikon na mga sheet ng bakal, na may malalaking ngipin (sapatos na poste) na sinuntok sa panloob na pag-ikot, bawat isa ay nahahati pa sa pantay na spaced maliit na ngipin. Ang pag -aayos at hugis ng mga maliliit na ngipin na ito ay lubos na kinakalkula upang matiyak ang isang mainam na pamamahagi ng sinusoidal magnetic field. Ang rotor ay mas simple, na ginawa lamang ng mga ngipin na may laminations na bakal na may ngipin nang walang anumang mga paikot -ikot o mga elektronikong sangkap. Ang disenyo na 'passive ' na ito ay susi sa mataas na pagiging maaasahan ng resolver.
Ang paikot -ikot na sistema ay ganap na matatagpuan sa stator at may kasamang paggulo ng paggulo at dalawang orthogonal output windings (sine at cosine windings). Ang mga paikot -ikot na ito ay puro at ipinamamahagi ayon sa isang sinusoidal pattern upang matiyak ang mga katangian ng sinusoidal ng mga signal ng output. Kapansin-pansin, ang mga paikot-ikot na output ay nakaayos sa isang alternating at reverse-series na pagsasaayos, na epektibong pinipigilan ang harmonic na panghihimasok at pagpapabuti ng kadalisayan ng signal.
Ang pagpoposisyon ng prinsipyo batay sa pagkakaiba -iba ng pag -aatubili
Ang nagtatrabaho na prinsipyo ng isang pag -aatubili ng resolver ay umiikot sa modyul ng pag -uugali ng agwat ng agwat ng agwat . Kapag ang isang sinusoidal AC boltahe (karaniwang 7V sa 1-10kHz) ay inilalapat sa paggulo ng paggulo, ang isang alternating magnetic field ay nabuo sa stator. Ang magnetic field na ito ay dumadaan sa agwat ng hangin sa rotor. Dahil sa pagkakaroon ng mga ngipin ng rotor, ang magnetic na pag -aatubili (ang kabaligtaran ng magnetic conductance) ng magnetic circuit ay nagbabago nang paikot sa posisyon ng rotor.
Partikular, kapag ang mga ngipin ng rotor ay nakahanay sa mga ngipin ng stator, ang pag -aatubili ay nabawasan, at ang magnetic flux ay na -maximize. Sa kabaligtaran, kapag ang mga puwang ng rotor ay nakahanay sa mga ngipin ng stator, ang pag -aatubili ay na -maximize, at ang magnetic flux ay nabawasan. Para sa bawat ngipin pitch ang rotor ay lumiliko, ang air gap magnetic conductance ay nakumpleto ang isang buong ikot ng pagkakaiba -iba. Ang modyul na ito ng excitation magnetic field ay nagpapahiwatig ng mga signal ng boltahe sa mga paikot -ikot na output, ang mga amplitude kung saan nauugnay sa anggular na posisyon ng rotor.
Matematika, kung ang boltahe ng paggulo ay e₁ = e₁msinωt, ang mga boltahe ng dalawang output na paikot -ikot ay maipahayag bilang:
· Sine paikot -ikot na output: eₛ = eₛₘcosθsinΩ
· Output ng paikot -ikot na cosine: e_c = e_cmsinθsinωt
Dito, ang θ ay kumakatawan sa anggulo ng mekanikal ng rotor, at ang angular na dalas ng signal ng paggulo. Sa isip, ang Eₛₘ at E_CM ay dapat na pantay, ngunit ang mga pagpapahintulot sa pagmamanupaktura ay maaaring magpakilala ng mga error sa amplitude, na nangangailangan ng pagkakalibrate o kabayaran sa circuit.
Mga pares ng poste at kawastuhan ng pagsukat
Ang mga pares ng poste ng isang resolver ng pag -aatubili ay isang kritikal na parameter na direktang nakakaapekto sa kawastuhan at paglutas ng pagsukat nito. Ang bilang ng mga pares ng poste ay tumutugma sa bilang ng mga ngipin ng rotor at tinutukoy ang anggulo ng pag -ikot ng mekanikal na kinakailangan para sa isang kumpletong ikot ng signal ng elektrikal. Halimbawa, ang isang resolver na may 4 na mga pares ng poste ay gagawa ng 4 na mga siklo ng signal ng elektrikal bawat pag -ikot ng mekanikal, na epektibo 'pagpapalakas ' ang mekanikal na anggulo sa pamamagitan ng isang kadahilanan ng 4 para sa pagsukat.
Karaniwang mga resolver ng pag -aatubili sa saklaw ng merkado mula 1 hanggang 12 mga pares ng poste. Ang mas mataas na poste ay nagbibilang ng teoretikal na paganahin ang mas mataas na anggular na resolusyon, na may 12-post na resolver na nakamit ang ± 0.1 ° o mas mahusay na kawastuhan. Gayunpaman, ang pagtaas ng mga pares ng poste ay nagtataas din ng pagiging kumplikado sa pagproseso ng signal, na nangangailangan ng isang trade-off batay sa mga kinakailangan sa aplikasyon.
Ang pamamaraan ng pagsukat ng anggulo na ito, batay sa pagkakaiba-iba ng pag-aatubili at induction ng electromagnetic, ay nagbibigay-daan sa pag-aatubili ng mga resolver na gumana nang matatag sa isang malawak na saklaw ng temperatura (-55 ° C hanggang +155 ° C), na may mga rating ng proteksyon hanggang sa IP67 o mas mataas. Maaari silang makatiis ng malakas na mga panginginig ng boses at shocks, na ginagawang perpekto para sa hinihingi na mga kapaligiran tulad ng automotiko, aerospace, at mga aplikasyon ng militar.
Mga diskarte sa pagproseso ng signal at anggulo
Ang output ng signal ng analog sa pamamagitan ng pag -aatubili ng mga resolver ay nangangailangan ng dalubhasang mga circuit sa pagproseso upang mai -convert ang mga ito sa magagamit na impormasyon sa anggulo ng digital. Ang prosesong ito ay nagsasangkot ng kumplikadong signal conditioning at pag-decode ng mga algorithm, na kritikal para sa pagkamit ng pagpoposisyon ng mataas na katumpakan sa mga sistema ng resolver.
Mula sa mga signal ng analog hanggang sa mga digital na anggulo
Ang mga hilaw na signal mula sa isang pag -aatubili ng resolver ay dalawang sine waves (SinθsinΩt at cosθsinΩt) na na -modulate ng anggulo ng rotor. Ang pagkuha ng impormasyon ng anggulo θ ay nagsasangkot ng maraming mga hakbang sa pagproseso. Una, ang mga signal ay sumasailalim sa pag-filter ng bandpass upang alisin ang mataas na dalas na ingay at panghihimasok sa mababang dalas. Susunod, ang phase-sensitive demodulation (o kasabay na demodulasyon) ay nag-aalis ng dalas ng carrier (karaniwang 10kHz), na nagbubunga ng mga signal na may mababang dalas Sinθ at cosθ na naglalaman ng impormasyon ng anggulo.
Ang mga modernong sistema ng pag-decode ay karaniwang gumagamit ng mga digital signal processors (DSP) o dedikadong resolver-to-digital converters (RDC) para sa pagkalkula ng anggulo. Ang mga processors na ito ay gumagamit ng cordic (coordinate rotation digital computer) algorithm o arctangent operations upang mai -convert ang mga signal ng Sinθ at Cosθ sa mga halaga ng digital na anggulo. Halimbawa, ang DSPIC30F3013 microcontroller ay nagtatampok ng isang built-in na module ng ADC para sa magkakasabay na pag-sampol ng dalawang signal, na sinusundan ng mga algorithm ng software upang makalkula ang tumpak na anggulo.
Error sa kabayaran at pagpapahusay ng kawastuhan
Sa mga praktikal na aplikasyon, ang iba't ibang mga kadahilanan ay maaaring magpakilala ng mga error sa pagsukat, kabilang ang:
· Imbalance ng amplitude : Hindi pantay na mga amplitude ng mga signal ng output ng cosine (eₛₘ ≠ e_cm)
· Phase Deviation : Pagkakaiba ng Phase na Non-Toro 90 ° sa pagitan ng dalawang signal
· Harmonic Distorsyon : Pag-distorsyon ng Signal dahil sa pamamahagi ng non-sinusoidal magnetic field
· Error sa Orthogonal : Angular na paglihis na dulot ng hindi wastong pag -install ng paikot
Upang mapagbuti ang kawastuhan ng system, ang mga advanced na pag -decode ng mga circuit ay gumagamit ng iba't ibang mga diskarte sa kabayaran. Halimbawa, ang Awtomatikong Gain Control (AGC) circuit ay nagbabalanse ng mga amplitude ng dalawang signal, ang mga digital na filter ay sumugpo sa pagkagambala sa harmonic, at ang mga algorithm ng software ay nagsasama ng mga termino ng kabayaran sa error. Sa pamamagitan ng masusing disenyo at pagkakalibrate, ang mga sistema ng resolver ay maaaring makamit ang mga error sa anggulo sa loob ng ± 0.1 °, natutugunan ang mga kinakailangan ng karamihan sa mga aplikasyon ng mataas na katumpakan.
Mga uso sa mga bagong teknolohiya ng pag -decode
Ang mga pagsulong sa teknolohiya ng semiconductor ay nagmamaneho ng pagbabago sa pagproseso ng signal ng resolver. Ang mga tradisyunal na discrete-sangkap na demodulation circuit ay unti-unting pinalitan ng mga pinagsamang solusyon . Ang ilang mga bagong chips ng decoder ay nagsasama ng mga generator ng signal ng paggulo, mga circuit circuit ng signal, at mga yunit ng pagkalkula ng digital, makabuluhang pinasimple ang di
Samantala, ang decoding na tinukoy ng software ay nakakakuha ng katanyagan. Ang pamamaraang ito ay gumagamit ng computational power ng high-performance microprocessors upang maipatupad ang karamihan sa mga pag-andar sa pagproseso ng signal sa software, na nag-aalok ng higit na kakayahang umangkop at programmability. Halimbawa, ang mga parameter ng filter, mga algorithm ng kabayaran, o kahit na mga format ng data ng output ay maaaring maiakma para sa mga na -customize na solusyon sa pagsukat ng anggulo.
Kapansin -pansin na ang sistema ng pag -decode ay mahalaga tulad ng resolver mismo. Ang isang mahusay na dinisenyo na circuit circuit ay maaaring ganap na mapagtanto ang potensyal na pagganap ng resolver, habang ang isang mababang kalidad na solusyon sa pag-decode ay maaaring maging bottleneck ng buong sistema ng pagsukat. Samakatuwid, kapag pumipili ng isang solusyon sa resolver, ang pagiging tugma sa pagitan ng sensor at decoder ay dapat na maingat na isaalang -alang.
Mga kalamangan sa pagganap at mga lugar ng aplikasyon ng mga resolver ng pag -aatubili
Salamat sa kanilang natatanging mga prinsipyo sa pagtatrabaho at disenyo ng istruktura, ang pag -aatubili ng mga resolver ay nagpapalabas ng mga tradisyunal na sensor ng posisyon sa ilang mga pangunahing sukatan ng pagganap. Ang mga pakinabang na ito ay ginagawang piniling pinili para sa pagtuklas ng anggulo sa maraming hinihiling na pang -industriya na aplikasyon.
Komprehensibong pagganap na higit sa mga tradisyonal na sensor
Kumpara sa mga tradisyunal na aparato ng pagtuklas ng posisyon tulad ng mga optical encoder at sensor ng Hall, ang mga resolver ng pag-aatubili ay nagpapakita ng mga pakinabang sa pagganap ng lahat:
· Pambihirang kakayahang umangkop sa kapaligiran : nagpapatakbo ng stably sa mga temperatura na mula sa -55 ° C hanggang +155 ° C, na may mga rating ng proteksyon hanggang sa IP67 o mas mataas, at maaaring makatiis ng malakas na mga panginginig ng boses at shocks (halimbawa, malupit na mga kapaligiran tulad ng mga automotive engine compartment).
· Walang contact na mahabang habang buhay : Ang kawalan ng mga paikot -ikot o brushes sa rotor ay nag -aalis ng mekanikal na pagsusuot, na nagpapagana ng isang teoretikal na habang -buhay na libu -libong oras.
· Ultra-high-speed Response : Sinusuportahan ang bilis ng hanggang sa 60,000 rpm, na higit sa mga limitasyon ng karamihan sa mga optical encoder.
· Ganap na Pagsukat sa Posisyon : Nagbibigay ng ganap na impormasyon ng anggulo nang hindi nangangailangan ng isang sanggunian, na naghahatid ng data ng posisyon kaagad sa power-up.
· Malakas na kakayahan ng anti-panghihimasok : Batay sa electromagnetic induction, hindi ito insensitive sa alikabok, langis, kahalumigmigan, at panlabas na magnetic field.
Mga pangunahing aplikasyon sa mga bagong sasakyan ng enerhiya
Sa bagong industriya ng sasakyan ng enerhiya, ang mga resolver ng pag -aatubili ay naging pamantayang ginto para sa pagtuklas sa posisyon ng motor. Malawakang ginagamit ang mga ito sa drive motor control system ng Battery Electric Vehicles (BEV) at Hybrid Electric Vehicles (HEV), na may mga pangunahing pag -andar kabilang ang:
· Deteksyon ng Posisyon ng Rotor : Nagbibigay ng tumpak na impormasyon ng anggulo ng rotor para sa kontrol ng vector ng permanenteng magnet na magkasabay na motor (PMSM).
· Pagsukat ng bilis : Kinakalkula ang bilis ng motor mula sa rate ng pagbabago ng anggulo, na nagpapagana ng kontrol ng bilis ng bilis ng lo-loop.
· Electric Power Steering (EPS) : Nakita ang anggulo ng manibela upang maihatid ang tumpak na tulong sa pagpipiloto.
Pang -industriya Automation at Espesyal na Aplikasyon
Higit pa sa sektor ng automotiko, ang mga resolver ng pag -aatubili ay malawakang ginagamit sa pang -industriya na automation:
· Mga tool sa CNC Machine : Pagpoposisyon ng Spindle at Pagsukat ng anggulo ng Axis ng Feed.
· Mga Robot Joints : tumpak na kontrol ng mga paggalaw ng robotic braso.
· Makinarya ng Tela : Kontrol ng pag -igting ng sinulid at pagtuklas ng anggulo ng anggulo.
· Mga machine ng paghubog ng iniksyon : Pagmamanman at kontrol ng posisyon ng tornilyo.
· Militar at Aerospace : Radar Antenna Positioning, Missile Rudder Control, at iba pang mga application na Extreme-Environment.
Sa high-speed rail at riles ng tren, ang mga resolver ng pag-aatubili ay ginagamit para sa bilis ng motor ng traksyon at pagtuklas ng posisyon, kung saan ang kanilang mataas na pagiging maaasahan at mga tampok na walang pagpapanatili ay makabuluhang bawasan ang mga gastos sa lifecycle. Ang mga malupit na kapaligiran tulad ng makinarya ng pagmimina (halimbawa, mga sasakyan sa transportasyon sa ilalim ng lupa at mga motor ng belt belt) ay lalong nagpatibay ng mga resolver ng pag -aatubili upang palitan ang mga tradisyonal na sensor.
Sa pagdating ng industriya 4.0 at matalinong pagmamanupaktura, ang mga resolver ng pag -aatubili ay umuusbong patungo sa mas mataas na katumpakan, mas maliit na sukat, at higit na katalinuhan. Ang mga susun
Mga hamon sa teknikal at mga uso sa hinaharap para sa mga resolver ng pag -aatubili
Sa kabila ng kanilang natitirang pagganap at pagiging maaasahan sa iba't ibang larangan, ang mga resolver ng pag -aatubili ay nahaharap pa rin sa mga hamon sa teknikal at nagpapakita ng malinaw na mga direksyon sa pagbabago.
Umiiral na mga teknikal na bottlenecks at solusyon
Ang mataas na mga kinakailangan sa katumpakan ng pagmamanupaktura ay isang pangunahing hamon para sa mga resolver ng pag -aatubili. Ang katumpakan ng machining ng mga ngipin ng stator, paikot -ikot na pagkakapareho ng pamamahagi, at rotor dynamic na balanse ay direktang nakakaapekto sa kawastuhan at pagganap ng sensor. Para sa mga resolusyon ng high-precision na may maraming mga pares ng poste (halimbawa, 12 mga pares ng poste), kahit na ang mga error sa pagmamanupaktura ng antas ng micron ay maaaring humantong sa hindi katanggap-tanggap na mga error sa phase o phase. Ang mga solusyon sa isyung ito ay kasama ang:
· Pag-ampon ng mga high-precision stamping molds at awtomatikong proseso ng paglalamina upang matiyak ang pagkakapare-pareho at kawastuhan ng slot ng ngipin sa core.
· Nagpapakilala ng hangganan na elemento ng magnetic field analysis upang ma -optimize ang magnetic circuit design at magbayad para sa mga pagpapahintulot sa pagmamanupaktura.
· Pagbuo ng mga algorithm ng kompensasyon sa sarili upang awtomatikong iwasto ang likas na mga error sa sensor sa panahon ng pagproseso ng signal.
Ang isa pang hamon ay ang pagiging kumplikado ng pagsasama ng system . Bagaman ang resolver mismo ay may isang simpleng istraktura, ang isang kumpletong sistema ng pagsukat ay may kasamang mga subsystem tulad ng mga suplay ng kuryente, signal conditioning circuit, at pag -decode ng mga algorithm, na maaaring maging mga bottlenecks kung hindi maganda dinisenyo. Upang matugunan ito, ang industriya ay lumilipat patungo sa mga pinagsamang solusyon :
· Pagsasama ng mga generator ng paggulo, signal conditioning, at pag -decode ng mga circuit sa isang solong chip upang gawing simple ang disenyo ng system.
· Pagbuo ng mga pamantayang interface (halimbawa, SPI, maaari) para sa walang tahi na pagsasama sa mga pangunahing magsusupil.
· Nagbibigay ng komprehensibong mga kit ng pag -unlad, kabilang ang mga disenyo ng sanggunian, mga aklatan ng software, at mga tool sa pagkakalibrate.
Mga direksyon ng Innovation at mga uso sa hinaharap
Ang makabagong materyal ay magdadala ng mga breakthrough ng pagganap sa mga resolver ng pag -aatubili. Ang mga bagong malambot na magnetic composite (SMC) na may three-dimensional isotropic magnetic properties ay maaaring mai-optimize ang pamamahagi ng magnetic field at mabawasan ang maharmonya na pagbaluktot. Samantala, ang mga mataas na temperatura-matatag na mga materyales na insulating at mga coatings na lumalaban sa kaagnasan ay magpapalawak ng saklaw ng kapaligiran ng sensor.
Ang katalinuhan ay isa pang kritikal na direksyon para sa mga resolver sa pag -aatubili sa hinaharap. Sa pamamagitan ng pagsasama ng mga microprocessors at mga interface ng komunikasyon, maaaring makamit ang mga resolver:
· Mga pag-andar sa sarili-diagnostic : Pagsubaybay sa real-time na kalusugan ng sensor at natitirang hula ng habang-buhay.
· Ang kabayaran sa adaptive : awtomatikong pagsasaayos ng mga parameter ng kabayaran batay sa mga pagbabago sa kapaligiran (halimbawa, temperatura).
· Mga interface ng network : Suporta para sa mga advanced na protocol ng komunikasyon tulad ng pang -industriya na Ethernet, na pinadali ang pagsasama sa mga sistemang pang -industriya na IoT (IIOT).
Sa mga tuntunin ng pagpapalawak ng aplikasyon , ang mga resolver ng pag-aatubili ay sumusulong sa dalawang direksyon: patungo sa mga application na mas mataas na dulo ng katumpakan (halimbawa, kagamitan sa pagmamanupaktura ng semiconductor, mga medikal na robot) na nangangailangan ng higit na resolusyon at pagiging maaasahan, at patungo sa mas matipid at laganap na mga aplikasyon (hal., Mga kasangkapan sa sambahayan, mga tool ng kapangyarihan) sa pamamagitan ng pinasimple na mga disenyo at paggawa ng masa upang mabawasan ang mga gastos.
Ang isang partikular na kapansin-pansin na takbo ay ang aplikasyon ng mga resolver ng pag-aatubili sa mga susunod na henerasyon na mga bagong sasakyan ng enerhiya . Habang ang mga sistema ng motor ay umuusbong patungo sa mas mataas na bilis at pagsasama, ang mga sensor ng posisyon ay dapat matugunan ang higit na hinihingi na mga kinakailangan:
· Suporta para sa mga ultra-high na bilis na higit sa 20,000 rpm.
· Tolerance para sa temperatura sa itaas ng 150 ° C.
· Kakayahan sa mga disenyo ng sealing ng langis na pinalamig ng langis.
· Mas maliit na mga sukat ng pag -install at mas magaan na timbang.
Standardisasyon at pag -unlad ng industriyalisasyon
Tulad ng pagtanda ng teknolohiya ng pag -aatubili, ang mga pagsisikap sa pamantayan ay sumusulong din. Itinatag ng Tsina ang pambansang pamantayan tulad ng GB/T 31996-2015 Pangkalahatang mga pagtutukoy ng teknikal para sa mga resolver na ayusin ang mga sukatan ng pagganap ng produkto at mga pamamaraan ng pagsubok. Sa mga tuntunin ng industriyalisasyon, ang teknolohiya ng resolver ng pag -aatubili ng Tsino ay umabot sa internasyonal na mga antas ng advanced.
Nahahanap na sa pag -unlad ng teknolohikal at industriyalisasyon, ang mga resolver ng pag -aatubili ay papalitan ng mga tradisyonal na sensor sa mas maraming larangan, na nagiging pangunahing solusyon para sa pag -ikot ng posisyon ng pag -ikot at pagbibigay ng kritikal na suporta sa teknikal para sa pang -industriya na automation at pag -unlad ng bagong sasakyan.
