Заманауи өнеркәсіптік автоматтандыру және дәлдікте механикалық бақылауда дәл айналуды дәл анықтау өте маңызды. Та Жиі, жатқызылған шешілім , әдетте, дұрыс деп аталады, сервоктағы, робототехникада және дәл орналастыруды қажет ететін басқа да қосымшаларда кеңінен қолданылатын өте сенімді датчик. Бұл мақала шешушілердің жұмыс принциптерін және олардың айналмалы позицияға қалай қол жеткізетінін қысқаша енгізеді.
Шешім - бұл ротордың механикалық бұрышын электр сигналдарына айналдыруға қабілетті электромагниттік индукция принципіне негізделген аналогтық сенсор. Оптикалық кодтар сияқты сандық сенсорлардан айырмашылығы, шешімдер ошақтайтын позиция туралы ақпараттың үздіксіз аналогты сигналдарын ұсынады, әсіресе араласуға қарсы мүмкіндіктер мен сенімділік, әсіресе қатал ортада.
Негізгі құрылымы және құлықсыз қалған шешімдердің жұмыс принциптері
Шешімдердің алдын-алудың құлықсыздығы нақты ротациялық позицияға қалай қол жеткізуге болатынын түсіну үшін олардың ерекше физикалық құрылымына өкіл келуі керек. Бұл сенсорлардың керемет дизайны олардың жоғары көрсеткіштерінің негізін құрайды және электромагниттік индукция принциптерін практикалық қолдануды көрсетеді.
Революциялық құрылымдық дизайн
Қабылданбаушылықтың құрылымы үш негізгі компоненттен тұрады: статордың негізгі , роторы және орамалы жүйе . Стератор өзегі ішкі айналмалы силикон болаттан жасалған, үлкен тістері бар (полюсті аяқ киім) ішкі шеңберлерден ламинатталған, олардың әрқайсысы бірден біркелкі кеңістікке бөлінеді. Осы кішкентай тістердің орналасуы мен формасы идеалды синусоидалы магнит өрісін қамтамасыз ету үшін мұқият есептеледі. Ротор қарапайым, қарапайым, тек қана кремний болаттан жасалған ламиналардан жасалған, ешқандай орамаларсыз немесе электронды компоненттерсіз. Бұл «Пассивті » дизайны - бұл шешушінің жоғары сенімділігінің кілті.
Орам жүйесі толығымен статорда орналасқан және қозудың және екі ортогоналды шығыс орамаларын қамтиды (синус және косиндік орамалар). Бұл орамалар шығыс сигналдарының синусоидалық сипаттамаларын қамтамасыз ету үшін синусоидалы үлгі бойынша шоғырланған және таратылады. Айта кетейік, шығыс орамалары ауыспалы және кері конфигурацияда, гармоникалық кедергілерді тиімді басатын және сигналдың тазалығын жақсартуда орналастырылған.
Позициялау принципі құлықсыз өзгерістерге негізделген
Құлыпталмаған шешендің жұмыс принципі ауа саңылауларының айналасында магниттік өткізгіштік модуляциясы . Қашан синусоидалы айнымалы токтың кернеуі (әдетте 1-10 кГц) қозудың басталуына қолданылады, стерломераторда ауыспалы магнит өрісі пайда болады. Бұл магнит өрісі ауа саңылауынан роторға өтеді. Ротор тістерінің болуына байланысты магнит тізбегінің магниттік құлықсыздығы (магниттік өткізгіштің кері) ротордың позициясымен циклді өзгереді.
Атап айтқанда, ротор тістері статор тістерімен тураланған кезде, құлықсыздық азайтылады, ал магниттік ағын ұлғайтылады. Керісінше, ротордың саңылаулары статор тістеріне тураланған кезде, құлықсыздық максималды, ал магнит ағыны азайтылады. Ротордың әрбір тістері үшін, ауа саңылауы магниттік өткізгіштік вариацияның толық циклін аяқтайды. Қозу магнит өрісінің модуляциясы шығыс орамаларындағы кернеу сигналдарын, оның амплитудаларының ротордың бұрыштық позициясына сәйкес келеді.
Математиялық, егер қозу кернеуі e₁ = e₁msinωt болса, екі шығыс орамасының кернеуі келесідей болуы мүмкін:
· Sinine Wisting Шығуы: eₛ = eₛₘcosθsinωt
· Косиндік орамалды шығару: e_c = e_cmmsinθsinωt
Міне, θ ротордың механикалық бұрышын білдіреді, ал ωiss қозу сигналының бұрыштық жиілігі. Ең дұрысы, eₛₘ және e_cm тең болуы керек, бірақ өндірістік төзімділігі амплитудалық қателіктерді калибрлеуді немесе тізбекті өтеуді қажет етуі мүмкін.
Полюс жұптары және өлшеу дәлдігі
параметр . Құлыпталмаған шешілімдердің полюсі жұбы - бұл оның өлшеу дәлдігі мен ажыратымдылығына тікелей әсер ететін маңызды Полюя жұптарының саны роторлы тістердің санына сәйкес келеді және электр сигналының толық циклы үшін қажет механикалық айналу бұрышын анықтайды. Мысалы, 4 полюс жұптары бар Resolver бағдарламасы 4 электрлік сигналдық цикл, тиімді «күшейтетін » механикалық бұрышы 4 өлшеу үшін механикалық бұрышта.
1-ден 12 полюсті жұпқа дейін нарықтағы жалпы құлықсыз шешімдер. Жоғары полюстердің саны теориялық тұрғыдан жоғары бұрыштық ажыратымдылықты, ал 12-полюсті шешуге ± 0,1 ° немесе жақсы дәлдікке ие. Алайда, полюстің жұптарын өсіру сонымен қатар, сигналды өңдеудің күрделілігін арттырады, бұл сауалнаманы қажет етеді.
Бұл бұрышты өлшеу әдісі, құлықсыз өзгерістер мен электромагниттік индукцияға негізделуге рұқсатсыз шешуге құлықсыз шешуге мүмкіндік береді (-55 ° C-тан + 155 ° C-қа + 155 ° C), олар IP67 немесе одан жоғары деңгейге дейін. Олар күшті тербелістер мен күйзелістерге төтеп бере алады, оларды автомобиль, аэроғарыш және әскери қосымшалар сияқты орталар үшін өте ыңғайлы етеді.
Сигналды өңдеу және бұрандаларды есептеу әдістері
Аналогтық сигналдар Қабылданбаушылардан шығарып алушылардан оларды қолданыстағы өңдеу тізбектерін қажет етілетін сандық бұрыштық ақпаратқа айналдыруды қажет етеді. Бұл процесс шешімдер жүйелерінде жоғары дәлдікке қол жеткізу үшін маңызды болып табылатын алгоритмдерді кешенді сигнал беру және декодтауды қамтиды.
Аналогтық сигналдардан сандық бұрыштарға дейін
Құлыптанатын шешілмейтін шикі сигналдар - екі Sine Sine толқыны (SinθSinωt және cosθsinωt) роторлы бұрышпен моделенген. Бұрыш туралы ақпаратты алу θ бірнеше өңдеу қадамдарын қамтиды. Біріншіден, сигналдар диодызды сүзгілеуден өтеді. жоғары жиілікті шу мен төмен жиіліктегі кедергілерді жою үшін Әрі қарай, фазалық-сезімтал демодуляция (немесе синхронды демодуляция) Тасымалдаушының жиілігін (әдетте 10 кГц) жояды, бұл төменгі жиілік сигналдарын береді, бұл төменгі жиілік сигналдарын береді және бұрыштық ақпарат бар.
Қазіргі заманғы декодтау жүйелері, әдетте, сандық сигналдық процессорларды (DSP) немесе бұршақ есептеу үшін арнайы синвер-цифрлық түрлендіргіштерді (RDC) пайдаланады. Бұл процессорлар Sinθ және Cosθ сигналдарын сандық бұрыштық мәндерге түрлендіру үшін кальций (координат айналу цифрлық компьютерлері) немесе Arctangent Operations қолданады. Мысалы, DSPIC30F3013 микроконтроллерінде екі сигналды синхронды сынама алу үшін кірістірілген ADC модулі, содан кейін дәл бұрышты есептеу үшін бағдарламалық алгоритмдер бар.
Қателерді өтеу және дәлдік жетілдіру
Практикалық қосымшаларда әр түрлі факторлар өлшеу қателерін енгізе алады, соның ішінде:
· Амплитудалық теңгерімсіздік:
синус және косинустың шығу сигналдарының тең емес амплитудалары (eₛₘ≠ e_cm)
· Фазалық ауытқу:
екі сигнал арасындағы 90 ° идеалды емес айырмашылық
Гармоникалық бұрмалау:
синусоидалы емес магнит өрісін таратуға байланысты сигналдық бұрмалау
· Орттрогональды қате:
Бұрғылық ауытқуы, бұрышты ауытқу, дәлдікпен орнатудан туындаған
Жүйенің дәлдігін жақсарту үшін, жетілдірілген декодтау тізбектері әр түрлі сыйақы техникасына қолданылады. Мысалы, автоматты түрде бақылау (AGC) тізбектері екі сигналдың амплитудасы, сандық сүзгілер гармоникалық кедергілерді басады, ал бағдарламалық алгоритмдер қателерді өтеу шарттарын қамтиды. Мұқият дизайн және калибрлеумен, Resolver Systems көптеген жоғары дәлдіктегі қосымшалардың талаптарына сәйкес ± 0,1 ° ішінде бұрышты қателерге қол жеткізе алады.
Жаңа декодтау технологияларындағы тенденциялар
Жартылай өткізгіш технология бойынша аванстар шешілімдерді шешуге арналған инновациялар болып табылады. Дискретті-компоненттерді демодуляцияның дәстүрлі тізбектері біртіндеп біртіндеп алмастырылады біріктірілген шешімдермен . Кейбір жаңа декодер чиптері қоздыру сигнал генераторларын, сигнал жайлайтын тізбектерді және сандық есептеу қондырғыларын, жүйелік дизайнды айтарлықтай жеңілдетеді.
Сонымен бірге, бағдарламалық жасақтама анықталған декодтау танымал болуда. Бұл тәсіл жоғары сапалы микропроцессорлардың есептеу қуатын қолданады, бұл бағдарламалық жасақтамада көптеген сигналдарды өңдеу функцияларын, үлкен икемділік пен бағдарламалық қамтамасыз етуді ұсынады. Мысалы, сүзгі параметрлері, өтемақы алгоритмдері немесе тіпті шығыс алгоритмдері немесе тіпті шығыс бұрыштарын реттеуге арналған бұрышты өлшеу шешімдері үшін реттеуге болады.
Айта кету керек, декодтау жүйесі шешілімді шешуде өте маңызды. Жақсы ойластырылған декодтау тізбегі оң сапалы декодтау ерітіндісі барлық өлшеу жүйесінің бұзылуына айналуы мүмкін. Сондықтан, шешімді ерітінді таңдағанда, сенсор мен декодер арасындағы үйлесімділік мұқият қарастырылуы керек.
Қымбатсызданған шешімдердің артықшылықтары мен қолданылу бағыттары
Олардың бірегей жұмыс принциптері мен құрылымдық дизайнының арқасында құлықсыздық қаупі бірнеше негізгі көрсеткіштер бойынша дәстүрлі позиция датчиктерінен асып түседі. Бұл артықшылықтар оларды көптеген талапшылдық өнеркәсіптік қосымшаларда бұршақты анықтау үшін таңдаулы таңдау жасайды.
Дәстүрлі сенсорлардың жан-жақты артықшылығы
Оптикалық кодерлер мен залдың датчиктері сияқты дәстүрлі анықтау құрылғыларымен салыстырғанда, құлықсыз шешімдер барлық өнімділіктің артықшылықтары:
Ақсайдың ерекше бейімділігі:
температурада -55 ° C-қа дейін, + 155 ° C-қа дейін, IP67 немесе одан жоғары, қорғаныс рейтингі бар және күшті дірілдер мен соққылармен (мысалы, автомобиль қозғалтқыштары сияқты қатал орталар) төтеп бере алады.
· Байланыссыз ұзақ қызмет ету (
ротордағы орамалар мен щеткалардың жоқтығы механикалық тозуды жояды, теориялық тұрғыдан ондаған мың сағатты алады.
· Ультра жоғары жылдамдықты жауап:
60 000-ға дейін RPM жылдамдығын арттырады, бұл көптеген оптикалық кодерлер шегінен асады.
· Абсолютті позицияны өлшеу:
анықтамалық нүктеден талап етпестен абсолютті бұрышпен қамтамасыз етеді, Pownate деректерін қуат көзі дереу қуат беру.
· Керісілділікке қарсы күшті мүмкіндік:
Электромагниттік индукцияға негізделген, ол шаң, май, ылғалдылық және сыртқы магнит өрістеріне сезімтал емес.
Жаңа энергетикалық көліктердегі негізгі өтінімдер
Жаңа энергетикалық автомобильдер саласында құлықсыздық қаупі мотор қызметін анықтау үшін алтын стандартқа айналды . Олар батарея электромобильдерінің (BEV) және гибридті электр машиналарының (HEV) қозғалтқыш жүйелерінде, негізгі функциялары бар автомобильдерді басқару жүйелерінде кеңінен қолданылады, соның ішінде:
· Ротордың орнын анықтау:
тұрақты магниялық синхронды мотоцикстердің векторлық бақылауы үшін нақты роторлы білімді ұсынады (PMSMS).
· Жылдамдық өлшеу:
Жабық-цикл жылдамдығын бақылауды қосу, қозғалтқыштың жылдамдығынан мотор жылдамдығын есептейді.
Электр қуатын басқару (EPS):
Дәл басқарушы көмек көрсету үшін рульдік доңғалақты бұрыштарды анықтайды.
Өнеркәсіптік автоматика және арнайы қосымшалар
Автомобиль секторынан тыс, құлықсыз шешімдер өндірістік автоматтандыруда да кеңінен қолданылады:
· CNC станоктары:
шпиндельді орналастыру және жемшөптің осьтік бұрышын өлшеу.
Робот буындары:
қолдың роботты қозғалыстарын нақты бақылау.
Тоқыма техникасы:
иірілген кернеуді басқару және оразаның бұрышты анықтау.
· Инъекцияның қалыптау машиналары:
бұрандалы позицияны бақылау және бақылау.
Әскери және аэроғарыш:
радар антеннасының орналасуы, зымырандық рульді басқару және басқа экстремалды орталар.
Жоғары жылдамдықты теміржол және теміржол транзитінде құлаққосақтамаушылар мотор жылдамдығы мен позицияны анықтау үшін пайдаланылады, олар жоғары сенімділігі мен техникалық қызмет көрсетусіз ерекшеліктері өмірлік цикл бойынша шығындарды едәуір төмендетеді. Тау-кен машиналары сияқты қатал орталар (мысалы, жер асты көмір көмір көмір көмірлері және конвейер таспасы) дәстүрлі датчиктерді ауыстыруға құлықсыздық қаупі бар.
Саланың 4,0 және ақылды өндірісінің пайда болуымен құлықсыздық қаупі жоғары дәлдікке, кіші және үлкен интеллектке қарай дамып келеді. Келесі буын өнімдері моторлы редуктор-жетектің интеграцияланған дизайнымен үйлесімділікке, сондай-ақ майлы салқындатылған жүйелердің талаптарын қанағаттандыру үшін жоғары температуралы және жоғары температуралы төзімді нұсқалармен үйлесімділікке назар аударады. Сонымен қатар, сымсыз берілу және өзін-өзі диагностикалау мүмкіндігі болашақ бағытқа айналады, әрі қарай олардың қолданылу аясы кеңейеді деп күтілуде.
Техникалық міндеттер және құлдырау қаулыларының болашақтағы тенденциялары
Олардың әр түрлі саладағы керемет көрсеткіштері мен сенімділігіне қарамастан, құлықсыз шешімдер әлі де техникалық қауіп-қатерлерге тап болып, нақты инновациялық бағыттарды көрсетеді.
Қолданыстағы техникалық қиындықтар мен шешімдер
Жоғары дайындық дәлдікке қойылатын талаптар - құлықсыз кеткендер үшін үлкен міндет. Стератор тістерінің дұрыстығы, орамалы таратудың біркелкілігі және роторлы динамикалық баланс сенсордың дәлдігіне және өнімділігіне тікелей әсер етеді. Бірнеше полюс жұптары бар жоғары дәлдіктер үшін (мысалы, 12 полюс жұп), тіпті микрон деңгейіндегі өндірістік қателіктер де қолайсыз амплитуда немесе фазалық қателерге әкелуі мүмкін. Осы мәселенің шешімдері:
· Жоғары дәлдікті штамптау қалыптарын және тістіліктің дәлдігін және тіс слотының дәлдігін қамтамасыз ету үшін.
· енгізу . магнит өрісін талдауды Магниттік схемалық дизайнды оңтайландыру және өндірістік төзімділікті өтеу үшін
Сигналды өңдеу кезінде сенсорлық сенсордың қателіктерін автоматты түрде түзету үшін жасау өзін-өзі өтеу алгоритмдерін .
Тағы бір қиындық - жүйелік интеграция күрделілігі . Ресурстардың өзі қарапайым құрылымға ие болса да, өлшеу жүйесінде толықтай жүйе кіреді, мысалы, қозу қуат көздері, сигналдарды жайлау тізбектері, алгоритмдер, олар нашар жасалған, олар нашар ойластырылған алгоритмдер. Бұл туралы хабарласу үшін сала бағытталған біріктірілген шешімдерге :
Жүйелік дизайнды жеңілдету үшін қозу генераторларын, сигналдарды кондиционерлеуді және схемаларды бір чипке қосу және декодтау.
Негізгі контроллерлермен біркелкі интеграциялау үшін стандартталған интерфейстер (мысалы, SPI, CAN) әзірлеу.
· Жан-жақты даму жиынтығын, соның ішінде анықтамалық дизайн, бағдарламалық кітапханалар және калибрлеу құралдары.
Инновациялық бағыттар және болашақ тенденциялар
Материалдық-инновациялар құлдыраушылардан бас тарту үшін жетістіктер әкеледі. Үш өлшемді изотропты магниттік қасиеттері бар жаңа жұмсақ магниттік композиттер (SMCS) магнит өрісін таратуды оңтайландырады және гармоникалық бұрмалануды азайтады. Сонымен бірге, жоғары температуралы тұрақты оқшаулағыш материалдар мен коррозияға төзімді жабындар сенсордың операциялық ортасының диапазонын кеңейтеді.
Интеллект - бұл болашақ құлықсыз қалған шешімдердің тағы бір маңызды бағыты. Микропроцессорлар мен байланыс интерфейстерін біріктіру арқылы шешімдер:
· Өзін-өзі диагностикалық функциялар:
сенсорлық денсаулықты нақты уақыт режимінде бақылау және өмір сүру ұзақтығын болжау.
· Бейімделулік өтемақы:
қоршаған ортаға өзгерістерге негізделген өтемақы параметрлерін автоматты түрде түзету (мысалы, температура).
Желілік интерфейстер:
өндірістік Ethernet сияқты озық байланыс хаттамаларын қолдау, өндірістік Ethernet, өндірістік IOT (IOT) жүйелеріне интеграциялану.
тұрғысынан Өтінімдерді кеңейту құлаққосақтамаушылар екі бағытта: жоғары дәлдікке ие: жоғары дәлдікке ие : жоғары дәлдікті қолдануға, сонымен қатар, шығындарды азайту үшін жеңілдетілген конструкциялар мен жаппай өндіріс арқылы жеңілдетілген және кең таралған қосымшалар (мысалы, тұрмыстық техника, электр құралдары).
Ерекше үрдіс, жаңа энергетикалық шешімдерді келесі буынның жаңа энергетикалық көліктерінде қолдану . Автокөлік жүйелері жоғары жылдамдыққа және интеграцияға қарай дамып келе жатқандықтан, позиция сенсорлары талап етілетін талаптарға жауап беруі керек:
· Ультра жоғары жылдамдықты қолдау 20 000 айн / мин.
150 ° C-тан жоғары температураға төзімділік.
· Мұнай салқындатылған жүйені тығыздау дизайнымен үйлесімділік.
· Орнатудың кіші өлшемдері және жеңіл салмағы.
Стандарттау және индустрияландыру барысы
Рұқсаныссыз қалаусыз технологиялар пісіп, стандарттау жұмыстары да алға жылжуда. Қытай құрды GB / T 31996-2015 сияқты ұлттық стандарттарды, мысалы, өнімді тиімділік метражын және тестілеу әдістерін реттеу үшін шешімдерге арналған жалпы техникалық сипаттамалар . Индустрияландыру тұрғысынан қытайлық құлықсыздық изоляциясы халықаралық деңгейге жетті.
Технологиялық прогресс және индустрияландырумен, құлықсыз шешімдермен айналысуға арналған датчиктерді көп салалармен алмастырады, бұл дәстүрлі датчиктерді вахталық позицияны анықтауға және өндірістік автоматтандыруға және жаңа энергетикалық көлікті дамытуға арналған негізгі техникалық қолдауды қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.
