Pri sodobni industrijski avtomatizaciji in natančnem mehanskem nadzoru je ključnega pomena natančno odkrivanje položaja rotacije. The Reševalec Neodbore , ki ga običajno imenujejo Resolver, je zelo zanesljiv senzor, ki se pogosto uporablja v servo mototorjih, robotiki in drugih aplikacijah, ki zahtevajo natančno pozicioniranje. Ta članek na kratko uvaja delovna načela reševalcev in kako dosegajo rotacijsko pozicioniranje.
Reševalec je analogni senzor, ki temelji na načelu elektromagnetne indukcije, ki lahko pretvori mehanski kot rotorja v električne signale. Za razliko od digitalnih senzorjev, kot so optični dajalniki, Resolvers zagotavljajo neprekinjene analogne signale za informacije o rotacijskem položaju, ki ponujajo vrhunske zmogljivosti in zanesljivosti proti interferenci, zlasti v težkih okoljih.
Temeljna struktura in delovna načela zadrževanja reševalcev
Da bi razumeli, kako rahlosti dosegajo natančno rotacijsko pozicioniranje, je bistveno, da se poglobimo v njihovo edinstveno fizično strukturo. Iznajdljiva zasnova teh senzorjev je temelj njihove visoke zmogljivosti in ponazarja praktično uporabo načel elektromagnetne indukcije.
Revolucionarna konstrukcijska zasnova
Struktura rastočega odločevalca je sestavljena iz treh glavnih komponent: statorja , jedro rotorja in sistem navijanja . Statorsko jedro je laminirano iz silicijevih jeklenih listov z visoko prepustnostjo, z velikimi zobmi (poljskimi čevlji), ki so jih nataknjeni na notranjem obodu, vsaka pa je nadalje razdeljena na enakomerno razporejene majhne zobe. Razporeditev in oblika teh majhnih zob sta natančno izračunana, da se zagotovi idealna sinusoidna porazdelitev magnetnega polja. Rotor je preprostejši, izdelan samo iz zobenih silicijevih jeklenih laminacij brez navitij ali elektronskih komponent. Ta 'pasivna ' zasnova je ključna za visoko zanesljivost Resolverja.
Sistem za navijanje je v celoti nameščen na statorju in vključuje vzbujevalno navijanje in dva pravokotna izhodna navitja (sinusova in kosinusna navitja). Ta navitja so koncentrirana in razporejena po sinusoidnem vzorcu, da se zagotovi sinusoidne značilnosti izhodnih signalov. Zlasti so izhodna navitja razporejena v izmenični in povratni konfiguraciji, kar učinkovito zavira harmonične motnje in izboljšuje čistost signala.
Načelo pozicioniranja, ki temelji na nihanju nenaklonjenosti
Delovno načelo odločevalca o zadrževanju se vrti okoli modulacije magnetne prevodnosti zračne vrzeli . Ko se za vzbujevalno navijanje nanese sinusoidna izmenična napetost (običajno 7V pri 1-10kHz), v statorju nastane izmenično magnetno polje. To magnetno polje prehaja skozi zračno režo do rotorja. Zaradi prisotnosti zob rotorja se magnetna nenaklonjenost (obratna magnetna prevodnost) magnetnega vezja ciklično spremeni s položajem rotorja.
Konkretno, ko se rotorski zobje poravnajo z zobnimi zobmi, je nenaklonjenost zmanjšano in magnetni tok maksimiran. Nasprotno, ko se reže rotorja poravnajo z zobnimi zobmi, je nenaklonjenost čim več in magnetni tok zmanjša. Za vsak zobni nagib se rotor obrne, magnetna prevodnost zračne reže dopolnjuje celoten cikel variacije. Ta modulacija magnetnega polja vzbujanja povzroči napetostne signale v izhodnih navitih, katerih amplitude so v korelaciji z kotnim položajem rotorja.
Matematično, če je vzbujevalna napetost e₁ = e₁msinωt, se lahko napetosti obeh izhodnih navijanja izrazijo kot:
· Sinus navijanje: eₛ = eₛₘcosθsinωt
· Odhod za navijanje kosinusa: e_c = e_cmsinθsinωt
Tu θ predstavlja mehanski kot rotorja in ωis kotna frekvenca vzbujevalnega signala. V idealnem primeru bi morala biti Eₛₘ in E_CM enaka, vendar lahko proizvodna toleranca uvedejo napake amplitude, ki zahtevajo kalibracijo ali kompenzacijo vezja.
Pari pola in natančnost meritev
Poljski pari za zadržanost so kritični parameter, ki neposredno vpliva na njegovo natančnost in ločljivost merjenja. Število parov pol ustreza številu zob rotorja in določa mehanski kot vrtenja, potreben za celoten električni signalni cikel. Na primer, ločljivost s 4 poljskimi pari bo ustvarila 4 električni signalni cikli na mehansko vrtenje, učinkovito 'ojača ' mehanski kot s faktorjem 4 za merjenje.
Skupni reševalci rasti na trgu se gibljejo od 1 do 12 poljskih parov. Teoretično število polov omogoča večjo kotno ločljivost, pri čemer 12-pol ločljivosti dosežejo ± 0,1 ° ali boljšo natančnost. Vendar pa povečanje parov polov povečuje tudi kompleksnost obdelave signalov, kar zahteva kompromis na podlagi zahtev glede uporabe.
Ta metoda merjenja kota, ki temelji na nihanju nenaklonjenosti in elektromagnetni indukciji, omogoča, da rabilno delujejo v širokem temperaturnem območju (-55 ° C do +155 ° C), pri čemer so zaščitne ocene do IP67 ali več. Zdržijo močne vibracije in udarce, zaradi česar so idealni za zahtevna okolja, kot so avtomobilske, vesoljske in vojaške aplikacije.
Tehnike obdelave signalov in kota
Analogni signali, ki jih izhajajo, z rastočimi Reševalci zahtevajo specializirana procesna vezja, da jih pretvori v uporabne informacije o digitalnem kotu. Ta postopek vključuje kompleksne algoritme za kondicioniranje signala in dekodiranje, ki so ključni za doseganje visoko natančnega pozicioniranja v sistemih Resolver.
Od analognih signalov do digitalnih kotov
Surovi signali iz zadrževanja Resolver sta dva sinusma vala (sinθsinωt in cosθsinωt), modulirani s kotom rotorja. Izvlečenje informacij o kotu θ vključuje več korakov obdelave. Prvič, signali podvržejo filtriranju pasu , da odstranijo visokofrekvenčni hrup in nizkofrekvenčne motnje. Nato fazno občutljiva demodulacija (ali sinhrona demodulacija) odstrani nosilno frekvenco (običajno 10kHz), kar daje nizkofrekvenčne signale SINθ in cosθ, ki vsebujeta informacije o kotu.
Sodobni sistemi za dekodiranje običajno uporabljajo digitalne procesorje signala (DSP) ali namenske pretvornike ločljivosti do digitalnih pretvornikov (RDC) za izračun kota. Ti procesorji uporabljajo algoritme koordinacije (koordinatni rotacija digitalnega računalnika) ali arktingentne operacije za pretvorbo signalov sinθ in cosθ v vrednosti digitalnega kota. Na primer, mikrokontroler DSPIC30F3013 ima vgrajen modul ADC za sinhrono vzorčenje obeh signalov, čemur sledijo programski algoritmi za izračun natančnega kota.
Nadomestilo napak in izboljšanje natančnosti
V praktičnih aplikacijah lahko različni dejavniki uvedejo merilne napake, vključno z:
· Amplitudno neravnovesje : neenakomerne amplitude sinusnih in kosinusnih izhodnih signalov (eₛₘ ≠ e_cm)
· Fazno odstopanje : ne-idealna 90 ° fazna razlika med obema signalom
· Harmonično popačenje : izkrivljanje signala zaradi nesinusoidne porazdelitve magnetnega polja
· Ortogonalna napaka : kotno odstopanje, ki ga povzroča nenatančna namestitev navijanja
Za izboljšanje natančnosti sistema napredni vezji dekodiranja uporabljajo različne tehnike kompenzacije. Na primer, vezja samodejnega nadzora dobička (AGC) uravnotežijo amplitude obeh signalov, digitalni filtri zavirajo harmonične motnje in algoritmi programske opreme vključujejo pogoje kompenzacije napak. S natančnim načrtovanjem in kalibracijo lahko sistemi Resolver dosežejo kotne napake znotraj ± 0,1 °, pri čemer izpolnjujejo zahteve večine aplikacij z visoko natančnostjo.
Trendi v novih tehnologijah dekodiranja
Napredek v polprevodniški tehnologiji spodbuja inovacije pri obdelavi signalov Resolver. Tradicionalna diskretno komponentna demodulacijska vezja postopoma nadomeščajo integrirane rešitve . Nekateri novi čipi dekoderja vključujejo generatorje vzbujanja signala, vezja za kondicioniranje signala in digitalne izračunske enote, kar bistveno poenostavijo zasnovo sistema.
Medtem programsko definirano dekodiranje pridobiva na priljubljenosti. Ta pristop izkorišča računsko moč visokozmogljivih mikroprocesorjev za izvajanje večine funkcij obdelave signalov v programski opremi, kar ponuja večjo prilagodljivost in programirljivost. Na primer, parametri filtra, kompenzacijske algoritme ali celo formate izhodnih podatkov je mogoče prilagoditi za prilagojene rešitve za merjenje kota.
Omeniti velja, da je sistem dekodiranja tako ključnega pomena kot sam odločitev. Dobro oblikovano vezje za dekodiranje lahko v celoti uresniči potencial uspešnosti Resolverja, medtem ko lahko nizkokakovostna rešitev za dekodiranje postane ozko grlo celotnega merilnega sistema. Zato je treba pri izbiri raztopine Resolver natančno upoštevati združljivost med senzorjem in dekoderjem.
Prednosti uspešnosti in področja uporabe zadrževanja reševalcev
Zahvaljujoč njihovim edinstvenim delovnim načelom in strukturnemu oblikovanju, Resolvers Resolvers v več ključnih metrikah uspešnosti presega tradicionalne senzorje položaja. Te prednosti so najprimernejša izbira za odkrivanje kotov v mnogih zahtevnih industrijskih aplikacijah.
Celovita uspešnost premoč nad tradicionalnimi senzorji
V primerjavi s tradicionalnimi napravami za zaznavanje položajev, kot so optični dajalniki in Hall Sensors, ne zadržujejo Reševalci, ki imajo prednosti uspešnosti v celoti:
· Izjemna okoljska prilagodljivost : stabilno deluje pri temperaturah, ki segajo od -55 ° C do +155 ° C, z zaščitnimi ocenami do IP67 ali višje in lahko prenesejo močne vibracije in udarce (npr. Ostro okolja, kot so avtomobilski motorji).
· Brezkontaktna dolga življenjska doba : Odsotnost navijanja ali ščetk na rotorju odpravlja mehansko obrabo, kar omogoča teoretično življenjsko dobo več deset tisoč ur.
· Odziv na ultra visoki hitrosti : podpira hitrosti do 60.000 vrt./min, kar presega meje večine optičnih dajalnikov.
· Absolutno merjenje položaja : zagotavlja absolutne informacije o kotu, ne da bi bilo potrebno referenčno točko, pri čemer posreduje podatke o položaju takoj po vklopu.
· Močna sposobnost proti interakciji : Na podlagi elektromagnetne indukcije je neobčutljiv na prah, olje, vlažnost in zunanja magnetna polja.
Temeljne aplikacije v novih energetskih vozilih
V novi industriji energetskih vozil so reševalci nepripravljenosti postali zlati standard za odkrivanje položaja motorja. Široko se uporabljajo v sistemih za krmiljenje pogonskih motorjev električnih vozil (BEV) in hibridnih električnih vozil (HEV), s ključnimi funkcijami, vključno z:
· Zaznavanje položaja rotorja : zagotavlja natančne informacije o kotu rotorja za vektorsko kontrolo trajnih sinhronih motorjev magneta (PMMS).
· Merjenje hitrosti : izračuna hitrost motorja s hitrosti spreminjanja kota, kar omogoča nadzor hitrosti zaprte zanke.
· Električno servo krmiljenje (EPS) : zazna kot volana za zagotavljanje natančne pomoči za krmiljenje.
Industrijska avtomatizacija in posebne aplikacije
Poleg avtomobilskega sektorja se v industrijski avtomatizaciji pogosto uporabljajo tudi resortirverji za nenadzorovanje:
· CNC strojni stroji : merjenje kota vretena in podajanja osi.
· Robotski sklepi : natančen nadzor premikov robotskih rok.
· Tekstilne stroje : Nadzor napetosti preje in zaznavanje kota navitja.
· Stroji za oblikovanje vbrizgavanja : nadzor in nadzor položaja vijaka.
· Vojaški in vesoljski vesoljski pozicioniranje, nadzor raketnega krmila in druge aplikacije za ekstremno okolje.
Pri hitrem železniškem in železniškem tranzitu se za odstranjevanje hitrosti in odkrivanja položaja vlečejo nestrpne rasti, kjer njihova visoka zanesljivost in brez vzdrževanja znatno zmanjšajo stroške življenjskega cikla. Ostro okolje, kot so rudarski stroji (npr. Podzemna vozila za prevoz premoga in motorni tekoči traku), vse bolj sprejemajo reševanje rasti za nadomeščanje tradicionalnih senzorjev.
S pojavom industrije 4.0 in pametne proizvodnje se ne zadržujejo reševalci za večjo natančnost, manjšo velikost in večjo inteligenco. Izdelki naslednje generacije se bodo osredotočili na združljivost z integriranimi modelnimi modeli, ki se nanašajo na motorične pregrade, ter razvijajo različice, odporne proti nafti in visoko temperaturi, ki bodo ustrezale zahtevam sistemov, ohlajenih z oljem. Poleg tega naj bi brezžični prenos in samodiagnostične zmogljivosti postale prihodnji trendi, kar bo še povečalo obseg uporabe.
Tehnični izzivi in prihodnji trendi za reševanje nepripravljenosti
Kljub svoji izjemni uspešnosti in zanesljivosti na različnih področjih se reševalci zadržkov še vedno soočajo s tehničnimi izzivi in kažejo jasne inovacijske usmeritve.
Obstoječa tehnična ozka grla in rešitve
Visoke zahteve glede natančnosti izdelave so glavni izziv za reševanje nepripravljenosti. Natančnost obdelave zob statorja, enotnost porazdelitve navijanja in dinamično ravnovesje rotorja neposredno vplivajo na natančnost in zmogljivost senzorja. Za visoko natančne ločljivosti z več parimi pari (npr. 12 parih parov) lahko tudi napake pri proizvodnji na ravni mikronov privedejo do nesprejemljive amplitude ali faznih napak. Rešitve tega vprašanja vključujejo:
· Sprejetje visoko natančnih žigovih kalupov in avtomatiziranih procesov laminacije, da se zagotovi konsistentnost in natančnost zobnih reže v jedru.
· Uvedba analize magnetnega polja končnih elementov za optimizacijo zasnove magnetnega vezja in kompenzacijo za proizvodne tolerance.
· Razvoj algoritmov samokompenzacije za samodejno popravljanje napak v senzorju med obdelavo signalov.
Drug izziv je kompleksnost integracije sistemske integracije . Čeprav ima sam razsodnik preprosto strukturo, celoten merilni sistem vključuje podsisteme, kot so napajanje vzbujanja, vezje za kondicioniranje signala in algoritme dekodiranja, ki lahko postanejo ozka grla, če so slabo zasnovani. Za reševanje tega se industrija premika k integriranim rešitvam :
· Vključevanje generatorjev vzbujanja, kondicioniranje signala in dekodiranja vezja v en sam čip za poenostavitev sistema.
· Razvoj standardiziranih vmesnikov (npr. SPI, CAN) za brezhibno integracijo z glavnimi krmilniki.
· Zagotavljanje obsežnih razvojnih kompletov, vključno z referenčnimi modeli, programskimi knjižnicami in kalibracijskimi orodji.
Navodila za inovacije in prihodnji trendi
Materialne inovacije bodo prinesle preboje zmogljivosti za neobremenjenost. Novi mehki magnetni kompoziti (SMC) s tridimenzionalnimi izotropnimi magnetnimi lastnostmi lahko optimizirajo porazdelitev magnetnega polja in zmanjšajo harmonično popačenje. Medtem pa bodo izolacijski materiali, ki so visoki temperaturi, in korozijsko odporni premazi, razširili operativno okolje senzorja.
Inteligenca je še ena kritična usmeritev za prihodnje reševanje zadrževanja. Z vključevanjem mikroprocesorjev in komunikacijskih vmesnikov lahko Resolvers dosežejo:
· Samodiagnostične funkcije : Spremljanje zdravja senzorjev v realnem času in preostala življenjska doba.
· Prilagodljiva kompenzacija : samodejno prilagajanje kompenzacijskih parametrov na podlagi sprememb v okolju (npr. Temperatura).
· Omrežni vmesniki : Podpora za napredne komunikacijske protokole, kot je Industrial Ethernet, ki olajša integracijo v industrijski IoT (IIOT).
Kar zadeva širitev aplikacij , reševalci zadrževanja napredujejo v dveh smereh: k uporabi natančnosti višjega cenovnega razreda (npr. Polprevodniška proizvodna oprema, medicinski roboti), ki zahtevajo večjo ločljivost in zanesljivost, ter za bolj ekonomične in široke aplikacije (npr. Aparati za gospodinjstvo, električna orodja) s poenostavljenimi zasnovi in množico proizvodnje.
Posebno pomembni trend je uporaba reševalcev nenaklonjenosti v novih energetskih vozilih nove generacije . Ko se motorični sistemi razvijajo proti večjim hitrostim in integraciji, morajo senzorji položaja izpolnjevati zahtevnejše zahteve:
· Podpora za ultra visoke hitrosti, ki presegajo 20.000 vrt./min.
· Toleranca za temperature nad 150 ° C.
· Združljivost z oljnimi sistemi za tesnjenje.
· Manjše dimenzije namestitve in lažja teža.
Napredek standardizacije in industrializacije
Ko tehnologija za preprečevanje rastilišča dozoreva, prizadevanja za standardizacijo . napredujejo tudi Kitajska je vzpostavila nacionalne standarde, kot so GB/T 31996-2015 Splošne tehnične specifikacije za reševanje regulacije meritev uspešnosti in metod testiranja. Kitajska tehnologija Resolver Resolver je glede na industrializacijo dosegla mednarodne napredne ravni.
Predvidevamo, da bodo s tehnološkim napredkom in industrializacijo reševalci zadrževanja nadomestili tradicionalne senzorje na več področjih, kar bo postalo glavna rešitev za odkrivanje rotacijskega položaja in zagotavlja kritično tehnično podporo za industrijsko avtomatizacijo in razvoj novih energetskih vozil.
