Katika mitambo ya kisasa ya viwandani na udhibiti wa mitambo ya usahihi, kugundua msimamo sahihi wa mzunguko ni muhimu. Matangazo ya kusita , ambayo hujulikana kama suluhisho, ni sensor ya kuaminika sana inayotumika sana katika motors za servo, robotic, na programu zingine zinazohitaji msimamo sahihi. Nakala hii inaanzisha kwa ufupi kanuni za kufanya kazi za watatuzi na jinsi wanavyofikia msimamo wa mzunguko.
Suluhisho ni sensor ya analog kulingana na kanuni ya induction ya umeme, yenye uwezo wa kubadilisha pembe ya mitambo ya rotor kuwa ishara za umeme. Tofauti na sensorer za dijiti kama vile encoders za macho, viboreshaji hutoa ishara za analog zinazoendelea kwa habari ya msimamo wa mzunguko, inapeana uwezo bora wa kupambana na kuingilia kati na kuegemea, haswa katika mazingira magumu.
Muundo wa msingi na kanuni za kufanya kazi za kutatuliwa kwa kusita
Kuelewa jinsi kutatuliwa kwa kusita kufikia msimamo sahihi wa mzunguko, ni muhimu kujiingiza katika muundo wao wa kipekee wa mwili. Ubunifu wa busara wa sensorer hizi ndio msingi wa utendaji wao wa hali ya juu na unaonyesha utumiaji wa vitendo vya kanuni za ujanibishaji wa umeme.
Ubunifu wa muundo wa Mapinduzi
Muundo wa suluhisho la kusita lina vifaa vitatu kuu: ya stator , msingi wa rotor , na mfumo wa vilima . Msingi wa stator hutolewa kutoka kwa karatasi za chuma za upeo wa juu, na meno makubwa (viatu vya pole) yaliyopigwa kwenye mzunguko wa ndani, kila moja imegawanywa zaidi ndani ya meno madogo yaliyowekwa sawa. Mpangilio na sura ya meno haya madogo huhesabiwa kwa uangalifu ili kuhakikisha usambazaji bora wa shamba la sinusoidal. Rotor ni rahisi zaidi, imetengenezwa tu ya lamin za chuma za silicon bila vilima yoyote au vifaa vya elektroniki. Ubunifu huu wa 'Passive ' ni ufunguo wa kuegemea kwa hali ya juu.
Mfumo wa vilima uko kwenye stator na ni pamoja na vilima vya uchochezi na vilima viwili vya pato la orthogonal (sine na vilima vya cosine). Vilima hivi vinajilimbikizia na kusambazwa kulingana na muundo wa sinusoidal ili kuhakikisha sifa za sinusoidal za ishara za pato. Kwa kweli, vilima vya pato vimepangwa katika usanidi wa kubadilisha na wa nyuma-mfululizo, hukandamiza kwa usawa kuingiliwa kwa usawa na kuboresha usafi wa ishara.
Kuweka kanuni kulingana na tofauti za kusita
Kanuni ya kufanya kazi ya kusuluhisha kusita inazunguka moduli ya mwenendo wa nguvu ya pengo la hewa . Wakati voltage ya sinusoidal AC (kawaida 7V kwa 1-10kHz) inatumika kwa vilima vya uchochezi, shamba la sumaku linalobadilika hutolewa kwenye stator. Sehemu hii ya sumaku hupitia pengo la hewa hadi rotor. Kwa sababu ya uwepo wa meno ya rotor, kusita kwa sumaku (mgawanyiko wa mwenendo wa sumaku) ya mzunguko wa sumaku hubadilika kwa mzunguko na msimamo wa rotor.
Hasa, wakati meno ya rotor yanaendana na meno ya stator, kusita kunapunguzwa, na flux ya sumaku imeongezwa. Kinyume chake, wakati rotor inapoendana na meno ya stator, kusita kunakuzwa, na flux ya sumaku hupunguzwa. Kwa kila jino lami, rotor inageuka, mwenendo wa sumaku ya pengo la hewa inakamilisha mzunguko kamili wa tofauti. Urekebishaji huu wa uwanja wa sumaku ya uchochezi huchochea ishara za voltage kwenye vilima vya pato, viboreshaji ambavyo vinahusiana na msimamo wa angular wa rotor.
Kimsingi, ikiwa voltage ya uchochezi ni e₁ = e₁msinωt, voltages za vilima viwili vya pato zinaweza kuonyeshwa kama:
· Sine pato la vilima: eₛ = eₛₘcosθsinΩT
· Pato la vilima: e_c = e_cmsinθsinωt
Hapa, θ inawakilisha pembe ya mitambo ya rotor, na ωis frequency ya angular ya ishara ya uchochezi. Kwa kweli, Eₛₘ na E_CM inapaswa kuwa sawa, lakini uvumilivu wa utengenezaji unaweza kuanzisha makosa ya amplitude, inayohitaji calibration au fidia ya mzunguko.
Jozi za pole na usahihi wa kipimo
Jozi za pole ya suluhisho la kusita ni parameta muhimu inayoathiri moja kwa moja usahihi wa kipimo na azimio lake. Idadi ya jozi za pole inalingana na hesabu ya meno ya rotor na huamua pembe ya mzunguko wa mitambo inahitajika kwa mzunguko kamili wa ishara ya umeme. Kwa mfano, suluhisho na jozi 4 za pole zitatoa mizunguko 4 ya ishara ya umeme kwa mzunguko wa mitambo, kwa ufanisi 'kukuza ' pembe ya mitambo na sababu ya 4 kwa kipimo.
Marekebisho ya kawaida ya kusita kwenye soko huanzia jozi 1 hadi 12. Pole ya juu huhesabu kinadharia kuwezesha azimio la juu la angular, na viboreshaji 12-pole vinafanikiwa ± 0.1 ° au usahihi bora. Walakini, jozi za kuongezeka kwa pole pia huongeza ugumu wa usindikaji wa ishara, ikihitaji biashara-msingi kulingana na mahitaji ya matumizi.
Njia hii ya kipimo cha pembe, kulingana na tofauti za kusita na uingizwaji wa umeme, inaruhusu kutatanisha kwa kusita kufanya kazi kwa usawa katika kiwango cha joto pana (-55 ° C hadi +155 ° C), na makadirio ya ulinzi hadi IP67 au zaidi. Wanaweza kuhimili kutetemeka kwa nguvu na mshtuko, na kuifanya iwe bora kwa mazingira ya kudai kama vile magari, anga, na matumizi ya kijeshi.
Usindikaji wa ishara na mbinu za hesabu za pembe
Matokeo ya ishara ya analog na azimio la kusita yanahitaji mizunguko maalum ya usindikaji ili kuibadilisha kuwa habari inayoweza kutumika ya pembe ya dijiti. Utaratibu huu unajumuisha hali ngumu ya ishara na algorithms za kuorodhesha, ambazo ni muhimu kwa kufikia msimamo wa hali ya juu katika mifumo ya suluhisho.
Kutoka kwa ishara za analog hadi pembe za dijiti
Ishara mbichi kutoka kwa suluhisho la kusita ni mawimbi mawili ya sine (sinθsinΩT na cosθsinΩT) iliyobadilishwa na pembe ya rotor. Kuondoa habari ya pembe θ inajumuisha hatua kadhaa za usindikaji. Kwanza, ishara hupitia kuchuja kwa bandpass ili kuondoa kelele ya mzunguko wa juu na kuingiliwa kwa mzunguko wa chini. Ifuatayo, demokrasia nyeti ya awamu (au demokrasia ya kusawazisha) huondoa frequency ya kubeba (kawaida 10kHz), ikitoa ishara za chini-za chini Sinθ na cosθ iliyo na habari ya pembe.
Mifumo ya kisasa ya uainishaji kawaida hutumia wasindikaji wa ishara za dijiti (DSPs) au waongofu wa kujitolea wa dijiti-kwa-dijiti (RDC) kwa hesabu ya pembe. Wasindikaji hawa huajiri Cordic (kuratibu mzunguko wa kompyuta ya dijiti) algorithms au shughuli za arctangent ili kubadilisha ishara za Sinθ na cosθ kuwa maadili ya angle ya dijiti. Kwa mfano, DSPIC30F3013 microcontroller ina moduli ya ADC iliyojengwa kwa sampuli ya kusawazisha ya ishara hizo mbili, ikifuatiwa na algorithms ya programu ili kushughulikia angle sahihi.
Fidia ya makosa na uimarishaji wa usahihi
Katika matumizi ya vitendo, sababu anuwai zinaweza kuanzisha makosa ya kipimo, pamoja na:
· Kukosekana kwa usawa : Vipimo visivyo vya usawa vya ishara za pato za sine na cosine (Eₛₘ ≠ E_CM)
: Kupotoka kwa Awamu Tofauti ya awamu isiyo ya kawaida ya 90 ° kati ya ishara hizo mbili
: Kupotosha kwa usawa Kupotosha ishara kwa sababu ya usambazaji wa shamba la sumaku lisilo na sinusoidal
· Kosa la orthogonal : kupotoka kwa angular inayosababishwa na usanikishaji wa vilima usiofaa
Ili kuboresha usahihi wa mfumo, mizunguko ya juu ya upangaji huajiri mbinu mbali mbali za fidia. Kwa mfano, mizunguko ya Udhibiti wa Moja kwa Moja (AGC) inasawazisha nafasi za ishara mbili, vichungi vya dijiti vinakandamiza uingiliaji wa usawa, na algorithms ya programu inajumuisha masharti ya fidia ya makosa. Na muundo wa kina na hesabu, mifumo ya suluhisho inaweza kufikia makosa ya pembe ndani ya ± 0.1 °, kukidhi mahitaji ya matumizi ya usahihi wa hali ya juu.
Mwenendo katika teknolojia mpya za kuamua
Maendeleo katika teknolojia ya semiconductor yanaendesha uvumbuzi katika usindikaji wa ishara ya suluhisho. Duru za demokrasia ya sehemu ya jadi hubadilishwa polepole na suluhisho zilizojumuishwa . Baadhi ya chipsi mpya za decoder hujumuisha jenereta za ishara za uchochezi, mizunguko ya hali ya ishara, na vitengo vya hesabu za dijiti, kurahisisha muundo wa mfumo.
Wakati huo huo, utengenezaji wa programu iliyofafanuliwa ni kupata umaarufu. Njia hii inaleta nguvu ya computational ya microprocessors ya utendaji wa juu kutekeleza kazi nyingi za usindikaji wa ishara katika programu, kutoa kubadilika zaidi na mpango. Kwa mfano, vigezo vya vichungi, algorithms ya fidia, au hata fomati za data za pato zinaweza kubadilishwa kwa suluhisho za kipimo cha pembe.
Inastahili kuzingatia kuwa mfumo wa kuamua ni muhimu kama suluhisho yenyewe. Mzunguko wa muundo ulioundwa vizuri unaweza kutambua kikamilifu uwezo wa utendaji wa suluhisho, wakati suluhisho la ubora wa chini linaweza kuwa chupa ya mfumo mzima wa kipimo. Kwa hivyo, wakati wa kuchagua suluhisho la suluhisho, utangamano kati ya sensor na decoder lazima uzingatiwe kwa uangalifu.
Manufaa ya utendaji na maeneo ya matumizi ya kutatanisha
Shukrani kwa kanuni zao za kipekee za kufanya kazi na muundo wa kimuundo, utatuzi wa kusita unazidisha sensorer za jadi katika metriki kadhaa za utendaji. Faida hizi huwafanya kuwa chaguo linalopendekezwa kwa kugundua pembe katika matumizi mengi ya viwandani.
Ukuu kamili wa utendaji juu ya sensorer za jadi
Ikilinganishwa na vifaa vya kugundua nafasi za jadi kama encoders za macho na sensorer za ukumbi, viboreshaji vya kusita vinaonyesha faida za utendaji wote:
· Kubadilika kwa mazingira ya kipekee : Inafanya kazi kwa joto katika joto kutoka -55 ° C hadi +155 ° C, na viwango vya ulinzi hadi IP67 au zaidi, na vinaweza kuhimili vibrations na mshtuko mkubwa (kwa mfano, mazingira magumu kama sehemu za injini za magari).
· Maisha ya muda mrefu ya mawasiliano : Kukosekana kwa vilima au brashi kwenye rotor huondoa kuvaa kwa mitambo, kuwezesha maisha ya kinadharia ya makumi ya maelfu ya masaa.
· Jibu la Ultra-High-kasi : Inasaidia kasi hadi 60,000 rpm, kuzidi mipaka ya encoders nyingi za macho.
Kipimo cha msimamo kamili : Hutoa habari kamili ya pembe bila kuhitaji eneo la kumbukumbu, kutoa data ya msimamo mara moja juu ya nguvu-up.
· Uwezo mkubwa wa kupambana na kuingilia kati : Kulingana na uingizwaji wa umeme, haina maana kwa vumbi, mafuta, unyevu, na shamba la nje la sumaku.
Maombi ya msingi katika magari mapya ya nishati
Katika tasnia mpya ya gari la nishati, wasuluhishi wa kusita wamekuwa kiwango cha dhahabu kwa kugundua msimamo wa gari. Zinatumika sana katika mifumo ya kudhibiti magari ya gari za magari ya umeme (BEVs) na magari ya umeme ya mseto (HEVs), na kazi muhimu ikiwa ni pamoja na:
· Ugunduzi wa nafasi ya rotor : Hutoa habari sahihi ya pembe ya rotor kwa udhibiti wa vector wa motors za kudumu za sumaku (PMSMS).
Vipimo vya kasi : huhesabu kasi ya gari kutoka kwa kiwango cha mabadiliko ya pembe, kuwezesha udhibiti wa kasi ya kitanzi.
· Uendeshaji wa umeme wa umeme (EPS) : hugundua pembe ya gurudumu ili kutoa usaidizi sahihi wa usimamiaji.
Otomatiki ya viwandani na matumizi maalum
Zaidi ya sekta ya magari, wasuluhishi wa kusita pia hutumiwa sana katika mitambo ya viwandani:
· Vyombo vya mashine ya CNC : nafasi ya spindle na kipimo cha axis angle.
Viungo vya Robot : Udhibiti sahihi wa harakati za mkono wa robotic.
Mashine ya nguo : Udhibiti wa mvutano wa uzi na kugundua pembe za vilima.
Mashine za ukingo wa sindano : Ufuatiliaji na udhibiti wa msimamo.
· Kijeshi na anga : nafasi ya antenna ya rada, udhibiti wa ukingo wa kombora, na matumizi mengine ya mazingira.
Katika reli ya kasi na usafirishaji wa reli, azimio la kusita hutumiwa kwa kasi ya gari na kugundua msimamo, ambapo kuegemea kwao kwa hali ya juu na huduma za bure hupunguza gharama za maisha. Mazingira ya Harsh kama mashine ya kuchimba madini (kwa mfano, magari ya usafirishaji wa makaa ya chini na motors za ukanda) zinazidi kupitisha kutatanisha kwa kuchukua nafasi ya sensorer za jadi.
Na ujio wa Viwanda 4.0 na utengenezaji mzuri, azimio la kusita linajitokeza kwa usahihi wa hali ya juu, saizi ndogo, na akili kubwa. Bidhaa za kizazi kijacho zitazingatia utangamano na miundo iliyojumuishwa ya gari-gia-gia, na vile vile kukuza anuwai ya mafuta na ya joto-sugu ili kukidhi mahitaji ya mifumo iliyopozwa mafuta. Kwa kuongeza, maambukizi ya waya na uwezo wa kujitambua yanatarajiwa kuwa mwenendo wa siku zijazo, kupanua wigo wao wa maombi.
Changamoto za kiufundi na mwenendo wa siku zijazo wa kutatuliwa kwa kusita
Licha ya utendaji wao bora na kuegemea katika nyanja mbali mbali, azimio la kusita bado linakabiliwa na changamoto za kiufundi na kuonyesha mwelekeo wazi wa uvumbuzi.
Vifurushi vya kiufundi vilivyopo na suluhisho
Mahitaji ya usahihi wa utengenezaji ni changamoto kubwa kwa wasuluhishi wa kusita. Usahihi wa machining ya meno ya stator, umoja wa usambazaji wa vilima, na usawa wa nguvu ya rotor huathiri moja kwa moja usahihi wa sensor na utendaji. Kwa suluhisho za usahihi wa hali ya juu na jozi nyingi za pole (kwa mfano, jozi 12 za pole), hata makosa ya utengenezaji wa kiwango cha micron yanaweza kusababisha amplitude isiyokubalika au makosa ya awamu. Suluhisho za suala hili ni pamoja na:
Kupitisha molds za kiwango cha juu cha kukanyaga na michakato ya lamination kiotomatiki ili kuhakikisha uthabiti na usahihi wa yanayopangwa katika msingi.
· Kuanzisha uchambuzi wa sehemu ya nguvu ya shamba ili kuongeza muundo wa mzunguko wa sumaku na fidia kwa uvumilivu wa utengenezaji.
Kuendeleza algorithms ya fidia ya kibinafsi kurekebisha moja kwa moja makosa ya sensor ya asili wakati wa usindikaji wa ishara.
Changamoto nyingine ni ugumu wa ujumuishaji wa mfumo . Ingawa suluhisho yenyewe ina muundo rahisi, mfumo kamili wa kipimo ni pamoja na mifumo ndogo kama vile vifaa vya umeme, mizunguko ya hali ya ishara, na algorithms ya kupanga, ambayo inaweza kuwa chupa ikiwa imeundwa vibaya. Ili kushughulikia hii, tasnia inaelekea kwenye suluhisho zilizojumuishwa :
· Kujumuisha jenereta za uchochezi, hali ya ishara, na mizunguko ya kuorodhesha kwenye chip moja ili kurahisisha muundo wa mfumo.
· Kuendeleza miingiliano sanifu (kwa mfano, SPI, CAN) kwa ujumuishaji wa mshono na watawala wakuu.
Kutoa vifaa kamili vya maendeleo, pamoja na miundo ya kumbukumbu, maktaba za programu, na zana za hesabu.
Mwelekeo wa uvumbuzi na mwenendo wa siku zijazo
Ubunifu wa nyenzo utaleta mafanikio ya utendaji kwa kutatuliwa kwa kusita. Mchanganyiko mpya wa sumaku laini (SMCs) na mali ya magneti ya isotropiki yenye sura tatu inaweza kuongeza usambazaji wa shamba la sumaku na kupunguza upotoshaji wa usawa. Wakati huo huo, vifaa vya kuhami joto-joto-joto na mipako sugu ya kutu itapanua mazingira ya mazingira ya sensor.
Ujuzi ni mwelekeo mwingine muhimu kwa wasuluhishi wa siku zijazo. Kwa kuunganisha microprocessors na miingiliano ya mawasiliano, suluhisho zinaweza kufikia:
· Kazi za kujitambua : Ufuatiliaji wa wakati halisi wa afya ya sensor na utabiri wa maisha uliobaki.
· Fidia ya Adaptive : Marekebisho ya moja kwa moja ya vigezo vya fidia kulingana na mabadiliko ya mazingira (kwa mfano, joto).
· Maingiliano ya mtandao : Msaada wa itifaki za mawasiliano za hali ya juu kama Viwanda Ethernet, kuwezesha ujumuishaji katika mifumo ya Viwanda ya IoT (IIOT).
Kwa upande wa upanuzi wa maombi , wasanifu wa kusita wanaendelea katika pande mbili: kuelekea matumizi ya usahihi wa mwisho (kwa mfano, vifaa vya utengenezaji wa semiconductor, roboti za matibabu) zinazohitaji azimio kubwa na kuegemea, na kuelekea matumizi ya kiuchumi na kuenea zaidi (kwa mfano, vifaa vya kaya, zana za nguvu) kupitia miundo iliyorahisishwa na uzalishaji mkubwa.
Mwenendo muhimu sana ni matumizi ya kutatuliwa kwa kusita katika magari mapya ya kizazi kijacho . Kama mifumo ya magari inabadilika kuelekea kasi ya juu na ujumuishaji, sensorer za msimamo lazima zikidhi mahitaji zaidi ya mahitaji:
Msaada kwa kasi ya juu-juu inayozidi 20,000 rpm.
Uvumilivu kwa joto zaidi ya 150 ° C.
Utangamano na muundo wa kuziba mfumo wa mafuta.
Vipimo vidogo vya ufungaji na uzito nyepesi.
Viwango vya maendeleo na maendeleo ya viwanda
Kama Teknolojia ya Kusifu ya Kukomesha inakua, juhudi za viwango pia zinaendelea. Uchina imeanzisha viwango vya kitaifa kama vile GB/T 31996-2015 Maelezo ya jumla ya kiufundi kwa suluhisho kudhibiti metriki za utendaji wa bidhaa na njia za upimaji. Kwa upande wa ukuaji wa uchumi, teknolojia ya kusuluhisha ya Wachina imefikia viwango vya juu vya kimataifa.
Inawezekana kwamba kwa maendeleo ya kiteknolojia na ukuaji wa uchumi, wasuluhishi wa kusita watachukua nafasi ya sensorer za jadi katika nyanja zaidi, kuwa suluhisho kuu la kugundua msimamo wa mzunguko na kutoa msaada muhimu wa kiufundi kwa automatisering ya viwandani na maendeleo ya gari mpya.
