Guía de sistemas de control para actuadores lineales eléctricos

Para aprovechar al máximo el potencial de los actuadores lineales eléctricos, es fundamental comprender e implementar los sistemas de control adecuados. Al elegir los sistemas de control adecuados para actuadores lineales eléctricos, las aplicaciones pueden obtener beneficios como mayor precisión, facilidad de uso y optimización del rendimiento.

Esta página está dedicada a comprender los diferentes tipos de sistemas de control para actuadores lineales eléctricos, cómo funcionan, los beneficios que ofrecen y cómo elegir el mejor para las necesidades específicas de su aplicación.

Introducción al funcionamiento de los actuadores

Los actuadores son componentes fundamentales en diversos sistemas mecánicos y desempeñan un papel crucial en la conversión de energía en movimiento. En esencia, un actuador toma una fuente de energía y la convierte en movimiento físico. Esta capacidad es esencial en innumerables aplicaciones, desde maquinaria industrial hasta electrónica de consumo, e incluso en robótica avanzada. El concepto básico de los actuadores consiste en la conversión de energía, generalmente eléctrica, hidráulica o neumática, en movimiento mecánico. Esto se logra mediante diferentes componentes y mecanismos según el tipo de actuador. Por ejemplo, los actuadores eléctricos pueden utilizar motores de corriente continua (CC) con escobillas , mientras que los actuadores hidráulicos utilizan pistones llenos de fluido para generar movimiento.

En los actuadores lineales eléctricos , se utiliza corriente eléctrica para producir movimiento rotatorio en un motor eléctrico conectado mecánicamente a una caja de engranajes y que utiliza un husillo para accionar el eje del actuador, conectado a una tuerca ACME , para lograr un movimiento lineal. Los sistemas de control para actuadores han evolucionado significativamente a lo largo de los años, mejorando la versatilidad y funcionalidad de estos dispositivos. Los actuadores lineales pueden operarse mediante diversos medios y mecanismos de control, entre ellos:

• Controladores con cable: proporcionan una conexión directa y confiable, a menudo se utilizan en entornos industriales donde es necesario un control sólido.
• Controladores inalámbricos: ofrecen a los usuarios la comodidad de la operación de control remoto a distancia sin la necesidad de cables físicos.
• Controladores con capacidad Wi-Fi y Bluetooth : permiten la integración en sistemas inteligentes y el acceso a través de dispositivos móviles, proporcionando interfaces fáciles de usar y la capacidad de ajustar la configuración de forma remota y precisa.

Estos avances en la tecnología de actuadores y sistemas de control han ampliado el alcance de sus aplicaciones, haciéndolos indispensables en los sistemas automatizados modernos. Ya sea para ajustar ventanas en vehículos , operar maquinaria agrícola pesada o automatizar electrodomésticos , los actuadores siguen siendo fundamentales para convertir señales eléctricas en acción física.

 

Comprensión de los sistemas de control para actuadores

Los sistemas de control son componentes integrales en el funcionamiento de los actuadores lineales eléctricos, diseñados para gestionar el funcionamiento y dirigir el comportamiento del movimiento de estos dispositivos. Soluciones populares como las cajas de control son un tipo de sistema de control para actuadores lineales que alberga todos los componentes electrónicos en una carcasa, generalmente con forma de caja. En esencia, un sistema de control interpreta las órdenes de entrada, ya sean manuales o automáticas, y las convierte en señales que ajustan el movimiento del actuador. El objetivo principal de estos sistemas es garantizar que los actuadores funcionen con precisión, eficiencia y fiabilidad según parámetros predefinidos.

La importancia de los sistemas de control en el funcionamiento de los actuadores es innegable, especialmente para lograr un control de movimiento preciso y eficiente. Estos sistemas son cruciales por varias razones:

1. Precisión: Los sistemas de control permiten ajustar con precisión los movimientos de los actuadores para lograr altos niveles de repetibilidad y precisión . Esto es esencial en aplicaciones donde el posicionamiento exacto es crucial, como en la cirugía robótica o la ingeniería aeroespacial.
2. Eficiencia: Al optimizar la respuesta de los actuadores a las órdenes, los sistemas de control reducen el consumo de energía y minimizan el desgaste. Esto no solo prolonga la vida útil del actuador, sino que también mejora la eficiencia general del sistema en el que opera.
3. Adaptabilidad: Los mecanismos de retroalimentación pueden ajustar el comportamiento de los actuadores compatibles en tiempo real mediante el análisis de su retroalimentación posicional. Esta adaptabilidad es vital en entornos dinámicos donde las condiciones cambian rápidamente, como en procesos de fabricación automatizados o cuando varios actuadores experimentan una distribución desigual del peso.
4. Integración: Los sistemas de control suelen permitir que los actuadores funcionen en conjunto con otros sistemas preexistentes, lo que facilita operaciones complejas a partir de entradas simples que se envían al sistema de control. Esta integración se sustenta en avances en conectividad y programación. En algunos sistemas de control, sus transformadores integrados también pueden funcionar como un convertidor de voltaje cuando, por ejemplo, se necesita una fuente de entrada de 120 V CA para alimentar un actuador de 12 V CC.
5. Características de seguridad: Las características de seguridad programadas, como la protección contra sobrecargas, ayudan a prevenir daños en el actuador o la aplicación, deteniendo el funcionamiento cuando la caja de control detecta un consumo de corriente excesivamente alto. Otra característica de seguridad de las cajas de control es la protección contra sobrecalentamiento, que detiene el funcionamiento tras un cierto tiempo de ciclo para garantizar que se mantenga dentro de los valores nominales del ciclo de trabajo del actuador, evitando así la rotura del motor.

Los sistemas de control son fundamentales para el funcionamiento de los actuadores, ya que proporcionan la inteligencia y la adaptabilidad necesarias para garantizar la precisión, la eficiencia, la seguridad y un control de movimiento eficaz. Su papel es crucial en el creciente campo de la tecnología de automatización, donde la precisión del movimiento suele ser la piedra angular del éxito operativo.

Componentes y tipos de sistemas de control

Los sistemas de control para actuadores lineales eléctricos constan de varios componentes clave que facilitan un funcionamiento preciso y eficiente. Comprender estos componentes y sus principios es crucial para optimizar el rendimiento de los actuadores lineales.

Componentes clave de una caja de control básica

En una caja de control básica diseñada para actuadores lineales eléctricos, cada componente desempeña un papel crucial para garantizar un funcionamiento eficiente. A continuación, se detallan estos componentes principales, sus funciones y sus propósitos:

1. Relés: Los relés actúan como interruptores que controlan el circuito eléctrico de alta potencia mediante una señal de baja potencia. En las cajas de control diseñadas para gestionar actuadores de dos cables, dos relés son esenciales para invertir la polaridad del voltaje aplicado a los dos cables del actuador, lo que a su vez cambia la dirección del movimiento. Esto permite un control bidireccional en una configuración sencilla para extender y retraer el actuador.
2. Canales de entrada: Los canales de entrada son interfaces a través de las cuales el sistema de control recibe señales eléctricas de fuentes externas, como fuentes de alimentación o señales de controles remotos cableados. Las cajas de control que funcionan con retroalimentación posicional también pueden recibir señales de los sensores de un actuador. Estos canales procesan las señales del usuario o de los sensores para determinar cómo debe funcionar el actuador, lo que los hace fundamentales para iniciar y controlar los movimientos del actuador según requisitos específicos.
3. Canales de salida: Los canales de salida envían señales de control desde el controlador al actuador u otros componentes como relés. Las cajas de control que funcionan con retroalimentación posicional también pueden generar corriente eléctrica para que los sensores del actuador tengan la energía necesaria para funcionar. Estos canales son cruciales para ejecutar los comandos determinados por el sistema de control, lo que influye directamente en el comportamiento del actuador.
4. Botón de sincronización remota: Este botón se utiliza para sincronizar el sistema de control con un dispositivo de control remoto. Garantiza que el sistema de control reconozca y procese las entradas remotas, lo que facilita una operación cómoda y flexible a distancia.
5. Indicador luminoso: Los indicadores luminosos proporcionan información visual sobre el estado del sistema. Pueden indicar el encendido/apagado, los modos de funcionamiento, los estados de error o la recepción de señales, lo que facilita la supervisión y la resolución de problemas del sistema sin necesidad de herramientas de diagnóstico complejas.
6. Selección de modo: Esta función permite al usuario cambiar entre diferentes modos de funcionamiento de la caja de control, como controles momentáneos o no momentáneos. En el modo momentáneo, el botón del control remoto debe mantenerse pulsado continuamente para que el dispositivo funcione. Al soltar el interruptor, el dispositivo deja de funcionar. El modo no momentáneo funciona como un interruptor que permanece en su última posición hasta que se cambia de nuevo, independientemente de si se pulsa o no. Esto significa que, una vez activado, el dispositivo continúa funcionando hasta que se apaga manualmente.
7. Antena: La antena forma parte de las cajas de control con configuración de comunicación inalámbrica. Se utiliza para mejorar el alcance y la calidad de la señal entre el sistema de control y los dispositivos de control remoto, o entre sistemas interconectados. Es crucial para mantener una comunicación robusta en entornos donde el cableado directo es poco práctico o indeseable.
8. Módulo receptor de RF: Este módulo recibe señales de radiofrecuencia enviadas por controles remotos inalámbricos. Las decodifica en comandos procesables que el sistema de control puede comprender y ejecutar. El módulo receptor de RF es esencial para las configuraciones de control inalámbrico, ya que permite la operación remota del actuador sin contacto físico.

 

Juntos, estos componentes forman un sistema de control integral para actuadores de dos hilos, cada uno con una función específica que contribuye a la eficacia y eficiencia general del funcionamiento del actuador. Este sistema no solo permite un control preciso de los movimientos del actuador, sino que también optimiza la interfaz y la interacción del usuario, adaptándolo a una amplia gama de aplicaciones.

 

Mecanismos de retroalimentación posicional

La retroalimentación posicional es esencial para mejorar la precisión y exactitud del control del actuador. Tres tipos comunes de mecanismos de retroalimentación son los sensores de efecto Hall, los potenciómetros y la retroalimentación de interruptores de límite.

sensores de efecto Hall
La teoría del efecto Hall, de Edwin Hall (quien lo descubrió), establecía que siempre que se aplica un campo magnético perpendicular al flujo de corriente eléctrica en un conductor, se induce una diferencia de voltaje. Este voltaje puede utilizarse para detectar si un sensor de efecto Hall se encuentra cerca de un imán.

Al colocar un imán en el eje giratorio de un motor, los sensores de efecto Hall detectan cuándo el eje está paralelo a ellos. Mediante una pequeña placa de circuito, esta información se puede generar como una onda cuadrada, similar a la de los codificadores ópticos. Es común que las placas de circuito de efecto Hall tengan dos sensores, lo que resulta en una salida en cuadratura donde dos señales suben y bajan a medida que el motor eléctrico gira con una diferencia de fase de 90° entre ellas. Al contar estos pulsos y determinar cuál se produce primero, los sistemas de control pueden determinar la dirección de giro del motor.

Potenciómetros
Un potenciómetro proporciona una resistencia variable proporcional a la posición del actuador. Suelen estar conectados engranajes entre la perilla del potenciómetro y el motor giratorio del actuador. A medida que el actuador se mueve, el valor de la resistencia cambia, lo cual puede medirse y convertirse en datos de posición. Esta información es utilizada por un sistema de control para realizar ajustes precisos en la posición del actuador, mejorando así la precisión.

Retroalimentación del interruptor de límite
El propósito de las señales de retroalimentación de los interruptores de límite es permitir que el sistema determine si el actuador ha activado físicamente los interruptores de límite internos. Este tipo de retroalimentación es simple y útil para aplicaciones que requieren principalmente información sobre si el actuador ha alcanzado la posición de extensión o retracción completas.

Tipos de sistemas de control para actuadores

Los sistemas de control para actuadores se pueden clasificar en dos tipos:

Sistemas de control de lazo abierto : En estos sistemas, el actuador se controla únicamente con base en las órdenes de entrada, sin retroalimentación sobre la posición real. Si bien son más sencillos y económicos, los sistemas de lazo abierto carecen de la capacidad de corregir errores de posicionamiento, lo que los hace menos precisos que sus homólogos.

Un ejemplo de un sistema simple de bucle abierto incluye un interruptor basculante momentáneo conectado a un actuador lineal . Esto requiere que el operador mantenga presionado el interruptor para que el actuador continúe su ciclo. Si se suelta el interruptor antes de que el actuador alcance el final de su recorrido, este se detendrá a mitad de su recorrido.

Sistemas de control de lazo cerrado : Estos sistemas incorporan mecanismos de retroalimentación, como sensores de efecto Hall o potenciómetros, para ajustar continuamente las señales de control en función de la posición real del actuador. Este lazo de retroalimentación permite un control preciso y la corrección de errores, lo que hace que los sistemas de lazo cerrado sean ideales para aplicaciones donde la precisión es crucial. Los sistemas de control de lazo cerrado se encuentran comúnmente en aplicaciones que utilizan microcontroladores , cajas de control y PLC programados para que los actuadores realicen funciones específicas.

La elección del sistema de control y sus componentes influye significativamente en la funcionalidad y la optimización del rendimiento de los actuadores. Al integrar mecanismos de retroalimentación eficaces y seleccionar el tipo de sistema de control adecuado, los actuadores pueden optimizarse para una amplia gama de aplicaciones, garantizando precisión y fiabilidad en su funcionamiento.

 

Retroalimentación y corrección de errores

En un entorno ideal, los actuadores lineales siempre se comportarían de forma predecible; sin embargo, pueden presentarse perturbaciones como vientos fuertes, distribuciones de peso desiguales, obstrucciones físicas y desgaste mecánico. Algunas de estas perturbaciones pueden explicarse mediante sistemas de control programados para funcionar con actuadores lineales con retroalimentación compatible para detectar errores y ejecutar estrategias de corrección para alcanzar los resultados deseados.

Variables que corrigen los sistemas de control

1. Posición: Los sistemas de control ayudan a garantizar que un actuador alcance y mantenga la posición deseada con precisión comparando la posición del usuario con la lectura de posición real de los sensores de retroalimentación de posición. Por ejemplo, cuando los usuarios de escritorios de pie presionan un botón del controlador para que los actuadores se desplacen a una posición preestablecida específica y ajusten su espacio de trabajo de la altura sentada a la de pie.
2. Velocidad: La velocidad de desplazamiento se obtiene al leer la retroalimentación posicional y dividir la distancia recorrida entre el tiempo transcurrido. Algunos sistemas de control permiten ajustar la velocidad mediante PWM (modulación por ancho de pulsos) , lo que permite que el actuador se mueva a diferentes velocidades según los requisitos de la aplicación. Esto resulta útil en aplicaciones donde se requieren velocidades variables, como en el caso de los actuadores que controlan el movimiento de simuladores de vuelo .
3. Fuerza: Ciertos sistemas de control pueden regular la fuerza ejercida por los actuadores, garantizando su funcionamiento dentro de límites seguros y evitando daños al sistema o a los componentes circundantes. Al medir el consumo de corriente eléctrica , los sistemas de control pueden calcular aproximadamente la fuerza ejercida por los actuadores lineales. Esta función es útil para los actuadores lineales que abren y cierran ventanas, interrumpiendo la alimentación y dejando de aplicar fuerza en caso de que la mano de una persona o un obstáculo bloqueen el paso.

Tipos de estrategias de control

En la industria se utilizan diferentes estrategias de control para lograr un nivel razonable de precisión en el control de movimiento. Cada una de estas estrategias ofrece diferentes ventajas y es adecuada para diversas aplicaciones, según el nivel de control y precisión requeridos por el sistema. Algunas de las estrategias de control más utilizadas para actuadores lineales eléctricos incluyen:

1. Control de encendido/apagado: Este es el método de control más sencillo que se utiliza con actuadores lineales eléctricos, comúnmente utilizados en sistemas de control de lazo abierto. Consiste en activar o desactivar la corriente eléctrica suministrada al actuador sin un estado intermedio. Este método es sencillo y se utiliza en aplicaciones donde no se requiere un control preciso de la posición. El actuador funciona a plena potencia hasta alcanzar un límite de carrera establecido o completar su función, momento en el que se desactiva.
2. P (Control Proporcional): El control proporcional ajusta la potencia de entrada del actuador en función del error, que es la diferencia entre la posición/fuerza real medida y el valor deseado por el usuario. La señal de control es proporcional a este error; es decir, cuanto mayor sea el error, mayor será la respuesta del actuador. Este método permite un funcionamiento más suave que el control de encendido/apagado, pero puede generar un error de estado estable si no se combina con otros tipos de control.
3. PI (Control Proporcional-Integral): Esta estrategia mejora el control proporcional añadiendo un término integral , lo que soluciona el problema del error en estado estacionario. El componente integral suma los errores pasados ​​a lo largo del tiempo, proporcionando una acción correctiva acumulativa que reduce el error a cero. Esto permite que el actuador no solo alcance, sino que también mantenga la posición/fuerza deseada por el usuario con mayor precisión.
4. Control PID (Proporcional-Integral-Derivativo): El control PID es un método más avanzado que combina tres tipos de estrategias de control (proporcional, integral y derivativo ) para proporcionar un control preciso y estable del actuador. El componente proporcional depende del error actual, el componente integral suma los errores pasados ​​y el componente derivativo predice errores futuros basándose en la tasa de cambio. Este enfoque integral permite un control altamente preciso de la posición, la fuerza y ​​la velocidad del actuador, lo que lo hace ideal para sistemas complejos y dinámicos donde la precisión es crucial.

 

Cómo elegir el sistema de control adecuado

Al seleccionar sistemas de control para sus actuadores lineales eléctricos, es importante tener en cuenta los siguientes factores:

• Protección contra la entrada
• Compatibilidad
• Presupuesto

1. Protección contra la entrada: Evalúe los requisitos ambientales específicos de su aplicación para determinar el tipo de sistemas de control necesarios. La caja de control PA-33, por ejemplo, tiene una clasificación de protección contra la entrada IP65 para resistencia al polvo y al agua. Se recomienda una clasificación de protección contra la entrada IP65 o superior para sistemas de control expuestos a elementos externos como lluvia, polvo y residuos.
2. Compatibilidad: Asegúrese de que el sistema de control sea compatible con los actuadores lineales eléctricos que ha elegido o utiliza actualmente para garantizar una integración perfecta. Compruebe si su actuador tiene los protocolos de comunicación/retroalimentación posicional correspondientes a los controladores que estaba considerando. Por ejemplo, el servoactuador de microprecisión PA-12-T (TTL/PWM) y PA-12-R (RS-485) proporciona un control de posición preciso con una precisión posicional de hasta 100 µm y requiere protocolos de comunicación avanzados para dicho rendimiento. Otro aspecto a considerar es si el tipo de motor que tiene su actuador será compatible con un sistema de control. Los motores sin escobillas de funcionamiento continuo , como los que se encuentran en nuestros actuadores PA-14 personalizados, requerirían cajas de control compatibles con su funcionamiento, como la caja de control LC-241 .

Para ver cuáles de nuestras cajas de control y actuadores son compatibles entre sí, consulte nuestras tablas de comparación y compatibilidad de cajas de control vinculadas a continuación:

https://7717445.fs1.hubspotusercontent-na1.net/hubfs/7717445/PDF%20Manuals/Desk%20Accessories/Control%20Boxes%20Compatibility%20Chart%202023.pdf

https://7717445.fs1.hubspotusercontent-na1.net/hubfs/7717445/PDF%20Manuals/Desk%20Accessories/Control%20Boxes%20Comparison%20Chart-1.pdf

 

3. Presupuesto: Considere si el proyecto tenía limitaciones presupuestarias y elija un sistema de control que ofrezca la mejor relación calidad-precio y que cumpla con sus requisitos de rendimiento. Por ejemplo, proyectos sencillos de interior que no requieren alta precisión funcionarían sin problemas conectando un interruptor basculante básico sin alta protección contra la entrada para controlar un miniactuador lineal de 2 cables a un precio asequible.

 

Cajas de control de tipo efecto Hall

Las cajas de control, como nuestra serie FLTCON, permiten programar funciones, características de seguridad y otros ajustes de usuario, accesibles mediante el control remoto conectado. Al conectar varios actuadores de efecto Hall a una caja de control FLTCON, esta garantiza la sincronización de los motores para que se muevan juntos a la misma velocidad.

Lea nuestro blog sobre aplicaciones para las cajas de control FLTCON para obtener más información.

 

Caja de control	Voltaje de entrada	Número de canales
FLTCON-1	110 VCA	1
FLTCON-2	110 VCA	2
FLTCON-2-24 VCC	24 VCC	2
FLTCON-3	110 VCA	3
FLTCON-4	110 VCA	4

 

Al elegir una configuración con dos actuadores de efecto Hall, nuestro FLTCON-2 acepta una tensión de entrada de 110 V CA; sin embargo, también ofrecemos el FLTCON-2-24 V CC , que acepta una tensión de entrada de 24 V CC. Al combinarse con nuestro paquete de baterías portátil FLT PA-BT1-24-2200 (con salida de 24 V CC), la combinación del FLTCON-2-24 V CC y el PA-BT1-24-2200 permite una portabilidad total. Ofrecemos una amplia gama de opciones de control remoto para que pueda disfrutar de todas las funciones únicas de nuestros diferentes controles remotos programables con cable; también se pueden usar junto con nuestros controles remotos inalámbricos RT-14 para mayor comodidad.

En resumen

Los sistemas de control desempeñan un papel crucial para maximizar el rendimiento, la eficiencia y la capacidad de los actuadores lineales eléctricos. Al comprender los diferentes tipos de sistemas de control, sus funciones y cómo elegir el más adecuado para su aplicación, podrá garantizar un funcionamiento óptimo y lograr los resultados deseados. Ya sea en la industria manufacturera, la robótica o la automotriz, implementar el sistema de control adecuado puede ayudarle a optimizar el rendimiento de sus actuadores lineales eléctricos.

Esperamos que esta información le haya resultado tan informativa e interesante como a nosotros, especialmente si buscaba orientación para elegir los sistemas de control adecuados para sus actuadores lineales eléctricos. Si tiene alguna pregunta sobre nuestros productos o le resulta difícil elegir los sistemas de control y actuadores lineales eléctricos que mejor se adapten a sus necesidades, ¡no dude en contactarnos! Somos expertos en nuestro campo y estaremos encantados de ayudarle con cualquier pregunta que tenga.

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