Два года назад, когда я только начал заниматься мультикоптерами, мне пришлось сделать небольшой . Поскольку квадрокоптер задумывался сугубо автономным, все что требовалось от этого пульта - это управлять беспилотником во время испытаний и настройки.

В принципе, пульт со всеми возложенными на него задачами справлялся вполне успешно . Но были и серьезные недостатки.

1. Батарейки в корпус никак не влазили, поэтому приходилось их приматывать к корпусу изолентой:)
2. Настройка параметров была вынесена на четыре потенциометра, которые оказались очень чувствительными к температуре. В помещении настраиваешь одни значения, выходишь на улицу - а они уже другие, уплыли.
3. У Arduino Nano, которую я использовал в пульте, есть всего 8 аналоговых входов. Четыре были заняты настроечными потенциометрами. Один потенциометр служил газом. Два входа были подключены к джойстику. Оставался свободен только один выход, а параметров для настройки гораздо больше.
4. Единственный джойстик был вовсе не пилотным. Управление газом с помощью потенциометра тоже весьма угнетало.
5. А еще пульт не издавал никаких звуков, что иногда бывает крайне полезно.

Чтобы устранить все эти недостатки, я решил кардинально переделать пульт. И железную часть, и софт. Вот что мне захотелось сделать:

• Сделать большой корпус, чтобы в него можно было запихнуть все что хочется сейчас (включая батарейки), и что захочется позже.
• Как-то решить проблему с настройками, не за счет увеличения числа потенциометров. Плюс, добавить возможность сохранения параметров в пульте.
• Сделать два джойстика, как на нормальных пилотных пультах. Ну и сами джойстики поставить православные.

Новый корпус

Идея чрезвычайно проста и эффективна. Вырезаем из оргстекла или другого тонкого материала две пластины и соединяем их стойками. Все содержимое корпуса крепится либо к верхней, либо к нижней пластине.

Элементы управления и меню

Чтобы управлять кучей параметров, нужно либо разместить на пульте кучу потенциометров и добавить АЦП, либо делать все настройки через меню. Как я уже говорил, настройка потенциометрами не всегда хорошая идея, но и отказываться от нее не стоит. Так что, решено было оставить в пульте четыре потенциометра, и добавить полноценное меню.

Чтобы перемешаться по меню, и менять параметры обычно используют кнопки. Влево, вправо, вверх, вниз. Но мне захотелось использовать вместо кнопок энкодер. Эту идею я подсмотрел у контроллера 3D-принтера.

Разумеется, за счет добавления меню, код пульта распух в несколько раз. Для начала я добавил всего три пункта меню: "Telemetry", "Parameters" и "Store params". В первом окне отображается до восьми разных показателей. Пока я использую только три: заряд батареи, компас и высота.

Во втором окне доступны шесть параметров: коэффициенты PID регулятора для осей X/Y,Z и корректировочные углы акселерометра.

Третий пункт позволяет сохранять параметры в EEPROM.

Джойстики

Над выбором пилотных джойстиков я долго не размышлял. Так получилось, что первый джойстик Turnigy 9XR я добыл у коллеги по квадрокоптерному делу - Александра Васильева, хозяина небезызвестного сайта alex-exe.ru . Второй такой же заказал напрямую на Hobbyking.

Первый джойстик был подпружинен в обоих координатах - для контроля рыскания и тангажа. Второй я взял такой же, чтобы затем переделать его в джойстик для управления тягой и вращением.

Питание

В старом пульте я использовал простой регулятор напряжения LM7805, который кормил связкой из 8 батареек AA. Жутко неэффективный вариант, при котором 7 вольт уходили на нагрев регулятора. 8 батареек - потому что под рукой был только такой отсек, а LM7805 - потому что в то время этот вариант мне представлялся самым простым, и главное быстрым.

Теперь же я решил поступить мудрее, и поставил достаточной эффективный регулятор на LM2596S. А вместо 8-ми AA батареек, установил отсек на два LiIon аккумулятора 18650.

Результат

Собрав все воедино, получился вот такой аппарат. Вид изнутри.

А вот с закрытой крышкой.

Не хватает колпачка на одном потенциометре и колпачков на джойстиках.

Наконец, видеоролик о том, как происходит настройка параметров через меню.

Итог

Физически пульт собран. Сейчас я занимаюсь тем, что дорабатываю код пульта и квадрокоптера, чтобы вернуть им былую крепкую дружбу.

По ходу настройки пульта, были выявлены недостатки. Во-первых, нижние углы пульта упираются в руки:(Наверное я немного перепроектирую пластины, сглажу углы. Во-вторых, даже дисплея 16х4 не хватает для красивого вывода телеметрии - приходится названия параметров сокращать до двух букв. В следующей версии девайса установлю точечный дисплей, либо сразу TFT матрицу.

Существует множество вариантов конструкции приводов. Наиболее простые приводы состоят из ходового винта, тисков, зажима и рычагов. Такие системы можно встретить в различных механизмах: от соковыжималки до дробилки камней.

Более продвинутые линейные приводы включают в себя баллоны со сжатым воздухом, которые используются для обеспечения большей мощности частей машин. Они используются в гидравлических цилиндрах и, нередко являются составной частью строительной техники, такой как отбойные молотки, подъемники и домкраты.

Существует и третий тип приводов – электрические. Они состоят из катушек с проволокой, которые вращаются под действием электромагнитной силы. Электрические линейные приводы чаще всего используются для открытия или закрытия дверей в автомобилях. Их еще можно встретить внутри двигателей электротранспорта или на конвейерах.

Специализированные приводы

Специализированные линейные приводы используются для узкого круга важных задач. Такими могут быть гидравлические детали для управления полетом на больших самолетах, которые должны перемещаться с точностью в десятые доли миллиметра. Еще их используют для станочного оборудования с крошечными серводвигателями и зубчатыми ремнями. Даже недорогие шаговые двигатели с линейным приводом, используемые в принтерах для домашних компьютеров, имеют шаг до одного миллиметра.

Особенности конструкции в зависимости от применения

Инженеры, интегрирующие линейные приводы в оборудование, должны детально понимать условия их работы, чтобы определить, какую конструкцию применять в той или иной ситуации. Это делается из экономических соображений, так как чем меньше ход рабочего цикла привода, тем дороже он стоит.

Например, печатная головка в принтере должна располагаться очень точно над листом бумаги. Тормозные цилиндры в автомобиле, напротив, должны поглощать большое количество энергии, чтобы уменьшить время торможения и путь до полной остановки.

Гидравлические цилиндры на больших экскаваторах, используемых в строительстве, должны уметь перемещать сотни килограммов груза с относительно маленькой погрешностью.

Линейные приводы с электронным управлением, используемые в процессе сборки небольших деталей, перемещаются с ослепительной скоростью и собирают сотни микрочипов за небольшое время.

Как видно из всего вышесказанного, линейные приводы, хоть и имеют общие конструктивные особенности, сильно отличаются друг от друга по применению. Это обусловлено многими факторами: нагрузкой на прибор, размером, скоростью работы и многим другим.

В повседневной жизни достаточно много терминов так и остаются для нас неразгаданными. Узкоспециализированные, они нам просто нигде не пригодятся. Однако бывают случаи, когда новое слово в обязательном порядке необходимо понять.

Простой пример: в автосервисе вам сообщили, что необходимо заменить актуатор сцепления. Данный термин в автомобильной сфере имеет свои толкования, которые отличаются от трактовки других областей техники. В данной статье будут последовательно разбираться определение «актуатор», его разновидности в сфере, касающейся автомобилей, а также особенности и применяемость.

Определение понятия

Итак, актуатор - что это такое? Само слово очень созвучно с другим похожим - «активатор». Понятие обоих почти одинаковое. Актуатор представляет собой техническое устройство или спусковой механизм, передающий усилие от управляющего на управляемый объект. Само воздействие может быть разнообразным: от линейного до вращающего. При этом в зависимости от того, как прилагается усилие, определяется разнообразие приборов.

В автомобильной конкретике актуатор может быть представлен приводом центрального замка. Усилие от управляющего контура здесь передаётся в линейное перемещение путём червячной передачи. Но самый простейший автомобильный актуатор - это механический домкрат. Здесь управляющим узлом выступает человек. А актуатор передает вращательное воздействие в вертикальное перемещение площадки домкрата. Имеется в виду простейший механический прибор, сделанный в виде трапеции.

Разнообразие актуаторов

Под загадочным понятием «актуатор» скрывается множество уже известных устройств. Если не брать в расчёт домкрат, то начать можно с центрального замка - линейного устройства. Также среди известных - актуатор турбины. Это вакуумный регулятор, который защищает ее от нагрузок при высоких оборотах. Есть и актуатор сцепления на роботизированных коробках-автоматах.

Если взять область строительной электромеханики, то самым распространенным будет привод открывания-закрывания калиток и ворот. Он так и называется - актуатор двери. С помощью такого устройства приводятся в движение автоматические ворота гаражей и ворота при въездах на территорию.

Спутниковые тарелки, так популярные среди населения, также приводятся в действие актуаторами. Это бывает необходимо, когда есть несколько положений для приёма информации. Чтобы не устанавливать несколько антенн, обходятся одной. Ее актуатор поворачивает на необходимый угол. Рассмотрим автомобильные варианты более подробно.

Актуатор турбины

Известно, что существует два вида систем с турбокомпрессором: низкого и высокого давления. Так вот, актуатор используется только для второй разновидности турбин. В противном случае он просто не нужен. Его основная функция в данном случае - защитная. Актуатор турбины управляет специальным клапаном, который открывает или закрывает путь к выхлопным газам. В закрытом состоянии они раскручивают крыльчатку, что постепенно повышает давление. В заданный момент времени актуатор открывает клапан. Затем выводит в автомобиля, что сразу понижает допустимое давление. Если этого не делать, всю систему можно просто вывести из строя.

Актуатор турбины работает по принципу насоса. Он преобразует давление в линейное перемещение штока. Рядом с ним есть пружинка и диафрагма в металлическом корпусе, к которому крепится шланг регулировки. В случае выхода актуатора из строя он подлежит замене и настройке.

Тонкости настройки актуатора турбины

Почему необходима настройка актуатора? Дело в том, что родной прибор изначально настраивается под конкретную турбину ещё на заводе. В случае же замены нужно настроить новый актуатор. Также регулировка требуется в случае неполадок в турбине. Существует несколько способов настройки:

1. Изменение жесткости пружины.
2. Ослабление или затяжка самого актуатора по резьбе.
3. Установка специального управляемого компьютером контроллера.

Самый простой вариант - ослабить крепление. Регулируется это дело витками резьбы. Чем больше происходит ослабление, тем мягче и быстрее будет открываться клапан. Если же актуатор, наоборот, затянуть, его включение будет жестким. Открываться он будет подольше.

В случае регулировки устройства жесткостью пружины, в актуаторе просто меняется пружинка на подходящую к конкретному случаю по жесткости. Сложность здесь только в самом подборе, а замена труда не составляет. Установка контроллера перед актуатором - самый дорогой вариант, но и самый перспективный. Ведь в этом случае становится возможным тонкая настройка и управление клапаном по условиям, запрограммированным в этом контроллере.

Линейный актуатор

Это понятие подразумевает целую группу устройств, преобразующих энергию управления в линейное перемещение. Чаще всего речь идёт о трансформации электрической энергии в механическую. По-другому линейный актуатор можно назвать линейным приводом. Широко применяется в системе центрального замка автомобиля. Чаще всего представляет собой корпус из пластика с выдвижным штоком. Питание и управление поступает через провода или разъёмы. Есть варианты как на 12V, так и на 24V в зависимости от применения на легковом или грузовом автомобиле.

Каждое линейное также является редуктором. Ведь первоначальная энергия, прикладываемая к актуатору, на порядок выше выходного воздействия. Передаваемое усилие также может быть разнонаправленным. То есть по отношению к валу электромотора движение штока возможно как перпендикулярно, так и параллельно.

В зависимости от назначения линейный актуатор может изготавливаться для жестких климатических и агрессивных условий. То есть при желании он работает и при отрицательных температурах, и с защитой от агрессивных сред. Благодаря простоте исполнения, линейные приводы практически не требуют обслуживания и ремонта.

Актуаторы линейного перемещения: делаем своими руками

Не будем рассматривать причины желания изготовить линейный актуатор своими руками. Просто расскажем, как это делать. Самый простой способ получить, допустим, актуатор двери заключается в использовании электродвигателя. Сейчас они достаточно популярны и доступны по цене. Их стоимость может колебаться от 50 до 200 рублей в зависимости от параметров.

Последовательность работ по изготовлению может быть следующая:

• На ось электродвигателя прикрепляется резьбовая шпилька.
• На нее надевается гайка с закрепленным к ней штоком. При вращении двигателя гайка движется по шпильке. Вместе с ней перемещается шток.
• Подбирается шаг резьбы. Благодаря этому можно регулировать скорость перемещения штока.

Ещё проще получить линейный привод, если добыть зубчатую рейку. Скорость передачи усилия при этом будет самая быстрая. Но есть один минус. Так, усилие передачи, наоборот, останется на самом низком показателе. Максимально энергию передают шпильки М20 и большего диаметра. Вот наш самодельный линейный актуатор и готов. По такому принципу работают замки дверей в большинстве автомобилей.

Сцепления актуатор

Сцепления актуатор - что это за штука? Зачем она нужна? По-простому, это исполнительное устройство для включения и выключения сцепления. Также сюда следует отнести актуаторы для переключения передач. Применяются такие устройства в немецких и японских иномарок. Особенно печально известен сделанный в Стране восходящего солнца актуатор. «Тойота-Королла», обладающая коробкой-роботом, не сразу добилась хорошей работы. Поломки начинались, когда машина не проезжала даже 60 000 км.

Проблема решилась не только доработкой актуатора, но и изменением программного обеспечения блока управления. Ведь именно от ЭБУ зависит, в какой момент времени стоит стыковать коробку с двигателем. А актуатор служит простым исполнительным элементом. Он может быть либо электрическим, что характерно для японских и корейских производителей, либо гидравлическим. Последние часто применяются в коробках WV и Audi. Фирменный актуатор «Тойота» при наличии исправного ЭБУ двигателя значительно облегчает жизнь.

Что касается актуаторов переключения передач, то работают они следующим образом. Шток устройства воздействует на конкретный в данный момент времени синхронизатор по команде от головного компьютера. Физически актуатор очень похож на обычный цилиндр сцепления.

Особенности актуаторов коробки передач

Как определить, что с актуатором в автоматической коробке передач автомобиля что-то не так? Это будет понятно по рывкам в момент переключения. Необходимо вовремя разобраться в проблеме, посмотрев на актуатор. Что это с ним происходит? Если вы увидите серьезную неисправность, возможно, придётся потом менять и другие детали сцепления.

Для подбора деталей роботизированной коробки в обязательном порядке необходим Vin автомобиля. Особенно это важно, если у вас имеется японский актуатор («Королла» до сих пор с трепетом относится к деталям для своих коробок-роботов). При замене деталей таких агрегатов лучше всего обращаться только к специалистам хорошего уровня. В дилерских центрах продажи и обслуживания автомобилей есть как грамотные мастера, так и необходимое оборудование.

Производители актуаторов

Большое количество сфер применения напрямую сказывается на выборе производителя. Для автомобильных актуаторов турбин и сцепления следует обращать внимание на оригинальные детали либо рекомендуемые производителем. Но это еще не все. Если у вас Corolla, прибор необходимо искать такой же. Актуатор турбины Kia Sorento будет марки Kia. И это касается всех других марок. Экономия в таких деталях чревата дальнейшим вкладыванием в ремонт, но уже более дорогих запчастей.

Что касается линейных актуаторов, то здесь настолько большой выбор, что нет смысла рекомендовать какого-либо конкретного производителя. Главное, на что следует обратить внимание при выборе, это положительные отзывы реальных покупателей и проверенных продавцов. Стоит помнить, что актуатор, цена которого будет отличаться в большую сторону, не всегда более качественный. Кстати, средняя стоимость прибора колеблется в районе 2-3 тысяч рублей. Можно найти очень дешевый актуатор за 500 руб., а можно приобрести дорогой, который стоит 10 тыс. руб.

Применение актуаторов

Наибольшее распространение актуаторы получили в сфере автомобилей и обустройстве объектов как промышленного, так и жилого направления. В транспорте применение приборов начинается от простых приводов закрытия дверей и багажников (также не забываем про домкраты), заканчивается сложными системами турбоагрегатов и роботизированными коробками передач. При всем этом актуатор - достаточно надёжное устройство из-за простоты изготовления именно исполнительных деталей.

В сферах быта работу актуаторов легче всего увидеть на автоматических дверях и ставнях. Для приема спутниковых передач также удобнее использовать управляемый прибор и одну тарелку, чем несколько одновременно.

Заключение

Итак, выше было детально описано, чем является актуатор: что это такое, мы поняли. Кроме того, были проанализированы определения понятия и сферы применения устройств разных типов. Особое внимание уделялось автомобильным моментам. Как оказалось, актуаторы достаточно широко распространены. Они незаметно помогают как в быту, так и в промышленности. Удобные, понятные по структуре изделия широко используются совместно с системами управления.

Турбокомпрессор – один из самых важных и дорогостоящих узлов автомобиля. Однако не смотря на 10-летнюю долговечность, актуатор турбокомпрессора часто ломается, если машину эксплуатировать в тяжелых условиях. В этой статье рассмотрим причины неполадок изделия.

Первые признаки

Итак, выход из строя актуатора или турбины связан с пропаданием тяги или снижением мощности. Также одной из причин является выход дыма из выхлопной трубы при разгоне. При этом дым имеет синий, черный или белый цвет. Кроме того, обратим внимание на работу двигателя: если слышны скрежет, свист или странные шумы, значит проблема действительно в турбине. Еще несколько признаков – увеличение расхода топлива или моторного масла, а также падение давление масла или воздуха.
Виды неисправностей

• Если автомобилист обнаружил синий дым, значит моторное масло сгорело в цилиндрах. Туда масло попадает из турбокомпрессора. В случае обнаружения черного дыма нельзя исключать утечку воздуха. А что касается белого цвета выхлопа, то здесь дело в засорении сливного маслоотвода турбонагнетателя.
• К причинам свиста можно отнести утечку воздуха на стыке выхода силового агрегата и актуатора. Скрежет указывает на сильное трение между собой элементов всей системы турбонаддува.

Три причины

Исходя из всего вышеперечисленного, можно выделить три основные причины неполадок актуатора, что влечет за собой диагностику и ремонт турбины .

• Нехватка масла, слабое давление масла. Эта неисправность связана с утечкой или пережимом масляных шлангов, которые, возможно, еще и неправильно установлены по отношению к турбине. Из-за данного дефекта быстро изнашиваются кольца, шейки вала, а также происходит перегрев радикальных подшипников турбины. Все эти детали не ремонту не подлежат.
• Грязное и некачественное масло – тоже один из факторов, приводящих к преждевременному износу актуатора турбины. Кроме того, при этом сокращается срок службы подшипника, закупориваются маслоотводные каналы, а также возникают повреждения оси. Масляная жидкость с густой консистенцией очень вредно для подшипников, ведь из-за него появляется осадок, который нарушает герметичность турбины.
• Третья причина – посторонние предметы внутри турбокомпрессора. Засорение негативно влияет на срок службы лопаток турбинного и компрессорного колес, что приводит к падению воздушного давления. Также наносится существенный вред ротору. В этом случае понадобится замена фильтра компрессора. Также не помешает улучшить герметичность впускного тракта. А что касается турбины, здесь потребуется замена впускного коллектора (в случае его выхода из строя) и вала.

Встретив словосочетание «актуатор турбины» (actuator, westgate — вестгейт) и задумавшись над тем, что это такое, большинство автомобилистов из самого названия, а точнее из его русскоязычного аналога, понимают, что это устройство, регулирующее работу турбины на двигателях таковой оснащенных. И это действительно так.

Турбонаддув силового агрегата авто за счет увеличения количества поступающего в цилиндры воздуха (создаваемого им давления) увеличивает его мощность. Учитывая тот факт, что, в большинстве своем, энергия, раскручивающая турбокомпрессор, берется из давления выхлопных газов, выходящих из выпускного коллектора, следует понимать следующее: выше мощность → больше давление выхлопных газов → сильнее раскручивается турбина → растет нажим во впуске.

Да, со стороны кажется – вечный двигатель, но это давление выше необходимого, и оно вредит механизмам двигателя и самой турбины, поэтому его польза уже становится не так актуальна. Для решения проблем, связанных с регулировкой давления, создаваемого турбокомпрессором, служит актуатор.

Как он работает?

Принцип работы актуатора, или как его еще называют, вакуумного регулятора в целом прост: при наличии избыточного давления заслонка либо клапан открывается и излишний воздух (газы) не попадает в механизмы турбины/двигателя, а по специальным каналам отводится, минуя их, не позволяя турбине раскручиваться более определенного количества оборотов.

Открытие осуществляется 2 способами:

1. Пневматически.

Привод заслонки соединен мембраной либо цилиндром (в зависимости от производителя), прижатым в закрытом положении пружиной. При определенном нажиме, создаваемым турбиной, силы пружины не хватает удерживать заслонку в закрытом положении, и она открывается, направляя часть выхлопных газов мимо крыльчатки, уменьшая скорость вращения турбонаддува.

Плюс такого устройства – простота и надежность. Минус – сложность тонкой настройки.

2. Электромеханически.

Здесь клапан подчиняется электронному блоку управления двигателем через различные датчики, установленные, как в самой турбине, так и на впускном, выпускном коллекторах. Как следствие, такая система более отзывчива к регулировке и подстраивается под работу двигателя в любых условиях.

Недостаток всего один – сложность и высокая стоимость ремонта.

Видео с описанием работы турбокомпрессора с вакуумным регулятором.

Неисправности.

Неисправности могут быть как механические, вследствие больших температур выпускных газов, их агрессивной среды либо банального старения механизма и его износа, так и электромеханические, по тем же причинам.

Электронные системы, проще в диагностике, сам ЭБУ их диагностирует и может конкретно указать на проблему.

В полностью пневматическом устройстве все сложнее.

Во-первых, без специального оборудования и наличия регламентных показателей рабочей системы сложно разобраться, имеется ли проблема вовсе. О неполадке может сказать лишь уже в целом некорректно работающий двигатель, а сама проблема может быть запущена до сложного и дорого ремонта. Хотя в таких системах первоначальным источником проблемы могла быть попросту ослабшая пружина либо небольшая негерметичность в пневматической части.

Во-вторых, если и захочется разобраться в диагностике и наличии неисправности в турбонаддуве, сперва придется изучить сервисную документацию по конкретному автомобилю и алгоритмам диагностики работы его вестгейта, что довольно долго и не всегда возможно, поэтому если есть подозрения на неправильную работу турбины/вакуумного регулятора, большинству автовладельцев дорога только в специализированный сервис.

Тонкости настройки актуатора турбины.

Для любителей поковыряться в машине отметим, настройка актуатора – это как раз та единственная вещь, благодаря которой можно увеличить эффективность действия турбонаддувом выше предусмотренных производителем показателей. Конечно, надо понимать, увеличивая давление, создаваемое турбокомпрессором и, как следствие, мощность двигателя, вы расплачиваетесь меньшим ресурсом его работоспособности.

Если это вас не останавливает – в простых пневматических системах стремитесь к увеличению давления, при котором начинает открываться заслонка вестгейта. Как этого добиться, уже зависит непосредственного от устройства турбокомпрессора и тех компонентов, позволяющих это сделать, которые предусмотрел производитель, возможно, придется что-то усовершенствовать. В электронных системах произвести настройку работы актуатора, конечно, проще, но нужно учитывать, что сама настройка будет происходить посредством перепрограммирования ЭБУ. Если в целом вы знакомы с этим, больших проблем такая процедура не составит. Главное – вовремя остановиться в диапазоне регулировок. Однако это не всегда возможно вовсе – производители заботятся, чтобы лишние люди не лазили там, где им не следует, поэтому максимально блокируют возможность постороннего вмешательства в функционирование систем.

Видео о проверке и настройке актуатора турбины.

Подытожим.

Актуатор турбины – агрегат, основанная задача которого – защита от переизбытка давления и самой турбины, и двигателя в целом.

Принцип работы актуатора может быть различен, все зависит от производителя и конкретного устройства системы.

Ремонт и настройка актутора – непростая задача, как в диагностике, так и самом ремонте. Если читаете это материал, то, наверное, вам еще рано вмешиваться в работу данной системы, в помощь будут только специализированные сервисы. Если же хочется самостоятельно разобраться, необходимо обзавестись сервисной литературой по данной тематике конкретного производителя, что не всегда просто, ввиду редко имеющегося у такового желания делиться подобными секретами, уменьшая собственную прибыль на сервисе.