3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Блок управления шаговыми двигателями схема

Контроллер шагового двигателя

Ступинский авиа-металлургический

техникум им.

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Контроллер шагового двигателя

АВТОР: Т,.

ГРУППА: Э — 11

ПРЕДМЕТ: “Аналоговая и цифровая схемотехника”

Описание шаговых двигателей

Блок схема контроллера.

Описание принципа работы контроллера.

Печатная плата контроллера.

Программа для управления контроллером

Список используемой литературы

Целью курсовой работы стоит разработка схемы управления тремя шаговыми двигателями с помощью компьютера по порту LPT. При этом должны преследоваться следующие цели:

— применение логических элементов

— высокая скорость обработки сигнала.

1. Описание шагового двигателя

Шаговый электродвигатель — это синхронный импульсный электродвигатель, в котором импульсы тока, подаваемые в обмотки возбуждения статора, преобразуются в дискретные угловые перемещения (шаги) ротора. Конструктивно шаговые электродвигатели исполняются с явно — и неявнополюсным статором, на котором расположены обмотки возбуждения, и с ротором без обмотки, выполненным из магнитно-мягкого (реактивный ротор), или из магнитно-жесткого (активный ротор) материала. Шаговые двигатели с активным ротором позволяют получать больший вращающий момент и обеспечивают фиксацию положения ротора при обесточенных обмотках.

В шаговом электродвигателе импульсы тока через коммутатор поступают поочередно в обмотки статора, в результате чего ориентация магнитного потока в пространстве между полюсами статора дискретно меняется и вызывает поворот ротора на некоторый угол, называемый шагом ротора.

Шаговые электродвигатели применяются в приводах машин и механизмов, работающих в старт-стопном режиме, или в приводах непрерывного движения, где управляющее воздействие задается последовательностью электрических импульсов, например, в станках с ЧПУ.

В машиностроении наибольшее распространение получили высокомоментные двухфазные гибридные шаговые электродвигатели с шагом 1,8° (200 шаг/об) или 0,9° (400 шаг/об). В микрошаговом режиме можно получить разрешающую способность в 51200 шаг/об.

Главное преимущество шаговых двигателей — экономичная цена, в среднем в 1,5-2 раза дешевле асинхронных аналогов. Шаговый привод как недорогая альтернатива сервоприводу наилучшим образом подходит для автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика, точность позиционирования, большая мощность и скорость вращения, а также для замены (модернизации) шаговых приводов, выработавших установленный ресурс.

Их использование также оправдано в транспортных средствах (на кораблях, самолетах, поездах), где используется бортовое напряжение от 24 до 75 В постоянного тока.

2. Блок схема контроллера.

Схему можно разделить на три части (см. рис 1):

Рис.1. Блок схема контроллера

Блок питания:

Рассчитывается исходя из используемых шаговых двигателей. Максимальный ток в режиме микро шага будет равен:

Iоб – ток одной обмотки

Расчет прост: 3 двигателя х по две запитанные обмотки в каждом х ток одной обмотки (допустим 1А) то = 3х2х1=6А.

Контролер: Разработанный контроллер может обслуживать до 32 (в моей схеме 3) шаговых двигателей последовательно, т. е. одновременно может работать только один двигатель. Параллельная работа двигателей обеспечивается программно. Контроллер управления шаговыми двигателями собран на микросхемах 555TM7 серии (3шт). Не требует прошивки.

Рис.2 схема контроллера

Драйвер: Драйвер шагового двигателя (не путать с компьютерными драйверами) представляет собой 4х канальный усилитель или 4 ключа. Собран на 4х транзисторах КТ 917 .

Рис 3.Схема драйвера.

3. Описание принципа работы контроллера.

Описание и назначение выводов разъема порта LPT.

Система управления шаговым двигателем

В современном мире всё большую роль играет автоматизация процессов. Для этого необходимо преобразовывать сигналы управления в механические движения. Одним из способов достижения данной цели является использование шаговых двигателей.

Шаговый двигатель — это электромеханичское устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические перемещения.

Преимущества применения шаговых двигателей

  • угол поворота ротора определяется числом импульсов, которые поданы на двигатель;
  • если обмотки запитаны, то двигатель в режиме остановки обеспечивает полный момент;
  • хорошие шаговые двигатели обеспечивают точность 3-5% от величины шага, при этом ошибка не накапливается от шага к шагу;
  • возможность быстрого старта/остановки/реверсирования;
  • высокая надежность, связанная с отсутствием щеток, срок службы шагового двигателя фактически определяется сроком службы подшипников;
  • однозначная зависимость положения от входных импульсов обеспечивает позиционирование без обратной связи;
  • возможность получения очень низких скоростей вращения для нагрузки, присоединенной непосредственно к валу двигателя без промежуточного редуктора;
  • может быть перекрыт довольно большой диапазон скоростей, скорость пропорциональна частоте входных импульсов.

Недостатки применения шаговых двигателей

  • шаговым двигателем присуще явление резонанса;
  • из-за работы без обратной связи возможна потеря контроля положения, поэтому рекомендуется дополнять системы управления шаговым двигателем энкодером;
  • потребление энергии не уменьшается даже без нагрузки;
  • затруднена работа на высоких скоростях;
  • невысокая удельная мощность;
  • относительно сложная схема управления.

Применение шаговых двигателей:

  • приводы осей координатных столов и манипуляторов;
  • системы линейного перемещения;
  • упаковочные и конвейерное оборудование;
  • оборудование для текстильного и пищевого производств;
  • полиграфическое оборудование;
  • устройство подачи, дозирования;
  • сварочные автоматы.

Принцип работы шагового двигателя

Основной принцип работы шагового двигателя заключается в следующем — двухполюсный ротор электродвигателя, сделанный из специальной магнитомягкой стали, располагается в четырехполюсном статоре. Первая полюсная пара сделана из магнитов (постоянных), на второй паре имеется обмотка управления шаговым электродвигателем. В то время, когда ток в обмотках управления отсутствует, ротор двигателя располагается вдоль магнитов и стабильно удерживается с некоторым усилием (зависящее от силы магнитного потока).

Читать еще:  Волга 2410 технические характеристики двигателя

Как только осуществляется подача напряжения (постоянного) на обмотку управления шаговым электродвигателем, появляется магнитный поток, что больший магнитного потока имеющихся постоянных магнитов. Под воздействием усилия (электромагнитного) ротор начинает менять угол, стараясь войти в положение соосное с полюсами обмотки управления. Последующий импульс управления полностью отключает электрическое напряжение с обмотки управления. Вследствие этого ротор движка движется под воздействием магнитного потока магнитов.

В данной работе описывается алгоритм управления шаговыми двигателями двухфазного (биполярного) и четырёхфазного (униполярного) типа с помощью модуля управления шаговым двигателем с интерфейсом CAN ZET 7160-S StepMotor-CAN или интерфейсом RS-485 ZET 7060-S StepMotor-485.

Биполярный (двухфазный) шаговый двигатель

Двухфазный шаговый двигатель (биполярный шаговый двигатель) имеет одну обмотку в каждой фазе, которая для изменения направления магнитного поля должна переполюсовываться драйвером. Для такого типа двигателя требуется мостовой драйвер, или полумостовой с двухполярным питанием. Всего биполярный двигатель имеет две обмотки и, соответственно, четыре вывода.


Рис. 1 Внутренняя схема биполярного Ш.Д.

Рис. 2 Схема выводов биполярного Ш.Д.

Рис. 3 Схема подключения биполярного Ш.Д. к ZET7X60-S

Униполярный (четырёхфазный) шаговый двигатель

Четырёхфазный шаговый двигатель (униполярный шаговый двигатель) также имеет одну обмотку в каждой фазе, но от середины обмотки сделан отвод. Это позволяет изменять направление магнитного поля, создаваемого обмоткой, простым переключением половинок обмотки. При этом существенно упрощается схема драйвера. Драйвер должен иметь только 4 простых ключа. Таким образом, в униполярном двигателе используется другой способ изменения направления магнитного поля. Средние выводы обмоток могут быть объединены внутри двигателя, поэтому такой двигатель может иметь 5 или 6 выводов.


Рис. 4 Внутренняя схема униполярного Ш.Д.

Рис. 5 Схема выводов униполярного Ш.Д.

Рис. 6 Схема подключения униполярного Ш.Д. к ZET7X60-S

Режимы работы шагового двигателя

Существует несколько способов управления фазами шагового двигателя. Наиболее распространёнными из них являются полношаговый и полушаговый режим. Существуют также режимы управления с 1/4, 1/8, 1/16 шага. Но эти режимы нужны только для узкого круга задач, и они требуют значительного усложнения схемы микроконтроллера и алгоритма управления. Ниже приводится последовательность генерируемых импульсов для различных режимов работы шагового двигателя, на примере униполярного двигателя.


Рис. 7 Полношаговый режим, с 1-ой активной обмоткой на каждом шаге


Рис. 8 Полношаговый режим, с 2-мя активными обмотками на каждом шаге


Рис. 9 Полушаговый режим

Разгон и торможение шагового двигателя

Такой параметр шагового двигателя, как зависимость момента от скорости является важнейшим при выборе типа двигателя, выборе метода управления фазами и выборе схемы драйвера. При конструировании высокоскоростных драйверов шаговых двигателей нужно учитывать, что обмотки двигателя представляют собой индуктивность. Эта индуктивность определяет время нарастания и спада тока. Поэтому если к обмотке приложено напряжение прямоугольной формы, форма тока не будет прямоугольной. При низких скоростях (рис. 10а) время нарастания и спада тока не способно сильно повлиять на момент, однако на высоких скоростях момент падает. Связано это с тем, что на высоких скоростях ток в обмотках двигателя не успевает достигнуть номинального значения (рис. 10б).


Рис. 10 Зависимость тока в обмотках Ш.Д. от частоты

Таким образом, для работы с шаговым двигателем на большой скорости необходимо выполнять его разгон и замедление, в противном случае произойдёт потеря синхронности между шаговым двигателем и контроллером, и положение ротора шагового двигателя будет утеряно.

Управление шаговым двигателем с помощью модуля ZET7X60-S StepMotor

Перед началом работы с шаговым двигателем необходимо выставить необходимые параметеры на вкладке «Настройки»:

  • Частота опроса — частота, с которой будет обновляться информация в канале о количестве проделанных шагов;
  • Тип двигателя — тип двигателя, подключенного к модулю ZET 7X60-S StepMotor.

После этого с помощью вкладки «Управление» можно начинать управление шаговым двигателем.

  • Старт/Стоп — начать /остановить движение шагового двигателя;
  • Направление вращения — задаём направление вращения шагового двигателя, по или против часовой стрелки;
  • Кол-во шагов до остановки — количество шагов, которое проделает шаговый двигатель после запуска;
  • Время одного шага — скорость вращения шагового двигателя.

Рис. 11 Вкладка «Настройки» в программе MODBUS-ZETLAB

Рис. 12 Вкладка «Управление» в программе MODBUS-ZETLAB

Во время выполнения команды, контроллер сообщает о количестве проделанных шагов на данный момент с частотой заданной в настройках (Настройки —> Частота опроса).


Рис. 13 Отображение количества проделанных шагов в программе ZETLAB «Многоканальный осциллограф»

Система управления шаговым двигателем с обратной связью

Система управления шаговым двигателем с обратной связью строится на базе модуля управления шаговым двигателем ZET 7060-S StepMotor-485 (ZET 7160-S StepMotor-CAN) и интеллектуального энкодера ZET 7060-E Encoder-485 (ZET 7160-E Encoder-CAN). Для подключения к системе ZETLAB используется преобразователь интерфейса ZET 7070. Управление шаговым двигателем осуществляется подачей сигналов с модуля ZET7060-S StepMotor-485 (ZET 7160-S StepMotor-CAN). Контроль состоянием шагового двигателя осуществляется энкодером, сигнал с которого обрабатывается модулем ZET 7060-E Encoder-485 (ZET 7160-E Encoder-CAN). Обработка сигналов с интеллектуального энкодера и программное управление модулем ZET7060-S StepMotor-485 (ZET 7160-S StepMotor-CAN) осуществляется с помощью программного обеспечения ZETLAB.

Читать еще:  Двигатель ваз 21011 как его форсировать


Схема системы управления шаговым двигателем с обратной связью

Состав системы управления шаговым двигателем с обратной связью

KOMITART — развлекательно-познавательный портал

Разделы сайта

  • » На Главную
  • » Радиолюбителю
  • » APEX AUDIO
  • » Блоки питания
  • » Гитарные примочки
  • » Своими руками
  • » Автомобилисту
  • » Service-Manual
  • » PREAMPLIFIERS
  • » Бесплатные программы
  • » Компьютер
  • » Книги
  • » Женские штучки
  • Готовим вкусно и быстро
  • » Игры на сайте
  • » Юмор
  • » Разное — интересное

DirectAdvert NEWS

GNEZDO NEWS

Друзья сайта

Статистика

Что такое шаговый двигатель. Блок управления шаговым двигателем на таймере NE555 (КР1006ВИ1).

Что такое шаговый двигатель.
Блок управления шаговым двигателем на таймере NE555 (КР1006ВИ1).

Шаговый двигатель_Блок управления_схемы

Принцип работы шагового двигателя заключается в повороте его вала на определенный угол при поступлении чередующихся импульсов, поступающих на соответствующие обмотки. Управляется данный двигатель с помощью электронной схемы – драйвера, ее еще называют контроллером шагового двигателя.

Плюсами шагового двигателя являются точность позиционирования вала, то есть точное его перемещение на определенный угол, это зависит от количества поступивших на обмотки импульсов, данный двигатель более надежен в связи с отсутствием щеточного механизма (его ресурс ограничивается сроком службы подшипников), с помощью такого двигателя можно добиться сверхнизкой частоты вращения вала, не применяя при этом редукторных механизмов, двигатели такого типа обладают широчайшим диапазоном скорости вращения, это зависит от количества приходящих на обмотки импульсов.

Разновидности шаговых двигателей:

В последнее время в основном промышленность выпускает гибридные шаговые двигатели, которые различаются по количеству и конфигурации обмоток.

● Биполярные ШД — имеют две обмотки, четыре вывода;
● Униполярные ШД — имеют две обмотки, шесть выводов;
● Четырехобмоточные ШД — имеют четыре обмотки, восемь выводов.

Чтобы с обмотками было понятнее – смотрите следующее изображение:

У последнего варианта, если соединить выводы “А-штрих” с “В” , и “С-штрих” с “D”, получите биполярный шаговый двигатель.

Пример внутреннего строения обмоток шагового двигателя:

К недостаткам шагового двигателя можно отнести подверженность его резонансу, низкий уровень удельной мощности на валу, низкий момент на высокой скорости вращения, и не снижение потребляемой энергии при отсутствии нагрузки на валу.

Цель данной статьи не рассматривать отдельные нюансы шаговых двигателей, мы изложили лишь общие понятия его устройства и принципа работы. Таким образом мы вплотную подошли к устройству блока управления ШД.

В сети можно найти множество схемных решений контроллеров ШД, основанных на применении программируемых микроконтроллеров, ну а мы сейчас рассмотрим принципиальную схему управления однополярным ШД, реализованную на микросхеме-таймере NE555, отечественным аналогом которой является КР1006ВИ1. На этой микросхеме собран тактовый генератор прямоугольных импульсов. Эти импульсы поступают на устройство (микросхемы D2 и D3), которое обеспечивает подачу импульсов управления на соответствующие обмотки двигателя в нужном порядке для того, чтобы вал нашего двигателя начал вращаться. Управляющие импульсы на обмотки поступают через ключи VT1…VT4. Скорость вращения вала ШД изменяется вращением ручки переменного резистора R1. Принципиальная схема блока управления изображена на рисунке ниже:

Зарубежные микросхемы и их отечественные аналоги: CD4070 — К561ЛП14 ; CD4027 — К561ТВ1.

Даташит микросхемы NE555 можно скачать по прямой ссылке с нашего сайта, которая появится после клика по любой строке рекламного блока ниже, кроме строки “Оплаченная реклама”. Размер файла – 93,5 KB.

В качестве дополнения к статье приведем пример еще одной не сложной схемы управления ШД , которые применялись в дисководах 5,25″.

Схема собрана на следующих элементах:

— DD1 — К561ЛА7;
— DD2 — К561ИЕ14;
— DD3 — К555ИД7;
— DD4, DD5 — К155ЛИ5.

Печатная плата выглядит следующим образом:

Печатная плата блока управления ШД_вид со стороны дорожек

Печатная плата блока управления ШД_установка элементов на плате

Более подробное описание вы можете найти в журнале “Радиохобби” в первом номере 2001 года, страница 44, статья “Система дистанционного управления для High-End УМЗЧ”, а вышеприведенная схема является частью схемы из этого журнала.

И последний довесок к статье без описания, может быть кому и пригодится:

Элементы указаны на схеме, переключатель S1 – реверс вращения.

Уважаемый Пользователь! О том, как получить нужный материал, прочитайте информацию по кнопке ниже:

Схема управления шагового двигателя

Схема управления шагового двигателя

На рис. 4.8В показана схема управления шагового двигателя. Используется однополярный двигатель с шестью выводами. ИС U1 представляет собой управляемый напряжением таймер серии 555, который в режиме генерации выдает прямоугольные тактовые импульсы на вывод 3. ИС U2 типа UCN5804 является контроллером шагового двигателя. Тактовые импульсы, поступающие на вывод 11 ИС UCN5804, поворачивают ротор шагового двигателя, причем каждому импульсу соответствует один шаг поворота. Повышение частоты тактовых импульсов приводит к увеличению скорости вращения шагового двигателя.

Читать еще:  В каких двигателях есть щетки

Рис. 4.8В. Шаговый двигатель – схема управления

В данной несложной схеме тактовые импульсы производятся таймером серии 555. Такие импульсы можно генерировать с помощью микроконтроллера (см. гл. 6) или светочувствительного нейрона (см. гл. 5). Переключатель SW1 изменяет диапазон тактовых импульсов медленно/быстро. Переключателем SW2 можно изменить направление вращения ротора двигателя.

Шаговые двигатели можно использовать для создания робота-платформы (см. гл. 10).

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

4.4.2. Электрическая схема таймера

4.4.2. Электрическая схема таймера При подключении ЭМТ к сети 220 В через ограничительный резистор R1 напряжение поступает на катушку К1 (имеющую сопротивление 3,9 кОм). С помощью системы шестеренок и приложенного к этой катушке напряжения (с помощью электромагнитной индукции)

Выхлоп двигателя дымный. В картер двигателя поступает повышенный объем газов

Выхлоп двигателя дымный. В картер двигателя поступает повышенный объем газов Диагностирование двигателя по цвету дыма из выхлопной трубы Сине-белый дым – неустойчивая работа двигателя. Рабочая фаска клапана подгорела. Оценить состояние газораспределительного

2.6. Схема чувствительного видеоусилителя

2.6. Схема чувствительного видеоусилителя Тем, кто занимается применением схем видеоконтроля на ограниченном участке, будет полезен этот материал. Касаясь возможных вариантов обеспечения охраны в замкнутых помещениях, еще раз хочу отметить, что не всегда рентабельно

Мостовая схема управления двигателем постоянного тока

Мостовая схема управления двигателем постоянного тока При конструировании робота желательно наличие простой схемы управления его включением и выключением. Кроме того, необходима схема реверса направления вращения двигателя. Таким требованиям удовлетворяет мостовая

Конструкция и работа шагового двигателя

Конструкция и работа шагового двигателя Шаговые двигатели сконструированы с использованием постоянных магнитов и электромагнитов. Постоянные магниты находятся на вращающемся валу, который называется ротором. Электромагниты или катушки обмоток находятся в

Начальная схема управления

Начальная схема управления На рис. 10.10 показан первый тестовый вариант схемы управления ШД. Для буферизации выходных сигналов с шин PIC 16F84 использованы шестнадцатеричные буферы типа 4050. Сигнал с выхода каждого буфера подается на транзистор NPN типа. В качестве таких

Электрическая схема

Электрическая схема Электрическая схема представляет собой электронный ключ, управляемый интенсивностью светового потока. Когда уровень средней окружающей освещенности мал (возможна подстройка порогового значения), то схема отключает питание двигателя редуктора.

«Фрегат Экоджет»: новая схема самолета и новая бизнес-схема

«Фрегат Экоджет»: новая схема самолета и новая бизнес-схема Авиасалон МАКС традиционно выступает смотровой площадкой новых идей в самолетостроении. ФПГ «Росавиаконсорциум» по собственной инициативе разрабатывает программу создания широкофюзеляжного

2.3. Структурная схема

2.3. Структурная схема Структурная схема импульсного блока питания персонального компьютера конструктива ATX приведена на рис. 2.1. Рис. 2.1. Структурная схема импульсного блока питания фирмы DTK конструктива ATXВходное переменное напряжение 220 В, 50 Гц поступает на входной

2.4. Принципиальная схема

2.4. Принципиальная схема Полная принципиальная схема бестрансформаторного источника питания с максимальной вторичной мощностью 200 Вт фирмы DTK представлена на рис. 2.2. Рис. 2.2. Принципиальная схема бестрансформаторного источника питания на 200 Вт фирмы DTKВсе элементы на

3.3. Структурная схема

3.3. Структурная схема Структурная схема импульсного блока питания для компьютеров типа AT/XT, содержащая типовой набор функциональных узлов, представлена на рис. 3.1. Модификации блоков питания могут иметь различия только в схемотехнической реализации узлов с сохранением

3.4. Принципиальная схема

3.4. Принципиальная схема Импульсные источники питания данного класса имеют несколько различных модификаций схемотехнической реализации отдельных вспомогательных узлов. Принципиальных различий в их рабочих характеристиках нет, а разнообразие объясняется множеством

Общая схема электрооборудования

Общая схема электрооборудования Электрооборудование автомобилей представляет собой сложную систему соединенных между собой электроприборово сигнализации, зажигания, предохранителей, контрольно – измерительных приборов, соединительных проводов. Рис.

5.5.4. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И КОМПЛЕКСЫ ПРОТИВОАВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ

5.5.4. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И КОМПЛЕКСЫ ПРОТИВОАВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ Работы по созданию автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) электроэнергетических объектов были начаты с появлением

2.1. Реактивная система управления корабля Apollo. Общая характеристика системы управления

2.1. Реактивная система управления корабля Apollo. Общая характеристика системы управления Все 3 отсека корабля Apollo – командный отсек, служебный отсек и лунный корабль – имеют самостоятельные реактивные системы управления (рис. 21.1). Рис. 21.1. Корабль Apollo: 1 – лунный корабль; 2 –

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector