Aklaypart.ru

Авто Журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Датчик температуры для шагового двигателя

Управление шаговым двигателем с помощью Arduino и потенциометра

Шаговые двигатели с каждым годом приобретают все большую популярность в мире электроники поскольку именно они обеспечивают превосходную точность позиционирования различных механизмов. В этой статье мы рассмотрим подключение одного из самых распространенных шаговых двигателей 28-BYJ48 к плате Arduino при помощи модуля ULN2003 и управление им с помощью потенциометра.

В нашей предыдущей статье про подключение шагового двигателя к плате Arduino мы управляли углом его поворота из она монитора последовательной связи, в этом же проекте мы будем управлять поворотом шагового двигателя вращая ручку потенциометра. Если мы будем вращать ручку потенциометра по часовой стрелке, то и шаговый двигатель будет поворачиваться по часовой стрелке, а если мы ручку потенциометра будем поворачивать против часовой стрелки – то и шаговый двигатель будет вращаться против часовой стрелки.

Шаговый двигатель – принцип работы

Шаговый двигатель – это мотор, перемещающий свой вал в зависимости от заданных в программе микроконтроллера шагов и направления. Подобные устройства чаще всего используются в робототехнике, принтерах, манипуляторах, различных станках и прочих электронных приборах. Большим преимуществом шаговых двигателей над двигателями постоянного вращения является обеспечение точного углового позиционирования ротора. Также в шаговых двигателях имеется возможность быстрого старта, остановки, реверса.

Шаговый двигатель обеспечивает вращения ротора на заданный угол при соответствующем управляющем сигнале. Благодаря этому можно контролировать положение узлов механизмов и выходить в заданную позицию. Работа двигателя осуществляется следующим образом – в центральном вале имеется ряд магнитов и несколько катушек. При подаче питания создается магнитное поле, которое воздействует на магниты и заставляет вал вращаться. Такие параметры как угол поворота (шаги), направление движения задаются в программе для микроконтроллера.

Упрощенные анимированные схемы работы шагового двигателя

Основные виды шаговых моторов:

  • Двигатели с переменными магнитами (применяются довольно редко);
  • Двигатели с постоянными магнитами;
  • Гибридные двигатели (более сложные в изготовлении, стоят дороже, но являются самым распространенным видом шаговых двигателей).

Какой тип шагового двигателя у меня?

Если вручную покрутить ротор отключённого двигателя, то можно заметить, что он движется не плавно, а шагами. После того, как Вы покрутили ротор, замкните все провода двигателя и покрутите ротор повторно. Если ротор крутится также, значит у Вас реактивный двигатель. Если для вращения ротора требуется прикладывать больше усилий, значит у вас двигатель с постоянными магнитами или гибридный. Отличить двигатель с постоянными магнитами от гибридного можно подсчитав количество шагов в одном обороте. Для этого не обязательно считать все шаги, достаточно примерно понять, их меньше 50 или больше. Если меньше, значит у Вас двигатель с постоянными магнитами, а если больше, значит у Вас гибридный двигатель.

Читать еще:  Двигатель adr нет холостого хода

Реактивный шаговый двигатель — синхронный реактивный двигатель. Статор реактивного шагового двигателя обычно имеет шесть явновыраженных полюсов и три фазы (по два полюса на фазу), ротор — четыре явно выраженных полюса, при такой конструкции двигателя шаг равен 30 градусам. В отличии от других шаговых двигателей выключенный реактивный шаговый двигатель не имеет фиксирующего (тормозящего) момента при вращении вала.

Ниже представлены осциллограммы управления для трехфазного шагового двигателя.

Осциллограммы управления для четырехфазного шагового двигателя показаны на рисунке ниже. Последовательное включение фаз статора создает вращающееся магнитное поле за которым следует ротор. Однако из-за того, что ротор имеет меньшее количества полюсов, чем статор, ротор поворачивается за один шаг на угол меньше чем угол статора. Для реактивного двигателя угол шага равен:

,

  • где NR — количество полюсов ротора;
  • NS – количество полюсов статора.

Чтобы изменить направление вращения ротора (реверс) реактивного шагового двигателя, необходимо поменять схему коммутации обмоток статора, так как изменение полярности импульса не изменяет направления сил, действующих на невозбужденный ротор [2].

Реактивные шаговые двигатели применяются только тогда, когда требуется не очень большой момент и достаточно большого шага угла поворота. Такие двигатели сейчас редко применяются.

    Отличительные черты:
  • ротор из магнитомягкого материала с явно выраженными полюсами;
  • наименее сложный и самый дешевый шаговый двигатель;
  • отсутствует фиксирующий момент в обесточенном состоянии;
  • большой угол шага.

Вольтовый режим управления шаговыми двигателями

Микрошаговый режим работы шагового двигателя

Микрошаговый режим управления шаговым двигателем основан на следующем принципе: Подавая на две фазы шагового двигателя синусоидальный ток со сдвигом 90° (синус и косинус), можно добиться выравнивания магнитного поля статора в любом положении.

Вольтовый режим управления шаговым двигателем позволяет это сделать с максимальной эффективностью.

Основы вольтового режима управления

Вольтовый режим управления основан на линейной модели шаговых двигателей. Если синусоида напряжения приложена к фазе шагового двигателя, результирующий ток тоже синусоидальный.

Токовый режим управления

Резкие изменения тока вызывают сильные механические колебания. В токовом режиме управление (квантирование и дискретизация) неидеальное. В результате при работе двигателя образуется шум, движение осуществляется рывками.

Контролируется пиковый ток. Среднее текущее значение тока отличается от целевого. Как результат – неточное позиционирование.

Частота переключения непостоянная. Пульсацию крутящего момента трудно контролировать.

Вольтовый режим управления

Плавный токовый переходной процесс уменьшает механические колебания и вибрации. Движение двигателя мягкое и бесшумное.

Читать еще:  Чем промыть двигатель бмв е39

Среднее текущее значение тока контролируется. Как результат — точное позиционирование.

Частота переключения постоянная. Пульсацию крутящего момента под контролем.

Основы вольтового режима управления

Когда синусоида напряжения с амплитудой VPH подается на двигатель, амплитуда результирующего тока (IPH) зависит от:

  • электрических параметров шагового двигателя
  • обратной ЭДС двигателя (BEMF)
  • частоты синусоидальной волны (то есть от скорости двигателя)
  • фазового соотношения между магнитным полем ротора и статора (т.е. от крутящего момента)

Уравнение, связывающее фазное напряжение и фазу:

  1. Скорость двигателя низкая (соразмерно с fel)
  2. Скорость двигателя высокая (соразмерно с fel)

Алгоритм управления может быть определен через 4 параметра:

Назад

ПараметрЗначениеФормулаЕдиница измерения
KVALНапряжение на нулевой скоростиRm·|IPH|В
IntSpeedСкорость двигателя, определяющая медленную и быструю области4·Rm/2πLmШаги/сек
StSlpКоэффициент компенсации (угол наклона), применяемый в медленной области В/(шаги/сек)
FnSlpКоэффициент компенсации (угол наклона), применяемый в быстрой области В/(шаги/сек)

Вперед

Начальная амплитуда:
Амплитуда «нулевой скорости» выходной синусоиды

Начальный уклон компенсации:
Наклон кривой компенсации, когда скорость ниже скорости IntSpeed

Конечный уклон компенсации:
Наклон кривой компенсации, когда скорость больше скорости пересечения

Cкорость IntSpeed:
Скорость, при достижении которой наклон кривой компенсации переключается с начального на конечное значение

Компенсация напряжения питания

Синусоиды напряжения генерируются с помощью ШИМ-модуляции. Как следствие, фактическое фазное напряжение зависит от напряжения блока питания.

Уравнение также может быть записано в следующем виде:

Если коэффициент компенсации применить к рабочему циклу, ошибку можно исключить:

Поправочный коэффициент рассчитывается при помощи алгоритма компенсации

АЦП измеряет фактическое напряжение питания двигателя

Коэффициент компенсации применяется к амплитуде синусоиды

Максимальный выходной ток в зависимости от напряжения питания

Обнаружение останова без датчика

Управление двигателем в вольтовом режиме дает возможность обнаружения состояния остановки двигателя.

Измеряя ток фазы, можно определить состояние останова двигателя:

ОСТАНОВКА. Обратная ЭДС = 0 ток фазы резко повышается

Ограничения при обнаружении останова двигателя без датчика

Возможности обнаружения останова могут быть ограничены в следующих условиях:

  • На низкой скорости (при малом значении обратной ЭДС);
  • На высокой скорости (ток может быть низким из-за эффекта фильтрации нижних частот индуктора).

Явление резонанса в вольтовом режиме управления

Движение шагового двигателя является неравномерным, что вызывает появление резонанса в механике. При появлении резонанса ЭДС обратной связи перестает быть синусоидальной, что вызывает проблемы в алгоритме управления.

Следующие стратегии помогают снизить или избежать появления резонанса:

  1. Применение механической нагрузки к двигателю. Нагрузка смещает точку резонансна системы.
  2. Увеличение значения ускорения для более быстрого прохождения или пропуска резонансной частоты.

Если резонансная скорость ограничена диапазоном работы двигателя, ее можно пропустить, за счет инерции двигателя и более высоких значений ускорения.

Краткий обзор преимуществ режима напряжения

Основными преимуществами вольтового режима управления являются:

  • Чрезвычайная гладкость движения
  • Точное позиционирование (за счет контроль среднего значения тока)
  • Пульсации тока контролируются
  • Возможность определения состояния остановка (блокировки) двигателя

Основными недостатками являются:

  • Алгоритм управления должен быть настроен в соответствии с характеристиками двигателя
  • Режим чувствителен к резонансу двигателя.

Вольтовый режим управления шаговыми двигателями реализован в современных драйверах и контроллерах производства «Электропривод».

Настройка микрошага драйвера DRV8825.

Драйвер DRV8825 может работать в микрошаговом режиме, то есть может подавать питание на катушки с промежуточным уровнем. Например, если взять двигатель NEMA17 с шагом 1.8 градусов или 200 шагов на оборот, в режиме 1/4, двигатель будет выдавать 800 шагов за оборот.

Дня настройки микрошага на драйвере DRV предусмотрены три выхода, а именно M0, M1 и M2. Установив соответствующие логические уровни для этих выводов, можно выбрать режим микрошага.

Выводы M0, M1 и M2 в микросхеме DRV8825 подтянуты резистором к земле, поэтому, если не подключать их, двигатель будет работать в режиме полного шага.

Система охлаждения DRV8825.

При интенсивной работе микросхемы драйвер DRV8825 начинает сильно греться и если температура превысит предельное значение, то он может сгореть. По документации DRV8825 может работать с током до 2,5 А. на катушку, но на практике микросхема не греется, если ток не превышает 1,2 А. на катушку. Поэтому если ток выше 1,2 А. необходимо устанавливать радиатор охлаждения, который идет в комплекте.

Подключение шагового двигателя, настройка и программирование

Мы ценим наших клиентов и предлагаем ремонт не только на территории сервисного центра, но и с выездом на территорию заказчика, для подключения шагового двигателя его последующую настройку и программирование.

Если вы заинтересованы в ремонте (перемотке) шагового двигателя или в ремонте драйвера шагового двигателя, вы можете оставить заявку на ремонт либо с помощью специальной форме на сайте, либо связавшись с нашими менеджерами несколькими способами:

  • Заказав обратный звонок (кнопка в правом нижнем углу сайта)
  • Посредством чата (кнопка расположена с левой стороны сайта)
  • Либо позвонив по номеру: +7(8482) 79-78-54; +7(917) 121-53-01
  • Написав на электронную почту: 89171215301@mail.ru

Вот далеко не полный список производителей промышленной электроники и оборудования, ремонтируемой в нашей компании.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector