Електроний посібник з
дисципліни "Мікропроцесорні системи"
 
Дипломный проект
                                                      10.2.Система керування кроковим двигуном

  Кроковий двигун (КД) є традиційним виконавчим пристроєм багатьох електронних приладів і систем. Він являє собою безколекторний двигун постійного струму з фіксованими положеннями вала. КД призначено  у  першу чергу для точного позиціювання вала без застосування систем зворотного зв'язку. Обмотки КД є частиною статора. На роторі розташовано постійний магніт або у випадках зі змінним магнітним опором зубчастий блок з магнітом’якого матеріалу. Усі комутації проводяться за зовнішніми схемами. Відносно до контролера відмінність між ними відсутня. На двигунах з постійними магнітами звичайно є дві незалежні обмотки.
  Крокові двигуни мають широкий діапазон кутових дозволів. Більш грубі мотори, звичайно c постійними магнітами, обертаються на 90° за крок, у той час як прецизійні двигуни можуть мати дозвіл 1,8° або 0,72° на крок.
  Для правильного керування біполярним кроковим двигуном необхідна електрична схема, яка повинна виконувати функції старту, зупинки, реверсу й зміни швидкості. Кроковий двигун транслює послідовність цифрових перемикань у рух. «Обертове» магнітне поле забезпечується відповідними перемиканнями напруг на обмотках. Слідом за цим полем буде обертатися ротор, з'єднаний за допомогою редуктора з вихідним валом двигуна.
  Потужність крокових двигунів знаходиться у діапазоні від одиниць ватів до одного кіловата. Кроковий двигун має не менш двох положень стійкої рівноваги ротора в межах одного оберту. Напруга живлення обмоток керування кроковом двигуном являє собою послідовність однополярних або двополярних прямокутних імпульсів, що надходять від електронного комутатора (К). Результуючий кут відповідає числу перемикань комутатора, а частота обертання двигуна - частоті перемикань електронного комутатора.
  Комутатор повинен забезпечувати зміну полярності струму в обмотках. Він являє собою два транзисторні мости, в діагональ яких включені статорні обмотки. На рис. 10.7 зображено положення роторакрокового двигуна залежно від комутації обмоток. Послідовно  комутуючи  струм  в  обмотках  відповідно  до діаграм,  наведених  на  рис.  10.8,  можна  змусити  обертатися  вектор  магнітного поля, а за  ним  і  ротор,  у  прямій  або зворотній  послідовності.  При  такому керуванні двигун має 4 стійких стану на одному оберті ротора.
Рис. 10.7. Положення ротора при кроковому (а) і напівкроковому керуванні (б)
Рис. 10.8. Прямий і зворотний хід у кроковому двигуні
  Одночасне включення двох обмоток приводить до орієнтування вектора магнітного поля із кроком 45° щодо вертикальної осі. Таке керування називається напівкроковим. Напівкроковий режим дозволяє вдвічі підвищити точність позиціювання крокових двигунів. Послідовність комутації обмоток двигуна в напівкроковому режимі наведена на рис. 10.9. При комутації по черзі включаються одна обмотка, а за нею дві разом і т.п. При такому керуванні двигун має 8 стійких станів
Рис. 10.9. Напівкрокове керування кроковим двигуном
  У крокових приводах електрична енергія перетворюється в механічну у вигляді обертального руху. Тому рівняння руху записується як рівняння рівноваги всіх моментів. Для більшості робочих механізмів і машин, що мають постійний момент інерції, цей вираз має вигляд:



де M -  обертаючий  момент  електродвигуна, дж;  MC - статичний  момент робочого механізму, наведений до вала двигуна, дж; J  - момент інерції системи, наведений до вала двигуна, дж·с2; a  - кут повороту, рад.;
t - час, с.

       
  Наявність моменту інерції приводить до того, що для розгону або гальмування двигуна необхідний час, інакше вектор положення ротора почне відставати або випереджати вектор поля й двигун втратить синхронізм, що призведе або до пропуску кроків, або зупинки двигуна.
Наведемо приклад розрахунків розгону й гальмування крокового двигуна. Двигун з моментом 1500 Дж. повинен обертати об’єкт керування зі швидкістю 60 об/хв. Момент інерції об’єкта - 500 Дж. Керування двигуном проводиться в напівкроковому режимі. Необхідно визначити час виходу двигуна на задану швидкість, а також кількість кроків для розгону й тривалість кожного кроку. Розрахунки проводяться без обліку моменту опору обертанню.
  Розв’язок: оскільки початкова швидкість дорівнює нулю, то  w = 0 . Тоді (1) можна переписати