Одноканальное управление шаговым двигателем | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Воробьев Д. В., Трусов В. А., Кочегаров И. И., Горячев Н. В. Одноканальное управление шаговым двигателем // Молодой ученый. — 2015. — №3. — С. 110-113. — URL https://moluch.ru/archive/83/15245/ (дата обращения: 14.12.2018).

При конструировании механических узлов РЭС перед конструктором встает задача позиционирования различных узлов: перемещение считывающих головок, поворот антенн на определенный угол, перемещение узла экструдера 3D принтера в пространстве и так далее. Для выполнения этой задачи идеально подходят шаговые двигатели.

Шаговые двигатели имеют ряд преимуществ перед обычными двигателями постоянного тока:

-          Угол поворота ротора определяется числом импульсов, которые поданы на двигатель.

-          Прецизионное позиционирование и повторяемость. Хорошие шаговые двигатели имеют точность 3–5 % от величины шага. Эта 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.

-          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.

Итак, перед нами стоит задача организовать одноканальное управление шаговым двигателем.

Выбор двигателя

Шаговые двигатели в зависимости от конфигурации обмоток подразделяются на биполярные, униполярные и четырехобмоточные. Биполярный двигатель имеет одну обмотку в каждой фазе, изменение магнитного поля в которых происходит за счет изменения направления тока. Это делает управляющую схему достаточно сложной. В униполярных двигателях так же по одной обмотке в каждой фазе, но от середины обмотки сделан отвод, что позволяет управлять двигателем при помощи последовательной коммутации полуобмоток. Четырехобмоточные шаговые двигатели имеют по две обмотки в каждой фазе и управляются последовательной коммутацией обмоток. Схема устройства шаговых двигателей показана на рисунке 1.

Описание: C:\Users\Денис\Desktop\ШД\07.gif

Рис. 1. Устройство шаговых двигателей: биполярный (А), униполярный (Б) и четырехобмоточные (В) шаговые двигатели

 

Выберем для решения нашей задачи униполярный шаговый двигатель, ввиду простоты его управления.

Управление шаговым двигателем

Задача управления униполярным шаговым двигателем состоит в формировании последовательности импульсов, коммутирующих обмотки через транзисторные ключи. Импульсы формируются при помощи унифицированного модуля Arduino в соответствии с данными, подаваемыми на него с ЭВМ или других блоков управления системой, в которой установлен шаговый двигатель. Схема включения шагового двигателя указана на рисунке 2.

Описание: C:\Users\Денис\Desktop\ШД\Снимок.png

Рис. 2. Схема включения шагового двигателя

 

В данной схеме диоды VD1-VD4 используются для ускорения времени спада тока обмоток шагового двигателя. Питание подается на отводы обмоток, так как ток, получаемый на выходе модуля Arduino, сравнительно мал.

Шаговый двигатель может работать в шаговом или полушаговом режиме. В шаговом режиме за одну коммутацию двигатель поворачивается на один шаг, в полушаговом — на половину шага соответственно. Последовательности импульсов, формируемых модулем Arduino, указаны в таблице.

Таблица 1

Последовательность управляющих импульсов для шагового (а) и полушагового (б) режимов

Описание: C:\Users\Денис\Desktop\ШД\111.png

Для поворота двигателя в противоположную сторону управляющие импульсы подаются в обратной последовательности. Скорость поворота двигателя изменяется за счет изменения частоты управляющих импульсов.

Заключение

Несмотря на все свои положительные стороны, шаговые двигатели имеют ряд недостатков:

-          шаговым двигателем присуще явление резонанса;

-          возможна потеря контроля положения ввиду работы без обратной связи;

-          потребление энергии не уменьшается даже без нагрузки;

-          затруднена работа на высоких скоростях;

-          невысокая удельная мощность;

-          относительно сложная схема управления.

Приведенные выше недостатки следует учитывать при применении шаговых двигателей в различных системах управления.

 

Литература:

 

1.         Андреев П. Г. Анализ программных пакетов моделирования влияния электромагнитных воздействий на изделия радиоэлектронных средств / П. Г. Андреев, С. А. Бростилов, Т. Ю. Бростилова, Н. В. Горячев, Г. П. Разживина, В. А. Трусов // Информационно-вычислительные технологии и математическое моделирование в решении задач строительства, техники, управления и образования: сб. статей. Междунар. научн.чтения– Пенза: ПГУАС, 2014. — C 126–130.

2.         Бростилов С. А. Метрологический анализ измерительной подсистемы информационно-измерительной системы для исследования средств воздушного охлаждения / С.А Бростилов, Н. В. Горячев, Т. Ю. Бростилова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 127–129.

3.         Гусев А. М. Структурно-разностный анализ элемента, включающего вершинную, негативную, позитивную и позитивно-контурную пары направлений / А. М. Гусев, Э. В. Лапшин, Г. Г. Беликов, И. Ю. Наумова, Н. В. Горячев, А. К. Гришко // Международный студенческий научный вестник. 2014. № 3. С. 7.

4.         Шуваев П. В. Формирование структуры сложных многослойных печатных плат / П. В. Шуваев, В. А. Трусов, В. Я. Баннов, И. И. Кочегаров, В. Ф. Селиванов, Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 364–373.

5.         Горячев Н. В. Подсистема расчета средств охлаждения радиоэлементов в интегрированной среде проектирования электроники / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. А. Рыжов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2010. № 4. С. 25–30.

6.         Сивагина Ю. А. Разработка ретранслятора радиосигналов и его компьютерной модели / Ю. А. Сивагина, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков, И. Д. Граб, В. Я. Баннов // Современные информационные технологии. 2013. № 17. С. 207–213.

7.         Горячев Н. В. Концептуальная схема разработки систем охлаждения радиоэлементов в интегрированной среде проектирования электроники / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Проектирование и технология электронных средств. 2009. № 2. С. 66–70.

8.         Трифоненко И. М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И. М. Трифоненко, Н. В. Горячев, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396–399.

9.         Горячев Н. В. Тепловая модель учебной системы охлаждения / Н. В. Горячев, Д. Л. Петрянин // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2014. № 2. С. 197–209.

10.     Grab I. D., Sivagina U. A., Goryachev N. V., Yurkov N. K. Research methods of cooling systems. Innovative Information Technologies: Materials of the International scientific — рractical conference. Part 2. –M.: HSE, 2014, 443–446 pp.

11.     Горячев Н. В. Уточнение тепловой модели сменного блока исследуемого объекта / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 169–171.

12.     Горячев Н. В. Методика формирования контура печатной платы в САПР электроники с помощью сторонней механической САПР / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС. 2010. № 15. С. 127.

13.     Горячев Н. В. Средства и методики анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры / Н. В. Горячев, А. Ю. Меркульев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. 2013. № 12 (59). С. 112–115.

14.     Горячев Н. В. Концептуальная структура СППР в области выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 241–241.

15.     Бростилов С. А. Волоконно-оптические кабели для волоконно-оптических датчиков / С. А. Бростилов, Т. И. Мурашкина, Т. Ю. Бростилова, А. Ю. Удалов, А. В. Архипов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 108–111.

16.     Горячев Н. В. Комплексы и системы теплофизического проектирования электронной аппаратуры / Н. В. Горячев, Ю. А. Сивагина, Е. А. Сидорова // Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС. 2011. № 16. С. 178.

17.     Подложенов К. А. Разработка энергосберегающих технологий для теплиц / К. А. Подложёнов, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 193–194.

18.     Горячев Н. В. Проектирование топологии односторонних печатных плат, содержащих проволочные или интегральные перемычки / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 122–124.

19.     Петрянин Д. Л. Анализ систем защиты информации в базах данных / Д. Л. Петрянин, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 115–122.

20.     Горячев Н. В. К вопросу реализации метода автоматизированного выбора системы охлаждения / Н. В. Горячев, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Алгоритмы, методы и системы обработки данных. 2013. № 3 (25). С. 16–20.

21.     Меркульев А. Ю. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий / А. Ю. Меркульев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. — 2013. — № 11. — С. 143–145.

22.     Горячев Н. В. Исследование и разработка средств и методик анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры / Горячев Н. В., Танатов М. К., Юрков Н. К. // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 3. С. 70–75.

Основные термины (генерируются автоматически): шаговый двигатель, двигатель, схема включения, униполярный шаговый двигатель.


Похожие статьи

Применение интегрального драйвера в схеме управления...

Схема управления униполярным шаговым двигателем представляет собой массив транзисторных ключей, управляемых подаваемым на них импульсами. Недостатками такого подхода являются большие габариты схемы управления и необходимость использования...

Управление шаговым двигателем с использованием...

Ключевые слова: шаговый двигатель, управление, драйвер шагового двигателя, микроконтроллер, Atmel, AVR, ATmega 16, L297, L298N, LabVIEW.

В качестве драйвера ШД будем использовать распространенную связку микросхем L297 + L298N схема включения...

Управление шаговым двигателем с помощью NI MyRIO

Ключевые слова: шаговый двигатель, контроллер NIMyRIO, виртуальный прибор.

Для корректной работы драйвера индуктивность обмотки ШД должна быть не менее 1 мГн. Рис. 3. Схемы подключения обмоток ШД.

Микропроцессорное управление прецизионным токарным станком

Рис. 1. Схема драйвера управления шаговым двигателем ШД-5Д1МУ3.

Основные термины (генерируются автоматически): LPT, USB, блок управления, двигатель, диод, контроллер сопряжения драйверов, часова стрелка, шаговый двигатель.

Математическое моделирование электропривода на базе...

На рис. 1 показана схема электропривода на базе гибридного шагового двигателя.

Рис. 3. Окно параметров гибридного шагового двигателя (Hybrid Stepper Motor). Блок Drive представлен на рис. 4.

Принципы автоматики и микроконтроллера как измерительного...

Структурная схема (рис. 1) установки, содержащей систему управления содержит следующие элементы: 1.БП — Блок питания; 2.МК — микроконтроллер, который управляет всей периферией устройства; 3.ДШД (1–3) — Драйвер шагового двигателя; 4.ШД (1–3) — шаговый двигатель

Применение интегрального драйвера в схеме управления...

Схема управления униполярным шаговым двигателем представляет собой массив транзисторных ключей, управляемых подаваемым на них импульсами. Недостатками такого подхода являются большие габариты схемы управления и необходимость использования...

Математическое моделирование короткозамкнутого асинхронного...

Параметры Т-образной схемы замещения при номинальной частоте: Активное сопротивление обмотки статора.

Математическое моделирование электропривода на базе гибридного шагового двигателя в пакете SimPowerSystems.

Управление шаговым двигателем с использованием...

Ключевые слова: шаговый двигатель, управление, драйвер шагового двигателя, микроконтроллер, Atmel, AVR, ATmega 16, L297, L298N, LabVIEW.

В качестве драйвера ШД будем использовать распространенную связку микросхем L297 + L298N схема включения...

Математическая модель электропривода на базе синхронного...

Рис. 1. Общая схема модели электропривода на базе синхронного двигателя со встроенными постоянными магнитами.

Математическое моделирование электропривода на базе гибридного шагового двигателя в пакете SimPowerSystems.

Управление шаговым двигателем с помощью NI MyRIO

Ключевые слова: шаговый двигатель, контроллер NIMyRIO, виртуальный прибор.

Для корректной работы драйвера индуктивность обмотки ШД должна быть не менее 1 мГн. Рис. 3. Схемы подключения обмоток ШД.

Микропроцессорное управление прецизионным токарным станком

Рис. 1. Схема драйвера управления шаговым двигателем ШД-5Д1МУ3.

Основные термины (генерируются автоматически): LPT, USB, блок управления, двигатель, диод, контроллер сопряжения драйверов, часова стрелка, шаговый двигатель.

Математическое моделирование электропривода на базе...

На рис. 1 показана схема электропривода на базе гибридного шагового двигателя.

Рис. 3. Окно параметров гибридного шагового двигателя (Hybrid Stepper Motor). Блок Drive представлен на рис. 4.

Принципы автоматики и микроконтроллера как измерительного...

Структурная схема (рис. 1) установки, содержащей систему управления содержит следующие элементы: 1.БП — Блок питания; 2.МК — микроконтроллер, который управляет всей периферией устройства; 3.ДШД (1–3) — Драйвер шагового двигателя; 4.ШД (1–3) — шаговый двигатель

Математическое моделирование короткозамкнутого асинхронного...

Параметры Т-образной схемы замещения при номинальной частоте: Активное сопротивление обмотки статора.

Математическое моделирование электропривода на базе гибридного шагового двигателя в пакете SimPowerSystems.

Математическая модель электропривода на базе синхронного...

Рис. 1. Общая схема модели электропривода на базе синхронного двигателя со встроенными постоянными магнитами.

Математическое моделирование электропривода на базе гибридного шагового двигателя в пакете SimPowerSystems.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Применение интегрального драйвера в схеме управления...

Схема управления униполярным шаговым двигателем представляет собой массив транзисторных ключей, управляемых подаваемым на них импульсами. Недостатками такого подхода являются большие габариты схемы управления и необходимость использования...

Управление шаговым двигателем с использованием...

Ключевые слова: шаговый двигатель, управление, драйвер шагового двигателя, микроконтроллер, Atmel, AVR, ATmega 16, L297, L298N, LabVIEW.

В качестве драйвера ШД будем использовать распространенную связку микросхем L297 + L298N схема включения...

Управление шаговым двигателем с помощью NI MyRIO

Ключевые слова: шаговый двигатель, контроллер NIMyRIO, виртуальный прибор.

Для корректной работы драйвера индуктивность обмотки ШД должна быть не менее 1 мГн. Рис. 3. Схемы подключения обмоток ШД.

Микропроцессорное управление прецизионным токарным станком

Рис. 1. Схема драйвера управления шаговым двигателем ШД-5Д1МУ3.

Основные термины (генерируются автоматически): LPT, USB, блок управления, двигатель, диод, контроллер сопряжения драйверов, часова стрелка, шаговый двигатель.

Математическое моделирование электропривода на базе...

На рис. 1 показана схема электропривода на базе гибридного шагового двигателя.

Рис. 3. Окно параметров гибридного шагового двигателя (Hybrid Stepper Motor). Блок Drive представлен на рис. 4.

Принципы автоматики и микроконтроллера как измерительного...

Структурная схема (рис. 1) установки, содержащей систему управления содержит следующие элементы: 1.БП — Блок питания; 2.МК — микроконтроллер, который управляет всей периферией устройства; 3.ДШД (1–3) — Драйвер шагового двигателя; 4.ШД (1–3) — шаговый двигатель

Применение интегрального драйвера в схеме управления...

Схема управления униполярным шаговым двигателем представляет собой массив транзисторных ключей, управляемых подаваемым на них импульсами. Недостатками такого подхода являются большие габариты схемы управления и необходимость использования...

Математическое моделирование короткозамкнутого асинхронного...

Параметры Т-образной схемы замещения при номинальной частоте: Активное сопротивление обмотки статора.

Математическое моделирование электропривода на базе гибридного шагового двигателя в пакете SimPowerSystems.

Управление шаговым двигателем с использованием...

Ключевые слова: шаговый двигатель, управление, драйвер шагового двигателя, микроконтроллер, Atmel, AVR, ATmega 16, L297, L298N, LabVIEW.

В качестве драйвера ШД будем использовать распространенную связку микросхем L297 + L298N схема включения...

Математическая модель электропривода на базе синхронного...

Рис. 1. Общая схема модели электропривода на базе синхронного двигателя со встроенными постоянными магнитами.

Математическое моделирование электропривода на базе гибридного шагового двигателя в пакете SimPowerSystems.

Управление шаговым двигателем с помощью NI MyRIO

Ключевые слова: шаговый двигатель, контроллер NIMyRIO, виртуальный прибор.

Для корректной работы драйвера индуктивность обмотки ШД должна быть не менее 1 мГн. Рис. 3. Схемы подключения обмоток ШД.

Микропроцессорное управление прецизионным токарным станком

Рис. 1. Схема драйвера управления шаговым двигателем ШД-5Д1МУ3.

Основные термины (генерируются автоматически): LPT, USB, блок управления, двигатель, диод, контроллер сопряжения драйверов, часова стрелка, шаговый двигатель.

Математическое моделирование электропривода на базе...

На рис. 1 показана схема электропривода на базе гибридного шагового двигателя.

Рис. 3. Окно параметров гибридного шагового двигателя (Hybrid Stepper Motor). Блок Drive представлен на рис. 4.

Принципы автоматики и микроконтроллера как измерительного...

Структурная схема (рис. 1) установки, содержащей систему управления содержит следующие элементы: 1.БП — Блок питания; 2.МК — микроконтроллер, который управляет всей периферией устройства; 3.ДШД (1–3) — Драйвер шагового двигателя; 4.ШД (1–3) — шаговый двигатель

Математическое моделирование короткозамкнутого асинхронного...

Параметры Т-образной схемы замещения при номинальной частоте: Активное сопротивление обмотки статора.

Математическое моделирование электропривода на базе гибридного шагового двигателя в пакете SimPowerSystems.

Математическая модель электропривода на базе синхронного...

Рис. 1. Общая схема модели электропривода на базе синхронного двигателя со встроенными постоянными магнитами.

Математическое моделирование электропривода на базе гибридного шагового двигателя в пакете SimPowerSystems.

Задать вопрос