Электрические схемы управления шаговыми двигателями

Разработка микропроцессорного устройства управления шаговым двигателем

Главная > Курсовая работа >Коммуникации и связь

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический университет»

Кафедра «Мехатронные системы»

к курсовому проекту

по дисциплине «Микропроцессорная техника»

на тему «Разработка микропроцессорного устройства

управления шаговым двигателем»

Выполнил: студент гр. 8-35-1

Техническое задание 2

1. Разработка схемы электрической принципиальной………………………….7

1.1 Выбор двигателя 7

1.2 Выбор микропроцессорного устройсва 9

1.3 Выбор интерфейса связи 11

1.4 Выбор датчика 13

2 Разработка схемы электрической принципиальной 14

2.1 Расчет драйверов 14

2.2 Расчет гальванической развязки……………………………………………16

2.3 Расчет датчика обратной связи 17

2.4 Расчет остальных элементов микропроцессорного устройства управления шаговым двигателем………………………………………………………….…18

3 Разработка платы печатной 20

4 Разработка сборочного чертежа 22

Список использованной литературы 24

Техническое задание

Разработать систему управления двумя шаговыми двигателями семейства FL35ST и 25BYT на базе микроконтроллера Atmega16. Связь с верхним уровнем осуществить через протокол Bluetooth . Для обратной связи использовать датчик контрастной полосы.

Введение

В настоящее время электропривод представляет собой конструктивное единство электромеханического преобразователя энергии (двигателя), силового преобразователя и устройства управления. Двигатель обеспечивает преобразование электрической энергии в механическую. Разработка высокопроизводительных, компактных, экономичных систем привода является приоритетным направлением развития современной техники. Шаговые двигатели находят широкое применение в различных областях. Их основное достоинство заключается в высокой точности и высокой надёжности. По этой причине они используются в точных механизмах технологического оборудования.

Рост степени интеграции в микропроцессорной технике и переход от микропроцессоров к микроконтроллерам с встроенным набором специализированных периферийных устройств, сделали необратимой тенденцию массовой замены аналоговых систем управления приводами на системы прямого цифрового управления. Существуют микроконтроллеры различных типов программирования: однократно программируемые и перепрограммируемые. Применение перепрограммируемых микроконтроллеров неизбежно влечет за собой изменение в системе управления. Малые размеры корпусов различного исполнения делают микроконтроллеры пригодными для портативных устройств. Низкая цена, экономичность, быстродействие, простота использования, наличие достаточного количества портов ввода/вывода способствуют применению микроконтроллеров в различных областях.

Читать еще:  Что означает номер двигателя на тойоте

Шаговый двигатель — это электромеханическое устройство, преобразующие сигнал управления в угловое (или линейное) перемещение ротора с фиксацией его в заданном положении без устройств обратной связи. Современные шаговые двигатели являются по сути синхронными двигателями без пусковой обмотки на роторе, что объясняется не асинхронным, а частотным пуском шагового двигателя. Роторы могут быть возбужденными (активными) и невозбужденными (пассивными).

Сфера применения шаговых двигателей: подача пленки и изменение масштаба изображения в камерах, факсимильные аппараты, принтерах, копировальные машины, лотки подачи и сортировщики бумаги, а также дисководы, автомобилестроение, светотехническое оборудование, теплотехника, станки с ЧПУ и т.д.

Шаговые двигатели обладают некоторыми уникальными свойствами, что делает порой их исключительно удобными для применения или даже незаменимыми.

Достоинства шаговых двигателей:

Угол поворота ротора определяется числом импульсов, которые подаются на двигатель

прецизионное позиционирование и повторяемость. Хорошие шаговые двигатели имеют точность 3-5% от величины шага. Эта ошибка не накапливается от шага к шагу

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.

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

В данном проекте используется биполярный двигатель. Он имеет одну обмотку в каждой фазе, которая для изменения направления магнитного поля должна переполюсовываться драйвером. Для такого типа двигателя требуется мостовой драйвер. Всего биполярный двигатель имеет две обмотки и, соответственно, четыре вывода (рисунок 1).

Читать еще:  Что такое турбодизель двигатель

Рисунок 1 – Упрощённая схема биполярного шагового двигателя

2. Разработка схемы электрической принципиальной

2.1 Выбор двигателя

В соответствии с заданием выбираем шаговый двигатель FL35ST28-0504A.

Технические характеристики двигателя:

Погрешность углового шага, %

Погрешность сопротивления обмоток двигателя, %

Погрешность индуктивности обмоток двигателя, %

Максимальное радиальное биение вала двигателя, мм

Максимальное осевое биение вала двигателя, мм

Максимальная допустимая осевая нагрузка на валу, Н

Максимальная допустимая радиальная нагрузка на валу, Н

Расчет параметров математической модели электрического шагового двигателя гибридного типа на основе анализа картины магнитостатического поля

Полный текст:

  • Аннотация
  • Об авторах
  • Список литературы
  • Cited By

Аннотация

Представлен вариант решения задачи расчета параметров математической модели электрического шагового двигателя гибридного типа на основе анализа картины его магнитостатического поля. Показан один из основных недостатков такого двигателя — среднечастотный резонанс, возникающий из-за совпадения частоты собственных колебаний ротора с частотой подачи импульсов напряжения питания. Обоснована необходимость учета данного фактора при проектировании системы дискретного электропривода на основе исполнительного двигателя данного типа путем расчета значений резонансных частот и использования их при разработке алгоритма управления приводом. Поставлена задача разработки математической модели двигателя, позволяющей выполнить анализ влияния его конструктивных параметров на спектр резонансных частот. Сформирована методика расчета параметров заданной математической модели. Рассмотрены варианты математического описания данной электрической машины и выполнен подбор ее известной математической модели на основе схемы замещения электрической цепи. Выполнен численный расчет пространственной картины магнитостатического поля электродвигателя. На основе анализа результатов расчета сформирована система допущений для разработки эквивалентной схемы замещения магнитной цепи электрической машины. Разработана эквивалентная схема замещения магнитной цепи и соответствующая ей система уравнений. Сформирована система уравнений математической модели на основе схем замещения электрической и магнитной цепей. На основе системы уравнений разработана имитационная модель дискретного электропривода в программном пакете Simulink. С помощью полученной имитационной модели выполнен расчет переходных процессов по углу поворота ротора и электромагнитному моменту и проведен анализ влияния одного из конструктивных параметров на частоту собственных колебаний ротора. На основе результатов моделирования показано, что при увеличении высоты воздушного зазора у гибридного шагового двигателя уменьшается значение результирующего электромагнитного момента, и снижается частота собственных колебаний ротора, соответственно снижается и частота, при которой возникает среднечастотный резонанс. Полученная математическая модель может быть использована на этапе поверочного расчета выбранного двигателя, так как позволяет проанализировать влияние конкретного конструктивного параметра машины, в частности воздушного зазора, на частоту собственных колебаний ротора, а следовательно, на спектр резонансных частот дискретного электропривода.

Ключевые слова

Об авторах

Кандидат технических наук

Читать еще:  Характеристики двигателя toyota 1nz

Доктор технических наук, профессор

Кандидат технических наук, доцент

Список литературы

1. Денисов В. А., Жуков А. В. Математическое моделирование работы шагового двигателя в составе мехатронного модуля компенсации износа режущего инструмента // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14, № 6. С. 54—58.

2. Елецкая Г. П., Илюхина Н. С., Панков А. П. Электромеханические системы. Тула: ТулГУ, 2009. 214 с.

3. Емельянов А. В., Шилин А. Н. Шаговые двигатели: Учеб. пособ. Волгоград: ВолгГТУ, 2005. 48 с.

4. Рыбак Л. А., Черкашин Н. Н., Гунькин А. А., Чичварин А. В. Моделирование электромеханического привода с гибридным шаговым двигателем роботизированной платформы // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6.

5. Austin Hughes. Electric Motors and Drives. Fundamentals, Types and Applications. Third edition. Published by Elsevier Ltd, 2006.

6. Binglin Lu, Yanliang Xu. Presentation and Performance Evaluation of a Novel Stator-Permanent-Magnet Hybrid Stepper Motor. College of Electrical Engineering, Shandong University. Jinan. China, 2015.

7. Chirila A., Deaconu I.,Navrapescu V., Albu M., Ghita C. On the model of a Hybrid Stepper Motor // Proc IEEE international conference on industrial electronics. 2008. P. 496—501.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector