Главная страница   Контактная информация   Новости науки и техники   Поиск на сайте   Форум

Электронная система управления шаговым двигателем ШД-5Д1МУ3

Рис. 1. Шаговый двигатель ШД-5Д1МУ3.

Шаговый двигатель ШД-5Д1МУ3 (ДШР-80) предназначен для преобразования электрических импульсов в дискретные угловые перемещения и обладает высокими эксплуатационными характеристиками, в частности, малым углом шага. Внешний вид шагового двигателя ШД-5Д1МУ3 в разных ракурсах показан на рис. 1. Технические характеристики представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Номинальное напряжение питания, В 48
Напряжение питания постоянного тока при резистивной форсировке, В 48 (+4.8/-7.2)
Ток в цепи фазовой обмотки в режиме фиксированной стоянки при напряжении питания 48 В при трёх включенных фазах, А 3 (±0.1)
Единичный шаг, градус 1.5
Статическая погрешность отработки шага, минут ± 27
Номинальный вращающий момент нагрузки, Н ∙ м 0.100
Номинальный момент инерции нагрузки, кг ∙ м2 4 10-6
Максимальная приемистость при номинальном напряжении питания, шаг/с, не менее 2800
Максимальный статический момент при питании двух фазовых обмоток током 3 (±0.1) А каждой фазы, Н ∙ м, не менее 0.400
Максимальная частота отработки шагов в номинальном режиме, шаг/с
- при резистивной форсировке: 8000
- при импульсной форсировке: 16000
Число фаз 6
Вращающий момент, Н ∙ м, при моменте инерции нагрузки 2 10-6 кгм2 при частоте управляющих импульсов
- 400 0.35
- 800 0.4
- 1000 0.45
- 1500 0.48
- 2000 0.50
- 4000 0.29
- 6000 0.20
- 8000 ... 16000 0.10
Максимальная частота, шаг/с
- при резисторной форсировке 8000
- при электронной форсировке 16000
Режим работы Продолжительный
Номинальный режим работы S1
Степень защиты JP44
Форма исполнения JM4091
Класс изоляции F
Масса, кг 2.2
Условия эксплуатации
Температура окружающей среды, 0C -45 ... +40
Относительная влажность воздуха при температуре +15 0C, %, не более 80

Шаговый двигатель (ШД) типа ШД-5Д1МУ3 был применен в системе линейной однокоординатной подачи. Основным требованием при разработке системы управления (СУ) двигателем являлась низкая стоимость разработки и изготовления, доступность и дешевизна элементной базы, вследствие чего СУ было решено построить на дискретных элементах (в частности, на микросхемах серии К155). Двигатель имеет 12-контактный штыревой разъем, на который выходят выводы шести обмоток. Последовательность и фазировка обмоток приведена в таблице 2.

Таблица 2.

Обмотка Начало Номер контакта Конец Номер контакта
первая М1 1 О1 4
вторая М2 7 О2 10
третья М3 2 О3 5
четвертая М4 8 О4 11
пятая М5 3 О5 6
шестая М6 9 О6 12

Ротор ШД-5Д1МУ3 не имеет постоянных магнитов, поэтому был выбран следующий алгоритм работы двигателя. Концы всех обмоток (О1 - О6) соединяются между собой и подключаются к общему проводу. На начала обмоток (М1 - М6) подается шестифазная последовательность импульсов (F1 - F6) в режиме полушага, т. е., например, сигнал на вторую обмотку поступает, когда с предыдущей обмотки (первой) сигнал еще не снят. Затем с первой обмотки сигнал снимается, и управление полностью переходит ко второй обмотке и т. д. Последовательность подачи импульсов на обмотки (сигналы F1 - F6 соответствуют началам обмоток М1 - М6) в режиме полушага при разных направлениях вращения представлена на рис. 2. Сигналы соответствуют обозначениям на принципиальных схемах (рис. 3 - 6).

Рис. 2. Последовательность управляющих импульсов.

СУ состоит из четырех узлов: выходные ключи, формирователь управляющих импульсов, генератор импульсов и логический блок, концевые датчики. Принципиальные электрические схемы узлов представлены на рис. 3 - 6. Соединения узлов производятся в соответствии с входными и выходными сигналами (контакты с одинаковыми обозначениями соединяются между собой).

На рис. 3 представлена принципиальная схема выходного узла (выходные ключи).

Рис. 3. Схема принципиальная выходных ключей СУ ШД.

На входы шести идентичных каналов подается шестифазная последовательность управляющих импульсов (F1 - F6, ТТЛ-уровень, положительная логика) с формирователя управляющих импульсов. Сигнал каждого канала усиливается транзисторами VT1, VT2 и через резистор R5 сопротивлением 5.1 Ом подается на начало соответствующей обмотки (М1 - М6). Резистор R5 служит, во-первых, для ограничения выходного тока (защита обмотки от перегрева) и, во-вторых, совместно с диодом VD1 обеспечивает демпфирование ротора ШД. Выбор пониженного напряжения питания (12 вольт) обусловлен требованием защиты двигателя от перегрева.

На рис. 4 представлена принципиальная схема формирователя управляющих импульсов.

Рис. 4. Схема принципиальная формирователя управляющих импульсов СУ ШД.

Для получения шестифазной последовательности импульсов использован реверсивный шестнадцатиричный счетчик DD3 с дешифратором DD4 и выходными элементами DD5, DD6, логика работы которых обеспечивает требуемые характеристики последовательности. Когда счетчик работает в режиме прямого счета (вращение ШД соответствует подаче вперед), его сброс (установка в 0) производится при достижении значения счетчика и дешифратора, равного 12, после чего процесс формирования шестифазной последовательности начинается заново. Когда счетчик работает в режиме обратного счета (вращение ШД в обратном направлении), то при достижении значении счетчика и дешифратора, равного 14, производится его установка в 11, после чего процесс формирования шестифазной последовательности начинается заново. Элементы микросхемы DD1 обеспечивают прохождение счетных импульсов ИМП на соответствующие входы счетчика в зависимости от состояния сигналов -НАЗАД и -ВПЕРЕД. Элементы микросхемы DD2 блокируют дешифратор при совпадении уровней сигналов -НАЗАД и -ВПЕРЕД. Выходные сигналы F1 - F6 при этом равны нулю, и напряжение на обмотки ШД не подается.

На рис. 5 представлена принципиальная схема генератора импульсов и логического блока.

Рис. 5. Схема принципиальная генератора импульсов и логического блока СУ ШД.

На таймере DA1 собран генератор импульсов частотой 2 кГц. Частота генератора может изменяться с помощью резистора R3. При подключении дополнительного конденсатора C1 (путем замыкания выводов 5 Гц и ОБЩ) частота генератора может быть уменьшена в 10 и более раз (в зависимости от емкости C1). Уменьшение частоты может потребоваться при отладке механических узлов устройств, для которых используется СУ. С выхода DA1 импульсы частотой 2 кГц поступают на делитель частоты, собранный на триггере DD1.1. Импульсы частотой 1 кГц и скважностью 2 используются для синхронизации установки сигналов -ВПЕРЕД и -НАЗАД с помощью триггера DD3. Счетные импульсы ИМП частотой 500 Гц формируются с помощью делителя DD1.2. Для внешнего управления используются сигналы концевых датчиков -ПКД (передний концевой датчик) и -ЗКД (задний концевой датчик), сигнал с переключателя "вперед - стоп - назад" (-КнВп и -КнНаз), а также сигналы с датчиков тока -ТОК1 и -ТОК2. Необходимые логические преобразования осуществляются с помощью микросхемы DD2 ПЗУ КР556РТ4А [3]. Питание концевых датчиков производится через низкоомный токоограничительный резистор R5 (для защиты блока питания +5 В от случайного замыкания). Входные каскады на транзисторах VT1VT2 и VT3VT4 служат для согласования концевых датчиков с микросхемой ПЗУ (защита от помех, защита от обрыва линии). Программирование микросхемы ПЗУ произведено с помощью аппаратного программатора [1] в соответствии с таблицей 3 (в зависимости от требуемой логики работы содержание ПЗУ может быть изменено).

Таблица 3.

A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D1 D0
0 0 1 1 0 1 1 0 0 1
0 0 1 1 1 1 1 0 0 1
0 0 1 1 1 0 0 1 1 0
0 0 1 1 1 0 1 1 1 0
0 0 0 0 1 1 1 0 1 0
0 0 0 0 1 0 1 1 0 1

Значения выходных сигналов D0 - D3 по всем остальным адресам микросхемы ПЗУ равны нулю (программирование по этим адресам не производилось).

На рис. 6 представлена принципиальная схема узла концевых датчиков.

Рис. 6. Схема принципиальная концевых датчиков.

Концевые датчики построены на основе магнитоуправляемых микросхем (МУМС) К1116КП1 с открытым коллекторным выходом. Расстояние между центрами МУМС на плате около 140 мм (максимальная подача). Плата концевых датчиков крепится к неподвижной станине. На движущейся подаче устанавливается штанга с постоянным магнитом (неодим-железо-бор, диск Д10 х 3, намагничен аксиально в установке намагничивания [5]). Когда магнит достигает зоны чувствительности МУМС, соответствующий сигнал (-ПКД или -ЗКД) принимает значение, равное логическому нулю, и ШД останавливается.

На рис. 7 показаны платы узлов СУ ШД в сборе, подключенные к блоку питания, а на рис. 8 - плата концевых датчиков.

Рис. 7. СУ ШД с блоком питания.

Рис. 8. Плата концевых датчиков.

Ссылки:

  1. Аппаратный программатор для микросхем ПЗУ КР556РТ4А
  2. Кенио Т. Шаговые двигатели и их микропроцессорные системы управления: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 200 с.: ил.
  3. Микросхема ПЗУ КР556РТ4А
  4. Микросхемы серии К1116. - Радио, 1990, № 6, 7.
  5. Устройство для импульсного намагничивания и размагничивания редкоземельных магнитов диаметром до 25 мм высотой до 12 мм
  6. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. 2-е изд., испр. - Челябинск: Металлургия, Челябинское отд., 1989. - 352 с.: ил. - (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1111).

Словарь терминов:

05.03.2004
15.11.2005
22.02.2006
13.07.2006
16.06.2010


Альтернативные источники энергии
Компьютеры и Интернет
Магнитные поля
Механотронные системы
Перспективные разработки
Электроника и технология

Главная страница


Rambler's Top100