Кенио Т. Шаговые двигатели и их микропроцессорные системы управления, страница 3

МОП-транзисторы появютясь лишь в 1964 г. В следующем году появились цифровые интегральные схемы, затем микросхемы со средним уровнем интеграции, а вслед за ними я большие интегральные микросхемы. В результате логическяе схемы, входшцие в систему управления ШД, стали миниатюрными, возросла их надежность, снизилась стоимость и применение ШД стало экоиомическя оправданным.

Развитие полупроводниковой технологии, кажется, бесконечно. В 1971 г. компания !пге! обьявила об изобретении четырехразрядного микропроцессора. Затем !пге! в 1972 г. и Мотого1а в !974 г. выпустили па рынок восьмираэрядпый процессор, имеющий большую область применения. Описанные здесь ШД широко применяют в электроприводе с ппфровой системой упрэвлеияя. И<пользование микропроцессоров дпя управлении ШД является только делом времени. Фактически с конца 1970.х годов ьпгкропроцессоры сталв находить раэличиые применения в эпектроприводах с ШД. 1.6. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ АКТИВНОСТЬ В конце 1950 х годов университеты и лаборатории промышленно развитых стран печали интенсивное исследование ШД; результаты этих исследований опубликованы.

В 1970-х годах состоютись две Международные конференции, где специалисты науки и производства обмеиялись докладами и обсушши возмоэоюсти практического вспольэоваппя ШД. Ежегодло с 1972 г. в 11гЬапа-СЬагпра1Еп проходит симпозиум по приборам и системам дифференциального управления под председательством профессора Куо яз университета штата Иллинойс (США). В 1974, 1976, 1979 гг.

в Вепякобратаиии работала Международнал коиференция по ШД и приборам под председательством профессора Лоуреисоиа из университета в Лидсе. Шаговые двигатели были также предметом об. суждения в 1976 г. ла Международной копфереидии по малым вгектрическим машипам, состоявшейся в ииспгтуте инженеров-электриков в Лоидоие. Глава 2 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОВРЕМЕННЫХ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 2Л. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ С РАЗОМКНУТОЙ ЦЕПЬЮ (БЕЗ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ) Как правило, работой ШД управляет электронная схема, а питание его осуществляется от источника постояииого тока.

Шаговые двигатели примеияют дяв упрюшеиия частотой вращения без применения дорогого контура обратной связи. Этот приицип используетя в приводе с разомкнугой цепью. Рв с. 2. 1. Перфоратор Вумежлой велты: ! — свомме уоревлелве; 3 — лерфореотр; 3 — твеедоеве-, 4- лмговма двигатель Управление без обрапюй атяэи хотя и является псономнчески выгодным, по ямеет и ряд ограничений. Например, поворот ротора становится колебательным и нестабильным по значению конечных скоростей, вследствие чего характерисппси движения, часюта вращения и ускорение ШД с управлением без обратюй связи ие могут быль такимп же ючными, как у двигателей постоянного тока с обратной связью. Следовательно, уменьшение колебаний — это основная пробпема, коюрую веоб.

водимо разрешить лля расширения грашщ применения ШД. 2.1.1. Коифягуреция системы. Для понимания основной конфигурации системы управления ШД рассмотрим управление перфораюром, коюрый яспользует ШД дпя подачи буьсажлой лентм (рис. 2.1). Эшм устройством создаются упрвалвющпе Йнструкцпи в виде перфорацаи для машин с цифровым упршлением. Система управления лентой может быль представлена в виде схемы, изображенной на рис. 2.2. Позднее мы обьясним, почему дпя этой цели используют в основном трех- и четырехфазные ШД. Рассмотрим работу трехфазного двигателе. Наиболее важной особенностью ШД является то, по па каждьй импульс упревленяя ротор поворачивается на фвкагроваяньй угол, значение которого в градусах называется шагом.

Пря получении команды логическая день определяет, какал фаза должна быть задействована и посылает сигнал управления на ннверюр, определяющий значение тока ШД. Логическая схема обычно монтируется из транзисюрных нтеменюв нля интегральных схем. Если выходной потенциал логической схемы высокий, возбуждается соответствующая фаза обмотки, например фаза 1. Если выходной потеншал низкий, фаза обмотки с этим номером отключается.

Как показано на рис. 2.3, двягатель врюцается по часовой стрелке п1и управлявдпей поспедоватепьности 1 ь 2 -ь 3 -ь 1 ..., направление против часовой стрелки реали- 17 итцьмм Рис. 2.2. Структуриап схема касаемы управпемтп двигпепем: 1 — иогическиа блок; 2 — инхертор; 3 — пмтовма двигатеиь эуется при обрапюй последэвательпоств 1 3 -ь 2 ~ 1 .... При зюм заранее оговаривается, каким в данных условиях считать направление вращения по часовой стрелке. Фазы обьютки обозпачаотси как 1, 2, 3 п т.д.

либо как А и В дпп некоторых двухфазных двигателей. На рис. 2.3 показмю однополупераюдпое управление ШД, коюрое означает, по в кюидый момевт времени воэбухсдепа только одна фаза из трех (ипи четырех в случае четырехфазпого двигателя). Одпополупериодпое управление часто истюльзутот прп обьисиелпи основных птатнцююв работы ШД, однако опо пе всегда авляетса лучшим способом управлеппа. 2.1.2. Шаг п викремевт. В совремешппх машинах с цифровым управлением л периферийных устройствах ЭВМ давным записываются па восемь дорожек па ленте; зто означает, что ~а елдой лввви может быть восемь сигнальных отверстий.

В дополнение к этому между третьей и четвертой дорожками вдуг силхроппзирующве лерфорашюппые отверстия, в которые входят зубцы звездочки (зубчатого колеса устройства протяжки ленты). Липли символов располагаются с интервалом в 2,54 мм. Когда ~а ленту заносятся данные с помощью руиюго перфоратора ипи из ЭВМ, ола продвигаетсв па 2,э4 мм, останавливается дпя перфорации липин символа, затем продвигаетси па следующие 2„54 мм, останавливается ошпь и тд.

киьиьььм Сьрьдььния "" ' и и. й Е~~ Я 'В=И Н Иььщььм дсрсельиия дпыьатеьь ' Д Я=Я Н=П Р к с. 2.3. Дпмраммы поспедоватмтаиостп входвмх импуиьсов управпеиип и посхедоватепьиосм воабухднеп обмоток ьа Р и с. 2.4. Завпатмость угла позоре. та ротора от времена юи отучал мелов частоты слепозммл лмпульсоз управ- леппл нмнрднессн нйе 1,Л 5 4 й 2 йн1 ъ,ч Таким образом, шьаый простой способ управленца двнженнем ленты — зто юполиопютве одвнонютх вмпульсов для логвчесжой схемм, когда двигатель за одвн шаг ново. дреме рачнзает звездочку ва угол, зквввалентный этому шагу, т.е. нродвнгает лаву на 2з4 мм.

Другой способ— поворот ШД на несколько шагов дпн продвнжевнп ленты ва одну лннвю. Например, ьюжно всюльтовать четырехфззный дпвгашль с шагом 1,8', передангаплцнй ленту к атедующей линия за четыре шага. Днаметр эвездочкн уменьшается в четыре раза, н в результате момент ннерщан уменьшаетса в 4е = 256 раз по сравненню с одюшаговым передвнженнем. Одю двнженне на 2р4 мм, которое переводят ленту к отедуюсцей лнннн, как в прнведенном выше прнмере, называют ннкрементом (прарюпенлем). Один янкремент может выполняться эа одян пнг в первом примере н за четыре шага в последнем.

В снстеме, вэображенной на рнс. 22, дангатель остаююлнааетсп на определешюе время после вьаслнення одного ннкремента данженнв лля перфорации ленты, затем цикл повтрряется. Такой тнп двнження называетсл ннкремонтным данженнем, а управленне, атответствующее ему, управленцем нвкремеятвым дпвкеняем. На рнс. 2.4 н 25 показана связь между шаговым я нвкрементным действиями. На рнс. 2.4 показана завнснмость между углом поворота ротора н частотой импульсов упревленвя в отучав, когда эта частота относнтельно низкая, а ннкрементное данженне вы.- полняется за оютн пнг.

На ряс. 2.5 показаны случал, когда олнн ннкремент вьпюлняетсл эа даа либо чепаре шага. Одюшаговое выполненне янкремента обмчно сопровождается колебеннпмн, кзк показано па рнс. 2.4. Когда двнженяе выполняетса за несколысо вмпульсов, по- Одне ддинсение диниеееы дараенение д 7 Б 5 Ф 3 г 1 Одне единение д 7 Б „5 йе ~5 2 1 Один иннренент га емлыре исага Один иннренент га Я игаса Р и с.

2. 5. Ипкремептвые лалмемел беа колебмма прп лескольклл лмпупмал упрмлеппл 19 Рис. 2.6. Успюастве счвтввпмя с зерфевмше ступаюпых с соотеетствуавппмн внтервптамн, колебапвй может н ве быть. Они в спучш одношаговой реелнэецвн гасятся аэответсгвузяцей электронной схемой упраалевня. Коля юстао швов на один вшсремент часш больны четмрех, шшрнмер„в устройстве ввода сврфолевты (рис. 2.6). Когда дмаые с ленты переносятся в контроллер влл механвзм с цифровым управлением, действня вьпюлняются 6пок эа блоком. Одвн блок данных состоят нз набора агмволов, например яз 32, 48 штв б4, н зш количество ьежвт быль раэлячным в мвнснмосщ от ~истемы. До того как устройсшо начнет продвижение левтм, блок данных переносятся в шшупроводввковую память контроллера н устройство будет двигаться так, как определено в ннструкллях, содерващвхся в первом блоке данных.

После выполнения этях ннструкпвй считывающая головка устройства ввода перфоленты сштывает следуввпвй блок данных. Если гжстема считывает однп символ за один ппг, а блок отстоит вэ 32 символов, то одно движение выюлняегся за 32 шыть Есвн одна лвння символа проходит за четыре шага, то одно инкрементное двпженне выполняется эа 128 шагов так, побы передать 32 байта денных.