В.Т. Рябов - Разработка и отладка программного обеспечения микропроцессорной системы управления, страница 8

Далее, на интервале t4- t5 электрическое состояние обмоток становится идентичным состоянию на интервале to - t1, положение ротора подобноположению на интервале to - t1. Начинается новый цикл коммутации двигателя. Таким образом, после каждого переключения фаз ротор поворачивается на фиксированный угол, равныйв данном примере 30o. За цикл коммутации (to - t4 или t4 - t8), состоящий из четырех тактовкоммутации, ротор совершает четыре скачкообразных угловых перемещения, называемыхшагами. В общем случае угловая величина шага, называемая ценой шага, определяется дляШД с активным ротором формулойα = 2π/(рn),где р - число пар полюсов активного ротора; n — число тактов коммутации ШД в цикле.- 27 -Конструктивная схема четырехфазного ШД с пассивным ротором дана на рис. 3, б.

Ротор выполнен в виде зубчатого цилиндра из магнитомягкой стали. На зубчатых полюсах 1 - 8ста- тора расположены обмотки четырех фаз I - IV. Обмотки одной фазы размещены на противоположных полюсах и соединены последовательно. При включенной фазе I (to - t1) роторзанимает позицию, соответствующую максимуму магнитной проводимости между полюсамифазы I и ротором, что соответствует соосности зубцов ротора и зубцов полюсов статора 1 и5.

При включении фазы II (t1 - t2) ротор поворачивается по часовой стрелке и занимает положение, когда зубцы ротора расположены по оси зубцов полюсов статора 2 и 6. Далее включаются последовательно фазы III и IV. При каждом такте коммутации ротор поворачиваетсяна малый угол, в первом такте (t4- t5) следующего цикла коммутации ротор занимает подобное такту to - t1 положение, повернувшись за цикл коммутации на угол, равный зубцовомуделению ротора, т. е. На угол, занимаемый одним зубцом и одним пазом ротора.

В данномпримере с 18 зубцами на роторе этот угол равен 20o. В каждом из четырех тактов цикла коммутация ротор поворачивается на фиксированный угол, равный 5o. Вообще, цена шага ШД сz зубцами на пассивном роторе при n тактах коммутации определяется выражением2π.α=znНеобходимо отметить, что если поле статора поворачивается за цикл коммутации наполный оборот, то ротор – на величину зубцового деления, т.е.

в таких ШД применён принцип электромагнитной редукции, из-за чего ШД с зубчатым пассивным ротором часто называют редукторными.Шаговые двигатели с активным ротором не могут иметь малый шаг из-за технологических трудностей изготовления ротора с большим числом полюсов. Активные ШД делаются сценой шага в десятки градусов. Пассивные ШД изготавливаются с ценой шага от 1,5о до 9о.Пассивные ШД в приводах могут применяться без понижающих редукторов или с небольшими редукторами в отличие от активных, требующих в приводах редукторов с большимкоэффициентом передачи.

Среди прочего это обусловило большее распространение ШД спассивным ротором.Реверс ШД осуществляется изменением последовательности включения фазных обмоток на противоположную. Для описания последовательности переключения фаз вводят условные обозначения. Например, если последовательно включаемые фазы I, II, II и IV обозначить номерами, то коммутация в рассмотренном случае запишется так: …-1-2-3-4-1-2-….Это так называемая поочерёдная коммутация (рис. 5).Рис. 5.

Диаграмма работы шагового двигателяРис. 5 показывает развертки статора и ротора и наглядно иллюстрирует процесс работы- 28 -ШД. Видно, что при переключении фазы ротор сдвигается на четверть шага нарезанных нанем зубцов.Можно фазы включать парами: …-12-23-34-41-12-… . При этом, очевидно, увеличитсядвижущий момент. Это парная коммутация (рис. 5). Наконец, можно чередовать парное иодиночное включение фаз: …-1-12-2-23-3-34-4-21-1-12-… .

Это случай смешанной коммутации, при которой количество тактов в цикле удваивается. За цикл коммутации ротор попрежнему поворачивается на угол, равный зубцовому делению, и, следовательно, цена шагаполучается в два раза меньшей.Таблица 5.Пример парной и смешанной коммутацииДвухфазное управлениеДробление шага110010000110110000110100100101100010001100011001В линейных шаговых двигателях за счет использования различных уровней напряжений при питании фаз удается устойчиво дробить шаг на 256 частей.В лабораторной работе используется ДШИ-200 с пассивным ротором.

Такой двигательимеет 4 фазы, шаг перемещения 1/200 оборота. Максимальная частота вращения 3000об/мин.Типовая схема аппаратного подключения шагового двигателя показано на рисунке 6.Рис. 6. Типовая схема подключения шагового двигателя.На рисунке показано, что каждая фаза двигателя включается ключом на биполярномтранзисторе VT1 через оптронную развязку DA1. Резистор R2 ограничивает темновой токвыходного фототранзистора оптопары, а резистор R3 отводит его от базы ключевого транзистора. Диоды VD1 и VD2 шунтируют ЭДС самоиндукции фазовой обмотки шагового двигателя при ее включении и выключении.В нашем микроконтроллере фазы двигателя управляются от младших четырех битовпорта Р1 микроконтроллера, которые подключены к базе ключевого транзистора через буферК1565АП5 без использования оптронной развязки.Это допустимо при коротких линиях связи. Кроме шагового двигателя к лабораторномумикроконтроллеру подключено четыре кнопки, сигналы которых могут читаться также портом Р1 (рис.

7).- 29 -Рис. 7. Схема лабораторного микроконтроллера управления шаговым двигателем.9. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ШДКонтроллер, изображенный на рис.7, должен вращать с переменной скоростью в ту илииную сторону шаговый двигатель. Обеспечить необходимый алгоритм работы должно программное обеспечение контроллера. На примере разработки ПО мы убедимся, как удобнопрограммировать под управлением диспетчера задач реального времени.Наше ПО удобно представить двумя квантами:Шаг шагового двигателя «STEP».Опрос клавиатуры «KLAV».Первый синхроквант будем запускать через переменную задержку времени, так какдвигатель должен вращаться с переменной скоростью. Второй синхроквант – опрос клавиатуры будем запускать через 100 мс. Вряд ли кто сможет нажать на кнопку более одного разаза это время.9.1. Программа двухфазного вращения шагового двигателяЗадача программы – переключать биты в соответствии с заданной последовательностью1100 – 0110 – 0011 – 1001 и т.д.

Моменты переключения жестко привязаны ко времени. Каждое переключение – это 1/200 оборота для двигателя ДШИ-200.Определите, какова будет скорость вращения, если задержка между переключениями составляет 1 мс?Для вращения в обратную сторону последовательность нужно изменить последовательность подачи тетрад 1001 - 0011 – 0110 – 1100.

Да при всем этом, не нужно искажать содержимое старшей тетрады порта Р1. Она у нас, судя по схеме на рис. 9, будет использоваться длясвязи с четырьмя управляющими кнопками. Одна из них будет включать или выключать, есливключен, шаговый двигатель, вторая реверсировать направление вращения. Все время, поканажата третья кнопка, двигатель будет увеличивать скорость своего вращения. Четвертаякнопка, наоборот, будет замедлять двигатель.Для управления отдельными битами применяют прием маскирования. Управление осуществляется при помощи команды «исключающее ИЛИ» XOR .

Для этого заводят переменную FASA - значение младшей тетрады порта Р1 и переменную MASKA, которой присваи- 30 -вается значение 1010.В этом случае подпрограмма выполнения шага будет выглядеть так:XOR FAZA, MASKA;исключающее ИЛИ маски и фазы, результат в фазуINV MASKA;инверсия маски, значения каждого битаЗадержка.;меняется на противоположноеВ цифровом виде это будет выглядеть: исходно MASKA=1010, FAZA=1100.Первый вход в подпрограмму11001010 «исключающее ИЛИ c MASKA»Второй вход в подпрограмму0110 «Результат в FAZA»0101 «исключающее ИЛИ c инверсией MASKA»0011 «Результат в FAZA»1010 «исключающее ИЛИ c инверсией MASKA»1001 «Результат в FAZA»Жирным шрифтом здесь выделены последовательные значения в переменной FAZA.Видно, что две единицы поехали вправо, т.е. двигатель начал вращаться.Чтобы вращать двигатель в другую сторону перед входом в программу шага нужнопредварительно инвертировать маску.Реально на конкретном ассемблере MCS51 программа из-за ряда ограничений будет выглядеть более сложно.

Наш шаговый двигатель подключен к младшим четырем битам(младшей тетраде) порта P1. Программа управления двигателем при своей работе не должнапортить старшей тетрады порта, к этим битам могут быть подключены другие элементы объекта управления (у нас, набор кнопок). Манипулируя байтовыми переменными FAZA иMASKA, мы изменяем, все восемь бит. Управляют отдельными битами, используя приеммаскирования. Далее приведен текст программы с комментариями.Прежде всего, квант «STEP» нужно прописать в зоне векторов запуска синхроквантов:;--------------------USER PROGRAMM MEMORY---------------------ORG 149h;-------name thread0-------------LJMP STEPПрисвоим ему наивысший приоритет при запуске.