Блоки управления шаговыми двигателями
ООО
"Федал" представляет свою очередную разработку. Это блоки управления
шаговыми двигателями (БУШД) принципиально нового типа. Их отличают следующие
особенности:
- поддержка большинства популярных протоколов управления (+/-, шаг/направление)
и наличие оригинального протокола с прямым управлением величиной тока по
параллельной шине.
- быстродействующий выходной каскад с возможностью точного регулирования тока в
каждой обмотке.
- возможность параллельного или последовательного подключения двух двигателей к
одному блоку.
- оригинальное схемное решение выходного каскада, существенно снижающее частоту
регулирования тока и, как следствие, нагрев двигателя.
- наличие интеллектуальной схемы контроля питания, обеспечивающей отключение
драйверов выходных транзисторов при отсутствии силового питания или при сбоях в
низковольтном, а также задержку включения на время переходных процессов в
источнике питания.
Возможность непосредственного управления питающим током по внешней шине
позволяет обеспечить очень точное позиционирование ротора и избежать такого
традиционного для шаговых моторов недостатка, как резкие колебания ротора на
малых скоростях вращения. Устройство разрабатывалось для применения в системах
с жесткой связью между двигателем и нагрузкой, т.е. без демпфирующих муфт. В
таких установках вибрации шагового привода и низкочастотные резонансные явления
проявляются особенно часто и неприятно.
Использование микрошагового режима управления на малых скоростях вообще
достаточно популярно, поскольку позволяет избежать указанной проблемы и
обеспечить вращение ротора шагового двигателя ровно, без заметных колебаний
угловой скорости. Однако, классические системы с дроблением шага становятся
малопригодными с ростом оборотов. Они требуют, во-первых, большой частоты
входных импульсов и, как следствие, высокой производительности управяющей
системы, а во-вторых, формируют в обмотках ток синусоидальной или близкой к
синусоидальной формы, что является совершенно неоптимальным для вращения
шагового двигателя на высокой частоте: вследствие снижения среднего тока в
обмотках крутящий момент падает на 30-60% (величина падения момента зависит от
схемотехники выходного каскада, индуктивности обмоток и еще ряда факторов).
Блок управления шаговыми двигателями SM-202-1 позволяет управляющему
программному обеспечению самостоятельно формировать ток в обмотках двигателя в
зависимости от условий работы и соответственно выбирать между высоким крутящим
моментом на больших оборотах и плавным вращением ротора на малых скоростях, а
также вовсе выключать привод или переводить его в режим малого
энергопотребления.
Ключевым отличием блока от аналогичных устройств является оригинальный протокол
управления по параллельной шине. При его использовании управляющая программа
может непосредственно формировать ток в обмотках двигателя, что позволяет
вводить режимы с произвольным коэффициентом дробления шага, в т.ч. с
переменным. Таким образом, на малых оборотах управляющая программа может
обеспечить очень плавное вращение ротора ШД, практически в режиме синхронного
двигателя. При этом каждый макрошаг может содержать до 128 микрошагов.
Позиции микрошагов внутри макрошага могут выбираться программным обеспечением
произвольно в пределах точности, обеспечиваемой 8-разрядным ЦАПом. Адаптация
формы кривых тока для конкретной модели двигателя может быть при необходимости
выполнена внешним программным обеспечением на стенде, но проведенные
эксперименты показывают, что в реальных применениях необходимости в таких
работах нет. Такая система управления позволяет избежать резонансных явлений
даже на самой жесткой нагрузке. В то же время, на больших скоростях вращения
имеется возможность работать с питанием двигателя постоянно максимальным током
и в результате сохранить необходимый высокий крутящий момент.
Оригинальные схемные решения, лежащие в основе построения выходного каскада,
позволили существенно снизить частоту ШИМ и, как следствие, нагрев двигателя.
Кроме того, задачу снижения тока в обмотках в режиме удержания, вплоть до
полного выключения питания, может успешно выполнять программное обеспечение
управляющего компьютера.