Синтез системы автоматического управления синхронно-шаговым двигателем

»
Энергетический факультет Кафедра "Электротехника и Автоматизированный электропривод"
			Курсовая работа защищена с оценкой ___________
			Руководитель _________________       работы                        подпись
			«_____»____________2012 г.
Синтез системы  автоматического управления синхронно-шаговым  двигателем
Пояснительная записка
к курсовой работе   по дисциплине «СИНТЕЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ»
Студент группы
Руководитель работы           к.т.н. профессор
должность, ученая степень

 

 

 

 

2012

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

 

 Разраб.

 

 Пров.

 

 

 

 

 

 Утв.

.

 

 

Синтез системы автоматического  управления синхронно-шаговым двигателем

Лит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Масса

Масштаб

 

 

Содержание

 

1. Введение……………………………………………………………………………….....….3
2. Задание…………………………………………………………………………………….....4
3. Исходные данные……………………………………………………………………....…...5
4. Синтез схем реверсивных РИ системы управления СШД…………………………...…..6
1. Синтез схемы однокомплектного распределителя импульсов с изменением порядка чередования фаз……………………………………………………………………..………6
2. Синтез реверсивного преобразователя с разночастотными генераторами……………..9
5. Синтез схемы СУ СШД с искусственным дроблением шага……….…………………..12
6. Старт-стопные режимы двигателя……………………………………………………..…18
1. Принудительное торможение двигателя……………………………………………..….18
2. Естественное торможение двигателя………………………………………………..…..20
7. Пуск СШД в режиме программного разгона……………………………..……….....….22
8. Заключение………………………………………………………………………………...24
9. Литература…………………………………………………………………………………25

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

Введение

 

В настоящее время все большее применение, особенно в станках с ЧПУ, находят синхронные шаговые двигатели (СШД). Обусловлено это следующими причинами: приближаясь по своим свойствам к непрерывным  приводам постоянного и переменного тока, электропривод с СШД при дискретном управлении обладает следующими преимуществами:

• компактность;
• значительно больший диапазон регулирования скорости
• изменение скорости осуществляется изменением частоты управляющих

           импульсов и имеется возможность реализовывать значения скорости »0;

• обладают большой плавностью регулирования скорости;
• имеют возможность осуществлять фиксацию конечных координат   

             перемещений при отработке любого заданного перемещения без

             датчиков, обратных связей и конечных выключателей;

• устойчиво работают в условиях вибрации;
• имеют простую конструкцию и обладают высокой надежностью;
• система управления легко сопрягается с ЭВМ.

В то же время  для приводов с СШД требуется  значительно более сложная система  управления.

В данном курсовом проекте произведен синтез системы  управления СШД, обеспечивающей разгон, работу двигателя на номинальной  скорости, старт/стопный режим и  торможение двигателя в заданном режиме.

.   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

Задание

 

Синтезировать  дискретную  САУ автоматизированного   электропривода  с СШД,  используемого в комплексных УЧПУ  металлорежущих   станков,  промышленных  роботов и роботизированных   технологических   линиях. При этом  произвести  аналитические преобразования  и вычисления, необходимые для выполнения  работы  при разработке  схем  системы автоматического управления   различными   режимами  работы  СШД. В соответствии с вариантом, заданным  преподавателем, выполнить весь  комплекс  работ по  каждому разделу.

По  первому  разделу  необходимо:

1. Произвести  синтез  распределителя  импульсов  СУ реверсивного  электропривода  с СШД  на  дискретно-логических  элементах  с  использованием  микросхем  типовых серий  в  соответствии  с  заданным  вариантом; 
2. Определить  цену  деления  шага  в  пространственных  градусах;
3. Изобразить  силовую  схему  включения  обмоток, нарисовать  циклограмму  работы  шагового  двигателя, составить  алгоритм  работы  обмоток, привести  векторную  диаграмму, разработать  принципиальную  и  монтажную  схемы  узлов  или блоков  САУ;
4. Привести  описание  работы  с  учетом   конкретно  выбранной  базы  микросхем.

По  второму  разделу  необходимо:

5. Разработать  алгоритм  работы  реверсивного  РИ  без изменения  последовательности подаваемых импульсов напряжения  на  обмотках  СШД;  
6. Рассчитать  верхнюю  и  нижнюю  границы  частоты  высокочастотного  генератора импульсов  и  длительность  сигналов  формирователя  импульсов;
7. Разработать  принципиальные  схемы  ВЧГИ  и  НЧГИ, а  также ФИ  (формирователь импульсов). Разработанные  устройства  согласовать  с  предыдущей  схемой  РИ;
8. Рассчитать  параметры  ВЧГИ  и  НЧГИ;
9. Нарисовать  циклограмму  работы  РИ;
10. Описать  работу  разработанного  РИ.

По  третьему  разделу  необходимо:

11. Нарисовать  диаграмму  работы  во времени  по  тактам   с  искусственным  дроблением шага  с  учетом  только  фазности  двигателя;
12. Составить  монтажную  схему  с  учетом  заданного  базиса  микросхем  и  числа  микросхем  на  плате.

По  четвертому  разделу  необходимо:

13. Синтезировать  схему  старт-стопного   управления  СШД,  осуществляемого  после нажатия  на  кнопку “стоп”;
14. Рассчитать  время  задержек    и    

По  пятому  разделу  необходимо: 

15. Синтезировать  САУ  пуска  СШД  в  режиме  программного  запуска  или  запуска  с самоконтролем  в  соответствии  с  вариантом.

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

Исходные  данные

 

Раздел	Наименование	Данные
1	А. Параметры двигателя     Фазность     Порядок включения обмоток Б. Характеристика СУ      Полярность      Комплектность В. Число микросхем на плате Г. В схеме использовать преимущественно      Серия микросхем	4 ∞ (симметричное)   Однополярное Однокомплектный 2 J-K триггер К155
2	А. Параметры двигателя      Номинальное напряжение, В      Конструктивный параметр, Км Б. Параметры обмотки возбуждения      Активное сопротивление, Ом      Индуктивность, Гн В. Момент сопротивления на валу двигателя, Н*м Г. Частота НЧ генератора, Гц	110 1,56   10 3,7*103 0,9 250
3	А. коэффициент дробления шага Б. Базис микросхем В. Число микросхем на плате Г. Схема генератора	5 К176 5 На транзисторах
4	А. Принудительное торможение после «n» шагов Б. Естественное торможение после «n» шагов В. Номинальный момент двигателя, Н*м Г. Момент привода, Н*м*с	14 20 2,8 0,01
5	А. Осуществить пуск двигателя в режиме	Программный разгон

 

              Таблица 1 – Исходные данные

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6

4. Синтез схем реверсивных РИ  системы управления СШД.

Реверсивные распределители импульсов  предназначены для подачи импульсов  на обмотки СШД в прямом и обратном направлении. В данном курсовом проекте  реверс СЩД осуществляется двумя  способами: с помощью однокомплектного распределителя импульсов с изменение  порядка чередования фаз и  с помощью реверсивного преобразователя  без изменения порядка чередования  фаз.

 

4.1. Синтез схемы однокомплектного  распределителя импульсов, с изменением  порядка чередования фаз.

Определим цену деления шага. Т.к. используется симметричное однополярное управление, то k₁=1 и k₂=1. Число пар полюсов p=1. Число фаз m=4. Получим:

Схема соединения обмоток в СШД, силовая схема их подсоединения  к коммутатору и векторная  диаграмма работы обмоток двигателя  будут выглядеть следующим образом:

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.1.1. Векторная диаграмма и силовая схема.

Схему распределителя импульсов соберем  на JK-триггерах, которые построим на микросхемах логики 2И-НЕ К155ЛА3.

Рис. 4.1.2. JK-триггер на элементах 2И-НЕ, базис К155

Для реверса будем использовать этот же РИ, но дополненный еще одной  логической схемой.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

 

Рис. 4.1.3. Принципиальная схема реверсора.

 

Общая блок-схема распределителя импульсов  и реверсора представлена на рисунке 4.1.4. На этом рисунке цифрами в скобках обозначен порядок чередования фаз на выходах РИ, а выходы реверсора пронумерованы в порядке подключения к обмоткам СШД.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.1.4. Общая блок-схема РИ и реверсора.

Схема РИ на JK-триггерах работает следующим способом. Пусть перед приходом первого импульса на вход С на выходе Q1 первого триггера была лог.1, а на выходе второго триггера Q2=0, следовательно, на вторых выходах триггеров будет и . Тогда на входах J1 и J2 будут лог.1. По заднему фронту первого импульса первый триггер не изменит своего состояния, а на выходе второго будет Q2=1, на вторых выходах триггеров будет и . На входе К1 первого триггера будет лог.1. т.о. после второго импульса первый триггер сбросится, а второй триггер не изменит своего состояния. И т.д.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

Циклограмма работы распределителя импульсов и  реверсора приведена ниже:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.1.5. Циклограмма работы реверсивного распределителя импульсов.

При поступлении на вход РИ тактовых импульсов он начинает вырабатывать на своих выходах импульсы в соответствии с диаграммой. Если на входе ВПЕРЕД/НАЗАД  реверсора присутствует лог.1, то на обмотки СШД будут поступать  сигналы с входов А0-А3 микросхемы DD6, т.е. двигатель будет вращаться в прямом направлении (левая часть циклограммы). Если же ВПЕРЕД/НАЗАД=0, то на обмотки будут поступать сигналы уже с входов В0-В3 микросхемы DD6, эти входы подключены к РИ так, чтобы на двигатель поступало обратное чередование фаз (правая часть циклограммы).