Синтез системы автоматического управления синхронно-шаговым двигателем

В данной таблице приведены  данные, когда необходимо включать формирователи «пачки импульсов», и  когда их необходимо отключать. Как  видно из таблицы 5.2 некоторые сигналы  повторяются (они отмечены одинаковыми  знаками в последнем столбце), так что синтезировать необходимо только оригинальные сигналы. Рассмотрим работу схемы на примере первой обмотки: сигналы с генератора поступают  на счетчика, т.к. нам необходимо выдавать сигналы на формирователь «пачки импульсов» с 1-го импульса то при комбинации 00001, на выходе счетчика, на выходе DD6 появится логический ноль, который установит триггер DD2:B в единичное состояние. При этом эта логическая единица пойдет на выход Reset1, а также на элемент DD13:A, который, работая как ключ, начнет пропускать на формирователь «пачки импульсов» импульсы с генератора (т.к. его второй вход подключен к генератору) в результате чего формирователь «пачки импульсов» начнет формировать импульсы. Этот формирователь «пачки импульсов» (смотри рис.1) необх Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

16

одимо выключит по прошествии 10 импульсов, при комбинации 01010 на выходе счетчика на выходе DD7 появится логический ноль который сбросит триггер DD2:B в нулевое состояние, в результате чего исчезнет сигнал Reset1 (что приведет к сбросу счетчика в формирователе «пачки импульсов»), а также перестанут проходить импульсы с генератора на вход С, т.к. на DD13:A подается логический ноль. Аналогичным образом работают и все другие ветви.

При прохождении 20 импульсов на входе DD5 появится логический ноль, который выключит формирователь «пачки импульсов» 4-ой обмотки, а также сбросит счетчик в нулевое состояние.

Рис. 5.6. Печатная плата схемы 5.5

Ниже изображена схема генератора импульсов (ГИ):

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

17

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.7. Схема генератора импульсов

Расчет ГИ:

(R₁=R₄, R₂=R₃, C₁=C₂ ):

Т = 1,4C₁R₃ = 0,0031 с.

         При С₁ = 0,22 мкФ, R₃ = 10кОм.

R₁ и R₄ ограничивают ток коллектора до допустимого для выбранного транзистора, и подбирается индивидуально.

 

6. Старт-стопные режимы двигателя. Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

18

 

В обычном режиме работы СШД отработка  единичных шагов сопровождается затухающими колебаниями. Чтобы  избавиться от них, используют старт-стопное  управление приводом с частотой вращения, равной нулю в начале и в конце  одного или нескольких шагов.

6.1. Принудительное торможение двигателя.

Принудительное торможение сводится к переводу двигателя в режим  торможением противовключением. При нажатии на кнопку «Стоп» отсчитывается нужное количество импульсов НЧГ (т.е. шагов СШД), после этого отсчитывается время t_р, в течение которого ротор уже повернется на угол α_р, подается сигнал на вращение назад. Двигатель начинает тормозиться противовключением, по истечении времени t_Т нужно подать сигнал на вход «вперед» чтобы зафиксировать новое конечное положение ротора.

Номинальная частота работы двигателя, исходя из частоты НЧГ:

По заданию при принудительном торможении двигатель работает на частоте  .

Рассчитаем времена и углы работы и торможения:

Диаграмма работы при принудительном торможении показана ниже:

Рис. 6.1.1. Диаграмма работы СШД при принудительном торможении

 

На  следующем рисунке показана принципиальная схема устройства:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.1.2. Принципиальная схема устройства принудительного торможения.

Схема работает следующим  образом. При нажатии на кнопку STOP, RS-трИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

19

иггер на элементах DD1A и DD1B установится в единичное состояние, то есть на его выходе S появится лог.1., она позволит сигналам с НЧГ поступать на счетчик. Счетчик начнет считать импульсы, после 14-го импульса сигналы с НЧГ более не смогут поступать на счетчик и на тактовый вход С коммутатора, т.к. с выхода 9 DD2B будет поступать лог.0. Начнет заряжаться цепочка R1C1, время заряда которой равно t_р, по истечение этого времени триггер на элементах DD4A и DD4B устанавливается в единичное состояние. Параллельно с этим лог.1 с выхода DD4С проинвертировавшись пройдет на вход “Вперед-назад” реверсора, тем самым РИ переключится на обратное направление. В это время лог.1 с выхода DD4С, пройдя через дифференцирующий конденсатор С4 подаст короткий импульс на тактовый вход коммутатора, хороший задний фронт импульса достигается наличием логических элементов DD6А, DD6В и т.д.

Кроме того т.к. триггер на элементах  DD4A и DD4B установлен в единичное состояние, то начнет заряжаться цепочка R2C2, время ее заряда равно времени t_т. Когда она зарядится на выходе “Вперед-назад” появится лог.1, т.е. РИ теперь станет переключать обмотки в прямом направлении. Также эта лог.1, пройдя через дифференцирующий конденсатор С3 подаст короткий импульс на тактовый вход коммутатора.

Далее никаких  импульсов на тактовый вход коммутатора  подаваться не будет, т.е. ротор зафиксируется  в одном положении.

 

6.2. Естественное торможение двигателя.

Естественное торможение двигателя заключается в том, что обмотки СШД не получают питания, ротор, вращаясь по инерции, тормозится на Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

20

моменте сопротивления. Через время t_Т вновь подается напряжение на обмотки таким образом, чтобы ротор зафиксировался в ближайшем к остановке положении.

Время естественного торможения можно  рассчитать по следующей формуле:

Получили, что ротор повернется на два полных шага плюс еще 65⁰, т.к. 65⁰ больше половины шага, то ротор нужно зафиксировать через 270⁰, т.е. во время свободного торможения подать на коммутатор три импульса, а по истечении времени t_Т вновь подключить обмотки. Диаграмма, иллюстрирующая работу при естественном торможении, представлена на рисунке ниже:

Рис. 6.2.1. Диаграмма работы СШД при естественном торможении

Принципиальная схема устройства показана на рисунке 6.2.2.

При поступлении сигнала «стоп», триггер DD1А-DD1В установится в единичное состояние, тем самым разрешив прохождение импульсов с НЧГ на счетчик DD3А-DD3В. Когда счетчик отсчитает 20 импульсов (или 20 шагов, т.к. двигатель синхронный), он через элементы DD4А-DD4В установит триггер DD1С-DD1D. На верхнем по схеме выходе триггера появится лог.0, т.е. сигнал РАЗРЕШЕНИЕ=0, обмотки отключатся от питания. В это время начнет заряжаться цепочка R1C1, время ее заряда равно времени торможения. После заряда сигнал РАЗРЕШЕНИЕ вновь станет равным единице.

Но в то время как идет заряд  цепочки, счетчик отсчитывает еще  три импульса, которые проходят на коммутатор. После этих трех импульсов  счетчик через элементы DD2А-DD2В запретит счет импульсов НЧГ и их прохождение на коммутатор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.2.2. Схема естественного торможения

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

21

 

 

7. Пуск СШД в режиме программного разгона.

Электропривод СШД с программным  разгоном используется, если нужно  разогнать двигатель до скорости большей, чем это определено частотой приемистости.

На рис 7.1. показана блок-схема реализации программного разгона.

Рис. 7.1. Блок-схема программного разгона

Частота приемистости в нашем случае равна частоте НЧГ.

Рассчитаем частоту МВ в схеме:

Рассчитаем  линии задержки:

Рассчитаем  мультивибратор:

На рисунке 7.2. показана схема мультивибратора.

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

22

Рис. 7.2. Принципиальная схема мультивибратора

 

Линию задержки выполним по схеме на рис 7.3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7.3. Принципиальная схема линии задержки

Линия задержки работает следуИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

23

ющим образом: при поступлении кратковременного сигнала на вход S нулевого RS-триггера микросхемы DD2, он устанавливается в единицу. Начинает заряжаться времязадающая цепочка R1C1. После того как она зарядится, на выходе ЛЗ появляется лог.1, устанавливается первый триггер в единичное состояние. Заряжается цепочка R2C2, время ее заряда определяет длину импульса на выходе. После ее заряда на выходе получается лог.0.

Причем, на одной микросхеме DD2 можно собрать две линии задержки. Таким образом для того, чтобы собрать четыре ЛЗ понадобится 2 микросхемы К564ТР2 и три К564ЛА7.В качестве элемента 4ИЛИ используем два элемента 4ИЛИ-НЕ на микросхеме К564ЛЕ6. Длину импульса примем равной длине импульсов мультивибратора, т.е. C=1 мкФ, R=2,45кОм.

Циклограмма работы блока программного разгона показана на рисунке ниже:

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7.4. Циклограмма работы блока.

8. ЗаключениеИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

24

 

В данном курсовом проекте  был представлен вариант системы  управления синхронно-шаговым двигателем, выполняющей разгон, работу двигателя  на номинальной скорости, старт/стопный  режим и торможение двигателя  в заданном режиме. Конструкция системы  управления была сделана блочной, что  позволяет произвольно конфигурировать  ее параметры в зависимости от задач, возлагающихся на привод, в  котором используется двигатель.

В конструкции системы  управления, кроме блока дробления  шага, были применены современные  микросхемы серии КМОП, обладающие большей надежностью и более  низким потреблением по сравнению с  микросхемами ТТЛ серий. Применение микросхем счетчиков и триггеров  вместо логических элементов позволило  уменьшить число микросхем, входящих в систему управления, что дополнительно  снизило энергопотребление, габариты и стоимость. В тоже время уменьшение числа микросхем увеличило надежность.

 

9. Список используемой литературы

1. Стальная М.И., Радченко  Т.Б., Пешков В.Л.; Синтез устройств автоматического управления: Методические указания и задания к лабораторным рИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

25

аботам  по курсу. – Барнаул: АлтГТУ. – 2005.

2. В.Л. Аронов, А. В. Баюков и др; Полупроводниковые приборы: Транзисторы; Под общ. ред. Н. Н. Горюнова. – 2-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 904 с., ил.

3. Б. В. Тарабрин и др.; Интегральные микросхемы: Справочник. – М.: Радио и Связь 1984. – 528 с., ил.