Система управления шаговым двигателем

В любой схеме стабилизатора  компенсационного типа требуется опорное  напряжение, с которым сравнивается величина выходного напряжения. Стабильность выходного напряжения стабилизатора  не может быть выше стабильности его  источника опорного напряжения. Источники  опорного напряжения (ИОН) широко применяются  в аналоговых преобразователях, а  также в разного рода пороговых  устройствах.

Основное назначение ИОН – создавать  образцовое напряжение, которое могло  бы быть использовано электронными устройствами преобразования информации в качестве меры, эталона.

Каждый ИОН характеризуется  некоторыми параметрами такими как:

• Температурный коэффициент выходного напряжения. Он характеризует нестабильность выходного напряжения ИОН при изменении температуры окружающей среды. Существует несколько методов определения ТКН. Один из них состоит в определении ТКН как тангенса угла наклона касательной к графику зависимости опорного напряжения от температуры:

 

Однако в силу того, что эта  зависимость не линейная и не монотонная, ТКН, определяемое по этой формуле, сам  очень сильно зависит от температуры. Так же, вычисляя по этой формуле  ТНК, невозможно найти ествительные границы, в которых должно оставаться опорное напряжение при изменении температуры в рабочем диапазоне. Поэтому ТНК обычно вычисляют по формуле

 

• Полное выходное сопротивление. Оно характеризует способность источника опорного напряжения компенсировать изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки. В области низких частот определяется усилительными свойствами контура регулирования, а в области высоких частот полным сопротивлением выходного конденсатора.
• Долговременная нестабильность (временной дрейф). Она определяет относительное изменение выходного напряжения в процентах от номинального значения за 1000 часов работы при температуре окружающей среды, соответствующей верхней границе рабочего диапазона.

 

На основании всех этих параметров был выбран ИОН, удовлетворяющий  принципиальной схеме.

Модель	Выходное напряжение, В	ТКН *10-6	Ток холостого хода, мА	Ток нагрузки, мА	Коэффициент стабилизации	Выходное сопротивление, Ом	Долговременная нестабильность, мВ/1000ч
REF195E	5±0.002	5	0.045	30	4000	0.02	1200

 

 

8. Расчет надежности элементов и устройств.

Расчет надежности заключается  в определении показателей надежности ИЭП по известным характеристикам  надежности составляющих элементов конструкции и компонентов схемы с учетом условий эксплуатации. Для расчета надежности необходимо иметь логическую модель безотказной работы системы. При её составлении предполагается, что отказы элементов и компонентов независимы, а элементы, компоненты и система в целом могут находиться в одном из двух состояний: работоспособном и неработоспособном. Элемент или компонент, при отказе которого отказывает вся система, считается последовательно соединенным на логической схеме надежности. Элементы или компонент, отказ которого не приводит к отказу системы, считается включенным параллельно. В данном курсовом проекте Все элементы и компоненты соединены последовательно.

1. Расчет надежности ИЭП по внезапным отказам.
1. Из анализа логической схемы надежности определяется способ резервирования, используемый в ИЭП. Если логическая схема состоит только из последовательно включенных элементов и компонентов, то система является нерезервированной. В данной работе схема является нерезервированной.
2. Определяются интенсивность отказов элементов и компонентов с учетом условий эксплуатации ИЭП:

 

где λi0– номинальная интенсивность отказов; K21 и K2 – поправочные коэффициенты в зависимости от воздействий механических факторов; K3 – поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры; K4 –поправочный коэффициент в зависимости от давления воздуха; αi(T,Kн) – поправочный коэффициент в зависимости от температуры поверхности компонента (T) и коэффициента нагрузки (Kн).

Всего в принципиальной схеме 17 элементов.

№	Элемент	Тип элемента	Номинальная интенсивность  отказов *106	Условия эксплуатации	Вибрация K1	Ударные нагрузки K2	Влажность, %	Поправочный коэффициент  K3	Коэффициент нагрузки Kн	Поправочный коэффициент  α(40,Kн)	Интенсивность отказов
1	R1	Резис-тор	0,043	Лабо-ратор-ные	1.0	1.0	60… 70	1.0	0.5	0.69	0.02967
2	R2	Резис-тор	0,043	Лабо-ратор-ные	1.0	1.0	60… 70	1.0	0.5	0.69	0.02967
3	R4	Резис-тор	0,043	Лабо-ратор-ные	1.0	1.0	60… 70	1.0	0.4	0.6	0.0258
4	C1	Конден-сатор	0,035	Лабо-ратор-ные	1.0	1.0	60… 70	1.0	0.6	0.2	0.007
5	C2	Конден-сатор	0,035	Лабо-ратор-ные	1.0	1.0	60… 70	1.0	0.7	0.4	0.014
6	С3	Конден-сатор	0,035	Лабо-ратор-ные	1.0	1.0	60… 70	1.0	0.7	0.4	0.014
7	С4	Конден-сатор	0,035	Лабо-ратор-ные	1.0	1.0	60… 70	1.0	0.8	0.93	0.0325
8-15	VD	Диоды	0,157	Лабо-ратор-ные	1.0	1.0	60… 70	1.0	0.6	0.5	0.0785
16	IC1	Микро-схема L297	0,013	Лабо-ратор-ные	1.0	1.0	60… 70	1.0	0.125	0.3	0.0039
17	IC2	Микро-схема L298	0,013	Лабо-ратор-ные	1.0	1.0	60… 70	1.0	0.3	0.42	0.00546

 

3. Рассчитывается вероятность безотказной работы в течение заданной наработки (0, tр).

 

где m-число элементов и компонентов.

Пусть заданное время эксплуатации – 1 час.

 

P(tp)=exp(-(0.02967+0.02967+0.0258+0.007+0.014+0.014+0.0325+

+8*0.0785+0.0039+0.00546))= 0,045

 

При этом интенсивность отказов системы

 

 

Λ=0.02967+0.02967+0.0258+0.007+0.014+0.014+0.0325+8*0.0785+

+0.0039+0.00546=0,79

 

 

а среднее наработки до отказа

 

T=1/0.79=1.27.

 

9. Вывод

В результате выполнения курсового  проекта были решены все задачи, поставленные в начале. Было синтезировано устройство, удовлетворяющее техническому заданию раздела 2. Благодаря некоторым находкам итоговое устройство получилось дешевым и надежным.

В ходе выполнения курсового проекта  был приобретён опыт проектирования и синтеза радиоэлектронных устройств, расчета их узлов. Так же был изучен принцип работы шагового двигателя и схемы его системы управления, подключение микросхем к USB-интерфейсу и управление шаговым двигателем при помощи модуля.

 

 

10. Список использованной литературы.
1. Сайт www.electroprivod.ru статьи: Шаговый двигатель, Теория управления шаговым двигателем, Виды шаговых двигателей,
2. Сайт www.stepmotors.ru статья: Управление шаговым двигателем и интерфейс компьютера
3. Сайт http://easyelectronics.ru статья: Работа в Eagle Cad Часть 1, Часть 2 и Часть 3.
4. Техническая документация на: микросхему L297, микросхему L298, Модуль Ke-USB24A.
5. А.И. Аксенов, А.В. Нефедов «Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Конденсаторы. Резисторы» Справочник. – М.:Радио и связь. 1995 г.
6. Справочник по электрическим конденсаторам / М.Н. Дьяконов, В.И. Карабанов и др. под общей редакцией И.И. Четверткова и В.Ф. Смирнова. – М.:Радио и связь, 1983.
7. Г.И. Волович «Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств» - М.: Издательский дом «Додэка-XXI»,2005
8. Ю. Хульцебош «USB в электронике». Пер. с нем. – СПб.: БХВ-Петербург, 2009
9. В.Г. Костиков, Е.М, Парфенов, В.А. Шахнов «Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование» - М.:Горячая линия – Телеком, 2001