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.