Глава 2. Контроллеры шаговых двигателей

2 .1 Управление шаговым двигателем с помощью автономного контроллера

Для того, чтобы было возможно управлять ШД его необходимо подключить к специальному устройству, которое бы подавало в определённой последовательности импульсы на обмотки двигателя. Такое устройство называется контроллером шагового двигателя [3]. Контроллер может быть выполнен в виде отдельного автономного устройства, которое допускает минимум вмешательства со стороны человека. У такого устройства могут быть несколько входов, управляя которыми можно задавать, например, направление вращения ротора двигателя и частоту вращения. Можно реализовать такой контроллер, используя последовательный регистр, который состоит из 4-х синхронных D-триггеров, вырабатывающих импульсы на выходах D0-D3. Принципиальная схема устройства изображена на рис.2.1. Элемент 4И формирует на первом триггере единицу, это нужно в тот момент, когда только включили устройство и на всех выходах – нули. На вход С устройства должны поступать импульсы, от частоты которых зависит скорость движения импульса по выходам D0-D3. Результаты моделирования устройства приведены в приложении 5.

Р азумеется, непосредственно к выходам D0-D3 нельзя подключать обмотки двигателя – мощность импульсов слишком мала, их нужно усилить. Усиления можно добиться, пропустив импульсный сигнал через транзисторный каскад, например, как показано на рис.2.2. Транзистор VT1 должен иметь достаточную нагрузочную способность, чтобы управлять мощным транзистором VT2. Если на входе D каскада будет уровень напряжения, достаточный для открытия транзистора VT1, то ток потечёт через базу транзистора VT2, что заставит последнего открыться. Тогда между выходами Q и Q’ будет высокий уровень напряжения (порядка напряжения питания U) и, если подключить обмотку, то по ней потечёт ток и заставит ротор двигателя совершить шаг. Диод VD нужен для того, чтобы гасить ЭДС самоиндукции, возникающую в обмотке при вращении ротора. Это оберегает транзисторный каскад от работы в недопустимых режимах.

Таких усилительных каскадов должно быть четыре, по одному на каждую обмотку.

Здесь я хочу отметить, что шаговый двигатель, для которого я выше описал контроллер – четырёх обмоточный, если бы это был 3-х обмоточный двигатель, то для него бы потребовалось только три D-триггера для выработки управляющих импульсов и три усилительных каскада, разумеется.

2.2 Управление шаговым двигателем с использованием эвм

Также контроллер может быть выполнен с использованием ЭВМ с параллельным портом, которая бы занималась выработкой управляющих импульсов, и адаптера, преобразующего сигналы ТТЛ-уровня LPT-порта ЭВМ в электрические импульсы, пригодные для питания обмоток ШД. ЭВМ в таком способе управления вносит некоторые плюсы, которые обязаны своим появлением легкостью программирования ЭВМ с помощью систем программирования, таких как Turbo Pascal и Basic. Так можно запрограммировать двигатель на определённую последовательность действий, например: сделать n шагов в сторону по часовой стрелке, затем сделать m шагов против часовой стрелки и т.д.

Адаптер, усиливающий импульсы, можно взять с тем же принципом работы, как показано на рис.2.2, но добавив специальный предварительный усилитель на микросхеме КР580ИР12, чтобы не перегружать параллельный порт компьютера. Принципиальная схема такого адаптера была позаимствована с журнала «Радио» [5] и изображена на рис.2.3. Предлагаемое устройство может одновременно и независимо управлять двумя двигателями. Микросхема DD1 выполняет функцию буферной памяти и предварительного усилителя. Окончательное усиление сигнала для подачи на обмотку ШД выполняет узел на транзисторах 1VT1 и 1VT2 (на принципиальной схеме показан только один из восьми, выделенный штрихпунктирной линией; остальные семь подключены соответственно к выходам Q2-Q8 регистра DD1). Такая схема включения позволяет расположить все мощные транзисторы на общем теплоотводе без применения дополнительной электрической изоляции их корпусов, обычно соединённых с коллектором транзисторов. Это позволяет существенно упростить механическую конструкцию блока сопряжения. Транзисторы должны быть установлены на теплоотвод.

Диод 1VD1 выполняет функции подавления паразитных колебаний, возникающих при переключении тока в обмотке двигателя.

Данных адаптер рассчитан на работу с четырёхфазными шаговыми двигателями, хотя не исключена возможность работы его с ШД, число фаз которого менее или равно восьми, с сопротивлением обмотки порядка 1-4 Ома.