Trình điều khiển động cơ bước - thiết bị, loại và khả năng

Động cơ bước được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp ngày nay. Các động cơ loại này được phân biệt bởi thực tế là chúng cho phép đạt được độ chính xác cao khi định vị cơ thể làm việc so với các loại động cơ khác. Rõ ràng, điều khiển tự động chính xác là cần thiết để động cơ bước hoạt động. Với mục đích này, chúng đóng vai trò là bộ điều khiển động cơ bước, đảm bảo hoạt động liên tục và chính xác của truyền động điện cho các mục đích khác nhau.

Về nguyên tắc hoạt động của động cơ bước có thể được mô tả như sau. Mỗi vòng quay hoàn toàn của rôto của động cơ bước bao gồm một số bước. Hầu hết các động cơ bước được thiết kế cho các bước 1,8 độ và có 200 bước trên mỗi vòng quay đầy đủ. Biến tần thay đổi vị trí bước của nó khi một điện áp cung cấp được đặt vào một cuộn dây stato cụ thể. Chiều quay phụ thuộc vào chiều dòng điện trong cuộn dây.

Bước tiếp theo là tắt cuộn dây thứ nhất, cung cấp năng lượng cho cuộn dây thứ hai, v.v., kết quả là sau mỗi cuộn dây được xử lý xong, rôto sẽ thực hiện một vòng quay hoàn toàn. Nhưng đây là mô tả sơ bộ, thực ra các thuật toán phức tạp hơn một chút và điều này sẽ được thảo luận sau.

Thuật toán điều khiển động cơ bước

Điều khiển động cơ bước có thể được thực hiện theo một trong bốn thuật toán cơ bản: chuyển pha biến thiên, điều khiển chồng pha, điều khiển nửa bước hoặc điều khiển vi bước.

Trong trường hợp đầu tiên, tại bất kỳ thời điểm nào, chỉ một trong các pha nhận điện và các điểm cân bằng của rôto động cơ ở mỗi bước trùng với các điểm cân bằng chính—các cực được xác định rõ ràng.

Điều khiển chồng pha cho phép rôto di chuyển đến các vị trí giữa các cực của stato, giúp tăng mô-men xoắn lên 40% so với điều khiển chồng pha không. Góc nghiêng được duy trì, nhưng vị trí khóa bị dịch chuyển — nó nằm giữa các đỉnh của các cực stato. Hai thuật toán đầu tiên này được sử dụng trong các thiết bị điện không yêu cầu độ chính xác rất cao.

Điều khiển nửa bước là sự kết hợp của hai thuật toán đầu tiên: một pha (cuộn dây) hoặc hai được cung cấp bởi một bước. Kích thước bước giảm một nửa, độ chính xác định vị cao hơn và xác suất cộng hưởng cơ học trong động cơ giảm.

Và cuối cùng là chế độ vi mô.Ở đây, cường độ dòng điện trong các pha thay đổi sao cho vị trí cố định rôto trên mỗi bước rơi vào điểm giữa các cực và tùy thuộc vào tỷ lệ dòng điện trong các pha được kết nối đồng thời, có thể thu được một số bước như vậy. Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ dòng điện, bằng cách điều chỉnh số lượng tỷ lệ làm việc, thu được các bước vi mô - vị trí chính xác nhất của rôto.

Xem thêm chi tiết với sơ đồ ở đây: Điều khiển động cơ bước

Trình điều khiển động cơ bước

Để áp dụng thuật toán đã chọn vào thực tế, hãy triển khai trình điều khiển động cơ bước… Trình điều khiển chứa nguồn điện và phần điều khiển.

Phần công suất của trình điều khiển là bộ khuếch đại công suất trạng thái rắn, có nhiệm vụ chuyển đổi xung dòng điện áp dụng cho các pha thành chuyển động của rôto: một xung — một bước chính xác hoặc vi độ.

Hướng và cường độ của dòng điện - hướng và kích thước của bước... Nghĩa là, nhiệm vụ của bộ nguồn là cung cấp một dòng điện có cường độ và hướng nhất định cho cuộn dây stato tương ứng, để giữ dòng điện này trong một thời gian, và cũng để nhanh chóng bật và tắt dòng điện, do đó tốc độ và đặc tính năng lượng của thiết bị phù hợp với nhiệm vụ hiện tại.

Phần công suất của cơ cấu truyền động càng hoàn hảo thì có thể thu được mô-men xoắn trên trục càng lớn. Nói chung, xu hướng tiến bộ trong việc cải tiến động cơ bước và trình điều khiển của chúng là thu được mô-men xoắn hoạt động đáng kể từ động cơ có kích thước nhỏ, độ chính xác cao, đồng thời duy trì hiệu suất cao.

Bộ điều khiển động cơ bước

Bộ điều khiển động cơ bước là một phần thông minh của hệ thống, thường được chế tạo trên cơ sở vi điều khiển có thể lập trình lại. Bộ điều khiển chịu trách nhiệm về thời gian, cuộn dây nào, trong bao lâu và cường độ dòng điện sẽ được cung cấp. Bộ điều khiển điều khiển hoạt động của bộ nguồn của trình điều khiển.

Bộ điều khiển nâng cao được kết nối với máy tính và có thể được điều chỉnh trong thời gian thực bằng máy tính. Khả năng lập trình lại bộ vi điều khiển nhiều lần giúp người dùng không phải mua bộ điều khiển mới mỗi khi điều chỉnh tác vụ — chỉ cần cấu hình lại bộ điều khiển hiện có là đủ, đây là tính linh hoạt, bộ điều khiển có thể dễ dàng định hướng lại theo chương trình để thực hiện các chức năng mới .

Có rất nhiều loại bộ điều khiển động cơ bước trên thị trường hiện nay từ các nhà sản xuất khác nhau có các tính năng có thể mở rộng. Bộ điều khiển khả trình có nghĩa là ghi lại các chương trình và một số bao gồm các khối logic có thể lập trình, nhờ đó có thể cấu hình linh hoạt thuật toán điều khiển động cơ bước cho một quy trình công nghệ nhất định.

khả năng điều khiển

Điều khiển động cơ bước với bộ điều khiển cho phép độ chính xác cao lên đến 20.000 vi bước trên mỗi vòng quay. Ngoài ra, việc quản lý có thể được thực hiện cả trực tiếp từ máy tính và do chương trình được khâu vào thiết bị hoặc thông qua chương trình từ thẻ nhớ. Nếu các tham số thay đổi trong quá trình thực hiện tác vụ, máy tính có thể thẩm vấn các cảm biến, theo dõi các tham số thay đổi và nhanh chóng thay đổi chế độ hoạt động của động cơ bước.

Có các khối điều khiển động cơ bước có sẵn trên thị trường được kết nối với: nguồn dòng điện, các nút điều khiển, nguồn đồng hồ, chiết áp bước, v.v. Các khối này cho phép bạn nhanh chóng tích hợp động cơ bước vào thiết bị để thực hiện các tác vụ tuần hoàn lặp đi lặp lại bằng điều khiển thủ công hoặc tự động ... Khả năng đồng bộ với các thiết bị bên ngoài và hỗ trợ tự động bật tắt, điều khiển là ưu điểm không thể bàn cãi của bộ điều khiển động cơ bước.

Thiết bị có thể được điều khiển trực tiếp từ máy tính, chẳng hạn như nếu bạn muốn chạy một chương trình cho máy CNChoặc ở chế độ thủ công mà không cần điều khiển bên ngoài bổ sung, tức là tự động khi hướng quay của trục động cơ bước được đặt bằng cảm biến lùi và tốc độ được điều khiển bằng chiết áp. Thiết bị điều khiển được chọn theo các thông số của động cơ bước sẽ được sử dụng.

Tùy thuộc vào bản chất của mục tiêu, phương pháp điều khiển động cơ bước được chọn. Nếu bạn cần thiết lập một bộ điều khiển truyền động điện công suất thấp đơn giản trong đó mỗi lần áp dụng một xung cho một cuộn dây stato: đối với một vòng quay hoàn chỉnh, chẳng hạn như 48 bước và rôto sẽ di chuyển 7,5 độ với mỗi bước. Chế độ xung đơn là tốt trong trường hợp này.

Để đạt được mô-men xoắn cao hơn, một xung kép được sử dụng - nó được cung cấp cho hai cuộn dây liền kề cùng một lúc trên mỗi xung. một bước 7 ,5 độ, nhưng với mô-men xoắn lớn hơn 40% so với ở chế độ xung đơn.Bằng cách kết hợp hai phương pháp, bạn có thể nhận được 96 xung bằng cách chia các bước — bạn nhận được 3,75 độ cho mỗi bước — đây là chế độ điều khiển kết hợp (nửa bước).