Pobierz - Politechnika Poznańska

Zygmunt Kubiak
Instytut Informatyki
Politechnika Poznańska
Oprac. na podst. : Potocki L., Elektronika dla Wszystkich, 2002
Program wg: Simon Monk, https://learn.adafruit.com/downloads/pdf/adafruitarduino-lesson-16-stepper-motors.pdf
Podstawy – silniki reluktancyjne
VR (ang. Variable Reluctance) – silniki krokowe o
zmiennej reluktancji (silniki reluktancyjne)
Reluktancja - opór magnetyczny
Po włączeniu prądu dążenie do zamknięcia obwodu
magnetycznego – do zmniejszenia oporu magnetycznego
(reluktancji)
5-2015
Zygmunt Kubiak
2
Podstawy – silniki reluktancyjne
Schematyczna budowa silnika reluktancyjnego z trzema
uzwojeniami
5-2015
Zygmunt Kubiak
3
Podstawy – silniki reluktancyjne
Schematyczna budowa silnika reluktancyjnego z trzema
uzwojeniami
Prąd płynie przez uzwojenie zaznaczone na czerwono
Wirnik (rotor) ma tu cztery zęby, a stator sześć
biegunów
Obrót o kąt 30 stopni
5-2015
Zygmunt Kubiak
4
Podstawy – silniki reluktancyjne
Sterowanie silnika reluktancyjnego trzyuzwojeniowego potrzebna jest sekwencja impulsów
W danej chwili zasilane jest w nim tylko jedno uzwojenie
5-2015
Zygmunt Kubiak
5
Podstawy – silniki z magnesem stałym (trwałym)
PM (ang. Permanent Magnet) – silniki z magnesem stałym
(trwałym)
Magnes ma dwa bieguny, oznaczane N (north – północny) i
S (south południowy)
Bieguny różnoimienne (N−S) przyciągają się, a
jednoimienne (N−N, S−S) – odpychają
5-2015
Zygmunt Kubiak
6
Podstawy – silniki z magnesem stałym (trwałym)
PM (ang. Permanent Magnet) – silniki z magnesem stałym
(trwałym)
Magnes ma dwa bieguny, oznaczane N (north – północny) i
S (south południowy)
Bieguny różnoimienne (N−S) przyciągają się, a
jednoimienne (N−N, S−S) – odpychają
Obrót o 90 stopni
5-2015
Zygmunt Kubiak
7
Podstawy – silniki z magnesem stałym (trwałym)
PM (ang. Permanent Magnet) – silniki z magnesem stałym
(trwałym)
Obrót o kąt 30 stopni
Najczęściej spotyka się silniki PM (z magnesem stałym) o
kącie skoku 7,5º...15º, co daje 48...24 skoki na jeden
obrót wirnika
5-2015
Zygmunt Kubiak
8
Podstawy – silniki hybrydowe
HB (ang. Hybrid) – silniki HB zawierają magnes trwały
ale bieguny są w nich umieszczone osiowo (w
przeciwieństwie do silników PM)
5-2015
Zygmunt Kubiak
9
Podstawy – silniki hybrydowe
HB (ang. Hybrid) – silniki HB zawierają magnes trwały
ale bieguny są w nich umieszczone osiowo (w
przeciwieństwie do silników PM)
Stojan ma zwykle dwa uzwojenia i osiem biegunów
5-2015
Zygmunt Kubiak
10
Podstawy – silniki hybrydowe
HB (ang. Hybrid) – silniki HB zawierają magnes trwały
ale bieguny są w nich umieszczone osiowo (w
przeciwieństwie do silników PM)
Sterowanie stojana
W silniku VR nie ma przyciągania i odpychania biegunów –
ruch wynika z dążenia do zamknięcia obwodu
magnetycznego
Silnik hybrydowy przypomina silnik VR o bardzo dużej
liczbie biegunów i zębów wirnika
5-2015
Zygmunt Kubiak
11
Podstawy – silniki hybrydowe
HB (ang. Hybrid) – silniki HB zawierają magnes trwały
ale bieguny są w nich umieszczone osiowo (w
przeciwieństwie do silników PM)
Działanie
5-2015
Zygmunt Kubiak
12
Podstawy – silniki hybrydowe
HB (ang. Hybrid) – silniki HB zawierają magnes trwały
ale bieguny są w nich umieszczone osiowo (w
przeciwieństwie do silników PM)
Wirnik
5-2015
Zygmunt Kubiak
13
Podstawy – silniki hybrydowe
HB (ang. Hybrid) – silniki HB zawierają magnes trwały
ale bieguny są w nich umieszczone osiowo (w
przeciwieństwie do silników PM)
Typowo kąty silnika hybrydowego mieszczą się w zakresie
3,6º...0,9º, co daje 100 − 400 kroków na jeden obrót
wirnika
5-2015
Zygmunt Kubiak
14
Silniki VR – sterowanie
Kolejno należy kolejno zasilać poszczególne uzwojenia
Zmiana kierunku wirowania następuje po zmianie
kolejności zasilania uzwojeń.
Sekwencja A, B, C, A, B, C, A, ... spowoduje obracanie się
wirnika w jednym kierunku
Sekwencja A, C, B, A, C, B,... spowoduje obroty w kierunku
przeciwnym
5-2015
Zygmunt Kubiak
15
Silniki PM i HB – sterowanie
5-2015
Zygmunt Kubiak
16
Silniki PM i HB – sterowanie
5-2015
Zygmunt Kubiak
17
Silniki PM i HB – sterowanie
Sterowanie silników: bipolarnego i unipolarnego pełnokrokowe (ang. full step), falowe
5-2015
Zygmunt Kubiak
18
Silniki PM i HB – sterowanie
Działanie silników bipolarnego i unipolarnego
5-2015
Zygmunt Kubiak
19
Silniki PM i HB – sterowanie
Sterowanie silnika bipolarnego pełnokrokowe
5-2015
Zygmunt Kubiak
20
Silniki PM i HB – sterowanie
Sterowanie silnika unipolarnego pełnokrokowe
5-2015
Zygmunt Kubiak
21
Silniki PM i HB – sterowanie
Sterowanie silnika bipolarnego półkrokowe (ang. half
step)
5-2015
Zygmunt Kubiak
22
Silniki PM i HB – sterowanie
Sterowanie pełnokrokowe i półkrokowe
5-2015
Zygmunt Kubiak
23
Silniki PM i HB – sterowanie
Sterowanie - drgania
5-2015
Zygmunt Kubiak
24
Silniki PM i HB – sterowanie
Sterowanie mikrokrokowe
5-2015
Zygmunt Kubiak
25
Silniki PM i HB – sterowanie
Charakterystyka silnika
5-2015
Zygmunt Kubiak
26
Silniki PM i HB – sterowanie
Sterowanie silnika
Dynamika
5-2015
Zygmunt Kubiak
27
Silniki PM i HB – sterowanie
Sterowanie silnika
Dynamika - zwiększenie
napięcia zasilania + R
5-2015
Zygmunt Kubiak
28
Silniki PM i HB – sterowanie
Sterowanie silnika
Dynamika - sterowanie z forsowaniem zboczy
5-2015
Zygmunt Kubiak
29
Silniki PM i HB – sterowanie
Sterowanie silnika
Praca siekana (ang. chopper technique)
5-2015
Zygmunt Kubiak
30
Silniki PM i HB – sterowanie
Problemy sterowania (sterowanie elementami
indukcyjnymi)
W układach LC dobrać częstotliwość rezonansową
(rozwiązanie rzadko stosowane)
5-2015
Zygmunt Kubiak
31
Silniki PM i HB – sterowanie
Problemy sterowania (sterowanie elementami
indukcyjnymi)
W układach LC dobrać częstotliwość rezonansową
(rozwiązanie rzadko stosowane)
5-2015
Zygmunt Kubiak
32
Silniki PM i HB – sterowanie
Problemy sterowania (sterowanie elementami
indukcyjnymi)
5-2015
Zygmunt Kubiak
33
Silniki PM i HB – sterowanie
Układy scalone – L298D
5-2015
Zygmunt Kubiak
34
Silniki PM i HB – sterowanie
Układy scalone - PBL3775/1
5-2015
Zygmunt Kubiak
35
Silniki PM i HB – sterowanie
Układy scalone - IMT901
5-2015
Zygmunt Kubiak
36
Silniki krokowe - przykłady
5-2015
Zygmunt Kubiak
37
Silniki krokowe - przykłady
5-2015
Zygmunt Kubiak
38
Silniki krokowe - przykłady
5-2015
Zygmunt Kubiak
39
Silniki krokowe - przykłady
5-2015
Zygmunt Kubiak
40
Arduino – przykład
Na podstawie: Simon Monk, https://learn.adafruit.com/downloads/pdf/adafruitarduino-lesson-16-stepper-motors.pdf
5-2015
Zygmunt Kubiak
41
Arduino – przykład
Silnik – 48 kroków, przekładnia 1:16 (768 kroków)
L293D IC
5-2015
Zygmunt Kubiak
42
Arduino – przykład
Schemat dla sterowania
bipolarnego
5-2015
Zygmunt Kubiak
43
Arduino – program
/*
Adafruit Arduino - Lesson 16. Stepper
*/
#include <Stepper.h>
int in1Pin = 12;
int in2Pin = 11;
int in3Pin = 10;
int in4Pin = 9;
Stepper motor(768, in1Pin, in2Pin, in3Pin, in4Pin);
Pierwszy parametr utworzonej funkcji motor() klasy Stepper oznacza
liczbę kroków przypadających na jeden obrót, pozostałe parametry
określają wyjścia sterujące silnika bipolarnego (in1Pin, in2Pin – jedno
uzwojenie; in3Pin, in4Pin – drugie uzwojenie)
Biblioteka Stepper umożliwia też sterowanie dwoma wyjściami (slajd 43)
5-2015
Zygmunt Kubiak
44
Arduino – program
void setup()
{
pinMode(in1Pin, OUTPUT);
pinMode(in2Pin, OUTPUT);
pinMode(in3Pin, OUTPUT);
pinMode(in4Pin, OUTPUT);
// this line is for Leonardo's, it delays the serial interface
// until the terminal window is opened
while (!Serial);
}
Serial.begin(9600);
motor.setSpeed(20);
Funkcja setSpeed() określa liczbę obrotów na minutę
5-2015
Zygmunt Kubiak
45
Arduino – program
void loop()
{
if (Serial.available())
{
int steps = Serial.parseInt();
motor.step(steps);
}
}
Funkcja parseInt() zwraca pierwszą liczbę integer z bufora
transmisji szeregowej; znaki, które nie są liczbami całkowitymi
są pomijane
Funkcja step(steps) określa liczbę kroków do wykonania z
prędkością obrotów na minutę ustawioną przez setSpeed()
Funkcja step(steps) wstrzymuje kontynuację programu do
czasu momentu wykonania zadanej liczby kroków
5-2015
Zygmunt Kubiak
46
Zygmunt Kubiak
47
05-2015