Ім'я файлу: ЛБ№5_ЕП_Гайворонський Ю.О._229-ст (1).docx
Розширення: docx
Розмір: 368кб.
Дата: 02.05.2022
скачати

Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського

«Харківський авіаційний інститут» Факультет авіаційних двигунів

Кафедра теоретичної механіки, машинознавства та роботомеханічних систем

Розробка системи керування шаговим двигуном на Arduino

з дисципліни «Електромеханічні приводи роботів і верстатів з ЧПК»

Виконав: студент 3 курсу групи №229-ст напряму підготовки (спеціальності)

131«Прикладнамеханіка»

(шифр і назва напряму підготовки (спеціальності)

Гайворонський Ю.О.

(прізвище й ініціали студента)

Прийняв: ст.викладач Бєлявський О.В.

(посада, науковий ступінь, прізвище й ініціали)
Національна шкала:

Кількість балів:

Оцінка: ECTS

Харків – 2021

  1. Шаговый двигатель – принцип работы






Рис. 1 Схема шагового двигателя
Шаговый двигатель – это мотор, перемещающий свой вал в зависимости от заданных в программе микроконтроллера шагов и направления. Представлен на Рис. 1.

Подобные устройства чаще всего используются в робототехнике, принтерах, манипуляторах, различных станках и прочих электронных приборах.

Большим преимуществом шаговых двигателей над двигателями постоянного вращения является обеспечение точного углового позиционирования ротора. Также в шаговых двигателях имеется возможность быстрого старта, остановки, реверса.
Шаговый двигатель обеспечивает вращения ротора на заданный угол при соответствующем управляющем сигнале. Благодаря этому можно контролировать положение узлов механизмов и выходить в заданную позицию. Работа двигателя осуществляется следующим образом – в центральном вале имеется ряд магнитов и несколько катушек. При подаче питания создается магнитное поле, которое воздействует на магниты и заставляет вал вращаться. Такие параметры как угол поворота (шаги), направление движения задаются в программе для микроконтроллера.




Рис. 2 Схемы работы шаговых двигателей Основные виды шаговых моторов:

  • Двигатели с переменными магнитами (применяются довольно редко);

  • Двигатели с постоянными магнитами;

  • Гибридные двигатели (более сложные в изготовлении, стоят дороже, но являются самым распространенным видом шаговых двигателей).

  1. Драйвер для управления шаговым двигателем



Драйвер – это устройство, которое связывает контроллер и шаговый двигатель. Для управления биполярным шаговым двигателем чаще всего используется драйвер ULN2003.
Работа двигателя в биполярном режиме имеет несколько преимуществ:


    • Увеличение крутящего момента на 40% по сравнению с униполярными двигателями;

    • Возможность применения двигателей с любой конфигурацией фазной обмотки.


Но существенным минусов в биполярном режиме является сложность самого драйвера. Драйвер униполярного привода требует всего 4 транзисторных ключа, для обеспечения работы драйвера биполярного привода требуется более сложная схема. С каждой обмоткой отдельно нужно проводить различные действия – подключение к источнику питания, отключение. Для такой коммутации используется схема-мост с четырьмя ключами.



Рис. 3 Драйвер шагового двигателя ULN2003

Схема подключения на базе ULN2003 изображена на рисунке 4. Управляющие выходы с драйвера IN1-IN4 подключаются к любым цифровым контактам на Ардуино. В данном случае используются цифровые

контакты 8-11. Питание подключается к 5В. Также для двигателя желательно использовать отдельный источник питания, чтобы не перегрелась плата Ардуино.




Рис. 4 Подключение шагового двигателя к Ардуино



Рис. 5 Принципиальная схема подключения шагового двигателя

28BYJ-48 – униполярный шаговый двигатель. Используется в небольших проектах роботов, сервоприводных устройствах, радиоуправляемых приборах.



Характеристики двигателя:


    • Номинальное питание – 5В;

    • 4-х фазный двигатель, 5 проводов;

    • Число шагов: 64;

    • Угол шага 5,625°;

    • Скорость вращения: 15 оборотов в секунду

    • Крутящий момент 450 г/сантиметр;

    • Сопротивление постоянного тока 50Ω ± 7% (25 ℃).


  1. Описание библиотеки для работы с шаговым двигателем



В среде разработки Ардуино IDE существует стандартная библиотека

Strepper.h для написания программ шаговых двигателей. Основные функции в этой библиотеке:


    • Stepper(количество шагов, номера контактов). Эта функция создает объект Stepper, которая соответствует подключенному к плате Ардуино двигателю. Аргумент – контакты на плате, к которым подключается двигатель, и количество шагов, которые совершаются для полного оборота вокруг своей оси. Информацию о количестве шагов можно посмотреть в документации к мотору. Вместо количества шагов может быть указан угол, который составляет один

шаг. Для определения числа шагов, нужно разделить 360 градусов на это число.

    • Set Speed(long rpms) – функция, в которой указывается скорость вращения. Аргументом является положительное целое число, в котором указано количество оборотов в минуту. Задается после функции Step().

    • Step(Steps) –поворот на указанное количество шагов. Аргументом может быть либо положительное число – поворот двигателя по часовой стрелке, либо отрицательное – против часовой стрелки.



  1. Скетч для управления



В наборе библиотеки Stepper.h существует программа

stepper_oneRevolution, в которой задаются все параметры для шагового двигателя – количество шагов, скорость, поворот.


#include


const int stepsPerRevolution = 200;
Stepper myStepper(stepsPerRevolution, 8,9,10,11); //подключение к пинам 8…11 на Ардуино
void setup() {
myStepper.setSpeed(60); //установка скорости вращения ротора Serial.begin(9600);

}
void loop() {
//Функция ожидает, пока поступит команда, преобразовывает текст и подает сигнал на двигатель для его вращения на указанное число шагов.


Serial.println("Move right"); //по часовой стрелке






Выводы:



Разобрались в работе и строении шагового двигателя. Разработали управляющую программу, написали скетч. Ознакомились с драйверами и схемами управления.

Разработали систему управления шаговым двигателем на Arduino.
скачати

© Усі права захищені
написати до нас