4.10. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Рассмотренные выше способы включения питания дают возможность получать токи, близкие к теоретическим. Мы также приводили приблизительные значения постоянных времени. Если частота коммутации слишком велика, ток не достигает номинальной величины и происходит уменьшение вращающего момента, что показано на рис. 4.40, где выделены различные зоны, о которых говорилось выше. Отметим, что кривые, приведенные на рис. 4.40, пригодны для определенного способа включения питания и заданной инерционной нагрузки.

Рис. 4.40. Зависимость вращающего момента от частоты коммутации. 1, 3 — зоны пуска — останова; 2 — циклический режим; 4 — режим разносной частоты вращения двигателя; 5 — предельная область.

При управлении шаговыми двигателями по разомкнутому контуру необходимо, чтобы:

• переход от одного положения к другому осуществлялся за минимальное время;

• функционирование оставалось синхронным (для устранения «проскока» шагов);

• конечное положение ротора двигателя достигалось без колебаний.

При этом следует учитывать, что нагрузка оказывает непосредственное влияние на переходный процесс системы.

В описанном выше управлении прерывистого типа эти требования выполнены. В общем случае управление прерывистого типа подразделяется на четыре фазы: фазу ускорения, режим разносной частоты вращения двигателя, торможение для возвращения в первоначальную зону и остановку. Очень часто

используют линейное изменение частоты повторения импульсов (рис. 4.41).

Рис. 4.41. Изменение частоты питания для управления шаговым двигателем.

Были предприняты многие исследования для решения задачи оптимизации времени перемещения и определения стратегий увеличения и снижения скорости. При переменной нагрузке могут возникнуть трудности вследствие изменения как момента инерции, так и момента нагрузки. В этом случае необходимо предусмотреть адаптивное управление, при котором поступающую информацию обрабатывает микропроцессор. Общая схема управления шаговым двигателем показана на рис. 4.42.

Рис. 4.42. Общая схема управления шаговым двигателем.

Существует несколько способов устранения динамической неустойчивости:

1) механическое демпфирование (воздушный или жидкостный демпфер);

2) электрическое демпфирование (короткозамкнутая обмотка) в статоре или в роторе, введение добавочных сопротивлений;

3) автоматическая система регулирования тока.

Третий способ заключается в том, чтобы производить коммутацию двух фаз в момент, когда ток имеет определенную величину. Так как во время перемещения ротора возникают индуктированные э.д.с., частота модуляции тока равна частоте колебаний. Другие характерные особенности кривой тока могут быть использованы для получения положения ротора: ток в одной фазе или общий нулевой ток, точка отклонения и т.д.

Прежде чем токовый сигнал поступит на микропроцессор, он соответствующим образом обрабатывается (штриховые линии на рис. 4.42). Возможны и другие методы устранения неустойчивости, но в них управление производится по замкнутому контуру и требуется высокоточное кодирующее устройство положения. Самый распространенный тип управления — возбуждение с опережением. Оно заключается в том, что на следующую фазу питание подается до достижения точки идеального статического равновесия. Ток в фазе устанавливается раньше, а ток становится равным нулю до того, как он начинает оказывать отрицательное действие на вращающий момент. Таким, образом, средняя величина вращающего момента возрастает.