Teorie řízení

Nevíte jak zapojit svůj krokový motor, ZDE se to dozvíte



Existuje celá řada forem řízení různých řízení strojů, které se odvíjejí od toho, jak je daný stroj poháněn, a co od stroje požadujeme. Existují řízení poziční, rychlostní, úhlové atd. Protože moje stroje jsou určeny pro hobby použití je zde limitační cena stroje. Dnes není problém zakoupit lineární vedení, kuličkové šrouby, servomotory atd., ale to se dostáváme trochu někam jinam.

Já používám krokové motory se spojením, buď trapézovým šroubem(litou teflonovou maticí), nebo ozubený řemen.

Krokový motor - je točivý stroj, využívající elektromagentické indukce a magnetismu. Krokové motory mají velkou výhodu a to, že nepotřebují žádnou zpětnou vazdu (drahý snímač natočení, dekodér atd.). Hlavní vlastností motůrku je jeho síla v Nm a jeho přesnost v počtu kroků na otáčku nebo ve stupních °. V tiskárnách na hlavičky je použit krokový motor 5V, 2A, 200step, tj. napájení 5V, proud do jedné fáze 2A, přesnost 360/200 = 1,8°.

Motor je napájen stejnosměrným proudem (krokový motor můžete připojit i na střídavé napájení a to podle obrázku (obr. 1). Rychlost je dána změnou buzení fází (u napájení ze střídavého zdroje je pak rychlost dána frekvencí sítě 50Hz(T = 0,02s * 200 kroků = 4s/1 otáčka, tj. rychlost 15ot/min). hodnota C [uF] = cca I [A]/0.0723

V praxi rozeznáváme krokové motory:

• bipolární
• unipolární

Unipolární motory jsou z hlediska ovládání nejjednodušší. Napájecí napětí je zde spínáno jednoduše proti zemi ve sledu fází - na jeden motor je potřeba 4 tranzistory (obr. 2). U bipolárního řízení se mění (+/-) u fáze (na jeden motor je potřeba 8 tranzistorů + logika).
Na obrázku (obr. 3) je znázorněno zapojení unipolárních a bipolárních krokových motorů

• s proměnnou reaktancí - nejstarší motory tohoto typu již v polovině 20. století byly uvedeny na trh, jejich jednoduchá konstrukce a bezúdržbové zacházení jim předurčila mnohastranné nasazení. Jejich principem je, že rotor neobsahuje magnety (volně se otáčí) a zuby rotoru jsou uspořádány tak, že průchodem proudu v jedné fázi, se přitáhne právě ten, co je nejblíže atd. V dnešní době je však jejich mohutnost, hmotnost a velká spotřeba je předurčuje k zániku. Jejich výrobcem byl u nás MezNáchod, který vyráběl motory typu : Z22LT105 (2A, 48V, 0,48Nm, 2kg)


• s pernamentními magnety - jejich rotor je tvořen permamentním magnetem, který se při změně fází přizpůsobuje natočením.

bipolární zapojení

• + o 40% vyšší moment než u unipolárního zapojení
• + 4taktní i 8taktní způsob ovládání
• - náročnost na ovládání a logiku

unipolární zapojení

• + jednoduchost ovládání
• + 4taktní i 8taktní ovládání
• - nižší moment

U 4taktního ovládání lze zvolit mezi 1fázovým (v jeden časový okamžik protéká proud jen jednou cívkou) a 2 fázovým (proud protéká oběma cívkami) (obr. 4). Z obrázku je vidět, ?e co se týče softwaru není mezi unipolárním a bipolárním zapojením rozdíl. 8taktní řízení obsahuje prvky 4 taktního a to jak jednofázové tak i 2fázové. Pokud budeme chtít řídit 1fázově vybíráme kroky s č. 0 2 4 6 0 2 4 6 atd. (motor se nám točí na jednu stranu), 6 4 2 0 6 4 2 0 (motor se točí na opačnou stranu). Pokud chceme 2fázové pak kroky s č. 1 3 5 7 1 3 5 7 (na jednu stranu) a 7 5 3 1 7 5 3 1 (na druhou). Při použití 2fázového řízení je spotřeba proudu 2x větší !

U spínání výkonějších motorů je potřeba tranzistory chránit ochranou diodou polarizovanou v nepropustném směru. Velikost napájecího napětí je velice podstatná, protože doba nabíjení cívky motoru je tím větší, čím menší je napájecí napětí. Z toho vyplívá, že pokud 5V motor bude budit 100V bude velice rychlý. Problém bude nastávat s proudem. Čím větší bude napájecí napětí, tím proud procházející motorem bude větší. U=(Xl+R)*I Velikost proudu je limitující, protože proud zahřívá vinutí cívek a motor se pak značně ohřívá. Pokud venkovní teplota pláště motoru přesáhne 50°C je pravděpodobné, že se motor přehřeje a bude nezvratně poškozen.

Viděl jsem často u svých kolegů, že při zkouškách motorů se odpájely přívody do cívek ! Doporučuji experimentovat a proud volit tak, aby motor zůstal vlažný. Na obrázku (obr.5) je vidět momentová charakteristika jednotlivých krokových motorů (převzato od Microcon), spodní obrázek ukazuje, že každý krokový motor má tzv. rezonanční frekvenci, která značně ovlivňuje momentovou charakteristiku.

• velikostí napětí
• velikostí předřadného odporu R=U/I; P=R*I*I; (pro proud 2A při napětí 48V, dostaneme odpor 24Ohm a výkon 96W !)
• PWM modulací proudu

Moje elektronika podporuje PWM modulaci proudu, která je z výše uvedených regulačních metod nejefektivnější. Velikost proudu si nastavíte miniaturním potenciometrem. Vstupní napětí je třeba mít co nejlépe filtrováno (používám kondenzátory v řádech 10mF/35V pro co nejmenší zvlnění). Optimálně by se k napájení krokových motorů použila baterie jako tvrdý zdroj proudu.