Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА 7
1.1 Принцип действия ШД 7
1.2 Разновидности ШД 8
1.3 Управление шаговыми двигателями 11
1.4 Режимы работы ШД 12
1.5 Цель и задачи работы 14
2 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ И СТЕНДА 15
2.1 Формулирование требований к стенду 15
2.2 Выбор двигателя 16
2.3 Силовой источник питания 19
2.4 Контроллер биполярного электропривода 21
2.5 Разработка драйвера униполярного электропривода 23
2.6 Выбор управляющего устройства 31
2.7 Питание 33
2.8 Выбор элементов защиты 35
2.9 Внешний вид стенда 37
2.10 Функциональная схема 39
2.11 Алгоритм для управления модулем «Контроллер униполярного ШД» .. 40
3 СНЯТИЕ ОПЫТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК 46
3.1 Динамический режим 46
3.2 Статический режим 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 55
ПРИЛОЖЕНИЕ А 56
Простые в управлении и эксплуатации, обладающие довольно высокой точностью, а также сравнительно малой ценой шаговые двигатели получили широкое распространение и применение.
Первые шаговые двигатели появились в 1830-х годах и представляли собой электромагнит, приводящий в движение храповое колесо. За одно включение электромагнита храповое колесо перемещается на величину зубцового шага храпового колеса.
Благодаря развитию микропроцессорной техники в настоящее время шаговые двигатели представляют собой устройства в которых электромеханическая часть объединена с управляющей электроникой.
Промышленное применение двигателей данного типа чаще всего представлено станками с ЧПУ, космической и военной техникой, а также отраслью роботостроения и автоматизации.
Использование в бытовой сфере связано с производством принтеров, факсов (а также иная офисная периферия), дисководов. В данных системах требуется довольно высокая точность позиционирования, а также наличие драйверов, которые и будут осуществлять микропроцессорное управление.
Таким образом, шаговый двигатель - электромеханическое устройство которое способно преобразовывать поступающие импульсные сигналы в фиксированные угловые перемещения ротора без устройств обратной связи.
В рамках данной выпускной квалификационной работы были разработаны упрощенная и полная функциональные схемы проектируемого стенда, с помощью которых формируется начальное представление о разрабатываемом стенде. Были определены основные блоки установки.
При решении вопроса о технических возможностях стенда был сделан выбор системы управления, подразумевающей наличие как биполярного, так и униполярного управления. Помимо использования готового устройства управления биполярным двигателем (модуль «Контроллер биполярного ШД»), сигналы на который приходят с выбранного в процессе работы микроконтроллера, была разработана собственная МПСУ, заключающая в своем функционале возможность переключения режима управления. На основе обозначенных возможностей системы управления был произведен выбор необходимого оборудования, элементной базы, сформирован модуль «Контроллер униполярного двигателя». Помимо контроллеров была определена необходимая модель двигателя, подобраны источники питания, элементы защиты.
Для последующей реализации печатной платы полученного инвертора был выполнен чертеж электрической принципиальной схемы, на которой отражено устройство внутренней МПСУ разработанного контроллера, показаны входные внешние сигналы, а также подключение питания.
С помощью программы CorelDRAW сформирован внешний вид модулей, а также макет и интерфейс стенда в целом.
Заключительным этапом проектной работы стало написание программы для разработанного контроллера на языке assembler.
Для того, чтобы проверить работоспособность установки и сделать возможным ее дальнейшее использование, был собран упрощенный стенд (состав перечислен в разделе 3), и проведен ряд экспериментов.
Изучено влияние величины напряжения на поведение электропривода при снятии динамических характеристик, а также изменение выходных характеристик в зависимости от установленного шага двигателя. Для объяснения полученных результатов были сняты осциллограммы тока в обмотке двигателя, при различных напряжениях питания для определенных частот. Проведено испытание установки в статическом режиме, сняты T-0 и T-I характеристики.
В результате проделанной работы, была достигнута основная цель ВКР - был разработан, спроектирован, собран, и проверен на работоспособность учебный стенд «Шаговый двигатель с микропроцессорным управлением».
