Простой формирователь профиля управления шаговыми двигателями

Texas Instruments LM555

Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2020

Шаговые двигатели являются синхронными устройствами, которые последовательно поворачиваются на один шаг с приходом каждого управляющего импульса. Чтобы мотор вращался быстрее, частота импульсов должна быть выше. Однако из-за инерции вала двигателя и нагрузки очень часто мотор не способен за один шаг разогнаться от 0 об/мин до требуемой угловой скорости. Поэтому на большинство шаговых двигателей сначала подается последовательность импульсов небольшой частоты, а затем частота плавно увеличивается до тех пор, пока двигатель не наберет желаемую скорость. Точно также, для остановки мотора импульсная последовательность не обрывается резко; частота импульсов должна постепенно снижаться до нуля. Микропроцессоры могут легко формировать импульсные последовательности линейно нарастающей, а затем спадающей частоты, часто называемые трапецеидальным профилем, но в схеме без микропроцессора реализовать такой профиль трудно.

Показанная на Рисунке 1 бистабильная схема на основе таймера 555 может легко формировать псевдотрапецеидальный профиль движения. Обратите внимание, что времязадающая цепочка, состоящая резистора R1 и связанных с ним компонентов, не подключается к VCC, как это было бы в обычной схеме, а получает питание через кнопочный выключатель.

Эта схема формирует псевдотрапецеидальный профиль управления движением шаговых двигателей.
Рисунок 1. Эта схема формирует псевдотрапецеидальный профиль управления движением
шаговых двигателей.

При нажатии кнопки конденсатор C1 начинает заряжаться до уровня, при котором сможет начать заряжаться C2. По мере заряда С1 выходная частота 555 медленно и постепенно увеличивается до значения, которое определяется номиналами всех компонентов времязадающей цепи. Эта конечная частота ниже той, которой достигла бы схема, если бы в цепочке отсутствовали C1 и R1. При отпускании кнопки таймер 555 не прекращает генерацию сразу, а плавно понижает частоту, пока не остановится совсем (Рисунки 2а и 2б). Профиль изменения генерируемых частот не соответствует линейному, но в большинстве систем с микропроцессорами он также не бывает линейным. Характер изменения частоты в схемы должен быть похож на профиль, изображенный Рисунке 2а, и зависит от номиналов компонентов.

Профиль движения для схемы на Рисунке 1 является примерно трапецеидальным (а); шаговые импульсы сначала имеют низкую частоту, которая затем повышается и понижается (б).
Рисунок 2. Профиль движения для схемы на Рисунке 1 является примерно
трапецеидальным (а); шаговые импульсы сначала имеют низкую
частоту, которая затем повышается и понижается (б).

Управлять этой схемой можно с помощью простой кнопки. Такая концепция открывает возможности ручного управления шаговыми двигателями. Обычно ручное управление шаговыми двигателями не используется из-за сложности аппаратного формирования трапецеидального профиля частоты. С помощью предложенной схемы можно использовать низкооборотные шаговые двигатели с низким крутящим моментом в системах, в которых ранее потребовались бы редукторные двигатели постоянного тока. Заменив кнопку двухполюсным двухпозиционным переключателем, можно без микропроцессорного управления задавать направление вращения двигателя (Рисунок 3). Эти концепции также применимы к линейным приводным устройствам на основе шаговых двигателей. Кроме того, можно заменить кнопку управляющим сигналом от компьютера или контроллера, что позволит управлять шаговыми двигателями с помощью контроллеров, не поддерживающих функции формирования изменяющейся частоты.

Заменив кнопку в схеме на Рисунке 1 двухполюсным двухпозиционным переключателем, можно без микропроцессора управлять направлением вращения двигателя.
Рисунок 3. Заменив кнопку в схеме на Рисунке 1 двухполюсным двухпозиционным
переключателем, можно без микропроцессора управлять направлением
вращения двигателя.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments LM555
  2. Datasheet Allegro MicroSystems UCN5804B

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Make a simple ramp generator for stepper motors

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

40 предложений от 25 поставщиков
Timers for Timing Delays and Oscillator Applications in Commercial, Industrial and Military Equipment
LM555CN
ON Semiconductor
11,00 ₽
ЭИК
Россия
LM555CMX
Fairchild
от 6,25 ₽
Триом
Россия
LM555CMM/NOPB
Texas Instruments
49,05 ₽
LifeElectronics
Россия
LM555TC-TI
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя