Главная / Технологии / Технологии / Усовершенствованный драйвер шагового двигателя

Усовершенствованный драйвер шагового двигателя

Сегодня электродвигатели практически всегда управляются и контролируются электронными системами в области малой и средней мощности. Они обеспечивают регулируемую скорость отжима и крутящий момент с высокой эффективностью и надежностью. Пока на рынке существует практически единодушие в этом отношении, тщетно искать аппаратные решения или даже концепции, общие для всех приложений. Двигатели могут управляться простыми аналоговыми схемами, сложными решениями на базе микроконтроллера и эффективными специализированными интегрированными драйверами с высокой функциональностью. Что такое драйвер можно так же прочитать по ссылке.

Усовершенствованный драйвер шагового двигателя

Рис. 1. Структурная схема системы драйвера шагового двигателя dSPIN L6472

В то время как в случае с асинхронными двигателями и бесщеточными двигателями постоянного тока конструкторы часто выбирают для управления эффективный микроконтроллер, который с помощью систем ШИМ способен генерировать вращающееся трехфазное магнитное поле, способное перемещать ротор, в области шаговых двигателей за счет к сложности вопроса преимущество по времени имеют целые специализированные драйверы. В следующей статье описываются свойства примера драйвера шагового двигателя. Стоит ознакомиться с его возможностями, которые явно убеждают в том, что стоит ориентироваться на специализацию по управлению такими машинами.

L6472 представляет собой усовершенствованный драйвер двухфазного шагового двигателя , объединяющий в одной микросхеме две мостовые системы питания обмоток двигателя, выполненные с применением LDMOS-транзисторов с малыми потерями в мостовой схеме, цепях управления и защиты. Система относится к группе dSPIN-систем компании ST Microelectronics, отличающихся высокой функциональностью.

Преимуществом системы является блок управления, который автономно реализует алгоритмы управления напряжением или током обмоток двигателя, включая инновационный т.н. 16 микрошаговый режим. Система контроллера автономно реализует алгоритмы управления двухфазным двигателем с заданными движениями вперед и назад, ускорением, торможением и другими схемами движения, необходимыми для реализации эффективной системы управления. Движение ротора двигателя программируется набором регистров через стандартный интерфейс SPI.

Стоит отметить, что микросхема L6472 выполнена как «пуленепробиваемая», а это значит, что она имеет внутренние электронные системы, защищающие от тепловой, токовой и короткой перегрузки, она автоматически обрабатывает мертвое время между переключениями транзисторов в силовом мосту, и логический блок не допускает реализации команд, которые могут привести к потере управления двигателем или превышению эксплуатационных пределов.

L6472 может питаться от постоянного напряжения в диапазоне 8-45 В и способен питать обмотки двигателя током до 7 А (длительный ток 3 А), что позволяет ему управлять самой малой и средней мощностью Доступные на рынке шаговые двигатели . Ценной особенностью системы является возможность подключения множества систем L6472 к одному микроконтроллеру и синхронное управление всем набором.

Контроль двигателя

Полная система управления шаговым двигателем создается путем подключения микросхемы L6472 к микроконтроллеру по интерфейсу SPI. Управление заключается в отправке команд, состоящих из инструкции вместе с параметром, и приеме сообщений и параметров в аналогичной форме. В результате даже сложные системы управления, содержащие несколько двигателей и выполняющие сложные движения, могут быть реализованы с относительно простой системой управления и любым микроконтроллером.

В зависимости от параметров двигателя можно установить предельные параметры, связанные с движением ротора, такие как максимальное ускорение, торможение, минимальная (0-976 шагов/с) и максимальная скорость вращения (от 15 000 до 15 000 шагов в секунду). второй).

Основные команды, управляющие двигателем системой L6472, связаны с непрерывным движением (Run, GoUntil, ReleaseSW), достижением положения (GoTo, GoTo DIR, GoHome, GoMark), движением (Move) и торможением (SoftStop, HardStop, SoftHiz, HardHiz). ). Всего имеется 18 команд управления, наиболее важными из которых являются:

  • Move — вызывает вращение ротора в заданном направлении на количество шагов, заданное параметром команды,
  • GoTo — устанавливает ротор в нужное положение по кратчайшему пути,
  • GoHome — возвращается в исходное положение по кратчайшему маршруту,
  • GoMark — устанавливает ротор в заранее запрограммированную выделенную позицию,
  • Run — вызывает непрерывное вращение ротора с заданной скоростью и направлением,
  • StepClock — переводит контроллер в режим пошаговой синхронизации, движение двигателя в этом режиме определяется цифровым сигналом, подаваемым на вход STCLK. Каждый нарастающий фронт перемещает ротор на один микрошаг в заданном направлении.
  • GoUntil — перемещает ротор на высокой скорости в заданное положение и останавливается,
  • RelaseSW — перемещает ротор на малой скорости в заданное положение и останавливается,
  • SoftStop — медленно останавливает вращение,
  • HardStop — немедленная остановка вращения,
  • StopHiZ — медленно останавливает вращение и отключает питание обмоток.

Как видите, набор команд позволяет достаточно гибко управлять двигателем . Драйвер, встроенный в микросхему L6472, выполняет функции интеллектуально, например, когда он получает новую команду до завершения старой, он прерывает команду и запускает новую задачу. То же самое относится к командам торможения, которые могут быть отправлены в любое время.

Режимы торможения с суффиксом SW в названии используют возможность взаимодействия системы с концевыми датчиками. Сигнал от такого датчика привязывается к контроллеру, что позволяет реализовать программно-независимые функции безопасности, немедленную остановку всех контроллеров в случае непредвиденного события, например сбоя или проникновения человека в запретную зону. Наличие такой независимой от программного обеспечения функции часто требуется по закону в промышленных установках или является так называемым хорошая инженерная практика.

Высокая точность работы обеспечивается микрошаговым режимом. Драйвер может автоматически делить каждый шаг на 16 микрошагов и для активации этой функции достаточно установить соответствующий флаг в реестре. Более того, когда команда предназначена для длительного прогона или заданная скорость больше заданного порога для микрошагового режима, система автоматически переходит в нормальный режим и снова включает микрошаговый режим при уменьшении скорости отжима. Стоит отметить, что программирование максимальных и пороговых значений для системы выполняется в простых единицах, таких как шаг/с.

Система позволяет читать управляющие регистры, что дает возможность контролировать, выполнена ли заказанная операция. Таким образом, также сигнализируются все аварийные ситуации. Кроме того, в конце флага появляется низкое состояние, когда записывается какое-либо аварийное состояние или на контроллер отправляется команда, которая не может быть выполнена. Это позволяет генерировать прерывание в микроконтроллере для немедленной обработки аварийного состояния без необходимости постоянного чтения состояния.

Электрическая безопасность

Силовой каскад контроллеров семейства dSPIN полностью защищен от перегрузок. Превышение критической температуры вызывает блокировку уровня мощности, что предотвращает повреждение, но также можно задать температуру ниже критического порога, при превышении которой на контроллер будет отправлено соответствующее сообщение. Оба контрольных моста защищены от короткого замыкания и перегрузки. Пороги защиты могут быть установлены программно, что позволяет адаптировать защиту к параметрам двигателя. Аналогично работает защита от слишком низкого напряжения питания, когда работа блокируется до тех пор, пока напряжение питания слишком низкое.

В дополнение к типичным функциям защиты, L6472 также позволяет программировать скорость наклона сигналов, подаваемых на обмотки двигателя, программировать управление мертвым временем между изменением состояния, что предотвращает протекание тока короткого замыкания через транзисторы и уменьшает электромагнитного излучения от кабелей и обмоток двигателя, а также позволяет синхронно работать множеству контроллеров, вместе образуя мехатронную систему.

Важной функцией также является обнаружение заедания ротора без необходимости использования дополнительных датчиков. Заедание ротора или другое механическое препятствие, приводящее к остановке вращения ротора, является очень серьезной неисправностью, которую следует обнаруживать. Система обнаруживает блокировку, увеличивая ток, протекающий через обмотки двигателя, выше установленного программным обеспечением порога. Остановка двигателя и связанная с этим потеря обратного зажигания вызывают увеличение тока, что приводит к срабатыванию сигнализации.

Оставить комментарий