TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ ************** PHẠM THỊ LÊNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Sư phạm kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học Th.S VŨ MẠNH QUANG HÀ NỘI - 2011 Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Vũ Mạnh Quang người hướng dẫn tận tình hiệu giúp em hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo khoa Vật lý trường Đại học sư phạm Hà Nội giúp đỡ em suốt trình học tập làm khóa luận Cuối em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân cổ vũ, giúp đỡ em hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng 05 năm 2011 Phạm Thị Lênh Phạm Thị Lênh K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Khoá luận hoàn thành với bảo thầy cô giáo khoa Vật lý trường Đại học sư phạm Hà Nội đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy giáo Th.S Vũ Mạnh Quang Trong khoá luận có tham khảo nghiên cứu nhà khoa học với trân trọng biết ơn Tôi xin khẳng định kết đề tài không trùng lặp với kết đề tài khác Nếu sai xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, tháng 05 năm 2011 Phạm Thị Lênh Phạm Thị Lênh K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU NỘI DUNG Chương LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 1.1 Giới thiệu động bước 1.2 Các loại động bước 1.2.1 Giới thiệu chung loại động bước 1.2.2 Động biến từ trở 1.2.3 Động đơn cực 10 1.2.4 Động hai cực 12 1.2.5 Động nhiều pha 14 1.2.6 Tóm tắt chương 15 Chương VẬT LÝ HỌC ĐỘNG CƠ BƯỚC 16 2.1 Giới thiệu vật lý học động bước 16 2.2 Tĩnh học động bước 16 2.3 Điều khiển nửa bước vi bước 19 2.4 Ma sát vùng chết 21 2.5 Động lực học 23 2.6 Cộng hưởng 25 2.7 Cộng hưởng động lý tưởng 27 2.8 Tóm tắt chung 28 Chương CÁC MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC CƠ BẢN 30 3.1 Giới thiệu chung mạch điều khiển động bước 30 3.2 Động biến thiên từ trở 30 3.3 Động hỗn hợp nam châm vĩnh cửu đơn cực 33 3.4 Driver động đơn cực biến từ trở 37 Phạm Thị Lênh K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp 3.5 Động hai cực mạch cầu H 39 3.6 Mạch điều khiển động hai cực thực tế 43 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 Phạm Thị Lênh K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Lịch sử nhân loại trải qua nhiều Cách mạng khoa học kỹ thuật, giới ngày có nhiều phát minh, sáng kiến mang lại thành to lớn cho xã hội loài người Đất nước ta bước vào trình công nghiệp hoá, đại hoá hội nhập kinh tế Quốc tế WTO, thời để đưa nước ta ngày phát triển Để đưa nước ta phát triển phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Con người, tài nguyên, thiên nhiên, công cụ sản xuất… Trong bối cảnh nay, giới diễn khủng hoảng kinh tế việc ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật vào đời sống ngày cấp thiết Sự đời động với kích thước đơn giản, giá thành thấp, khả làm việc cao mang lại thành tựu sâu sắc ngành kỹ thuật điện tử Nền công nghiệp giới đạt thành tựu to lớn nhờ ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật công nghệ Máy móc thay người nhiều công việc khó khăn dần thay người hoạt động lao động sản xuất Điều khiển Động bước thành tựu quan trọng khoa học kỹ thuật Trong năm gần đây, Động bước sử dụng rộng rãi hệ điều khiển xác Về bản, phương pháp điều khiển chuyển động có khả hoạt động vòng hở mà không cần đến phản hồi vị trí Cùng với cải tiến khác thiết kế như: phần cứng nhỏ độ tập chung mômen cao Là sinh viên chuyên ngành kỹ thuật, muốn nâng cao hiểu biết kỹ thuật điện tử nói chung Điều khiển động nói riêng, chọn đề tài: “Điều khiển động bước” làm khoá luận tốt nghiệp Phạm Thị Lênh K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 2.1 Mục tiêu Điều khiển động bước 2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu Lý thuyết điều khiển động bước Vật lý học động bước Một số ứng dụng động bước Đối tượng nghiên cứu Động bước điều khiển động bước Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Điều khiển Động bước ứng dụng kỹ thuật sử dụng rộng rãi hệ điều khiển xác Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Cấu trúc luận văn Khoá luận gồm ba phần: Chương 1: Lý thuyết động bước Đề cập kiến thức động bước giới thiệu loại động bước như: động biến từ trở, động đơn cực, động hai cực, động nhiều pha Chương 2: Vật lý học động bước Nói vật lý học động bước bao gồm: tĩnh học động bước, điều khiển nửa bước vi bước, lực ma sát vùng chết, động lực học, cộng hưởng Chương 3: Các mạch điều khiển động bước Giới thiệu mạch điều khiển động bước như: động biến thiên từ trở, động hỗn hợp nam châm vĩnh cửu đơn cực, driver (điều khiển) động đơn cực biến từ trở Phạm Thị Lênh K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp NỘI DUNG Chương LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 1.1 Giới thiệu động bước Động bước mô tả động điện không dùng chuyển mạch Cụ thể, mấu động la stato, rôto nam châm vĩnh cửu trường hợp động biến từ trở, khối làm vật liệu nhẹ có từ tính Tất mạch đảo phải điều khiển bên điều khiển, đặc biệt, động điều khiển thiết kế để động giữ nguyên vị trí cố định Hầu hết động bước chuyển động tần số âm thanh, cho phép chúng quay nhanh, với điều khiển thích hợp, chúng khởi động dừng lại dễ dàng vị trí Động bước dùng hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản, hệ thống đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọng tĩnh, tải trọng thay đổi điều khiển gia tốc lớn, người ta dùng hệ điều khiển vòng kín với động bước Nếu động bước hệ điều khiển vòng mở tải, tất giá trị vị trí động bị hệ thống phải nhận diện lại Động bước tiếng Đức Schrittmotoren, tiếng Pháp Moteurs pas, tiếng Tây Ba Nha Motor paso paso Từ step_moto stepper moto dùng phổ biến 1.2 Các loại động bước 1.2.1 Giới thiệu chung loại động bước Động bước chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu biến từ trở, có loại động hỗn hợp không khác biệt với động nam Phạm Thị Lênh K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp châm vĩnh cửu Nếu nhãn động cơ, bạn phân biệt hai loại động cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng Động nam châm vĩnh cửu dường có nấc bạn dùng tay xoay nhẹ roto chúng, động biến từ trở dường xoay tự cảm thấy chúng có nấc nhẹ giảm từ tính roto Bạn phân biệt hai loại động Ôm kế Động biến từ trở thường có ba mấu, với dây chung, đó, động nam châm vĩnh cửu thường có hai mấu phân biệt, có nút trung tâm Nút trung tâm dùng động nam châm vĩnh cửu đơn cực Động bước phong phú góc quay Các động quay 90 bước, động nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8 đến 0.72 bước Với điều khiển, hầu hết loại động nam châm vĩnh cửu hỗn hợp có chạy chế độ nửa bước, vài điều khiển điều khiển phân bước nhỏ hay gọi vi bước Đối với nam châm vĩnh cửu động biến từ trở, mấu động kích, roto chế độ không tải nhảy đến góc cố định sau giữ nguyên góc momen xoắn vượt qua giá trị momen xoắn giữ động 1.2.2 Động biến từ trở Phạm Thị Lênh K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp Hình 1.1 Dấu thập hình 1.1 rôto động biến từ trở quay 30 bước Rôto động có stato có cực, cuộn quấn quanh cực đối diện Khi cuộn kích điện, X rôto bị hút vào cực Nếu dòng qua cuộn bị ngắt vào đóng dòng qua cuộn 2, rôto quay 30 theo chiều kim đồng hồ Y hút vào cực Để quay động cách liên tục, cần cấp điện liên tục luân phiên cho cuộn dây Theo logic đặt ra, bảng 1có nghĩa có dòng điện qua cuộn, chuỗi điều khiển quay động theo chiều kim đồng hồ 24 bước vòng Cuộn 1001001001001001001001001 Cuộn 0100100100100100100100100 Cuộn 0010010010010010010010010 thời gian - -> Hình dạng động mô tả hình 1.1, quay 30 bước, dùng số roto số cực stator tối thiểu Sử dụng nhiều cực nhiều cho Phạm Thị Lênh K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.4 Ta cần thêm vào diod cuộn dây động hai cuộn dây độc lập mà cuộn center tapped đơn giản với tap có điện áp cố định Chúng hoạt động tự chuyển đổi Khi đầu cuộn dây bị kéo xuống đầu bị đẩy lên ngược lại Khi công tắc hở, độ tự cảm kickback làm đầu bên động nối với nguồn dương bị kẹp diod Đầu bên bị đẩy lên không đạt điện áp cung cấp lúc xuống mức 0, đảo chiều điện áp qua công tắc đầu Một vài công tắc chịu đảo chiều công tắc khác bị hư Một tụ điện dùng để giới hạn điện áp kickback hình 3.5: Phạm Thị Lênh 35 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.5 Các quy tắc để tính kích thước tụ điện hình 3.5 giống quy tắc tính kích thước tụ điện hình 3.2 hiệu ứng cộng hưởng khác Với động nam châm vĩnh cửu tụ điện hoạt động gần hay tần số cộng hưởng, momen xon tăng gấp hai lần moment xoắn vận tốc thấp Đường cong momen xoắn theo vận tốc phức tạp hình: H ình 3.6 H ình 3.6 cho thấy tần số cộng hưởng điện, momen xoắn vọt lên tần số cộng hưởng cơ, Phạm Thị Lênh 36 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp momen lại sụt nhanh Nếu tần số cộng hưởng điện lớn vận tốc tới hạn động sử dụng mạch dẫn động dùng diod mức hiệu ứng làm vận tốc tới hạn gia tăng đáng kể Tần số cộng hưởng học phụ thuộc vào momen xoắn, tần số gần với tần số cộng hưởng điện, tần số cộng hưởng điện làm thay đổi Hơn nữa, độ rộng cộng hưởng học phụ thuộc vào độ dốc cục đường cong momen xoắn theo vận tốc Nếu momen xoắn giảm theo vận tốc, cộng hưởng dốc, momen xoắn tăng theo vận tốc, cộng hưởng rộng chí tách thành nhiều tầng số cộng hưởng khác 3.4 Driver động đơn cực biến từ trở Trong mạch điện phần trên, không quan tâm đến công tắc tín hiệu điều khiển Bất kỳ kỹ thuật đóng ngắt từ cầu dao đến MOSFETS dùng hết! Hình 3.7 vài cách mắc cho loại công tắc, bao gồm cuộn dây động diod bảo vệ phục vụ cho mục đích đóng ngắt kể trên: Hình 3.7 Mỗi công tắc Hình 3.7 tương thích với đầu vào TTL Nguồn 5V sử dụng cho mạch logic, bao gồm open-collector driver 7407 hình Phạm Thị Lênh 37 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp Nguồn điện cho động cơ, thường từ 5V – 24V, không cần độ xác cao Ta cần ý mạch đóng ngắt nguồn phải thích hợp cho việc dẫn động cuộn dây, động DC, tải cảm ứng khác động bước Transistor SK3180 Hình 3.7 mạch darlington công suất có độ lợi dòng 1000, dòng 10mA qua điện trở hiệu chỉnh 470 Ohm đủ lớn để qua transistor điều chỉnh dòng vài Ampe qua cuộn dây động Bộ đệm 7407 dùng điều khiển darlington thay chip opencollector điện cao mà điều khiển mức tối thiểu 10mA Ngay trường hợp transistor hư, open collector giúp bảo vệ phần lại mạch logic khỏi nguồn động IRC IRL540 Hình 3.7 power field effect transistor Nó chịu dòng điện lên tới 20A bị đánh thủng 100V, chip hấp thu đỉnh nhọn độ tự cảm mà không cần diod bảo vệ gắn với tản nhiệt đủ lớn Transistor có thời gian đóng ngắt nhanh nên diod bảo vệ phải nhanh tương ứng chia nhỏ bới tụ điện Điều đặc biệt cần thiết cho diod bảo vệ transistor chống lại phân cực ngược Trong trường hợp transistor bị hư, diod zener điện trở 100 Ohm bảo vệ mạch TTL Điện trở 100 Ohm đóng vai trò làm chậm thời gian đóng mở transistor Đối với ứng dụng mà cuộn dây động dẫn dòng nhỏ 500mA, mạch darlington họ ULN200x Allegro Microsystems họ DS200x National Semiconductor hay MC1413 Motorola dẫn động cho cuộn dây tải cảm ứng khác trực tiếp từ tín hiệu vào logic Hình 3.8 ngõ vào ngõ chip ULN2003, dãy transistor darlington: Phạm Thị Lênh 38 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp Điện trở transistor darlington phải thích hợp với tín hiệu TTL lưỡng cực chuẩn Cực phát darlington NPN nối với chân 8, chân nối đất Mỗi transistor bảo vệ hai diod, nối cực phát cực thu để bảo vệ transistor khỏi điện áp ngược, nối cực thu với chân 9, chân nối với nguồn động diod bảo vệ transistor khỏi đỉnh nhọn độ tự cảm Chip ULN2803 giống chip ULN2003 mô tả có 18 chân darlington cho phép chip dẫn động cho cặp động từ trở biến thiên nam châm vĩnh cửu đơn cực Đối với động mà cuộn dây dẫn dòng nhỏ 600mA, mạch dẫn động qua UDN2547B Allegro Microsystems điều khiển cuộn dây động bước đơn cực chung Nếu dẫn dòng nhỏ 300mA, ta nên chọn mạch dẫn động kép SN7451, 7452 7453 Texas Instruments, loại bao gồm vài mạch logic với mạch dẫn động 3.5 Động hai cực mạch cầu H Mọi thứ trở nên phức tạp với động bước nam châm vĩnh cửu lưỡng cực đầu nối chung cuộn dây Vì để đảo chiều từ trường sinh cuộn dây ta phải đảo chiều dòng điện qua cuộn dây Ta dùng công tắc kép hai cực để làm cộng việc này, mạch điện tương đương công tắc gọi cầu H mô tả hình 3.9: Phạm Thị Lênh 39 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.9 Cũng với mạch dẫn động đơn cực đề cập trên, công tắc sử dụng cầu H phải bảo vệ khỏi vọt điện áp ngắt dòng điện cuộn dây Ta sử dụng diod cho việc này, hình 3.9 Cần ý cầu H áp dụng không để điều khiển động bước lưỡng cực mà điều khiển động DC, hút nhả lõi solenoid nhiều ứng dụng khác Với công tắc cầu H cho ta tổ hợp 16 mode hoạt động, có mode làm ngắn mạch nguồn Các mode sau thường sử dụng: mode thuận: công tắc A D đóng mode ngược: công tắc B C đóng Các mode cho phép dòng điện từ nguồn qua cuộn dây động đất Hình 3.10 minh họa mode thuận: Phạm Thị Lênh 40 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.10 mode suy giảm nhanh hay mode trượt: tất công tắc mở Bất kỳ dòng điện qua cuộn dây chống lại điện áp nguồn, gây sụt áp diod nên dòng điện bị suy giảm nhanh Mode không tạo tạo hiệu ứng hãm động lên rotor động cơ, rotor quay tự (trượt) tất cuộn dây cấp nguồn theo mode Hình 3.11 minh họa dòng điện sau chuyển từ mode thuận sang mode suy giảm nhanh Trong mode dòng điện chạy vòng lại qua cuộn dây động với điện trở nhỏ Nhờ dòng điện chạy cuộn dây hai mode suy giảm chậm, rotor quay, sinh dòng điện cảm ứng có vai trò hãm rotor Hình 3.12 minh họa nhiều mode suy giảm chậm có ích, với công tắc D đóng, cuộn dây vừa mode thuận công tắc B đóng mở: Phạm Thị Lênh 41 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.12 Hầu hết cầu H thiết kế cho bao gồm mạch logic dùng để phòng ngừa ngắn mạch mức độ thấp thiết kế Hình 3.13 minh họa thiết kế cho tốt nhất: H ình 3.1 V ới thi ết kế nà y ta có mode điều khiển sau: XY ABCD Mode 00 0000 Fast decay Phạm Thị Lênh 42 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp 01 1001 Forward 10 0110 Reverse 11 0101 Slow decay Lợi ích thiết kế tất mode điều khiển có ích giữ lại chúng mã hóa với số bit tối thiểu - điều quan trọng sử dụng vi xử lý hay máy tính để điều khiển cầu H hệ thống có sẵn số bit hữu hạn cổng song song Tuy nhiên vài chip tích hợp cầu H có sẵn thị trường có sơ đồ điều khiển đơn giản 3.6 Mạch điều khiển động hai cực thực tế Có số driver tích hợp cầu H thị trường cần xem thực thi thành phần rời rạc để hiểu cầu H làm việc Antonio Raposo (ajr@cybill.inesc.pt) đề nghị mạch cầu H hình 3.14: Hình 3.14 Ngõ vào X, Y mạch điều khiển ngõ góp điện mở TTL mạch điều khiển đơn cực dựa darlington Hình 3.7 Cuộn dây động cung cấp lượng hai tín hiệu vào X, Y có tín hiệu on tín hiệu off Nếu hai off, hai Phạm Thị Lênh 43 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp transistor kéo xuống (pull-down) tắt Nếu hai cao, hai transistor kéo lên (pullup) tắt Như vậy, mạch điện đơn giản đặt động vào tình trạng hãm động lực trạng thái 11 00, mode trượt Mạch điện Hình 3.14 bao gồm hai nửa xác định, nửa mô tả xác mạch kéo đẩy Thuật ngữ nửa cầu H áp dụng cho mạch này! Cần lưu ý nửa cầu H có mạch giống với mạch điều nghiển ngõ dùng mạch logic TTL Trong thực tế, mạch điều khiển ba trạng thái TTL 74LS125A 74LS244 dùng nửa cầu H tải nhỏ, minh họa hình 3.15: Hình 3.15 Mạch điện có hiệu động có điện trở tối đa 50 Ohm cuộn điện áp tối đa 4.5V dùng nguồn 5V Mỗi mạch đệm ba trạng thái LS244 dùng điện trở nội đệm đủ lớn, dòng chia ngõ điều khiển (mắc song song) Điều cho phép thiết kế mạch điều khiển giống Hình 3.15, chưa mã hoá điều khiển, có bảng chân trị đây: Phạm Thị Lênh 44 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp Mode hãm thứ hai, XYE = 110, hãm yếu mode XYE = 000 LS244 hút dòng nhiều Chip TC4467 - cầu - hãng Microchip thí dụ khác driver nửa cầu H Không giống driver sản xuất trước đó, datasheet cung cấp đầy đủ ứng dụng điều khiển, nguồn cấp lên tới 18V, dòng mấu đạt đến 250mA Một vấn đề chip điều khiển động bước bán sẵn đa số chúng có tuổi thọ thị trường ngắn Ví dụ, họ Seagate IpxMxx, mạch cầu đôi (từ IP1M10 đến IP3M12) thiết kế tốt dùng cho động bước để định vị điểm đầu đĩa cứng Seagate Mạch dẫn động cầu H Toshiba TA7279 tốt cho động 1A dùng nội hãng mà Cầu H đôi L293 SGS- Thompson (và hiệu khác) cạnh tranh với chip không tích hợp diod bảo vệ Chip L293D, giới thiệu sau, có chân tương thích có diod bảo vệ Nếu dùng L293 gần đây, cuộn dây động phải đặt qua cầu chỉnh lưu (1N4001 chẳnghạn) Việc sử dụng diod bên cho phép ta đặt dãy điện trở đường dòng để đẩy nhanh suy giảm dòng cuộn dây bị ngắt, số ứng dụng người ta không mong muốn điều Họ L293 dùng để điều khiển động bước lưỡng cực nhỏ, tối đa 1A/cuộn điện áp cấp lên tới 36V Hình 3.16 cho ta sơ đồ chân chip L293B L293D: Phạm Thị Lênh 45 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.16 Chip xem nửa cầu H độc lập, kích hoạt cặp, hai cầu H đầy đủ Đây dạng đóng gói DIP, với chân 4, 5, 12, 13 thiết kế để truyền nhiệt cho bo mạch in để tản nhiệt Cầu H đôi L298 SGS - Thompson (và hiệu khác) giống với loại chịu tối đa 2A/kênh Như với LS244, ta nối hai cầu H L298 tạo thành cầu chịu 4A (xem datasheet để biết cách nối này) Một điều cần lưu ý chip L298 chuyển mạch nhanh, nhanh diod bảo vệ (1N400X) không làm việc Vậy phải dùng diod BYV27 để thay Cầu đơn LMD18200 National Semiconductor tốt, chịu dòng 3A có sẵn diod bảo vệ tích hợp Trong cầu H tích hợp không sử dụng cho dòng hay áp cao thị trường lại có linh kiện thiết kế tốt để đơn giản hóa việc tạo cầu H từ công tắc rời rạc Ví dụ, International Rectifier bán loạt nửa cầu H, hai số có thêm transistor đóng ngắt MOSFET đủ để làm cầu H hoàn chỉnh Con IR2101, IR2102, IR2103 mạch dẫn động nửa cầu H Con IR2104 IR2111 có mạch logic bên tương tự để điều khiển công tắc cầu H, chúng có mạch logic bên mà vài ứng dụng làm giảm thiểu độ phức tạp phải thiết kế mạch logic bên Phạm Thị Lênh 46 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp Cụ thể, 2104 bao gồm ngõ vào enable nhờ chip 2104 cộng với transistor đóng ngắt thay L293 mà không cần thêm mạch logic Một số nhà sản xuất cho đời chip cầu H phức tạp bao gồm mạch hạn dòng Ta cần ý thị trường có số mạch cầu pha, dẫn động tốt cho động bước nam châm vĩnh cửu pha cấu hình Y hay delta Tuy nhiên, Toshiba TA7288P, GL7438, TA8405 thiết kế tốt, hai số này, bỏ qua nửa cầu H điều khiển động pha, 10 bước/vòng KẾT LUẬN Ngày điều khiển động bước phát triển nhanh, ứng dụng nhiều thực tế, mang tính ưu việt cao Trong trình thực thu kết sau: Nghiên cứu tổng quan điều khiển động bước Giới thiệu số mạch điều khiển động bước Phạm Thị Lênh 47 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp Nâng cao kiến thức tin học, điện kỹ thuật, điện tử Nắm bước làm đề tài nghiên cứu khoa học Đề tài thực có ý nghĩa tiếp tục nghiên cứu bổ sung ý tưởng khoa học nghiên cứu cụ thể chế tạo điều khiển động bước cho ứng dụng thực tế Cuối mong nhận đóng góp ý kiến cộng tác thầy cô, bạn đọc để đề tài thực có ý nghĩa, thực tiễn áp dụng vào xã hội TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh (2007), Kỹ Thuật Điện, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội Đỗ Xuân Thụ (2008), Kĩ thuật điện tử, NXB giáo dục Nguyễn Quang Hùng, Trần Ngọc Bình (2003), Động bước - Kỹ thuật điều khiển ứng dụng, NXB khoa học kỹ thuật Phạm Thị Lênh 48 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động bước Khóa luận tốt nghiệp http: // spkt.net http:// www.pic.vietnam.com tailieu.vn Phạm Thị Lênh 49 K33D – Sư phạm Kỹ thuật [...]... để điều khiển chống lại việc cộng hưởng Chương 3 CÁC MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC CƠ BẢN Phạm Thị Lênh 29 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động cơ bước Khóa luận tốt nghiệp 3.1 Giới thiệu chung về các mạch điều khiển động cơ bước cơ bản Phần này trình bày về mạch dẫn động khâu cuối của động cơ bước Mạch này tập trung vào một mạch phát đơn, đóng ngắt dòng điện trong cuộn dây của động cơ, đồng thời điều. .. Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động cơ bước Khóa luận tốt nghiệp giá trị cao đến 23% đối với động cơ nhỏ và dưới 26% đối với động cơ cỡ trung bình 2.3 Điều khiển nửa bước và vi bước Miễn là không có phần nào của mạch từ bão hoà, thì việc cấp điện đồng thời cho hai mấu động cơ sẽ sinh ra một momen xoắn theo vị trí là tổng của các momen xoắn đối với hai mấu động cơ riêng lẻ Đối với động cơ hai mẩu nam châm... Phạm Thị Lênh 28 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động cơ bước Khóa luận tốt nghiệp bước nam châm vĩnh cửu đều có thể áp dụng gần đúng cho động cơ biến từ trở, và hỗn hợp Điều khiển nửa bước và vi bước thực chất là tạo ra một momen tổng hợp mà chúng ta vẫn thường làm với phép cộng hai dao động hình sinh lệch pha nhau Khi điều khiển nửa bước, điện áp cấp cho động cơ không thay đổi trên các mấu Nếu điện... một động cơ bước mỗi bước 90° sẽ có vùng chết là 60° Điều đó có nghĩa là các Phạm Thị Lênh 22 K33D – Sư phạm Kỹ thuật Điều khiển động cơ bước Khóa luận tốt nghiệp bước hiệu quả sẽ dao động trong khoảng 30° đến 150°, tuỳ thuộc vào rotor dừng ở đâu trong vùng chết sau mỗi bước Sự xuất hiện của vùng chết có một ảnh hưởng rất lớn đến việc điều khiển vi bước thực tế Nếu vùng chết rộng x°, thì việc điều khiển. .. Động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc hỗn hợp hai cực có cấu trúc cơ khí giống y như động cơ đơn cực, nhưng hai mấu của động cơ đựơc nối đơn giản hơn, không có đầu trung tâm Vì vậy, bản thân động cơ thì đơn giản hơn nhưng mạch điều khiển để đảo cực mỗi cặp cực trong động cơ thì phức tạp hơn Minh hoạ ở hình 1.3 chỉ ra cách nối động cơ, trong khi đó phần roto ở đây giống y như ở hình 1.2 Mạch điều khiển cho động. .. động cơ, đồng thời điều khiển chiều dòng điện Mạch điện được nối trực tiếp với cuộn dây và cấp nguồn của động cơ, mạch được điều khiển bởi một hệ thống số quyết định khi nào công tắc đóng hay ngắt Phần này cũng nói đến các loại động cơ, từ mạch điện cơ bản điều khiển động cơ biến thiên từ trở đến mạch cầu H để điều khiển động cơ nam châm vĩnh cửu lưỡng cực Mỗi loại mạch dẫn động được minh họa bằng... thuật Điều khiển động cơ bước Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.3 Trên hình 3.3, cũng như Hình 3.1, hộp biểu diễn các công tắc và một bộ điều khiển (không thể hiện trên hình) chịu trách nhiệm cung cấp tín hiệu điều khiển đóng mở công tắc vào thời điểm thích hợp để quay động cơ Bộ điều khiển thường là máy tính hay một mạch điều khiển lập trình được, với phần mềm trực tiếp phát ra tín hiệu cần thiết để điều khiển. .. cửu đơn cực, ở mức độ lý thuyết, và rằng ở mức độ đóng ngắt cầu H, hệ thống điều khiển cho hai loại động cơ này là giống nhau Chú ý rằng có rất nhiều chip điều khiển cầu H có một đầu vào điều khiển đầu ra và một đầu khác để điều khiển hướng Có loại chip cầu H kể trên, dãy điều khiển dưới đây sẽ quay động cơ giống như dãy điều khiển nêu phía trên: Enable 1 1010101010101010 1111111111111111 Hướng 1 1x0x1x0x1x0x1x0x... không nằm chính giữa vị trí cân bằng của rotor như điều khiển thông thường Khi điện áp này được thay đổi một cách hợp lý, chúng ta có thể tạo ra những góc bước rất nhỏ cho động cơ, gọi là điều khiển vi bước Một điều quan trọng nữa trong phần tĩnh học, đó là lực ma sát bên trong động cơ sẽ gây nên các vùng chết, và thường thì với điều khiển đủ bước hoặc nửa bước, chung ta không quan tâm đến các vùng chết... điều khiển cho động cơ đòi hỏi một mạch điều khiển cầu H cho mỗi mấu: điều này sẽ được bàn chi tiết trong phần các mạch điều khiển Tóm lại, một cầu H cho phép cực của nguồn áp đến mỗi đầu của mấu được điều khiển một cách độc lập Các dãy điều khiển cho mỗi bước đơn của loại động cơ này được nêu bên dưới, dùng + và - để đại diện cho các cực của nguồn áp được áp vào mỗi đầu của động cơ Phạm Thị Lênh 12 ... 2.1 Mục tiêu Điều khiển động bước 2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu Lý thuyết điều khiển động bước Vật lý học động bước Một số ứng dụng động bước Đối tượng nghiên cứu Động bước điều khiển động bước Ý nghĩa... gồm: tĩnh học động bước, điều khiển nửa bước vi bước, lực ma sát vùng chết, động lực học, cộng hưởng Chương 3: Các mạch điều khiển động bước Giới thiệu mạch điều khiển động bước như: động biến thiên... thuyết động bước Đề cập kiến thức động bước giới thiệu loại động bước như: động biến từ trở, động đơn cực, động hai cực, động nhiều pha Chương 2: Vật lý học động bước Nói vật lý học động bước bao