Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
Podzespoły
Silniki
krokowe
część 4 − sterowanie
Drgania
Fakt, że silniki krokowe zasilane są impulsa−
mi, wydaje się zaletą i dobrodziejstwem.
Niewątpliwie ułatwia to sterowanie, zwła−
szcza silników unipolarnych. Sterowanie im−
pulsami prostokątnymi nie daje jednak ideal−
nie „gładkich” ruchów wirnika.
Rysunek 41
pokazuje odpowiedź wirnika po podaniu im−
pulsu sterującego. Wirnik i obciążenie mają
pewną bezwładność. W rezultacie przed osią−
gnięciem stanu ustalonego wystąpią drgania.
W niektórych przypadkach, gdy potrzebna
jest duża precyzja sterowania, tak duże drga−
nia są bardzo niekorzystne, czasem niedopu−
szczalne. Nie ma prostego sposobu pozbycia
się ich. Można próbować stosować tłumiki
mechaniczne, ale najprościej jest wykorzy−
stać w takich przypadkach silnik o mniej−
szym skoku – wtedy mniejszy jest zarówno
skok jednostkowy, jak i oscylacje.
stotliwości rezonansowej. Wirnik będzie
wtedy drgał, a nie obracał. Przy sterowaniu
pełnokrokowym problem ten silnie daje o so−
bie znać. Przy sterowaniu półkrokowym –
znacznie mniej. Jest to jeden z ważniejszych
powodów, dla których częściej wykorzystuje
się sterowanie półkrokowe albo...
ny na pierwszy rzut oka wniosek, że najlepiej
byłoby sterować silnik krokowy odpowiednio
przesuniętymi przebiegami sinusoidalnymi.
I tak jest naprawdę.
Dla uzyskania gładkiego ruchu przebiegi
sterujące dwa uzwojenia silnika bipolarnego
powinny być przebiegami sinusoidalnymi,
przesuniętymi w fazie o 90 stopni, co daje
przebieg sinusoidalny i kosinusoidalny.
Oczywiście poważnie skomplikowałoby
to sterownik, ponieważ, po pierwsze, do
zmiany wartości prądu potrzebny byłby jakiś
bardziej złożony układ niż cztery klucze tran−
zystorowe. Po drugie, ponieważ silniki kro−
kowe zwykle podczas pracy mają zatrzymy−
wać się w ściśle określonym położeniu, nale−
ży zachować możliwość „zamrożenia” chwi−
lowych wartości prądu.
Sterowanie mikrokrokowe
Głębsza analiza rysunków 38 i 39 wskazuje,
że różnicując natężenie prądu w uzwoje−
niach silnika, można byłoby uzyskać pośre−
dnie położenia wirnika między biegunami.
Skrupulatni Czytelnicy na pewno już też za−
uważyli, że sterujące sekwencje półkrokowe
przypominają trochę przebieg sinusoidalny.
Obrazuje to
rysunek 42
. Jeden znak plus al−
bo minus oznacza, że włączone jest jedno
uzwojenie, dwa znaki, że w danej chwili pra−
cują dwa uzwojenia – porównaj
rysunki 38 i 39. Wy−
padkowy „przebieg”
jest znacznie „łago−
dniejszy”, niż „kan−
ciasty” przebieg
prostokątny przy
sterowaniu pełno−
krokowym. Wyja−
śnia to po części,
dlaczego wirnik
przy sterowaniu półkrokowym
ma mniejszą tendencję do drgań
rezonansowych.
Nietrudno się domyślić, że je−
śli udałoby się zwiększyć gład−
kość przebiegu sterującego, po−
zwoliłoby to sterować silnik je−
szcze precyzyjniej i z mniejszymi
oscylacjami. Nasuwa się tu, dziw−
Ciąg dalszy na stronie 24.
Rys. 42
Rys. 43
Rys. 41
O częstotliwości i wielkości tych oscyla−
cji decyduje głównie masa wirnika oraz wiel−
kość i rodzaj obciążenia. Jeśli silnik miałby
pracować przy stosunkowo dużych prędko−
ściach, skłonność do oscylacji całkowicie
uniemożliwi pracę przy częstotliwości im−
pulsów odpowiadającej mechanicznej czę−
Elektronika dla Wszystkich
Październik 2002
21
od
podstaw
Podzespoły
Ciąg dalszy ze strony 21.
pół− czy pełnokrokowym. Po drugie, zapew−
nia płynny ruch wirnika także przy najmniej−
szych częstotliwościach. Są to niebagatelne
zalety, ale wymagają skomplikowanego ste−
rownika, który pozwala wytworzyć prawi−
dłowe przebiegi pseudosinusoidalne o ściśle
określonej, regulowanej częstotliwości, od−
powiednio przesunięte w fazie. Można do te−
go zastosować mikroprocesor i szereg dodat−
kowych elementów. Wykorzystywane są też
specjalizowane układy scalone.
W dążeniu do zwiększania precyzji pozy−
cjonowania i płynności ruchu nie można
osiągnąć ideału. Nawet przy sterowaniu naj−
czystszym sygnałem sinusoidalnym, pojawią
się błędy, choć są to błędy stosunkowo małe
(błąd ustawienia wału wynoszący tylko 0,05
stopnia można uznać za mały). Występuje tu
kilka źródeł błędów związanych z silnikiem i
w praktyce nie uda się uzyskać idealnej do−
kładności i precyzji. Tym samym nie ma po−
trzeby nadmiernie zwiększać liczby schod−
ków i dodatkowo komplikować tym sterow−
nik. Rozdzielczość przetwornika nie musi
być duża, w praktyce wystarczają przetwor−
niki 3...5−bitowe, dające odpowiednio 8...32
różnych poziomów prądu.
Kwestia uzyskania maksymalnej precyzji
pozycjonowania wirnika i niejednorodności
ruchu obrotowego silników krokowych to
bardzo obszerne zagadnienie, przeznaczone
dla specjalistów. Nie ma powodów, by w ty−
powych zastosowaniach stosować sterowa−
nie mikrokrokowe, zwłaszcza jeśli pojedyn−
czy krok to 0,9 czy 1,8 stopnia.
Leszek Potocki
Przy obecnym stanie techniki problemy te
można z powodzeniem rozwiązać. W praktyce
uzyskuje się to przez wykorzystanie nie „czy−
stej sinusoidy”, tylko przebiegu schodkowego.
Rysunek 43
pokazuje przykładowy przebieg
prądu w uzwojeniu silnika bipolarnego przy
zastosowaniu przetwornika 3−bitowego. Ozna−
cza to, że wirnik można sterować tak, by wy−
konywał maleńkie kroki, nieosiągalne przy ste−
rowaniu pełno− czy nawet półkrokowym.
Taki sposób ze skokową zmianą wartości
prądu nazywamy
sterowaniem mikrokro−
kowym
.
Sterowanie mikrokrokowe pozwala, po
pierwsze, ustawić wirnik precyzyjnie pomię−
dzy pozycjami dostępnymi przy sterowaniu
22
Październik 2002
Elektronika dla Wszystkich