Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG I – CƠ SỞ LÝ LUẬN

CHƯƠNG I – CƠ SỞ LÝ LUẬN

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước



Hình 1.1.2.a - Cấu tạo của một động cơ bước

Dựa theo cấu trúc rotor, động cơ bước được chia thành 3 loại:

 Động cơ bước từ trở biến thiên.

 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu

 Động cơ bước lai.

Động cơ bước từ trở biến thiên

Các động cơ bước từ trở biến thiên có rotor bằng thép mềm, rotor quay khi các răng trên

rotor bị hút bởi các răng điện từ trên stator . Các rotor bằng thép có qn tính nhỏ hơn

các loại khác . Điều này cho phép nó đáp ứng nhanh hơn . Tuy nhiên, vì rotor khơng có từ

tính nên khơng có lực từ dư khỉ động cơ khơng còn được cấp điện và rotor có thể quay tự

do . Thơng thường, các góc bước của các động cơ bước từ trở biến thiên là 7,5° hoặc 15°.



Hình 1.1.2.b - Cấu tạo của động cơ bước có từ trở biến thiên

Động cơ bước nam châm vĩnh cửu

Các động cơ bước nam châm vĩnh cửu chứa rotor nam châm vĩnh cửu có mơ men duy trì

khỉ động cơ khơng còn được cấp điện . Mỗi răng nam châm vĩnh cửu được đỉnh hướng

theo trục với các cực nam và bắc thay đổi .



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 7



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước



Hình 1.1.2.c - Cấu tạo của động cơ bước nam châm vĩnh cửu

Một số động cơ bước có các nam châm được chèn vào stator để cải thiện trường điện từ

và cung cấp mô men cao hơn . Các nam châm được làm bằng hợp kim (gồm nhôm,

nickel, và cobalt) hoặc các chất thuộc đất hiếm (samarium-cobalt) . Các động cơ bước

nam châm vĩnh cửu đòi hỏi cơng st vận hành nhỏ hơn các loại khác . Chúng cũng có

đặc tính chống rung đáp ứng tốt hơn . Các góc bước có thể được tìm thấy trên tồn phạm

vi các góc chuẩn, bao gồm 1,8°; 7,5°, 30°; 45°; và 90° .

Động cơ bước lai

Các động cơ bước lai kết hợp các đặc điểm rotor của động cơ bước từ trở biến thiên và

động cơ nam châm vĩnh cửu . Một nam châm vĩnh cửu nhỏ hơn được bọc xung quanh

trục động cơ . Nó khác với động cơ bước nam châm vĩnh cửu ở chổ có một đầu rotor là

cực bắc còn đầu rotor đối diện là cực nam . Răng rotor được cắt thành hai chén lồi thép

được gắn chặt trên mỗi đầu . Động cơ bước lai chỉ sử dụng phương pháp cấu tạo thứ hai .

Các động cơ bước lai có nhỉều răng hơn và có mơ men lớn hơn . Các góc bước tiêu biểu

là 0,9° va 1,8° .



Hình 1.1.2.d - Động cơ bước lai



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 8



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước

Ngày nay, các động cơ bước được sử dụng rộng rãi là động cơ bước nam châm vĩnh

cửu và động cơ bước lai, với góc bước 1,8° . Độ chính xác của hầu hết các động cơ

bước là 3% góc bước (bất chấp số bước trên vòng); thế thì, độ chính xác được cải thiện

nhờ vào các góc bước nhỏ hơn .



Dựa theo cách quấn dây trên stator, động cơ bước được chia thành 2 loại:

 Động cơ bước đơn cực.

 Động cơ bước lưỡng cực.

Động cơ bước lưỡng cực

Mỗi pha chứa một cuộn dây duy nhất . Bằng cách đảo dòng điện trong các cuộn dây, cực

tính điện từ cũng bị đảo .



Hình 1.1.2.e - Sơ đồ cấu tạo động cơ bước lưỡng cực

Động cơ bước đơn cực

Một kiểu quấn dây phổ biến khác là quấn dây đơn cực . Nó bao gồm hai cuộn dây trên

một cực được kết nối sao cho khỉ một cuộn dây được cấp nầng lượng thĩ cực bắc nam

châm được tạo ra, khi cuộn dây còn lại được cấp năng lượng thì cực nam được tạo ra .

Cách quấn dây kiểu này được gọi là đơn cực bởi vì cực tính điện, tức là dòng điện, từ

mạch lái đến các cuộn dây không bao giờ bị đảo chiều . Thiết kế này cho phép làm đơn

gỉản mạch điện tử lái . Tuy nhiên, mô men sinh ra bị giảm khoảng 30% so với quấn dây

kiểu lưỡng cực.



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 9



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước

1.1.3. Nguyên lý hoạt động của động cơ bước

Hình sau mơ tả hoạt động của động cơ bước đơn giản . Trong hình 3a), dòng điện đưa

vào cực /C và chạy ra ở C, do đó tạo ra lực từ giữ động cơ ở vị trí như hình 3a) . Sau đó,

chúng ta tắt dòng điện này đi và chuyển sang cặp /A và A, như vậy động cơ sẽ bị xoay về

vị trí mới do lực từ thay đổi hướng . Sau đó đến cặp B và /B. Như vậy, bằng cách tạo các

dòng điện chạy qua các cuộn dây, ta đã làm xoay roto theo chiều mong muốn, mỗi lần

quay một bước khoảng cách giữa hai cuộn dây sát nhau . Như vậy nếu ta đặt các cuộn

dây càng sát nhau thì ta có độ phân giải càng cao, các động cơ trong thực tế có thể đạt tới

độ phân giải góc 0.72o .



Hình 1.1.3.a - Nguyên lý hoạt động của động cơ bước

1.1.4. Ứng dụng của động cơ bước

Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành đặc

biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số.

Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành Tự động hoá, chúng được ứng dụng

trong các thiết bị cần điều khiển chính xác . Ví dụ : Điều khiển robot, điều khiển tiêu cự

trong các hệ quang học, điều khiển định vị trong các hệ quan trắc, điểu khiển bắt, bám

mục tiêu trong các khí tài quan sát, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia cơng cắt gọt,

điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay ... .

Trong cơng nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa

mềm, máy in ... .



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 10



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước



1.2. Các phương pháp điều khiển động cơ bước

1.2.1. Điều khiển một bước (full-step)

Điều khiển full-step (wave drive – 1 phase on) :

Trong chế độ này, tại một thời điểm chỉ có một cuộn dây được cấp dòng . Cách điều

khiển này đơn giản, nhưng công suất rất thấp vì tại mỗi thời điểm chỉ có một cuộn dây có

điện, chỉ đạt 25% đối với động cơ bước kiểu đơn cực, và 50% đối với kiểu lưỡng cực .

Do đó lực xoắn xinh ra bởi dạng điều khiển này tương đối yếu .



Hình 1.2.1.a - Điều khiển kiểu wave drive – 1 phase on

Dạng sóng điều khiển cụ thể được thể hiện trong hình dưới đây :



Hình 1.2.1.b - Dạng sóng điều khiển kiểu wave drive – 1 phase on

Điều khiển full-step (two phase drive - 2 phase on) :

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 11



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước

Trong chế độ này, hai cuộn dây sẽ được cấp năng lượng đồng thời, cho công suất cao hơn

dạng ở trên do ở mỗi thời điểm ln có hai cuộn dây kế nhau cùng có điện .



Hình 1.2.1.c - Điều khiển kiểu wave drive – 2 phase on

Dạng sóng điều khiển cụ thể được thể hiện trong hình dưới đây :



Hình 1.2.1.d - Dạng sóng điều khiển kiểu wave drive – 2 phase on



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 12



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước

1.2.2. Điều khiển nửa bước (half-step)

Điều khiển nửa bước là sự kết hợp của điều khiển một bước 1 phase on và một bước 2

phase on .

Kết quả là động cơ có thể di chuyển ở các góc có độ phân giải gấp 2 lần kiểu một bước .

Tuy nhiên loại điều khiển này tương đối phức tạp hơn một chút .



Hình 1.2.2.a - Điều khiển kiểu nửa bước (half-step)



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 13



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước



Hình 1.2.2.b - Dạng sóng điều khiển kiểu nửa bước (half-step)



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 14



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước



1.3. Các phương pháp tạo xung điều khiển động cơ bước

1.3.1. Tạo xung điều khiển bằng các IC kỹ thuật số



Để thực hiện theo phương pháp này chúng ta cần một xung Clock, xung này

thường được tạo bằng IC NE555 .



Hình 1.3.1.a - Mạch tạo dao động bằng NE555

Sau đó ta cần một mạch chuyển đổi logic và mạch cơng suất để chuyển đổi xung

clock đó thành tín hiệu đủ “mạnh” để điều khiển động cơ bước .



Hình 1.3.1.b - Mạch điều khiển động cơ bước sử dụng các IC logic họ 40xx



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 15



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước



Hình 1.3.1.c - Mạch điều khiển động cơ bước dùng IC 297 và 298

Và còn nhiều phương pháp khác để xây dựng một mạch điều khiển động cơ bước

dùng IC số . Các mạch này đều có đặc điểm chung là có nguyên lý hoạt động rõ

ràng, dễ hiểu; tuy nhiên có nhược điểm là ít khả năng tùy biến theo yêu cầu của

người sử dụng .

1.3.2. Tạo xung điều khiển bằng vi điều khiển



Phương pháp này chúng ta không cần mạch tạo xung clock, không cần khối logic

để chuyển đổi xung clock sang tín hiệu điều khiển . Vi điều khiển sẽ thay thế cho

những khối đó, ta chỉ cần thêm mạch cách ly, mạch công suất và chương trình điều

khiển là có thể điều khiển động cơ bước dễ dàng theo mong muốn .

Cũng vì ưu điểm có tính tùy biến cao nên trong phạm vi đề tài này em sẽ nghiên

cứu ứng dụng vi điều khiển để điều khiển động cơ bước .



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 16



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước



1.4. Một số linh kiện sử dụng trong đề tài

1.4.1. Vi điều khiển AT89C51

Vi điều khiển AT89C51 là một biến thể của vi điều khiển 8051, được chế tạo bởi hãng

Atmel bằng công nghệ CMOS dựa theo chuẩn công nghiệp MSC51 (linh kiện đầu tiên

theo chuẩn này do hãng Intel của Mỹ chế tạo, Atmel và nhiều nhà sản xuất khác được cấp

phép làm nhà cung cấp thứ 2) .

* Sơ đồ khối và một số đặc trưng cơ bản của vi điều khiển AT89C51 :



Hỉnh 1.4.1.a – Sơ đồ khối vi điều khiển AT89C51

 4 Kbytes FLASH

 128 Byte RAM

 4 Port xuất - nhập (I/O port) 8 bit

 2 bộ timer 16 bit

 Có mạch giao tiếp nối tiếp

 Khơng gian nhớ dữ liệu ngồi 64 Kbytes

 Khơng gian nhớ chương trình ngồi 64 Kbytes

 Xử lý bit đơn

 210 vị trí nhớ được địa chỉ có thể định vị trên từng bit

 Cần 4 cho hoạt động nhân hoặc chia

* Cấu trúc bên trong của vi điều khiển AT89C51 :

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 17



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG I – CƠ SỞ LÝ LUẬN

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×