St ední pr myslová škola elektrotechnická a Vyšší odborná škola, Pardubice, Karla IV. 13
LABORATORNÍ CVI ENÍ St ední pr myslová škola elektrotechnická
P íjmení:
Hlad na
Jméno:
Jan
Datum m ení:
Školní rok:
2006 / 07
Datum odevzdání
T ída / Skupina:
4.B / 2
Klasifikace:
íslo úlohy:
NÁZEV ÚLOHY
KROKOVÝ MOTOR
Po et stran
7
Po et grafických p íloh
2
3 10. LISTOPADU 2006 8. PROSINCE 2006
ZADÁNÍ U krokového motoru typu SMR 300-300-RI/24 zm te následující vlastnosti 1) Závislost zat žovacího momentu na kmito tu ídících impuls 2) Závislost rozb hového momentu na napájecím nap tí p i optimálním kmito tu ídících impuls 3) Proud z napájecích zdroj pro krokový motor a rozd lova naprázdno a nakrátko 4) Úhel nato ení rotoru pro jeden krok 5) Ov te p esnost nastavení polohy pomocí optického snímání polohy krokového motoru fotodiodou 6) Závislosti zjišt né v bodech 1 a 2 zpracujte graficky
ÚVOD Krokové motory jsou zpravidla používány jako výkonové prvky ve strukturách elektrických pohon pro nastavování polohy a rychlosti bez zp tné vazby. Jejich oblast použití sahá od jednoduchých pohyb od bodu k bodu p es rychlé asov krátké posuvy (v textilním oboru, po íta ích a kancelá ských za ízeních) až k p esným dvou a t í osovým polohovacím robot m. Dalším okruhem aplikací je ízení otá ek s realizací p ímého pohonu v etene stroj , pohon r zných dávkova , erpadel, navíje ek apod. Vyzna ují se rychlým uvád ním do provozu bez náro ného nastavování parametr regulátor s relativní nezávislostí na zatížení a p ipojených momentech setrva nosti. Pracují s minimální údržbou po celou dobu své životnosti. Charakteristickou vlastností motoru je otá ení h ídele po krocích. Jedna otá ka je složena z pevn definovaného po tu krok , který odpovídá konstrukci a zp sobu ízení. Nemluvíme zde tedy o rychlostech otá ení (otá kách), ale o frekvenci krokování. Motory využívají sv j maximální moment již od nejnižší rychlosti, což je jednou z jejich specifických vlastností. V jednoduchých aplikacích jsou v tšinou používány dvoufázové krokové motory. V pohonech s mikrokrokovým pohybem mají uplatn ní p tifázové motory. Rostoucí požadavky na moderní krokové motory, zejména snížení hlu nosti a zvýšení výkonu, vedou k používání t ífázových krokových motor , které v sob slu ují všechny nejlepší vlastností používaných 2f a 5f motor . Jsou schopny odevzdat o 30 – 50 % vyšší výkon. Díky své vyšší ú innosti jsou tak rozm rov menší p i stejném kroutícím momentu. Základním principem krokového motoru je pohyb rotoru o jeden krok. Krok je definován jako mechanická odezva rotoru krokového motoru na jeden ídící impuls ídící jednotky, p i níž vykoná rotor pohyb z výchozí magnetické klidové polohy do nejbližší magnetické klidové polohy. Zm na polohy se dosahuje zm nou napájení vinutí jednotlivých fází statoru. Po sepnutí ur ité fáze se rotor snaží nato it tak, aby výsledný magnetický odpor byl minimální. U nezatíženého motoru se tedy sesouhlasí poloha zub statoru a rotoru. V této poloze má motor nulový statický vazební moment a p i vychýlení vn jší zát ží moment stroje nar stá a maximální hodnota statického vazebního momentu odpovídá nato ení o tvrtinu kroku. Jedno mechanické oto ení h ídele krokového motoru o 360° p edstavuje ur itý po et krok , jejichž po et je dán konstrukcí motoru a zp sobem ízení. ídící kmito et je definován jako kmito et ídícího signálu v Hz nebo v kHz.
Po et otá ek je definován jako n=
60 ⋅ f z ⋅ α 360
kde fz je kmito et kroku [Hz] a α úhel kroku [°] SMR 300-300-RI/24 je ty fázový krokový motor. Je ur en pro p ipojení k rozd lova i impuls RI 250-24-4/8, který je napájen ze sít 24 V ss. Podle nastavení rozd lova e impuls m že motor pracovat v ty taktním režimu v kódu 2-2 nebo v osmitaktním režimu v kódu 1-2.
POPIS M
ENÍ
1.
Pro generování ídících impuls použijeme generátor s výstupem TTL. M íme v rozsahu kmito t 40 – 140 Hz (po 10 Hz), p i napájecím nap tí 20 V. Moment ur íme z brzdící síly m ené silom rem. Silom r m í ve starých jednotkách pondech, p evod je 1 P = 0,01 N.
2.
Pro m ení použijeme p edcházející zapojení. Podle výsledk p edcházejícího m ení zvolíme optimální kmito et ídících impuls . M ení momentu je stejné jako v bod 1.
3.
Proud naprázdno – bez zatížení, proud nakrátko – v zabržd ném stavu.
4.
Dle vývojového diagramu si vytvo íme program pro jedno ipový mikroprocesor ady MCS – 51, na simulátoru ho odladíme a p es emulátor jím budeme ovládat krokový motor. Program generuje ty icet puls . Zpožd ní ur ující délku a mezeru pulsu je vhodné vytvo it tak, že do registru vložíme 255 a dekrementujeme na 0. Výstup je sm rován na P1.0.
5.
P edcházející program doplníme testováním výstupu z optického idla p ipojeného na P1.2. P i pr chodu otvoru idlem se na jeho výstupu nastaví log 0 a program zastaví chod motoru bu svým ukon ením nebo vysláním 0 na P1.4 p ipojený do stop vstupu ídícího obvodu.
KATALOGOVÉ HODNOTY
*
!
" # $% & '!
(#
!
") & #" !
(#
'# %+& "
. " /+'! !
!-!
0 1 "). " /+'! ! 3!)
/)
/ 4/ 56#
- ) 4 " )%" # /% & :/)
&
, !-!
"6#
(# (# , !-! !-!
2!-!
2!-!
7 3
7 3
01 18 9 ; <89
01 18 9 ; <89
=/
1&
"6#
././ ' /)
>)
! +1
" /
"# " + "
! +1
"
"# " + "
0 * $ # "# %+& "! ! !
1 &
1
!(
!(
<, 2?
<, 2?
-
-
7-
7-
7 ;@
7 ;@
!-! ;
># $% & '! !
A
@ !
!-! ). A
># $% & '! ! 1 & 1
; (#
@ ! ).
A
@ !
!-! ). A
(#
(#
@ ! ).
(#
M4 – rozb hový moment p i ty taktním ízení M8 - rozb hový moment p i osmitaktním ízení
NAM
ENÉ A VYPO TENÉ HODNOTY
r = 3,5 cm 1) Závislost momentu na kmito tu
2) Závislost momentu na napájecím nap tí
Ucc = 20 V
f = 60 Hz
f [Hz] 20,13 30 40 50 61 70 80,4 89,12 100 110
F [N]
3,5 4 4,2 4,8 3,8 3,75 3,3 2,5 2 0,6
M [mN.m] 12,25 14 14,7 16,8 13,3 13,125 11,55 8,75 7 2,1
Ucc [V]
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
F [N]
2,3 2,5 2,6 3,2 3 3,1 3,3 3,4 3,6 3,9 4
M [mN.m] 8,05 8,75 9,1 11,2 10,5 10,85 11,55 11,9 12,6 13,65 14
3) Proud z napájecích zdroj (p i Ucc = 20 V) a) naprázdno Imotor = 0,39 A Irozd lova = 23,69 mA b) nakrátko Imotor = 0,39 A Irozd lo = 23,65 mA
Rvinutí =
U cc 20 = = 51,28 Ω I motor 0,39
5) Program pro ízení motoru s kontrolou optického idla MOV R5,#40
; po et krok
SKOK: JNB P1.2,KONEC
; testuje optické
CLR P1.0 CALL WAIT SETB P1.0 CALL WAIT DJNZ R5,SKOK WAIT: MOV R0,#4 SK2: MOV R1,#0FFh SK1: DJNZ R1,SK1 DJNZ R0,SK2 RET KONEC: END
= 40 idlo
; spušt ní impulsu ; ekání ; vypnutí impulsu ; ekání ; cyklus pro zvolený po et impuls ; podprogram WAIT pro
ekání
; návrat z podprogramu WAIT ; END pro simulátor AS51
ZÁVISLOST ZAT ŽOVACÍHO MOMENTU NA KMITO TU 18 16 14
M [mN.m]
12 10 8 6 4 2 0 0
20
40
60
80
100
120
f [Hz]
10.11. 2006
Jan Hlad na, 4.B
ZÁVISLOST ROZB HOVÉHO MOMENTU NA NAPÁJECÍM NAP TÍ 16 14 12
M [mN.m]
10 8 6 4 2 0 14
16
18
20
22
24
U [V]
10.11. 2006
Jan Hlad na, 4.B
ZÁV R Tímto m ením byly ov eny poznatky uvedené v teoretické ásti. P i práci se naskytly velké problémy s p esností m ení pomocí silom ru, nicmén i p esto bylo možné dosáhnout výše uvedených výsledk . Z d vodu absence funk ního emulátoru nebylo možné v reálu odzkoušet program pro ovládání motoru p es jedno ipový mikropo íta .
POUŽITÉ P ÍSTROJE A POM CKY Ozna ení ve schématu
P ístroj Pom cka
Výrobce Typ p ístroje
TTL
TTL generátor
Tesla
Z
zdroj
A1 A2 M S
Inventární íslo Výrobní íslo
Poznámka Rozsah
digitání
C-CS-25146
5V
Zlatnik DUV-OV
SS, regulovatelný
A-M -254
36 V
ampérmetr
Metex
digitání
M
01114
auto
ampérmetr
Metex
digitání
M
01115
auto
-
ss, krokový
M
01121
viz. KH
-
digitání
SMR 300-300-RI/24
silom r
Systém
Druh
MK-00493
-
