Новости

Статьи


Управление двигателем постоянного тока по положению

При создании различных устройств автоматики нередко стоит задача поворота вала двигателя (или выходного вала редуктора) на заданный угол с высокой точностью. Известно, что при правильном управлении двигателем постоянного тока можно достичь более высокой точности позиционирования, скорости перемещения и качества управления, чем при использовании для этих задач шаговых двигателей.


Не сложно заметить, что из-за влияния различных нагрузок, позиционировать вал двигателя в точном положении довольно сложно. Простые методы решения этой задачи не подходят:

  • Снять напряжение с двигателя в момент прихода его вала в заданное положение нельзя, т.к. по инерции вал провернется еще несколько оборотов.
  • Снять напряжение с двигателя заранее невозможно, потому что всякий раз силы трения и нагрузки различны и вал по инерции поворачивается на разные углы.
  • Подать по приходу в заданное положение напряжение обратной полярности приводит к колебаниям вала двигателя, что довольно плохо для редуктора.
Поэтому решить задачу поворота вала двигателя на заданный угол с высокой точностью без применения теории автоматического управления невозможно. Решение состоит в расчете и реализации ПД+ПИД-регулятора по положению. Специалисты "ДинСофт" имеют опыт решения подобных задач.


Для решения этой задачи требуется установить на вал двигателя датчик скорости или угла поворота двигателя (например, инкрементный датчик (encoder)).

Функционально система управления двигателем (рис. 1) стоит из следующих элементов:

  • Непосредственно двигатель постоянного тока.
  • Датчик угла поворота вала двигателя (инкрементный датчик или, как его еще называют encoder).
  • Микропроцессорная система управления, решающая задачи:
    • ввода информации с датчика;
    • приема управляющих команд, с помощью которых устройству передаются заданная скорость;
    • расчета закона управления (ПД+ПИД-регулятора) и вычисления управляющего сигнала для двигателя. Система способна обеспечить точность позиционирования до одной метки инкрементного датчика (обычно это 512 меток на оборот вала двигателя).
    • Следует учесть, что положение вала двигателя измеряется датчиком в метаках. Поэтому заданное положение двигателя должно передаваться на микропроцессорную систему в тех же единицах, т.е. в метаках.

    Расчет ПД+ПИД-регулятора производится аналогично ПИД-регулятору, только к схеме добавляется дополнительный контур, состоящий из пропорционального и дифференциального звена.

    Для управления используются дешевые микропроцессоры семейств MCS-51 или AVR. Стоимость этих микропроцессоров порядка 100-150 р. Достоинство этих микропроцессоров в том, что для их подключения практически не требуется никаких дополнительных микросхем и радиоэлементов.

    Микропроцессор формирует на своем выходе бит направления и сигнал ШИМ.

  • Силовой ключ, решающий задачи коммутации силового напряжения для двигателя. Силовой ключ обеспечивает реверсивное управление двигателем. Он представляет собой два полумоста, между которыми подключен двигатель. По сигналам с микропроцессора каждый полумост выдает на выход либо силовое напряжение, либо "землю". Таким образом, при подаче управляющего сигнала 01, двигатель вращается в одну строну, а при подаче управляющего сигнала 10, двигатель вращается в другую сторону. При сигналах 00 и 11 на обеих клеммах двигателя формируются две "земли" или для питания соответственно, и двигатель останавливается.
Рис. 1. Функциональная схема системы управления положением вала двигателя постоянного тока.


[ Назад ]