Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Управление положением шагового электродвигателя

Управление положением шагового электродвигателя

Базовое значение заданной частоты вращения (базовая частота холостого хода)

Обзор

Блок управления двигателем рассчитывает частоту вращения коленчатого вала двигателя в режиме холостого хода путём суммирования базового значения частоты холостого хода, которое зависит от температуры охлаждающей жидкости и поправок корректирующих её, в зависимости от изменяющихся условий и режимов работы двигателя. Базовая частота холостого хода определяется из базовой матрицы с использованием сигнала от датчика температуры охлаждающей жидкости.
Вращение рулевого колеса, включение или выключение кондиционера, перемещение рычага управления АКПП (только на автомобилях с автоматической трансмиссией), включения электрической нагрузки вызывает изменение нагрузки на двигатель, в результате чего частота оборотов холостого хода будет изменяться. Чтобы этого не происходило, значение частоты холостого хода корректируется с учётом сигналов от различных датчиков (программный метод управления).
Частота вращения коленчатого вала поддерживается на заданном уровне с помощью шагового электродвигателя путём регулирования расхода воздуха, проходящего через байпасный канал, в обход дроссельной заслонки.
Для поддержания стабильных оборотов холостого хода на заданном уровне, кроме программного метода управления по сигналам от различных датчиков, дополнительно используется управление с обратной связью.

Базовое значение заданной частоты вращения – это оптимальная частота вращения коленчатого вала двигателя, которая зависит от теплового состояния двигателя, и существует в виде табличных значений (базовая матрица) хранящихся в памяти блока управления двигателем.
Стабильность оборотов двигателя на режиме холостого хода достигается поддержанием требуемой частоты вращения коленчатого вала двигателя в зависимости от включения дополнительных нагрузок.

Для компенсации возможных отклонений используется регулирование с использованием обратной связи.
Используемый датчик:
• датчик температуры охлаждающей жидкости в двигателе.

2.3.3 Коррекция частоты вращения при включении дополнительных нагрузок
Значение частоты холостого хода при включении дополнительных нагрузок корректируется с учётом сигналов от различных датчиков (программный метод управления). Данный метод позволяет избежать резкого изменения частоты вращения двигателя.

2.3.4 Управление оборотами холостого хода с обратной связью
Регулирование оборотов холостого хода с обратной связью применяется на режимах установившегося холостого хода, однако такое управление не осуществляется при следующих условиях:
• При движении автомобиля (скорость выше 2,5 км/ч).
• В момент переключения датчика-выключателя полностью закрытого положения дроссельной заслонки с режима “OFF” (выключено) на режим “ON” (включено) или при его выключенном состоянии(“OFF”). На моделях автомобилей без упомянутого датчика-выключателя, аналогичные состояния определяются при помощи выходного сигнала датчика положения дроссельной заслонки.
• При переключении выключателя кондиционера из положения «ON» (включен) в положение «OFF» (выключен).
• Когда селектор АКПП переводится из режима “N” в режим «D».
• Когда датчик-выключатель давления рабочей жидкости в системе рулевого управления переходит из положения “ON” (включен) в положение «OFF» (выключен).
• Когда замок зажигания переводится из положения «ST» (стартер) в положение «IG» (зажигание).
• При переходных режимах работы двигателя.

Действительное значение частоты вращения двигателя может отличаться от расчетного значения, поэтому для поддержания стабильных оборотов холостого хода на заданном уровне, кроме программного метода управления по сигналам от различных датчиков, дополнительно используется управление с обратной связью.
Например, при включении кондиционера шаговый двигатель перемещается на определённое количество шагов, при этом частота оборотов холостого хода двигателя изменится и должна соответствовать определённому заданному значению. По ряду причин действительное значение оборотов холостого хода может оказаться меньше или больше заданного значения, но использование обратной связи позволяет устранить эту разницу.

2.4.1 Обзор
Во время работы двигателя на режиме холостого хода любое изменение нагрузки приводит к изменению частоты вращения коленчатого вала. Сразу после поступления соответствующего электрического сигнала о включении той или иной дополнительной нагрузки на вход блока управления двигателем регулятор оборотов холостого хода (шаговый электродвигатель) изменяет количество воздуха, проходящего через байпасный канал и, тем самым, снижает влияние нагрузки на частоту оборотов холостого хода.
Во время запуска двигателя, при разгоне автомобиля или в режиме торможения двигателем, шаговый электродвигатель устанавливается в положение наилучшим образом соответствующее рабочему режиму двигателя.
Управление шаговым двигателем производится со скоростью 125 шагов/с. Рабочий диапазон вращения составляет от 0 до 120 шагов. При снижении напряжения аккумуляторной батареи менее 10 В, управление шаговым электродвигателем не производится. Сразу после выключения зажигания, запорный конус шагового электродвигателя полностью втягивается, после чего выдвигается на 80 шагов, чтобы быть готовым к следующему запуску двигателя.

2.4.2 Блок-схема управления положением шагового электродвигателя
На блок-схеме показано, какие датчики используются электронным блоком управления двигателем для определения необходимого положения шагового электродвигателя.

Читать еще:  Шкода октавия плохо заводится горячий двигатель

«Плавный» ход шагового двигателя

Стандартный шаговый двигатель от 5-дюймового дисковода
можно заставить вращаться плавно и использовать, например, для привода секундной стрелки в часах.
Тока, отдаваемого микросхемой PSoC, оказывается достаточно для прямого подключения обмоток двигателя к выводам микросхемы.

Для «плавного» вращения шагового (синхронного) двигателя обычно используется микрошаговый режим. Это означает, что токи в обмотках по мере их переключения меняются не скачком, а достаточно плавно – ток в одной обмотке постепенно замещается током в другой. Ротор, следуя за магнитным полем, проходит при этом все промежуточные положения. Приставка «микро-» отражает невозможность получения в цифровых системах бесконечно малых приращений. Конечная величина дробления шага задает лишь иллюзию «плавности».

В двигателях, специально «заточенных» под промежуточные положения ротора, приняты меры по обеспечению точного профилирования магнитного поля. В результате этого нарастающий и ниспадающий по закону синуса ток в обмотках приводит к строго пропорциональному перемещению ротора между крайними точками. Крутящий момент на валу при этом остается постоянным.

В обычных шаговых двигателях (которые можно встретить в принтерах и дисководах) линейность перемещения и постоянство момента внутри шага не нормируется, поэтому мне было интересно оценить их возможности. Свои эксперименты я ставил с двигателями от приводов 5-дюймовых дисков (уже ушедших в Небытие).

Такой двигатель имеет 6 проводов (две обмотки с отводами от середин, хотя попадаются экземпляры и с 5 проводами, у которых средние точки соединены внутри), и на нем написано: 1.8 deg./step, 0.16A/phase. Это означает, что подавая последовательно на каждую полуобмотку ток (в данном случае 0,16 А максимум, а средние точки обычно подключаются к «+» питания), мы заставим его каждый раз поворачиваться на угол 1,8 о . Сопротивления полуобмоток составляют 75 ом и легко «вызваниваются» мультиметром. Обычно средним точкам соответствуют провода красного цвета. Чтобы совершить полный оборот, надо сделать цепочку из 50 х 4 = 200 переключений.

Если при отсоединенных обмотках попробовать вручную провернуть вал, то рука почувствует едва ощутимое сопротивление в виде дрожи. Это – так называемое «магнитное залипание», явление, обусловленное неоднородностью взаимодействия магнитных систем ротора и статора, а также наличием остаточной намагниченности статора (магнитопровода, на котором расположены обмотки). Это «залипание» не только ухудшает линейность перемещения внутри шага, но и создает определенный порог по току, ниже которого двигатель не удается привести во вращение даже на холостом ходу.

Ставя эксперименты, мне хотелось решить два вопроса:
1. Хватит ли тока, генерируемого микроконтроллером, чтобы вращать вал на малой нагрузке или, хотя бы, на холостом ходу?
2. Так ли уж необходим классический закон синуса-косинуса для равномерного вращения?

Для экспериментов была собрана схема, показанная на рисунке. Собственно «собираться» было нечему, т.к. была использована плата Программатора микросхем PSoC, имеющая панельку под микросхему в корпусе DIP8 и 6-контактный разъем для макетирования простейших устройств. Ввиду отсутствия на плате кварца, отладка производилась без него, с использованием внутреннего тактового генератора микросхемы. Следует отметить, что цепи возбуждения кварца у микросхем PSoC очень капризные, и следует руководствоваться рекомендациями AN2027 «Using the PSoC Microcontroller External Crystal Oscillator» (использовать несимметричную схему включения и подключение конденсаторов к «плюсу» питания). Также учтите, что при так называемом «программировании в устройстве» емкость С4 может оказаться чересчур большой для программатора (для 8-выводных чипов используется специальный режим программирования – «по подаче питания»), и потребуется ее временное отключение.

В схеме не используются отводы от середин, и полуобмотки работают как единая обмотка. Это сделано по двум соображениям. Во-первых – для универсальности (двигатели от 3-дюймовых дисководов отводов не имеют). Второе – уменьшить до приемлемых величин управляющий ток (сопротивление возрастает вдвое). Импульсы самоиндукции (шаговый двигатель – индуктивная нагрузка) гасятся встроенными в микросхему диодами.

При 3-вольтовом питании через обмотку сопротивлением 150 ом потечет ток 20 мА, что ниже максимально допустимых 25 мА для цифровых выходов PSoC. При питании от 5 вольт ток не достигнет ожидаемых 33 мА и ограничится на уровне 25 мА. У выходов же, сконфигурированных как аналоговые, допустимый ток составляет 50 мА, и они будут работать в штатном режиме во всем диапазоне питающих напряжений.

Вначале была создана Конфигурация 1 (см. рисунок). Ток через обмотки задается с помощью ШИМ (широтно-импульсной модуляции), которую вырабатывает единственный модуль PWM8_1. Частота ШИМ постоянна и составляет 7,8 кГц, а вот скважность меняется от 0 до 100% по линейной зависимости программным путем (прямой записью в соответствующий регистр модуля). Выход модуля через блоки LUT0. LUT3 («LookUp Table» – блоки с программируемой передаточной функцией) распределяется по ножкам микросхемы в соответствии с приведенной диаграммой. Смена функций LUT также осуществляется программно. Учтите, что на диаграммах показано не текущее значение счетного регистра PWM8_1, а то, как относительно медленно меняется скважность (т.е. ток через обмотки) на разных фазах вращения ротора.

Читать еще:  Bmw дергается когда холодный двигатель

Технические подробности. Каждые 1/512 секунды (используются прерывания от «спящего таймера») значение регистра ШИМ увеличивается в среднем на 1,666 (цель – получить требуемый темп вращения 1 оборот за 60 сек). «В среднем» означает, что использован некий трюк («Dithering») для реализации дробного исчисления, заключающийся в варьировании приращения (1 или 2) в зависимости от состояния вспомогательной переменной [cnt], циклически меняющей значения от 1 до 3. Сделать именно так мне показалось проще.

И начальная инициализация, и тело обработчика прерывания находятся в файле main.asm. Сам проект находится в папке /TestSMotor-lin/ прилагаемого архива (ссылка дана в конце статьи). Готовый файл прошивки testsmotor.hex находится в папке /output/ этого проекта. Порог срабатывания встроенного в микросхему «детектора напряжения» выставлен 2,92 В, что соответствует минимально возможному снижению напряжению питания.

Визуальные впечатления: стрелка, прикрепленная к валу двигателя, вращается достаточно равномерно. Рывки, конечно, заметны, если на них акцентировать внимание. Посмотрим, что даст классическое управление с помощью синуса-косинуса.

Для этого была создана Конфигурация 2 (см. рисунок). Ток через обмотки задается с помощью двух модулей ЦАП DAC9_1 и DAC9_2 (оба модуля имеют разрядность 9 бит). 8-битное значение выбирается из таблицы размером 256 байт, в которой содержатся значения синуса за 1/4 периода. Остальные значения вычисляются путем зеркальных переворотов этой «четвертинки» относительно осей X и Y, причем к 8-битовому значению добавляется 9-ый знаковый бит. Выходные аналоговые буферы микросхемы, в отличие от внутренних аналоговых блоков, не являются «rail-to-rail» узлами (т.е. работающими «от края до края» питающих напряжений). Чтобы предотвратить связанное с этим ограничение выходного сигнала, размах табличного синуса взят не на полную шкалу, а с некоторым запасом. В качестве опорного напряжения для ЦАП выбрана опция «1/2 от питающего напряжения» (при снижении напряжения питания, выходные напряжения будут также пропорционально снижаться). Проект находится в папке /TestSMotor-sin/.

Визуальные впечатления: Практически то же самое. Вышеупомянутые эффекты не позволяют ротору совершать идеальное равномерное движение. Возможно, если немного «подправить» синус, результат будет лучше, но это требует дополнительной исследовательской работы и привяжет «прошивку» к конкретному экземпляру двигателя (между прочим, хорошая тема для курсовой работы!).

В заключение приведу средние токи потребления привода в зависимости от питающих напряжений (в скобках даны токи, потребляемые только микросхемой). Видно, что вовлечение в работу аналоговых блоков увеличивает токопотребление микросхемы. Сам шаговый двигатель в конфигурации «Sin-Cos» также потребляет больше, поскольку в момент равенства токов через обмотки их суммарное значение в корень из двух раз больше, чем в конфигурации «Линейный режим» (хотя это и сказывается положительно на крутящем моменте), а сам ток потребления из-за этого становится пульсирующим.

проблема увеличения оборотов на шаговом двигателе.

Тема раздела Драйверы и контроллеры для CNC в категории Станки ЧПУ, Hobby CNC, инструмент; Коллеги столкнулся с такой проблемой: Решил установить шаговые двигатели FL86-156 и драйвера PM 556 (5.6 а) на токарный 1Е61ПМ.Управляю ими .

Опции темы
  • Версия для печати
  • Отправить по электронной почте…
  • Подписаться на эту тему…

проблема увеличения оборотов на шаговом двигателе.

Коллеги столкнулся с такой проблемой:
Решил установить шаговые двигатели FL86-156 и драйвера PM 556 (5.6 а) на токарный 1Е61ПМ.Управляю ими с помощью токарного лицензионного Mach3.
Даже без подключения к станку не удаеться разогнать их больше чем на 200 оборотов в минуту.Задаеш в настройках мотора большую скорость и мотор начинает хрустеть.Подскажите в чем проблема.

А питание моторов какое?
А длинна проводов от мотора какая?
А заземление/экранирование какое?
А плата опторазвязки какая?
А ширина импульсов STEP какая?
А на ногах драйвера STEP|DIR присутствуют ипмульсы STEP/DIR и еще что-то?

Это я так, для начала немножко вопросов задал. Проходили уже эти проблеммы. В соседних ветках расписано с чего начинать надо.
Надеюсь вы понимаете что учитывая габариты и токи этих моторов помехи будут просто грандиозные. Подсоедените осциллограф к ноге STEP на драйвере и картинку в студию на обозрение.
Уже как-то обсуждалось тут, методом научного тыка такие проблеммы очень плохо решаюся.

Читать еще:  Двигатель 4216 не заводится крутит стартер легко

Питание моторов 30вольт (диодный мост и емкость 10000)
длина проводов от мотора примерно 2 метра,экранирования нет.
Я больше пользователь электроники и по-этому осциллографа у меня нет(больше занимаюсь постройкой авиамодельных моторов,особенно для f2a)
Какие будут советы?

Драйверы повесить в непосредственной близости от мотора, 10-15см не больше. Каждую фазу проводов от мотора скрутить вместе и очень желательно в экран. Тут на форуме уже были советы по использованию кухонной фольги для этих целей.

Питание на драйверы тоже через скрученные провода. Подсоединять их прямо на конденсаторе блока питания. Контрольные провода с сигналами STEP, Dir обязательно в экране и никак по другому.

Не совсем понятно про опторазвязку, ее нет? Если есть то на чем построена, может так оказаться что 200rpm на моторе следствие «быстродействия» оптронов в опторазвязке.

30В питания для этих моторов маловато будет. Им надо что-то около 80-90В. Я так понял что обмотки в моторе соеденены последовательно (если параллельно то сам драйвер мотор не потянет). Соответственно суммарная индуктивность обмоток выше что и требует большего напряжения.

Мое мнение, эти драйверы не для этих моторов, но коль уж все куплено то начните с укорачивания/экранирования проводов.

Поднимите на уши друзей и знакомых и найдите осциллограф. Очень сильно поможет.

Режим принудительного холостого хода инжекторного двигателя

На примере инжекторного двигателя 2111 с системой управления (ЭСУД) Январь 5.1 под нормы токсичности Евро-2 (нейтрализатор и один датчик кислорода) разберемся как осуществляется его работа на режиме принудительного холостого хода.

Для начала определим, что такое принудительный холостой ход для чего он нужен, и когда он наступает.

Что такое принудительный холостой ход?

Принудительный холостой ход (ПХХ) — это режим работы двигателя при котором автомобиль движется по инерции с включенной передачей, дроссельная заслонка при этом полностью закрыта (педаль газа отпущена), а частота оборотов коленчатого вала выше оборотов холостого хода. Например, при движении «накатом» (под горку или на ровном участке дороги), торможении двигателем, или при переключении передач.

Для чего необходим принудительный холостой ход?

Принудительный холостой ход необходим для снижения токсичности выхлопа двигателя автомобиля и уменьшения расхода топлива, так при закрытой дроссельной заслонке топливная смесь поступающая в цилиндры двигателя сильно переобогащается. Достигается это за счет отключения подачи топлива в двигатель на этом режиме.

Как работает система управления инжекторным двигателем на ПХХ?

На принудительном холостом ходу работа двигателя происходит за счет вращения колес. С них крутящий момент передается на коробку и через сцепление на коленчатый вал двигателя. Подачи топлива в цилиндры и ее воспламенение не происходит.

Наступление режима ПХХ и отключение подачи топлива блок управления системы управления (ЭБУ) определят по нескольким признакам.

Дроссельная заслонка полностью закрыта

(сигнал с датчика положения дроссельной заслонки — ДПДЗ)

Движение определенного объема воздуха в двигатель имеется

(сигнал с датчика массового расхода воздуха — ДМРВ)

Двигатель прогрет до рабочей температуры

(сигнал с датчика температуры — ДТОЖ)

Автомобиль движется

(сигнал с датчика скорости — ДС)

Обороты коленчатого вала превышают обороты холостого хода (сигнал с датчика положения коленчатого вала — ДПКВ)

При наличии перечисленных признаков ЭБУ отключает подачу топлива через форсунки. При этом канал подачи воздуха под дроссельную заслонку через регулятор холостого хода открыт. Запорная игла РХХ выставляется блоком управления в такое положение, чтобы в случае перехода на режим холостого хода (ХХ), если, например, водитель выключил передачу, обеспечить требуемое количество воздуха для нормальной работы двигателя на ХХ и предотвратить провалы и подергивания.

Переход с режима ПХХ на режим ХХ происходит при частоте вращения коленчатого вала равном: обороты на холостом ходу (650-750 об/мин) плюс 25 процентов от этой цифры.

Как только хотя бы один из признаков будет нарушен подача топлива включается снова. Например, водитель нажал на педаль газа, дроссельная заслонка приоткрылась, сигнал с ДПДЗ изменился, ЭБУ включает подачу топлива.

Примечания и дополнения

Режим принудительного холостого хода присутствует не только на инжекторных двигателях, но и на карбюраторных. Там за отключение подачи топлива в двигатель через систему холостого хода отвечает система ЭПХХ карбюратора. Подробнее «Режим принудительного холостого хода карбюраторного двигателя».

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector