Шаговый электродвигатель является синхронным устройством, который последовательно поворачивается на один шаг с приходом каждого управляющего импульса. Чтобы мотор вращался быстрее, частота импульсов должна быть выше. Однако из-за инерции вала двигателя и нагрузки очень часто мотор не способен за один шаг разогнаться от 0 об/мин до требуемой угловой скорости.
Поэтому на большинство шаговых двигателей сначала подается последовательность импульсов небольшой частоты, а затем частота плавно увеличивается до тех пор, пока шаговый электродвигатель не наберет желаемую скорость. Точно также, для остановки мотора импульсная последовательность не обрывается резко; частота импульсов должна постепенно снижаться до нуля.
Шаговый электродвигатель: простой формирователь профиля управления двигателями
Микропроцессоры могут легко формировать импульсные последовательности линейно нарастающей, а затем спадающей частоты, часто называемые трапециевидным профилем, но в схеме без микропроцессора реализовать такой профиль трудно. Показанная на Рисунке 1 бистабильная схема на основе таймера 555 может легко формировать псевдотрапециевидный профиль движения. Обратите внимание, что время-задающая цепочка, состоящая из резистора R1 и связанных с ним компонентов, не подключается к VCC, как это было бы в обычной схеме, а получает питание через кнопочный выключатель.
При нажатии кнопки конденсатор С1 начинает заряжаться до уровня, при котором сможет начать заряжаться С2. По мере заряда С1 выходная частота 555 медленно и постепенно увеличивается до значения, которое определяется номиналами всех компонентов время-задающей цепи. Эта конечная частота ниже той, которой достигла бы схема, если бы в цепочке отсутствовали С1 и R1. При отпускании кнопки таймер 555 не прекращает генерацию сразу, а плавно понижает частоту, пока не остановится совсем (Рисунки 2а и 26).
Профиль изменения генерируемых частот не соответствует линейному, но в большинстве систем с микропроцессорами он также не бывает линейным. Характер изменения частоты в схемы должен быть похож на профиль, изображенный Рисунке 2а, и зависит от номиналов компонентов. Управлять этой схемой можно с помощью простой кнопки. Такая концепция открывает возможности ручного управления шаговыми двигателями.
Обычно ручное управление шаговыми двигателями не используется из-за сложности аппаратного формирования трапецеидального профиля частоты. С помощью предложенной схемы можно использовать низкооборотные шаговые двигатели с низким крутящим моментом в системах, в которых ранее потребовались бы редукторные двигатели постоянного тока. Заменив кнопку двухполюсным двухпозиционным переключателем, можно без микропроцессорного управления задавать направление вращения двигателя (Рисунок 3).
Эти концепции также применимы к линейным приводным устройствам на основе шаговых двигателей. Кроме того, можно заменить кнопку управляющим сигналом от компьютера или контроллера, что позволит управлять шаговыми двигателями с помощью контроллеров, не поддерживающих функции формирования изменяющейся частоты.