KORAČNI MOTOR

U razvoju tehnologije digitalnih sistema upravljanja koračni motor je jedno od najinteresantnijih otkrića. To je jedinstvena komponenta u klasi izvršnih organa, kojom se može upravljati digitalnim procesorom bez posredstva digitalno-analog-nog konvertora. Naime, koračni motor je elektromehanički pretvarač čiji je ulaz binarno kodovan naponski signal, a izlaz kvantovan ugaoni pomeraj određen ulaznim signalom. Dakle, koračni motor predstavlja jedinstven element u klasi servo komponenti u kojima su ulazi obično promenljivi analogni naponi, a izlazi — kontinualni ugaoni pomeraji. U ovom poglavlju se najpre izlažu vrste i radne karakteristike koračnih motora Zatim će se opisati pojačavači snage koji se koriste kao elementi sprege između binarno kodovanih naponskih signala niskog energetskog nivoa na izlazu procesora i strujnih pobudnih signala motora.

TIPOVI KORAČNIH MOTORA

Postji više vrsta koračnih motora visokog kvaliteta ponašanja. Neki od njih se mogu obrtati samo u jednom smeru; drugi su dvosmerni. Otuda postoje motori sa razdvojenim ulazima: za pozitivan smer (suprotno od smera kazaljke na časov-niku) i za negativan smer obrtanja. Druga vrsta motora ima jedinstven ulaz i u njima se promena smera obrtanja postiže posebnim uređenjem povorke impulsa u kodovanom ulazu. Ipak. svi koračni motori se mogu svrstati u dve šire kategorije: I. koračne motore sa permanentnim magnetom, odnosno sa induktorom sinhronog tipa, koji koriste pojavu elektromagnetne sile između pobudnih namotaja na statoru i polova permanentnog magneta na rotoru; 2. koračne motore promenljive reluktanse, koji koriste pojavu elektromagnetne sile između pobudnih namotaja na statoru i kratkospojenog rotora od mekog gvozda u kome se indukuju struje, a time i magnetni polovi usled promena magnetnog polja statorskih namotaja.

Opšte uzev, koračni motor se može posmatrati kao naizmenični motor čiji se statorski namotaji sekvencijalno pobuđuju pravougaonim naponskim signalima usled čega se rotor obrće korak po korak u uglovnim kvantima.

Dužina koraka zavisi od konstrukcije motora i kreće se u opsegu od jednog ugaonog stepena do maksimalno 120 stepeni. U principu je moguće postići da ugaoni korak ima bilo koju vrednost od 2π/n radijana, gde je n≥3. Međutim, mali ugaoni kvant zahteva veliki broj namotaja u statoru. što ima izvesne

1

nedostatke. Naime, istovremeno se pobuđuje relativno mali broj namotaja. pa su stoga pri istom momentu dimenzije koračnog motora sa velikim brojem statorskih namotaja znatno veće od gabarita koračnog motora sa malim brojem namotaja u statoru.

Jedni krajevi namotaja su vezani u čvorište zvezde, a drugi su izvedeni van motora i služe za njegovo- pobuđivanje. U nekom trenutku samo je jedan skup polova pobuđen. Na primer, si. 2.30 odgovara stanju u kome je pobuđen skup polova A, pa se otuda 4 pola rotora nalaze naspram statorskih polova iz skupa A; ostali polovi rotora se nalaze naspram međuprostora između polova iz skupova B i C. Pošto ose polova rotora, koji se nalaze naspram međuprostora, zaklapaju uglove od 15° u odnosu

na magnetne ose statorskih polova iz skupova B i C, pobuđivanje bilo poiova B ili polova C će rezultovati u ugaoni korak rotora od 15° respektivno, bilo u smeru kazaljke na časovniku ili u suprotnom smeru. Na taj način, redosled i brzina pobuđivanja statorskih namotaja određuju respektivno smer i brzinu obr-tanja motora.

MOTORI PROMENLJIVE RELUKTANSE

Koračni motori promenljive reluktanse su relativno malih dimenzija i mogu postizati velike koračne brzine i pokretačke momente. Koriste elektromagnetne rotore čiji je broj manji od broja polova na statoru. Otuda polovi rotora ne mogu istovremeno svi biti naspram statorskih polova. Na primer, u šematskom prikazu preseka motora na si. 2.30 stator ima 12, a rotor 8 polova. Svaki pol statora po-seduje svoj namotaj. Namotaji na statorskim polovima su grupisani u

2

tri skupa, označena sa A, B i C na si. 2.30.

Sl.2.30. Poprečni presek statora i rotora motora sa 12 i 8 polova

MOTORI SA PERMANENTNIM MAGNETOM

Koračni motor sa permanentnim magnetom pripada klasi motora sa sinhronim induktorom. U ovom motoru pokretački momenat se ostvaruje usled pojave elektromagnetne sile između magnetnog polja statorskih polova pobuđivanih u odgovarajućem redosledu i magnetnog fluksa rotora. Na statoru postoje dva namotaja motanih na dve grupe polova; rotor motora poseduje permanentni magnet.

Zbog prisustva relativno velikog broja isturenih polova i na statoru i na rotoru motori sa sinhronim induktorom poseduju manje brzine, određene sa

gde je n broj obrtaja u minutu, N broj isturenih polova rotora, a je broj

pobudnih ciklusa u sekundi. Pod pobudnim ciklusom se podrazumeva uređen skup naponskih signala kojima se pobuđuju namotaji statora.

Jednačina (2.12) se može objasniti pomoću šematskog prikaza poprečnog preseka motora na sl. 2.31. Kao što je već rečeno, stator poseduje dve faze od

3

kojih je, u slučaju motora na sl. 2.31, svaka namotana na po četiri pola, tako da motor ima ukupno osam isturenih polova. Rotor motora na slici ima 10 isturenih polova.

Željena magnetna svojstva rotora se postižu posebnom konstrukcijom koja se sastoji od dva identična diska i permanentnog magneta. Diskovi profila kao na sl. 2.31 su međusobno spojeni preko cilindričnog permanentnog magneta koji je magnetisan aksijalno. Otuda disk sa jedne strane magneta ima magnetne osobine severnog, a disk sa druge strane — južnog magnetnog pola. Da se magnetni fluk-sevi isturenih polova ne bi međusobno neutralisali i da bi se mogla koristiti zajednička magnetna struktura statora, diskovi sa jedne i druge strane permanentnog magneta su zaokrenuti jedan u odnosu na drugi za polovinu širine isturenog pola na disku.

Sl. 2.31. Poprečni presek SI. 2.32. Šema dvofaznog koračnog motora napajunja koračnog motora sa bifilarnim namotajima

Namotaji na polovima statora su motani bifilarno (dvostrukom žicom) i tako je omogućeno da se pobuđivanje namotaja može vršiti sa samo jednim izvorom jednosmernog napona. Krajevi izvora napona se mogu pomoću elektronskih prekidača priključivati prema šemi na sl. 2.32, čime se postiže promena smera struje koja se uspostavlja u isturenim polovima statora

4

Sl.2.33. Pobudni ciklus koračnog motora

Za lakše razumevanje rada motora koji se pobuđuje pravougaonim naponskim signalima može da posluži sl. 2.33. U prvom delu pobudnog ciklusa pobuđuju se namotaji A1 i B1 i tada se maksimalni fluks pojavljuje na polu N1; rotor zauzima položaj N1 u kome je par njegovih isturenih polova postavljen naspram statorskih polova N1. U drugom delu ciklusa pobuđuju se namotaji A2 i B1; maksimalni fluks se pojavljuje na polovima N2 i rotor tada izvrši ugaoni pomeraj (korak) od 9". U trećem delu ciklusa se pobuđuju namotaji A2 i B2, u četvrtom — namotaji A1 i B2. u petom — ponovo namotaji A1 i B2 itd. U svakom delu pobudnog ciklusa na sl. 2.33 rotor izvrši korak od 9°. Na taj način celom pobudnom ciklusu će odgovarati ukupan ugaoni pomeraj od 36°, što važi za motor koji na rotoru ima 10 isturenih polova. Generalno, ugaoni korak dvofaznog koračnog motora sa n isturenih polova na rotoru je 2π/n radijana. Pri tome, u toku jednog pobudnog ciklusa rotor učini 4 koraka. Dakle, da bi

5

dvofazni koračni motor sa 10 isturenih polova na rotoru učinio pun obrt, neophodno je 10 pobudnih ciklusa prikazanih na sl. 2.33. Motor će se obrtati u smeru kazaljke na časovniku ako pravougaoni impulsi pobude slede povorku 12341234. . . , kao na sl. 2.33. Obrnutim redosledom pobuđivanja 43214321. . . bi se postiglo obrtanje motora u suprotnom smeru.

Bitna karakteristika konstrukcije ovog motora je bifilarno motanje statorskih namotaja. Time je omogućeno da se korišćenjem samo jednog naponskog izvora i elektronskih prekidača postiže promena smera struje u namotajima. Na kraju treba ukazati na činjenicu da se koračni motori sa permanentnim magnetom više koriste nego motori promenljive reluktanse. Štaviše, motori sa sinhronim induktorom se i dalje sve više usavršavaju.

DINAMIKA KORAČNOG MOTORA

Kada je brzina pobuđivanja pravougaonim impulsima mala. koračni motor je u stanju da promeni smer obrtanja. Ovu sposobnost motor zadržava sve dok brzina pobuđivanja ne dostigne kritičnu granicu posle koje se motor može obrtati samo u jednom i to zatečenom smeru. Pomenuta dva režima rada se mogu podrobnije proučiti na osnovu matematičkog modela motora. U cilju sagledavanja dinamike motora dovoljno je posmatrati slučaj kada motor pobuđen pravougaonim signalom izvrši jedan korak koji je dovoljno mali tako da se dinamičko ponašanje može aproksimirati linearnim modelom.

Zanemarujući induktivnosti namotaja, diferencijalne jednačine koje u okolini nekog stacionarnog stanja 0st, osovine opisuju dinamičko ponašanje motora imaju oblik

6

gde su: — napon pobude namotaja, i — struja namotaja. — pokretački

momenat motora srazmeran struji namotaja i Ӫ,„ — ugaona brzina obrtanja. Pa-rametri su: R — otpornost namotaja, J i F — koeficijenti inercije i viskoznog trenja rotora, respektivno. Kme i Kem — su respektivno mehaničko-električna i električno--mehanička impedansa i Kr — koeficijent magnetnog momenta motora. Podsetimo [12] da jednačina (2.14) izražava ravnotežu pokretačkog momenta i otpornih momenata motora. Na desnoj strani ove jednačine se, pored momenta inercije i momenta viskoznog trenja, pojavljuje i momenat magnetnog opiranja Mr= Kr(Ӫm—Ӫst) nastalog usled zaostalog magnetizma u pobudnim statorskim polovima, koji teži da rotor vrati u prvobitno stacionarno-stanje. Otporni magnetni momenat je proporcionalan odstupanju trenutne ugaone

pozicije 0m od stacionarnog stanja u kome je motor bio pobuđen.

Bez gubitka u opštosti, može se prihvatiti da je prvobitno stacionarno stanje

jednako nuli. Zamenjujući u jednačinu (2.14), poznatim jednostavnim

operacijama nad jednačinama (2.13) i (2.14) lako se izvodi funkcija prenosa koračnog motora.

7

Na osnovu funkcije prenosa (2.15) se zaključuje da se motor dinamički ponaša poput oscilatornog elementa drugog reda. Pri dovoljno velikoj periodi pobu-

đivanja " odzivi motora Ɵm(t) na odskočne signale pobude (t) = h(t). h(t—

), . . . bi bili pseudoperiodične prigušene oscilacije, kao na sl. 2.34. Uočimo u

izrazu (2.18) da je faktor relativnog prigušenja proporcionalan koeficijentu

viskoznog trenja F i jačini eiektromagnetne sile motora, odnosno mehaničko-električnoj impedansi motora Kme. Za konstrukciju motora od posebnog interesa je uočiti da je prigušenje, takođe, proporcionalno omskoj otpornosti namotaju R. U tipičnim koračnim motorima R je veliko, tako da je prigušenje vrlo izraženo, pa otuda prelazni procesi u njima brzo iščezavaju.

Sl.2.34.Odziv motora u koračnom režimu sl.2.35.Odziv motora u sinhrnom režimu

Kada brzina pobuđivanja dostigne kritičnu granicu, tako da oscilacije u prelaznom procesu još uvek traju u trenutku dovođenja novog pobudnog signala, motor ulazi u tzv. sinhroni režim rada. On tada radi poput sinhronog motora i njegov odziv tada ima karakter prikazan na sl. 2.35. U ovom režimu motoru se ne može promeniti smer obrtanja. Štaviše, da bi se motor iz sinhronog vratio u koračni režim rada, potrebno je vreme od nekoliko perioda pobuđivanja. Dakle, u galopirajućem režimu kretanje motora je sinhronizovano sa pobudom, ali se tada motor ne može zaustaviti u toku samo jedne periode pobuđivanja, niti mu se smer obrtanja može promeniti spoljnim upravljačkim signalom. Osim toga, ako se motor u sinhronom režimu želi zaustaviti u tačno određenoj poziciji, biće neophodno da se smanjivanjem brzine pobuđivanja najpre vrati u koračni režim rada, pa tek onda zaustavi.

8

2.9.5. KOLO POBUDE KORAČNOG MOTORA

Budući da koračni motor vrši funkciju elektromehaničkog pretvarača velike snage, logički signali iz sekvence njegove pobude moraju biti višeg energetskog

nivoa. U raspoloživim koračnim motorima ovi signali pripadaju opsegu od 3 do 30V jednosmernog napona, dok je strujno opterećenje reda od 0,1 do desetina ampera. S druge strane, upravljački logički signali motora se generišu u digi-talnim kolima, pa su otuda niskog energetskog nivoa. Dakle, pobudno kolo mora ostvarivati dve funkcije: prevođenje povorke impulsa u binarno kodovane sekvence pobude koju zahteva konstrukcija datog koračnog motora i pojačanje po snazi pravougaonih impul sa u pobudnim sekvencama

SI. 2.36. Kolo pobude dvofaznog koračnog motora sa permanentnim magnetom

Pomenute dve funkcije se mogu postići u kolu koje se sastoji od digitalnih modula i poluprovodničkih prekidača. Primer takvog kola pobude za motor sa permanentnim magnetom i dve faze na statoru je prikazan na si. 2.36. Ulazi kola su dve povorke impulsa promenljive periode; DIR i REV povorke, respektivno, za obrtanje motora u smeru kretanja kazaljke na časovniku (direktnom) i u sup-rotnom (reverzibilnom) smeru. Kolo sadrži dva flip-flopa u sprezi preklopnog prstenastog brojača, koji generiraju potrebnu sekvencu pobudnih impulsa. Izlazi flip-flopova uključuju odnosno isključuju četiri poluprovodnička prekidača preko kojih se pravougaoni signali sa strujnog izvora priključuju na statorske namotaje motora.

9

Rad preklopnog prstenastog brojača se može objasniti ako pretpostavimo da se flip-flopovi prvobitno nalaze u stanju D=l i C=l. Tada će sledeći impuls iz DIR povorke promeniti stanje C flip-flopa u C=0. Sledeći impuls će promeniti stanje D flip-flopa u D=0. Sa sl. 2.36 se lako može zaključiti da se pobuđivanjem impulsima iz DIR povorke dobija DIR sekvenca pobude u tablici 2.8, koju zahteva posmatrani tip motora kada se želi obrtanje u smeru kretanja kazaljke na časovniku. Dovođenjem impuisa iz REV povorke na ulaz kola pobude na si. 2.36 dobija se na izlazu kola REV sekvenca u tablici 2.8, koja pokreće motor u smeru suprotnom od kretanja kazaljke na časovniku.

TABLICA 2.8. POBUDNE SEK.VENCE MOTORA

Upravljački impulsi

DIR sekvenca REV sekvenca

C D C D

1 2 3 4 5

1 10 10 01 01 1

1 11 00 00 11 1

2.10. PRIMENE KORAČNOG MOTORA

Sve šira primena koračnog motora u različitim područjima upravljanja je uslovljena činjenicom da postoji direktna korespondencija između pobudnih di-

10

gitalnih signala i koraćnog kretanja motora. Kada je brzina pobuđivanja spora i inercija opterećenja motora dovoljno mala, koračni motor prevodi digitalne im-pulse pobude u odgovarajuće diskretne uglovne pozicije. Pri tome, postoji i to bez multiplikativnc greške jednoznačna korespondencija između digitalnog signala na ulazu i izlazne uglovne pozicije. Otuda je ovakav tip motora vrlo pogodan za primenu u različitim uređajima digitalne instrumentacije, kao što su printeri, pisači i registratori. U ovim i sličnim uređajima parametri mehaničkog opterećenja se ne menjaju i zahtevi za brzinom rada su unapred poznati. Međutim, ovakav režim rada je ipak, karakterističan za usko područje primene koračnog motora. U širem području primene postoje ozbiljnija ograničenja koja nameću velike varijacije u brzini pobuđivanja i u promenama mehaničkog opterećenja. Tada će. kao što se može videti sa si. 2.34, doći do izražaja oscilatorni karakter prelaznog procesa od jednog koraka do drugog. Negativni efekti koje takav prelazni proces može imati na ponašanje motora se mogu znatno ublažiti primenom povratne sprege, koja je predmet razmatranja u ovom poglavlju.

POZICIONI SERVOMEHANIZAM

Kao prvi primer primene koračnog motora u sistemu sa povratnom spregom može da posluži pozicioni servomehanizam, prikazan na si. 2.37. Upravljački signal na ulazu kola pobude motora generiše pretvarač analognog signala greške i to u vidu povorke impulsa sa periodom ponavljanja koja je proporcionalna veličini analognog signala greške na ulazu pretvarača. Osim toga, pretvarač je osetljiv na promenu polariteta analognog signala greške, tako da na svom itlazu, pored upravljačke povorke impulsa, daje i logički signal, koji u zavisnosti od polariteta signala greške menja smer obrtanja motora. Prema tome, u ovom sistemu sa povratnom spregom brzina motora, odnosno učestanost ponavljanja koraka, je proporcionalna signalu greške, tj. odstupanju trenutne od zadate ugaone pozicije. Dakle, upravljački signal u vidu povorke impulsa na ulazu pobudnog kola postoji samo ako je prisutan signal greške- Stoga ovaj sistem poseduje astatiyam prvog reda u odnosu na ulazni signal (12) odnosno radi kao pozicioni servomehanizam.Zapravo,moguće je da postoji greška stacionarnog stanja,ali ona ne može biti veća od jednog uglovnog koraka motora.

11

Sl.2.37. Pozicioni servomehanizam sa koračnim motorom

U cilju da se izbegnu eventualne koračne oscilacije u okolini zadate uglovne pozicije između pretvarača i pobudnog kola motora se može postaviti monosta-bilni multivibrator u ulozi kola kašnjenja, koga pobuđuje upravljačka povorka impulsa, a izlaz mu je spregnut sa drugim ulazom pobudnog kola. Vreme kašnjenja multivibratora se podešava tako da bude nešto kraće od periode ponavljanja impulsa koji nastaju usled koračnih oscilacija u okolini zadate uglovne pozicije. Ovaj tip oscilacija nastaje zato Što motor ne može da »pronađe« onu poziciju izlazne osovine pri kojoj je signal greške tačno jednak nuli.

Sa gledišta kvaliteta dinamičkog ponašanja prikazani pozicioni servomeha-nizam i odgovarajući analogni servosistem su ekvivalentni, s tom razlikom što je u slučaju sistema na sl. 2.37 odziv izrazito prigušen. U vremenu neposredno posle zadavanja željene ugaone pozicije signal greške je veliki, pa je i brzina ponavljanja impulsa na izlazu pretvarača velika i tada motor radi u sinhronom režimu. Kako se u procesu pozicioniranja veličina signala greške smanjuje,

12

proređuju se impulsi u upravljačkoj povorci i jednog trenutka motor iz sinhronog prelazi u koračni režim rada, kada se uspostavlja jednoznačna korespondencija između uglovnih koraka i pobudnih signala. Stoga se preskok u odzivu servomehanizma na si. 2.37 neće pojavljivati, osim možda u krajnje nepovoljnim slučajevima kada je mehaničko opterećenje na osovini motora tako veliko da motor posustaje i ne može više da adekvatno »korača«.

DIGITALNA POVRATNA SPREGA ZA KORAČNI MOTOR

Digitalni servomehanizam sa koračnim motorom poseduje mogućnosti koje zaslužuju posebnu pažnju. Te izvanredne karakteristike se postižu zahvaljujući posebnom vidu digitalne povratne sprege koja znatno povećava mogućnosti ko-raćnog motora kada se koristi u ulozi izvršnog organa [7].

Postupak formiranja digitalne povratne sprege će se prikazati na primeru dvofaznog koraćnog motora koji ima 200 koraka po jednom obrtu i u kome su namotaji na statoru motani bifilarno, kao na si. 2.32. Kao što je ranije pokazano, za ovakav tip motora se primenjuju 4 različite kombinacije pobuđivanja namotaja, koje su prikazane u tablici 2.9 i one se mogu posmatrati kao 4 različita ulaza, odnosno kao 4 različite pobude motora 1, 2, 3 i 4. Pri tome, motor može da bude pobuđen jednom od ovih pobuda u bilo kojoj od 200 mogućih stacionarnih pozicija izlazne osovine.

TABLICA 2.9. POBUĐIVANJE NAMOTAJA U RAYLIČITIM POZICIJAMA

Ulazni impulsi

A1 A2 B1 B2 Pozicija

1 da da 0° + 7,2° n

2 da da l,8° + 7,2° n

3 da da 3,6° + 7,2°n

4 da da 5,4° + 7,2° n

1 da da 7,2°+7,2°n

13

n = 1,2,. . . . , 50

Odziv motora u stacionarnom stanju na neku od 4 moguće pobude će biti jedna od 200 ugaonih pozicija izlazne osovine. Dve susedne pozicije se razlikuju za 360/200=1,8 ugaonih stepeni. Kada se motor pobudi jednim od 4 ulaza, on zauzima odgovarajuću poziciju najbližu trenutnom položaju izlazne osovine. Mada postoji 200 mogućih ugaonih pozicija izlazne osovine, primenjuju se samo 4 ulazne komande koje rezultuju u 4 odgovarajuća režima rada motora. Te su komande:

STOP: Od motora se zahteva da ostane u poziciji koju trenutno zauzima.

DIR: Od motora se zahteva da učini jedan korak od 1,8° u smeru kretanja kazaljke na časovniku . REV: Od motora se zahteva da učini jedan korak od 1,8° u smeru suprotnom od kretanja kazaljke na časovniku.DK: Dvostruki korak — od motora se zahteva da učini dva koraka bilo u DIR ili u REV smeru.

Poslednja DK ulazno-izlazna relacija se ne može uslovljavati i smerom, pošto motor pri ovoj komandi razvija nulti pokretački momenat, pa je otuda smer već određen smerom okretanja motora u trenutku dovođenja komande DK. Koračnim motorom se može upravljati pomoću kola povratne sprege šematski prikazanog na sl. 2.38. Kolo se sastoji od enkodera u vidu diska pričvršćenog na osovini motora. Po periferiji diska se nalazi 50 kružnih proreza postavljenih

14

tako da se položaji dva susedna razlikuju za 7,2°. Uz disk su postavljene 4 foto diode sa pridruženim svetlosnim izvorima. Položaji dve susedne foto-diode se

razlikuju za 23,4°. Uočimo da je 23,4°=3 7,2°+1,8°.Otuda će pri bilo kojoj

poziciji izlazne osovine provoditi samo jedna dioda.Zapravo, u zavisnosti od ugla zaokretanja enkoder će generisati povorke impulsa prikazane na sl.2.39.Na taj način enkoder daje informaciju o broju koraka 1,2,3 ili 4, koji motor trenutno zauzima. Raume se da će ovi koraci naizmenično da se ponavljaju u toku obrtaja vratila motora,kao što se vidi na sl. 2.39.

Sl.2.39. Povorke impulsa na izlazu enkodera

U kolu povratne sprege na sl. 2.38, pored enkodera se nalazi i translator čija je uloga da najpre uobliči signale sa fotodioda koji daju informaciju o trenutnom položaju osovine, a zatim da na osnovu zadatih komandi STOP, DIR, REV ili

DK obezbedi odgovarajuće pobuđivanje statorskih namotaja , A2, i B2 mo-

tora. Na primer, ako je trenutna ugaona pozicija osovine korak broj 3, a

komanda je REV, translator će generisati pobude na namotaje i B2 (vidi

15

tablicu 2.9), koje odgovaraju koraku broj 2; dakle, za jedan korak unazad. Tablica 2.10 opisuje funkciju, odnosno način rada translatora. Ako se u tablici 2.10 elementi prve vrste prihvate kao stanja vratila motora, tada tablica pokazuje kako će pojedine komande prevoditi ta stanja u druga stanja.

TABLICA 2.10.FUNKCIJA PRELAZA TRANSLATORA

Ulazne komande Izlaz enkodera

1 2 3 4

STOP DIR REV DK

1 2 3 4 2 3 4 14 1 2 3 3 4 1 2

Digitalna povratna sprega omogućava dva različita načina rada motora:(i)Kada su komande u vidu impulsa, tada će svaki od impulsa proizvoditi korake motora prema tablici 2.10; (ii) Kada su komande u vidu konstantnih signala, motorkontinualno izvršava zadatu naredbu. Na primer, pri signalu konstantne vrednostina DIR ulazu translatora motor će se, sve dok je signal prisutan, obrtati u smerukretanja kazaljke na časovniku. Ili, ako je komanda konstantan signal na DK ulazutranslatora, motor će se povećanom brzinom obrtati u zatečenom smeru obrtanja. Dakle, u režimu (i) motor se ponaša kao regularni koračni izvršni organ, a u režimu (ii) — funkcioniše kao sinhroni induktivni motor.

Funkcija prelaza translatora se može realizovati pomoću logičkih digitalnih modula. Jedna od mogućih strukturnih realizacija logičkog upravljačkog kola translatora je prikazana na si. 2.40. U zavisnosti od stanja osovine motora i željenog režima rada zadatog odgovarajućom komandom ovo kolo generira logičke signale pobude statorskih namotaja motora. Rad kola se najlakše može razumeti ako se posmatraju pojedinačno moguće situacije. Na primer, neka je trenutna pozicija osovine motora korak broj l,a komanda je STOP(signal na STOP ulazu trans-latora na si. 2.40). U poziciji 1, odnosno koraku broj 1,

16

fotodioda PCI provodi, pa je , a . Komandi STOP odgovara kod

F3=l i F4=0. Pri F3=0 i F4=0 samo će STOP izlaz grupe od 4 NILI-kola biti 1, ostali izlazi ove grupe su 0.

sl.2.40. Logičko kolo za upravljanje koračnim motorom

Otuda će grupa od 8 NI-kola sa po dva ulaza tada imati izlaze (11011101), gledano odozgo na dole. Budući da sada dva krajnja NI-kola sa po 4 ulaza imaju

po jedan od ulaza 0, njihovi izlazi su , što odgovara zahtevanoj

pobudi namotaja za poziciju 1 (vidi tablicu 2,9). Dakle, motor se nalazi u poziciji 1 i komanda STOP ga u njoj zaustavlja. Čitaocu se prepušta da sam

17

analizira rad translatora pri drugim mogućim kombinacijama trenutnih pozicija i ulaznih naredbi. Digitalna povratna sprega bitno poboljšava radne karakteristike koračno>g motora. Osnovna korist od ovakve povratne sprege se ogleda u mogućnosti da motor »trči« brzinom koja je u sinhronizaciji sa trenutnom brzinom obrtanja. Na primer, pri komandi DK (dvostruki korak ili viša brzina) motor je u stanju da se kontinualno ubrza sve do 2000 koraka u sekundi. Međutim, bez povratne sprege maksimalna brzina ponavljanja koraka može biti svega 200 koraka u sekundi. Štaviše, u prisustvu povratne sprege motor će raditi uspešno i u uslovima znatnih promena mehaničkog opterećenja na izlaznoj osovini. Naime, on tada automatski odabira sopstvenu brzinu ponavljanja koraka i, kad se opterećenje pro-meni, brzo se oporavlja da bi ponovo »trčao« istom sinhronom brzinom. Ovo dra-goceno svojstvo motor ne poseduje kada radi u otvorenoj povratnoj sprezi; ako bi se opterećenje bitno promenilo u zatečenom stanju velike brzine ponavljanja koraka, motor bi se »zagušio«, izgubio mogućnost daljeg korektnog izvršavanja komandi. Kao zaključak, u prisustvu digitalne povratne sprege koračni motor ladi poput elektromehaničkog pretvarača upravljanog sa 4 različite ulazne komande: STOP, DIR, REV i DK.

Eksperimentalna ispitivanja su pokazala da koračni motor u prisustvu digitalne povratne sprege može da se ubrza od nule do približno 280 koraka u sekun<ii za svega 25 milisekundi i to kada se komanda promeni od STOP na DIR i REV. Ako se ulazna komanda promeni od STOP na DK, iz stanja mirovanja motor se ubrzava do približno 2300 koraka u sekundi za svega 0,5 sekundi. Dakle, motor se ponaša kao dvobrzinski uređaj; niža brzina se postiže naredbama DIR i REV, a viša sinhrona brzina — naredbom DK. Motor se, pak, može zaustaviti naredbom STOP i u višoj i u nižoj brzini. Razume se da će prelazni proces pri zaustavljanju zavisiti od trenutne brzine motora i karakteristika opterećanja.

Ne treba izgubiti iz vida da koračni motori omogućavaju precizno pozicio-niranje i bez informacije o trenutnom položaju vratila motora (bez povratne sprege). Međutim, ovakav rad motora sa otvorenom povratnom spregom je moguć samo ako su promene opterećenja neznatne. Osim toga, tada brzina ponavljanja upravljačkih impulsa motora mora biti usaglašena sa prelaznim procesom u svakom koraku. Međutim, prisustvo digitalne povratne sprege omogućava daleko bolje karakteristike, jer se tada brzina ponavljanja upravljačkih impulsa podešava automatski u zavisnosti od trenutne brzine motora i karakteristika opterećenja. Štaviše, povratna sprega omogućava

18

maksimalnu brzinu ponavljanja upravljačkih impulsa u toku procesa ubrzavanja motora i u toku regulacije neke konstantne brzine obrtanja vratila motora.

19