Chuong 10 Giaotiep Voi Dongco DC Step
Transcript of Chuong 10 Giaotiep Voi Dongco DC Step
-
161
Chng 10:
IU KHIN NG C 10.1. ng c DC
iu khin ng c DC (DC motor) l mt ng dng c bn ca iu khin t ng v
DC motor c c cu chp hnh (actuator) c dng nhiu nht trong cc h thng t
ng (v d robot). Khi nim ng c DC servo l ng c DC c b iu khin hi tip.
Trong phn ny chng ta s dng AVR iu khin ng c DC, nn phng php s
m c th l phng php iu rng xung (PWM) s c s dng. Ngoi ra, khi ni n
iu khin ng c DC th c 2 i lng iu khin chnh l v tr (s vng quay) v vn
tc quay.
Nguyn l iu khin ng c DC:
- AVR pht PWM iu chnh vn tc ng c, khi thay i rng xung PWM th
s thay i c vn tc quay ca motor.
- Xung PWM khng trc tip lm quay ng c m thng qua mt mch cng sut
gi l driver. Driver cho motor chnh l mch cu H, y chng ta s s dng
mt chip c tch hp sn mch cu H l chip L298D.
Hnh 10.1: S khi iu khin DC motor
10.1.1. Mch cu H
Vi mt ng c DC c 2 u A v B, ni 2 u ny vi mt ngun in DC. Khi ni A
vi cc (+) v B vi cc (-) th ng c quay theo chiu thun (cng chiu kim ng h)
th khi o cc u dy A vi (-), B vi (+) th ng c s o chiu quay. thc hin
vic o chiu ng c th chng ta s dng mch cu H. Hnh di y minh ho mch
cu H.
-
162
Hnh 10.2: Mch cu H
Trong hnh trn, hai u ca mch cu H gm: Motor Power (+) v Motor Ground (-). i
tng iu khin l ng c DC c hai u A v B, mc ch iu khin l cho php dng
in qua ng c DC theo chiu A n B hoc B n A. Thnh phn chnh to nn mch
cu H l 4 kho L1, L2, R1 v R2. iu khin bnh thng 4 kho ny m, mch cu
H khng hot ng. Tip theo chng ta s kho st hot ng ca mch cu H thng qua
mch sau:
Hnh 10.3: Hot ng ca mch cu H
Gi s chng ta iu khin sao cho 2 kho L1 v R2 c ng li (L2 v R1 vn m),
chng ta s thy rng c mt dng in chy t (+) qua kho L1 n u A v i qua ng
c DC n u B ca n trc khi qua kho R2 v v (-). Nh vy, vi gi s ny th
A B
L1
L2 R2
R1
L1
L2 R2
R1
A B
-
163
chng ta c dng in chy qua ng c theo chiu t A n B. Tng t nh hot ng
trn, chng ta gi s iu khin sao cho 2 kho R1 v L2 c ng li, th s c dng
in chy qua ng c theo chiu t B n A.
Chng ta hy xem xt 2 trng hp sau:
- Nu ng ng thi 2 kho cng mt bn (L1 v L2 hoc R1 v R2) hoc thm ch
ng c 4 kho, th s xy ra hin tng ngn mch, (+) v (-) gn nh ni trc tip vi
nhau v hin nhin b ngun cung cp s b hng hoc nguy him hn l xy ra chy n
mch. trnh vic ny xy ra, ngi chng ta thng dng thm cc mch logic kch
cu H.
- Nu cc kho phn di hoc phn trn cng ng (v d L1 v R1 cng ng, L2 v
R2 cng m). Vi trng hp ny, c 2 u A v B ca ng c cng ni vi mt mc
in p v s khng c dng in no chy qua, mch cu H khng hot ng. y c th
coi l mt cch thng ng c (nhng khng phi lc no cng c tc dng). Ni chung,
chng ta nn trnh trng hp ny xy ra, nu mun mch cu khng hot ng th nn
m tt c cc kho thay v dng trng hp ny. Tham kho thm ti liu v mch cu H trn website: http://www.hocavr.com/index.php/hardware/hbridge 10.1.2. Chip driver L298D
Chip L298D l mt chip tch hp 2 mch cu H trong v c 15 chn. Tt c cc mch
kch, mch cu u c tch hp sn. L298D c in p cao (ln nht 50V) v dng in
ln hn 2A nn rt thch hp cho cc ng dng cng sut nh nh cc ng c DC loi
nh v va. Bn di l m hnh ca chip L298D:
Hnh 10.4: Hnh dng bn ngoi ca L298D
-
164
Hnh 10.5: Hnh dng bn trong ca L298D
Bn trong L298D c 2 mch cu H nn c th iu khin 2 i tng ch vi 1 chip. Mi
mch cu bao gm 1 ng Vs (tht ra l ng chung cho 2 mch cu), mt ng
current sensing (cm bin dng), phn cui ca mch cu H khng c ni vi GND m
b trng cho ngi dng ni mt in tr nh gi l sensing resistor. Bng cch o in
p trn in tr ny chng ta c th tnh c dng qua in tr, cng l dng qua ng
c. Mc ch chnh ca vic o dng in qua ng c l xc nh cc trng hp nguy
him xy ra trong mch, v d qu ti. Nu vic o dng ng c khng tht s cn thit
bn c th ni ng cm bin dng ny vi GND. ng c s c ni vi 2 ng
OUT1, OUT2 (hoc OUT3, OUT4 nu dng mch cu bn phi). Mt chn En (EnA v
EnB cho 2 mch cu) cho php mch cu hot ng, khi chn En c ko ln mc cao,
mch cu sn sng hot ng. Cc ng kch mi bn ca mch cu c kt hp vi
nhau nhng mc in p ngc nhau do mt cng Logic NOT. Bng cch ny chng ta c
th trnh c trng hp 2 transistor cng mt bn c kch cng mt lc (ngn
mch). Nh vy, s c 2 ng kch cho mi mch cu H gi l In1 v In2 (hoc In3,
In4). motor hot ng chng ta phi ko 1 trong 2 ng kch ny ln cao trong khi
ng kia gi mc thp, v d In1=1, In2=0. Khi o mc kch ca 2 ng In, ng c
s o chiu quay. Tuy nhin, do L298D khng ch c dng o chiu ng c m
cn iu khin vn tc ng c bng PWM, cc ng In cn c t hp li bng cc
-
165
cng Logic. Ngoi ra, trn chip L298D cn c cc ng Vss cp in p cho phn logic
5V v GND chung cho c logic v motor.
Trong thc t, cng sut thc m L298D c th ti nh hn so vi gi tr ca n (V=50V,
I=2A). tng dng in ti ca chip ln gp i, chng ta c th ni 2 mch cu H song
song vi nhau (cc chn c chc nng nh nhau ca 2 mch cu c ni chung).
10.2. NG C BC (Step motor)
10.2.1. c im chung v ng c bc
ng c bc l ng c ng b hot ng di tc dng ca cc xung ri rc v
k tip nhau. Khi mt xung dng in hoc in p c t vo cun dy (phn ng) ca
ng c, th rotor (phn cm) ca ng c s quay i mt gc nht nh, v c gi l
bc ca ng c. Khi cc xung dng in t vo cun dy ca ng c lin tc th ng
c s quay lin tc.
V tr trc ng c bc c xc nh bng s lng xung, tc ca ng c t
l vi tn s xung v c xc nh bng s bc/giy. Ty theo kt cu ca tng loi
ng c m tn s hot ng ca ng c c th tip nhn t 10 n 10.000 KHz.
Bc ca ng c (gi tr ca gc gia hai v tr n nh k nhau ca rotor) cng
nh th chnh xc trong iu khin cng cao. Bc ca ng c ph thuc vo s cun
dy phn ng, s cc ca stator, s rng ca rotor v phng php iu khin bc (bc
hoc na bc).
ng c bc phong ph v gc quay. Cc ng c km nht quay 90 mi
bc, trong khi cc ng c nam chm vnh cu x l cao thng quay 1.8 n 0.72
mi bc. Vi mt b iu khin, hu ht cc loi ng c nam chm vnh cu v hn
hp u c th chy ch na bc, v mt vi b iu khin c th iu khin cc
phn bc nh hn hay cn gi l vi bc.
Chiu quay ca ng c bc khng ph thuc vo chiu dng in chy trong cc
cun dy phn ng, m ph thuc vo th t cc cun dy phn ng c cp xung iu
khin. S cun dy phn ng hay cn gi l cun dy pha ca ng c c ch to t 2
n 5 cun dy (hay cn gi l bi dy) v c t i din nhau trong cc rnh ca
stator. i vi ng c c hai cun dy ch dng cho iu khin lng cc (cun dy c
-
166
cc tnh thay i), vi 4 cun dy th dng c cho c hai ch iu khin lng cc
v n cc.
Hnh 10.6: Phn bit ng c thng v ng c bc
Hnh 10.7: Cu to bn trong ng c bc
ng c bc l thit b c s dng rng ri dng chuyn cc xung in thnh
chuyn ng c hc. mt s ng dng nh: iu khin a, my in, my qut,
robotth ng c bc dng iu khin chuyn ng.
-
167
Hnh 10.8: Hnh dng bn ngoi ng c bc
Khi kt hp vi mch iu khin bn ngoi, chng c th quay ti hoc quay lui v dng
li ti mt v tr xc nh mt cch chnh xc.
10.2.2. H thng iu khin ng c bc
Mt h thng c s dng ng c bc c th c khi qut theo s sau:
Hnh 10.9: S h thng iu khin ng c bc
D.C.SUPPLY: C nhim v cung cp ngun mt chiu cho h thng. Ngun mt chiu
ny c th ly t pin nu ng c c cng sut nh. Vi cc ng c c cng sut ln c
th dng ngun in c chnh lu t ngun xoay chiu.
CONTROL LOGIC: y l khi iu khin logic. C nhim v to ra tn hiu iu
khin ng c. Khi logic ny c th l mt ngun xung, hoc c th l mt h thng
mch in t. N to ra cc xung iu khin. ng c bc c th iu khin theo c
bc hoc theo na bc.
POWER DRIVER: C nhim v cp ngun in c iu chnh a vo ng c.
N ly in t ngun cung cp v xung iu khin t khi iu khin to ra dng in
cp cho ng c hot ng.
STEPPER MOTOR: ng c bc. Cc thng s ca ng c gm c: Bc gc, sai s
bc gc, mmen ko, mmen hm, mmen lm vic.
-
168
i vi h iu khin ng c bc, ta thy l mt h thng kh n gin v khng h
c phn t phn hi. iu ny c c v ng c bc trong qu trnh hot ng khng
gy ra sai s tch ly, sai s ca ng c do sai s trong khi ch to. Vic s dng ng c
bc ty em li chnh xc cha cao nhng ngy cng c s dng ph bin. V cng
sut v chnh xc ca bc gc ang ngy cng c ci thin.
10.2.3. Nguyn l hot ng ca cc loi ng c bc
Da vo cu to, ta c ba loi ng c bc chnh l : ng c bc nam chm vnh
cu, ng c bc bin t tr v ng c bc hn hp (ng c lai). Ngoi ra cn c
cch phn loi da vo mch iu khin nh ng c bc n cc, lng cc
vn hnh ng c bc, t trng do stator to ra phi thay i lin tc thnh mt
chui. thc hin iu ny, ta ln lt thay i chiu dng in chy trong cc cun dy
theo mt chui c th t. Nu ch mt cun dy ca ng c c kch, rotor ( khng
ti) s nhy n mt gc c nh v sau gi nguyn cho n khi momen xon tc
ng vo trc ng c vt qua gi tr momen xon gi tnh.
1) ng c bin t tr ng c bc bin t tr (hay cn gi l ng c bc phn khng) khng dng
nam chm vnh cu lm rotor m dng mt khi c rng lm bng vt liu nh c
t tnh. Phn stator l 3 n 5 cun dy c ni chung vi nhau.
Hnh 10.10: ng c bin t tr
* Vn hnh: Thng thng u dy chung C c mc vi ngun dng, cc u dy
-
169
cn li ln lt c kch theo chui. Chui xung iu khin ng c
2) ng c nam chm vnh cu ng c bc nam chm vnh cu c rotor l mt nam chm vnh cu, khng chia thnh nhiu rng, cng c nhiu cun dy nh loi bin t tr. C hai loi thng dng l ng c bc n cc (cn gi l c cc unipolar) v lng cc (bipolar).
Hnh 10.11: ng c bc n cc
-
170
Hnh 10.12: ng c bc lng cc Mu 1 nm cc trn v di ca stator, cn mu 2 nm hai cc bn phi v bn tri
ng c. Rotor l mt nam chm vnh cu vi 6 cc, 3 Nam v 3 Bc, xp xen k trn
vng trn. Dng in i qua t u trung tm ca mu 1 n u a to ra cc Bc trong
stator trong khi cc cn li ca stator l cc Nam. Nu in mu 1 b ngt v kch
mu 2, rotor s quay 30 , hay 1 bc. quay ng c mt cch lin tc, chng ta ch
cn p in vo hai mu ca ng c theo dy.
iu khin ng c n cc v lng cc l nh nhau. Bng sau y m t trng thi
quay ca hai loi ng c ny.
Xung iu khin m t trng thi quay ca ng c
Hnh 10.13: Hnh dng
ng c bc
-
171
3) ng c bc hn hp
ng c bc hn hp (hay cn gi l ng c bc cm ng) kt hp u im
cahai loi ng c trn, ngha l chng c rotor l nam chm vnh cu, c nhiu rng,
stator l nhng cun dy. ng c hn hp thng dng l loi c 200 rng v c bc
1,80. ng c hn hp ch yu c s dng trong cng nghip.
-
172
Hnh 10.14: ng c bc hn hp
Trong hnh trn, rotor ca ng c bc gm hai a b tr so le nhau. Mi a c nhiu
rng ng vi cc cc. Trong khi cun dy trong phn stator ging nh loi ng c
bc nam chm vnh cu.
10.3. GHP NI NG C BC VI VI IU KHIN
ghp ni ng c bc vi vi iu khin chng ta phi c thm mt b m cng
sut cho ng c, dng 4 transitor A1015, 8 in tr 4k7, v 4 FET IRF540 cho mt b
m cng sut ca ng c. ng c c ghp ni qua PORTD ca vi iu khin (4 bit
cao), t D7 n D4, do ng c bc bao gi cng c 1 hay 2 dy chung v u c ni
ln ngun dng nn 4 dy cn li s ghp ni vo 4 bit cao ca PORTD v sau l lp
trnh va iu khin n. Nu nh mun ghp ni bao nhiu ng c bc cho vi iu khin
th cng phi cn by nhiu b m cng sut cho ng c.
Hnh 10.15: S ghp ni ng c bc vi AVR
-
173
V d: kho st ng c bc sau:
ng c bc trn gm 2 cun dy
-Cun 1: 3 dy cam ,vng , trng (dy trng l dy chung ca cun 1)
-Cun 2: 3 dy nu, en, (dy l dy chung ca cun 2)
cc dy trn c gn vo header 6 (2dy chung gn vi Vcc) , cc dy cn li
c u theo th t
-
174
chn header : 1 2 3 4 5 6
dy: 1a 2a 1b 2b 1 2
chn 5,6 c ni vi Vcc
V vy, cch iu khin ng c bc n gin nht l ch cn cho dch bit 1 ti cc
ng P1, P2, P3, P4. Cc ng ny ni vi transistor khuch i dng, khi P1=1,
transistor1 dn, mc in th dy 1a =0 , cun 1 dn , ng c quay, c kch hot
cho cc dy lun phin dn: vd : P1: 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1
P2: 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0
P3: 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0
P4: 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0
- quay thun : cho dch tri
- quay nghch : cho dch phi
- hoc c th lp trnh quay theo mun,.