Ответы арудино 2. 1. Дайте определение шагового двигателя и расскажите принцип работы
 Скачать 70.76 Kb.
|
|
1. Дайте определение шагового двигателя и расскажите принцип работы. Шаговый двигатель – это электромеханическое устройство, преобразующее сигнал управления в угловое (или линейное) перемещения ротора с фиксацией его в заданном положении без устройств обратной связи. Конструктивно шаговый двигатель состоит из статора, на котором расположены обмотки возбуждения и ротора, выполненного из магнитомягкого или из магнито-твёрдого материала. П  ринцип работы, если коротко:В момент подачи напряжения U1 в первую обмотку происходит перемещение ротора на те же 90º. В случае поочередной подачи напряжения U2, U3, U4 в соответствующие обмотки, вал продолжит вращение до завершения полного круга. После чего цикл повторяется снова. Для изменения направления вращения достаточно изменить очередность подачи импульсов в соответствующие обмотки. 2. Приведите классификацию и схемы шаговых двигателей по виду обмоток. П  о виду обмоток шаговые двигатели разделяются на два типа: униполярные и биполярные шаговые двигатели. Биполярный двигатель (рисунок 1 а) имеет одну обмотку в каждой фазе, которая для изменения направления магнитного поля должна переполюсовываться драйвером (управляющим устройством). Для такого типа двигателя требуется мостовой драйвер, или полумостовой с двухполярным питанием. Всего биполярный двигатель имеет две обмотки и, соответственно, четыре вывода. Униполярный двигатель (рисунок 1 б) также имеет одну обмотку в каждой фазе, но от середины обмотки сделан отвод. Это позволяет изменять направление магнитного поля, создаваемого обмоткой, простым переключением половинок обмотки. При этом существенно упрощается схема драйвера. 3. В чем отличие униполярных и биполярных шаговых двигателей? См 2 4. Перечислите преимущества и недостатки униполярных шаговых двигателей. Если сравнивать между собой биполярный и униполярный двигатели, то биполярный имеет более высокую удельную мощность. При одних и тех же размерах биполярные двигатели обеспечивают больший момент. Гораздо более существенным является ограничение по нагреву двигателя вследствие омических потерь в обмотках. Как раз этот факт и демонстрирует одно из преимуществ биполярных двигателей. В униполярном в каждый момент времени используется лишь половина обмоток. Другая половина просто занимает место в окне сердечника, что вынуждает делать обмотки проводом меньшего диаметра. В то же время в биполярном двигателе всегда работают все обмотки, т.е. их использование оптимально. В таком двигателе сечение отдельных обмоток вдвое больше, а омическое сопротивление – соответственно вдвое меньше. Это позволяет увеличить ток в корень из двух раз при тех же потерях, что дает выигрыш в моменте примерно 40%. Если же повышенного момента не требуется, униполярный двигатель позволяет уменьшить габариты или просто работать с меньшими потерями. 5. Перечислите преимущества и недостатки биполярных шаговых двигателей. См 4 6. Дайте классификацию шаговых двигателей по строению. 1. С переменным магнитным сопротивлением (высокая точность, низкий крутящий момент, низкая цена). 2. С постоянным магнитом (низкая точность, высокий крутящий момент, низкая цена). 3. Гибридный (высокая точность, высокий крутящий момент, 5 высокая цена). 7. В чем преимущества шаговых двигателей над другими видами электродвигателей? определение угла поворота ротора числом импульсов, поданых на двигатель; обеспечивание двигателем полного момента в режиме остановки (если обмотки запитаны); прецизионное позиционирование и повторяемость (хорошие шаговые двигатели имеют точность от 3 до 5% от величины шага, и эта ошибка не накапливается от шага к шагу); возможность быстрого старта/остановки/реверсирования; высокая надежность, связанная с отсутствием щеток, срок службы шагового двигателя фактически определяется сроком службы подшипников; однозначная зависимость положения от входных импульсов обеспечивает позиционирование без обратной связи; возможность получения очень низких скоростей вращения для нагрузки, присоединенной непосредственно к валу двигателя без промежуточного редуктора; возможность перекрытия довольно большого диапазона скоростей, скорость пропорциональна частоте входных импульсов. 8. В чем недостатки шаговых двигателей? явление резонанса; возможность потери контроля положения ввиду работы без обратной связи; повышенное потребление энергии без нагрузки; затрудненную работу на высоких скоростях; невысокую удельная мощность; 9. Как реализуется полношаговый режим работы? В настоящее время примерно в 95% случаев для управления шаговыми двигателями используются микроконтроллеры. В простейшем случае для управления шаговым двигателем в полношаговом режиме требуются всего два сигнала, сдвинутые по фазе на 90 градусов. Направление вращения зависит от того, какая фаза опережает. Скорость определяется частотой следования импульсов. 10. Как реализуется полушаговый режим работы? В полушаговом требуется минимум 4 сигнала. Все сигналы управления шаговым двигателем можно сформировать программно, однако это вызовет большую загрузку микроконтроллера. Поэтому чаще применяют специальные микросхемы драйверов шагового двигателя, которые уменьшают количество требуемых от процессора динамических сигналов. Эти микросхемы требуют тактовую частоту, которая является частотой повторения шагов и статический сигнал, который задает направление. 11. Как реализуется микрошаговый режим работы? Микрошаговый режим обеспечивается путем получения поля статора, вращающегося более плавно, чем в полно- или полушаговом режимах. В результате обеспечиваются меньшие вибрации и практически бесшумная работа вплоть до нулевой частоты. К тому же меньший угол шага способен обеспечить более точное позиционирование. Существует много различных микрошаговых режимов, с величиной шага от 1/3 полного шага до 1/32 и даже меньше. Требуется большое количество сигналов, используются микросхемы 12. Что такое драйвер шагового двигателя? Поясните принцип его работы. Драйвер – управляющее устройство. Схема драйвера должна выполнять три главных задачи: • иметь возможность включать и выключать ток в обмотках, а также менять его направление; • поддерживать заданное значение тока; • обеспечивать как можно более быстрое нарастание и спад тока для хороших скоростных характеристик. 13. Каким образом осуществляется управление шаговым двигателем? Ну это легко. По принципу работы можно понять, с помощью поочередной подачи напряжения на обмотки, ротор из-за этого и перемещается. См 1 14. Из каких элементов состоит лабораторная установка? Стенд содержит 3 униполярных шаговых электродвигателя, Arduino Due — это достаточно мощная плата Arduino, основанная на 32-битном ARM-процессоре AT91SAM3X8E от Atmel, силовую плату на основе микросхем ULN2003A (для питания двигателя), блок питания, набор тумблеров для включения и выключения стенда и двигателей, изменения направления их вращения, а также переменные резисторы, которыми можно варьировать скорости вращения двигателей 15. Каково назначение и основные характеристики микроконтроллера AT91SAM3X8E? Микроконтроллер может посылать электрические сигналы и принимать их от модулей, подсоединённых к нему. Путем подключения нужных датчиков, микроконтроллер сможет почти все На ней имеется 54 цифровых вход/выхода (из них 12 можно задействовать под выходы ШИМ), 12 аналоговых входов, 4 UARTа (аппаратных последовательных порта), a генератор тактовой частоты 84 МГц, связь по USB с поддержкой OTG, 2 ЦАП (цифроаналоговых преобразователя), 2 TWI, разъем питания, разъем SPI, разъем JTAG, кнопка сброса и кнопка стирания. 16. Как организуется работы цифровых портов ввода-вывода в микроконтроллере AT91SAM3X8E? Цифровые входы/выходы: выводы с 0 по 53 Каждый из 54 цифровых выводов Due может использоваться в качестве входа или выхода, с помощью функций pinMode(), digitalWrite() и digitalRead(). ШИМ: выводы с 2 по 13 На них реализуется 8-битный выход ШИМ с помощью функции analogWrite(). "L" LED: 13 Встроенный светодиод, подключенный к цифровому выводу 13. При высоком уровне сигнала на данном выводе, светодиод включается, при низком – выключается. Возможно также убавить яркость светодиода, поскольку вывод 13 одновременно является выходом ШИМ. Плата Arduino Due имеет 12 аналоговых входов, каждый из которых может обеспечить разрешение 12 бит (т.е. 4096 различных значений). По умолчанию установлено разрешение 10 бит для совместимости с другими платами Arduino Reset По низкому уровню на этой линии происходит сброс микроконтроллера. Типичное применение вывода Reset – добавление кнопки сброса на плату расширения, которая перекрывает эту кнопку на микроконтроллере 17. Каковы назначение, основные параметры и состав отладочной платы Arduino Due? Arduino Due — плата микроконтроллера на базе процессора Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3. Это первая плата Arduino на основе 32-битного микроконтроллера с ARM ядром. На ней имеется 54 цифровых вход/выхода (из них 12 можно задействовать под выходы ШИМ), 12 аналоговых входов, 4 UARTа (аппаратных последовательных порта), a генератор тактовой частоты 84 МГц, связь по USB с поддержкой OTG, 2 ЦАП (цифроаналоговых преобразователя), 2 TWI, разъем питания, разъем SPI, разъем JTAG, кнопка сброса и кнопка стирания. В отличие от других плат Arduino, Arduino Due работает от 3,3 В. Максимальное напряжение, которое выдерживают входы/выходы составляет 3,3 В. Подав более высокое напряжение, например, 5 В, на выводы Arduino Due, можно повредить плату 18. Каким образом отладочная плата Arduino Due связывается с компьютером и с устройствами ввода-вывода? Через микро-USB. Устройство подключаются к плате через порты ввода/вывода 19. Какие программные средства могут использоваться для программирования микроконтроллеров семейства AT91SAM3? Среда разработки Arduino IDE, Programino, B4R и CodeBlocks for Arduino 20. Какими основными возможностями располагает среда разработки Arduino? Cредf разработки Ардуино содержит следующие основные элементы: текстовый редактор для написания кода, область для вывода сообщений, текстовая консоль, панель инструментов с традиционными кнопками и главное меню. Данный софт позволяет компьютеру взаимодействовать с Ардуино как для передачи данных, так и для прошивки кода в контроллер. 21. Какие библиотеки для работы с шаговыми двигателями в среде разработки Arduino вы знаете? Назовите основные команды библиотек. 1. Библиотека Stepper( steps, pin1, pin2, pin3, pin4 ) Конструктор класса Stepper. Создает объект типа Stepper void setSpeed(long rpms) Устанавливает скорость вращения двигателя в оборотах в минуту. void step(int steps) Вызывает поворот двигателя на заданное число шагов. Функция останавливает выполнение программы до тех пор, пока не завершится. 2. Библиотека AccelStepper Лучше 1, имеет, например, ускорение и замедление, поддерживает очень маленькие скорости, работа несколько ШД с независимой работой каждого Определение и конфигурация двигателей AccelStepper mystepper(1, pinStep, pinDirection); Шаговый двигатель, управляемый выделенной платой. AccelStepper mystepper(2, pinA, pinB); Биполярный шаговый двигатель, управляемый Н-мостом. AccelStepper mystepper(4, pinA1, pinA2, pinB1, pinB2); Униполярный двигатель, управляемый четырмя транзисторами. mystepper.setMaxSpeed(stepsPerSecond); Установка максимальной скорости. Скорость по умолчанию очень низкая, так что её требуется переопределить. При движении шаговый двигатель будет ускоряться до этой максимальной скорости и замедляться при подходе к концу движения. mystepper.setAcceleration(stepsPerSecondSquared); Установка ускорения, в шагах в секунду за секунду. Управление положением mystepper.moveTo(targetPosition); Переместиться в абсолютно указанное положение. Само движение запускается функцией run(). mystepper.move(distance); Переместиться в относительно указанное положение. Само движение запускается функцией run(). Значение distance может быть больше или меньше нуля. mystepper.currentPosition(); Вернуть текущее абсолютное положение. mystepper.distanceToGo(); Вернуть расстояние до указанного положения. Может использоваться для проверки, достиг ли двигатель указанной конечной точки. mystepper.run(); Начать движение. Для продолжения движения двигателя следует вызывать функцию повторно. mystepper.runToPosition(); Начать движение и подождать когда двигатель достигнет указанной точки. Функция не осуществляет возврата пока двигатель не остановится. Управление скоростью mystepper.setSpeed(stepsPerSecond); Установить скорость в шагах за секунду. Само движение запускается функцией runSpeed(). mystepper.runSpeed(); Начать движение. Для продолжения движения двигателя следует вызывать функцию повторно. |