Zastosowanie napędów z silnikami skokowymi wymagane jest tam, gdzie konieczne jest precyzyjne ustalenie pozycji elementu urządzenia wykonującego ruch. Modelowanie każdego silnika skokowego składa się z równań równowagi napięć i równania równowagi momentów. Na bazie zaproponowanego modelu matematycznego silnika skokowego można zbudować model symulacyjny, który może dostarczyć wielu informacji o pracy napędu przed jego zbudowaniem. Poniższa praca pokazuje model matematyczny silnika skokowego uwzględniający równania równowagi mechanicznej i elektrycznej. W modelu tym nie uwzględniano zjawisk cieplnych.
EN
The use of step-motor drives is required where it is necessary to precisely determine the position of the device component performing the movement. The modeling of any stepping motor consists of the equilibrium equations of voltages and the equilibrium equation of moments. Based on the proposed mathematical model of a stepping motor, a simulation model can be built, which can provide a lot of information about the operation of the drive before it is built. The following work shows a mathematical model of a stepping motor taking into account the equilibrium equations of mechanical and electrical equilibrium. Thermal phenomena were not considered in this model.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The use of step-motor drives is required where it is necessary to precisely determine the position of the device component performing the movement. The modeling of any stepping motor consists of the equilibrium equations of voltages and the equilibrium equation of moments. Based on the proposed mathematical model of a stepping mo-tor, a simulation model can be built, which can provide a lot of information about the operation of the drive before it is built. The following work shows a mathematical model of a stepping motor taking into account the equilibrium equations of mechanical and electrical equilibrium. Thermal phenomena were not considered in this model.
PL
Zastosowanie napędów z silnikami skokowymi wymagane jest tam, gdzie konieczne jest precyzyjne ustalenie pozycji elementu urządzenia wykonującego ruch. Modelowanie każdego silnika skokowego składa się z równań równowagi napięć i równania równowagi momentów. Na bazie zaproponowanego modelu matematycznego silnika skokowego można zbudować model symulacyjny, który może dostarczyć wielu informacji o pracy napędu przed jego zbudowaniem. Poniższa praca pokazuje model matematyczny silnika skokowego uwzględniający równania równowagi mechanicznej i elektrycznej. W modelu tym nie uwzględniano zjawisk cieplnych.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono różne rodzaje silników skokowych stosowanych w maszynach i urządzeniach technologicznych. Omówiono budowę i zasadę działania tych silników oraz ich klasyfikację. Zaprezentowano sposoby sterowania i ich wpływ na elementarny skok silnika. Oceniono pięć najważniejszych cech eksploatacyjnych takich napędów, co pozwala na ich porównywanie z innymi napędami.
EN
The paper presents various stepping motors used in machine tools and other production machines. Specific design features, operating principles and classification grading of such motors are shown. Methods of control and their effect on elementary steps are reviewed. Five most important service features are identified, which makes comparison with other drives possible.
W pracy przedstawiono projekt układu sterowania silnikiem skokowym przy wykorzystaniu karty pomiarowo-sterującej. Przedstawiono schemat układu elektronicznego członu wykonawczego i układu zabezpieczającego przed pojawieniem się błędnie ustawionych bitów sterujących. Uniwersalność układu elektronicznego umożliwia zastosowanie go do dowolnego silnika skokowego dwufazowego lub trójfazowego. Poprzez zastosowanie rozbudowanego stopnia tranzystorowego możliwe jest sterowanie silnikiem dwufazowym unipolarnym w algorytmie ćwierćkrokowym. Programowe sterowanie bitami karty umożliwia budowę wielu algorytmów sterowania dla dowolnego typu silnika.
EN
This paper presents the design of the stepper motor control using measurement and control card. Diagram of the electronic actuator with safety system before the appearance of incorrectly set control bits is shown. The versatility of the electronic system allows you to apply it to any two- or three-phase stepping motor. By using the extended of actuator, it is possible to control the engine in a two-phase unipolar stepper quadrant algorithm. Software control of bits of the card allows the construction of many control algorithms for any type of motors.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Charakterystyczną cechą reluktancyjnych silników skokowych jest zmienność indukcyjności pasma powiązana z położeniem wirnika. Jednocześnie ten silnik należy do grupy maszyn, które potrzebują elektronicznego komutatora dla zapewnienia cyklicznego zasilania pasm. Oba składniki układu napędowego wzajemnie na siebie oddziaływują. Dlatego analizowanie pracy samego silnika, z pominięciem komutatora, należy uznać za działanie błędne. Do opisu zjawisk zachodzących w maszynach elektrycznych najczęściej używa się układu równań różniczkowych. Natomiast komutator składa się z elementów fizycznych, których stan zmienia się, zwykle w funkcji czasu. Simulink wchodzący w skład pakietu Matlab pozwala na modelowanie obiektów fizycznych. Jednak dostępna w jego bibliotece indukcyjność ma stałą wartość. Dlatego w artykule jest pokazane rozwiązanie pozwalające na modelowanie zmiennej indukcyjności. Zasada działania przedmiotowego rozwiązania jest pokazana na przykładzie dwójnika RL, w którym indukcyjność nie jest stała. Przedstawiono podstawowe przebiegi czasowe dla tego dwójnika. Następnie został zamieszczony model matematyczny reluktancyjnego silnika skokowego. Na jego podstawie został stworzony model napędu w Simulinku. Przy jego pomocy przeprowadzono podstawowe badania wybranych stanów pracy silnika.
EN
The main characteristic of the reluctance stepper motor is connected with variations of winding inductance associated with the location of the rotor. Also the motor belongs to a group of electrical machines that require an electronic commutator for cyclic supply of a winding. Both components of the drive system mutually interact. Therefore analysing the work of the motor bypassing the commutator is to be considered an erroneous operation. To describe phenomena which occur in electrical machines differential equations system is most commonly used. However, the commutator consists of such physical elements whose states usually change in time. Simulink - part of the Matlab allows the modelling of physical objects. However, its library has inductance with constant value. Therefore the article shows a solution making modelling variable inductance possible. Two-terminal circuit RL where the inductance changes shows the operation principle of this solution. The basic waveforms for the two-terminal circuit are also presented. Then, a mathematical model of a reluctance stepping motor is included. The drive model created in Simulink is based on the mathematical model. Basic research has been carried out for the selected motor operating conditions with the help of the drive model.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono model matematyczny do badania dynamicznego oddziaływania między częściami elektromechanicznymi w systemie napędowym z hybrydowym silnikiem skokowym. W przypadku takiego systemu musi być zapewniony precyzyjny ruch obrotowy, dlatego już w procesie projektowania trzeba przewidzieć i uwzględnić efekt sprzężenia elektromechanicznego, a można to uczynić jedynie z wykorzystaniem dostatecznie dokładnych modeli matematycznych układu mechanicznego i silnika napędowego. Z przeprowadzonych obliczeń symulacyjnych wynika, że wpływ oddziaływania elektromechanicznego na właściwości systemu napędowego z silnikiem skokowym może być znaczne.
EN
In the paper there is studied dynamic interaction between electromechanical parts of the precise micro-drive system driven by the hybrid stepping motor. Since in such a case a possibly exact rotational motion of the mechanism must be assured, it is necessary to use sufficiently accurate models of the drive system and the electric motor, where dynamic electromechanical coupling effects are going to be taken into consideration. So that models are presented. From the computational results it follows that there is observed significant influence of the electromechanical coupling on the performance of the drive system driven by stepping motor.
The article is dedicated to a low cost system for setting input functions in material tests in low, constant and periodically alternating loads. The paper presents all elements of the created system, the results of verification, and an example of system application for a paper-testing machine. When compared to the classic systems for this type of task, the developed system is characterised by a simple and cheap construction, and it also allows one to obtain good functional and metrological parameters, which enables it to be applied in testing machines, especially for testing the fatigue resistance of such materials as plastics, film, paper, and textiles.
PL
W artykule opisano niskokosztowy układ do zadawania wymuszeń w testach materiałowych, w warunkach małych obciążeń stałych i okresowo zmiennych. Przedstawiono elementy składowe opracowanego układu, wyniki badań weryfikacyjnych oraz przykładową aplikację w testerze wyrobów papierniczych. W porównaniu z klasycznymi układami realizującymi takie zadania opracowany układ charakteryzuje się prostotą budowy i niskimi kosztami wykonania, zapewniając jednocześnie uzyskiwanie dobrych parametrów funkcjonalnych i metrologicznych. Umożliwia to stosowanie go w urządzeniach testujących, szczególnie do badań wytrzymałości zmęczeniowej takich materiałów, jak: tworzywa sztuczne, folie, wyroby papiernicze czy włókiennicze.
Problems of dynamic operation of drives with stepping motors are complicated because of the character of operation of these micro-machines. The developed stand is equipped with a number of measurement converters making it possible to monitor and analyze quantities characterizing the motion of stepping motors. Modular structure allows the configuration of the system to be rearranged in a simple way and an easy expansion to be introduced in the future. The assumption of the study is a didactic character of the structure and research program, and possibility of learning advanced techniques related to stepping motor control.
PL
Zagadnienia dynamiki układów napędowych z silnikami skokowymi są skomplikowane, przede wszystkim ze względu na charakter pracy tej klasy mikromaszyn. Opracowane stanowisko, wyposażone w zestaw przetworników pomiarowych umożliwia monitorowanie i analizę wielkości charakteryzujących prace silnika skokowego. Modułowa struktura stanowiska umożliwia zmianę struktury układu napędowego (różne rodzaje przekładni do transmisji mocy, różne silniki i algorytmy sterowania) oraz dalszą rozbudowę układu. Należy podkreślić zarówno zastosowanie dydaktyczne stanowiska, jak i możliwość prowadzenia prac badawczych dotyczących sterowania silnikami skokowymi i dynamiki układów napędowych.
W artykule przedstawiono modułowy system do wyznaczania charakterystyk częstotliwościowych silników skokowych. Pomiar momentu może być prowadzony bezpośrednio "na wałku" silnika (momentomierzem obrotowym serii OPM lub poprzez pomiar reakcji stojana (momentomierzem dynamometrycznym z piezoelektrycznym czujnikiem siły. Oprócz badań konkretnych silników i sterowników stanowisko umożliwiło weryfikację metod badawczych i doskonalenie opisu formalnego mikromaszyn i procedur sterowania.
EN
The paper presents a modular test system designed in the Division of Fine Mechanics Design - the Institute of Micromechanics and Photonics, intended for setting frequency depended characteristic curves of a stepper motors. There is a possibility of measurement of two kinds of characteristics (pull-in and pull-out), both according to two different methods (see Fig. 1). During determination of characteristics the torque metering can be taken directly from a motor shaft with use of optoelectronic OPM series rotary torque meters or it can be processed also as a stator reaction force measurement made with use of a dynamometric torque meter equipped with a piezoelectric force transducer. Figs. 2-5 present possible configurations of a test bed and a set of transducers. The photo of the selected configuration is shown in Fig. 6 and view of the electronic module in Fig.7. Control and measurements can be made by a data acquisition card installed in a personal computer. The tested motor can be driven in full-, half- and micro-step modes, depending on its own driver. The main window of a control program (see Fig .8) allows a user to select the desired test method and its parameters. Algorithms of the test bed working modes are shown in a synthetic way in Figs. 9 and 10 (for pull-in curve). The experiments results, despite its utilitarian use (tests of particular motors), can be applied to scientific research - comparison of different methods for determination of characteristics. The exemplary results are presented in Figs. 11-13.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Silniki skokowe są jednymi z najczęściej stosowanych napędów w automatyce. Umożliwiają zadawanie położenia kątowego i wykonywanie ruchu obrotowego wirnika (rotora) ze średnią prędkością zmienianą dowolnie w bardzo szerokim zakresie. Silniki te uzyskują prędkości obrotowe od zera, nawet do kilku tysięcy obrotów na minutę. Maksymalna prędkość obrotowa silnika skokowego zależy od jego parametrów, jakości wykonania, sterowania oraz zastosowanego komutatora elektronicznego.
The paper shows the results of a simulation research of the three phase reluctance stepper motor. The mathematical model of the stepper motor was presented. The simulation model of drive was accomplished in Matlab/Simulink system. The researches were realized for a full-step and half-step commutations method. The limit characteristics of the over speed condition for the commutation method described above were determined. Time courses of current, rotary speed and rotor position were presented and the conclusions were enclosed.
In commonly used algorithms of stepper motors controlling the following winding is switched on at the moment when the previous one is switched off. In the article it has been assumed that the process of winding switching on/off does not take place simultaneously. The basic dynamic properties of the stepper motor have been designated depending on the level of non simultaneity of the process of switching on/off.
Snubbers of a diode – resistor type used in commutators of stepper motors protect transistors of output stage against damage through voltage of self-induction. They simultaneously allow to damp the winding current in a fast way. Increasing of a snubber resistance accelerates fading of current but at the same time it enlarges the demanded voltage U(CE0) of the transistor. Modification of a snubber including an extra capacitor has been presented in the article. The influence of capacitor‘s capacity on the maximum value of voltage and on the time of winding current fading has been analysed.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Tematyka artykułu skupia się wokół liniowo-obrotowego silnika skokowego należącego do grupy silników specjalnych. Odpowiednio sterowany silnik precyzyjnie realizuje przemieszczenia liniowe oraz kątowe. Przedstawiony niżej tekst przedstawia zasadę działania silnika na tle silników specjalnych, opisuje układ sterowania silnika wraz z interfejsem użytkownika.
EN
The subject of this article is the description and general structure of a linear-rotating stepper motor, which belongs to a special class of motors called the Special Motors Group. The motor described, when properly controlled, has the specialized ability for precise linear and radial moves. This article further discusses the motor principle underlying this device, and describes the control system with the user interface.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
A new idea of control of stepping linear actuator was tested using computer simulation. The idea is based upon adjusting stepping rate of the actuator to the actual load force acting on pusher to keep synchronism of its movement. Simulation model of actuator was used to determine its pull-in characteristic, which was consequently employed in the proposed control algorithm. Results of simulation experiments of the modified actuator encouraged the author to check the idea at the laboratory stage. Tests of the real actuator performed on a special stand proved its ability to complete its positioning tasks properly under varying load.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono model matematyczny silnika skokowego, który może być wykorzystany do symulacji w programie PSpice oraz wyniki przykładowych symulacji układu silnik - komutator.
EN
The article presents the mathematical model of the stepper motor which can be used for simulation in the PSpice program. Results of exemplary simulations of a motor -commutator circuit have been also presented.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W poprzednim artykule z tej serii, opublikowanym w numerze 7/8-2004 miesięcznika „Napędy i Sterowanie”, opisano najczęściej występujące typy uzwojeń silników skokowych, rodzaje ich połączeń wewnątrz silników i wyprowadzeń zewnętrznych. Przedstawiono też schemat budowy i komutacji najprostszego silnika o magnesie trwałym w wirniku. W tej publikacji opisana zostanie budowa i zasada działania silników reluktancyjnych, a w kolejnym artykule – przyczyny błędów skoku silników.
20
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Zbadano możliwości wyznaczenia strumienia sprzężonego i momentu elektromagnetycznego rozwijanego przez silnik skokowy w trakcie pracy, metodami pośrednimi, bez stosowania magnetycznych i mechanicznych przetworników pomiarowych. Analizę możliwości przeprowadzono przy wykorzystaniu modelu symulacji komputerowej pracy silnika.
EN
The possibility of determination of the magnetic flux linkage and the electromagnetic torque developed by stepping motor, carried on during its work, is analysed. The indirect methods without additional mechanical and magnetic transducers are proposed. The simulation model of the work of stepping motor is used in analysis.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.