Система управления двухкоординатным объектом (стр. 3 из 5)
Операционный усилитель не терпит большой разницы напряжений между входами. Поэтому для защиты входов ОУ DA1 и DA2 от перенапряжений используют дополнительные диоды VD3 – VD6, включенные между входами встречно-параллельно.
Диоды VD7, VD8 используем для ликвидации провала при наличии отрицательной полуволны (не будет провала -4В, а будет -0,7В).
Стабилитроны VD9, VD10 применяем для ограничения напряжения до 3,3В, поступающего на RS-триггер и элемент «И».
Выбор и расчет элементов схемы
Выберем операционные усилители К140УД7; диоды VD1, VD2 - ГД402А; диоды VD3 – VD8 - КД521В; стабилитроны 2С101А; транзисторы КТ3102Г.
Параметры диода ГД402А:
| Диод | Uоб/Uим В/В | Iпр/Iим мА/мА | Tв/Qпк(Iп/Uо) нс/пк (мА/В) | Cд/Uд пф/В | Uпр/Iпр В/мА | Iо мкА | Корпус |
| ГД402А | 15/ | 30/100 | 0.45/15 | 0.8/5 | 100/ | 1 |
Параметры диода КД521В:
| Диод | Uоб/Uим В/В | Iпр/Iим мА/мА | Tв/Qпк(Iп/Uо) нс/пк (мА/В) | Cд/Uд пф/В | Uпр/Iпр В/мА | Iо мкА | Корпус |
| КД521В | 50/75 | 50/500 | 4/200 ( /10) | 10/0 | 1/50 | 1 | 8 |
Параметры стабилитрона 2С101А:
| Диод | Uст/Iст В/мА | Ic1-Ic2 мА-мА | Rст/Iст Ом/мА | Rст/Iст Ом/мА | Pм мВт | TKU(мВ/C) 1/10000*C | dUст %(В) | Корпус |
| 2С101А | 3.3/3 | 1-30 | 180/3 | - | 100 | -10 | 10 | 74 |
Параметры транзистора КТ3102Г:
| ТИП | B1-B2/Iк /мА | Fт МГц | Cк/Uк пф/В | Rб*Cк псек | tр нс | Iко мкА | Uкб В | Uкэ/R В/кОм | Uэб В | Iкм/Iк мА/мА | Pк мВт | Пер | Цок |
| КТ3102Г | 400-1000/2 | 300 | 6/5 | 100 | 0.05 | 20 | 20/10 | 5 | 100/200 | 250 | N-P-N | 11 |
Выберем резисторы R1=R2=220Ом.
Ширина петли статической характеристики триггера Шмита изменяется посредством выбора номиналов резисторов R5, R7 (для одного триггера Шмита) и R4, R8(для другого триггера Шмита). Выберем резисторы R3=R4=R5=R6=100Ом. Тогда R7=R8=1МОм.
(см. рис. 13).Резисторы R9=R10=10Ом выполняют роль перемычек.
Примем, что ток коллектора транзисторов VT1 и VT2 Iк=1mA, тогда:
. Возьмем R11=R12=4,7кОм.Примем, что ток коллектора транзисторов VT3 и VT4 Iк=6mA, тогда:
.Разработка печатной платы для управления шаговым электроприводом в процессе снования
Для разработки платы требуется выбрать необходимые микросхемы.
Микросхема К155ЛИ2, элемент «И».
Микросхема К155ЛА3, элемент «И-НЕ».
Реализуем RS-триггер на двух элементах «И-НЕ» путем соединения входов 2 и 4 с выходами 6 и 3 соответственно.
Микросхема К155ЛА3, реализация RS-триггера.
Создадим рабочее изображение, с помощью которого будет осуществляться выполнение печатной платы путем переноса изображения на стеклотекстолит.
| Позиционное обозначение | Наименование | Кол. | Примечание |
| VD1 – VD2 | Диод ГД402АТУ дР3.362.039 | 2 | |
| VD3 – VD8 | Диод КД521ВТУ дР3.362.029 | 6 | |
| VD9, VD10 | Стабилитрон 2С101АТУ ТТ3.362.142 | 2 | Стабилизация напряжения с минимальным током 1мА |
| DA1,DA2 | Операционный усилительК140УД7ТУ бК0.348.095 | 2 | |
| VT1 – VT4 | Транзистор КТ3102ГТУ аА0.365.003 | 4 | |
| R1, R2 | РезисторГОСТ 7113-66МЛТ – 0,125 – 220  5% | 2 | |
| R3 – R6 | МЛТ – 0,125 – 100 | 4 | |
| R7, R8 | МЛТ – 0,125 – 1M | 2 | |
| R9, R10 | МЛТ – 0,125 – 10 | 2 | |
| R11, R12 | МЛТ – 0,125 – 4,7к | 2 | |
| R13, R14 | МЛТ – 0,125 – 2к | 2 | |
| DD1 | Микросхема К155ЛА3 | 1 | |
| DD2 | Микросхема К155ЛИ2 | 1 | |
| Разъем МРН-14 | 1 |
DA1, DA2 – операционные усилители (2-ая ножка – инвертирующий вход, 3-ая – неинвертирующий вход, 4-ая -
, 6-ая – выход, 7-ая - 
).На выходах RS-триггера Q(3)и
(6) стоят перемычки. При налаживании работы схемы используется одна из них.Питание входов 9, 10, 12 и 13 RS-триггера; 4, 5, 9, 10, 12 и 13 элемента «И» осуществляется через резисторы 1,5кОм.
| № | Разъем МРН-14 |
| 1 | Кнопка для ручного управления К2 |
| 2 | Конечный переключатель J2 |
| 3 | Конечный переключатель J1 |
| 4 | Кнопка для ручного управления К3 |
| 5, 10 - 13 | Земля |
| 6 | Вход ENA- |
| 7 | Вход DIR- |
| 8 | -Uпит. .(-5В) |
| 9 | Uвх. (сигнал с датчика) |
| 14 | +Uпит.(+5В) |
Описание технических средств
Блок управления шаговым двигателем SMD-42 (рис. 15) предназначен для управления двух и четырехфазными гибридными шаговыми двигателями. Блок обеспечивает высокую точность, высокую скорость и низкий уровень вибрации. Область применения: приборостроение, робототехника и др.
Рис. 15. Блок управления шаговым двигателем SMD-42.
Принцип подключения четырехфазного шагового двигателя ДШИ-200-3 к блоку управления SMD-42 показан на рис. 16:
Рис. 16.
Конец первой фазы соединяем с началом второй. Начало третьей фазы – с концом четвертой.
Таблица 3 Технические характеристики блока управления SMD-42.
| Параметр | Минимальный | Максимальный |
| Напряжение питания, В | 20 | 50 |
| Максимальный выходной ток, А | 1,0 | 4,2 |
| Входной ток управляющих сигналов, мА | 7 | 16 |
| Максимальная входная частота, кГц | 0 | 30 |
| Температура окружающего воздуха, °С | 0 | 50 |
| Относительная влажность воздуха, % | 40 | 90 |
| Масса, кг | 0,28 | |
В блоке используются дифференциальные входы для улучшения помехоустойчивости и гибкости интерфейса. Интерфейс позволяет принимать однонаправленные управляющие сигналы от контроллера.
Для питания блока могут использоваться стабилизированные и нестабилизированные источники питания постоянного тока. Для снижения общей стоимости возможно использование нескольких блоков с одним источником питания.
Блок позволяет дробить шаг до 1/128. Предусмотрена возможность устанавливать ток удержания (половина/полный от значения рабочего тока).
Блок поддерживает два режима управления ШД:
· Управление ШД от внешнего устройства, посредством логических сигналов: “ШАГ”, “НАПРАВЛЕНИЕ” и “РАЗРЕШЕНИЕ”. Подача сигналов осуществляется импульсами.
· Управление ШД от компьютера осуществляется через LPT-порт с использованием программы StepMotor_LPT.
StepMotor_LPT позволяет:
1) задавать и отрабатывать необходимое количество шагов, либо осуществлять непрерывное вращение;
2) осуществлять выбор направления вращения ротора шагового двигателя;
3) осуществлять выбор скорости вращения шагового двигателя;
4) определять положение ротора шагового двигателя;
5) а также определять число фактически отработанных шагов, время и скорость вращения шагового двигателя;
Программируемый контроллер SMC-3-1 (рис. 17) предназначен для управления шаговыми приводами. Контроллер SMC-3-1 включает в себя 3 независимых канала управления приводами. Каждый из каналов выполнен на микроконтроллере ATMega8 и работает по исполнительной программе, содержащейся в энергонезависимой памяти микроконтроллера. Исполнительная программа записывается от ПК через интерфейс RS232.
Рис. 17. Программируемый контроллер SMC-3-1.
Контроллер SMC-3-1 выполнен в виде платы (рис. 18) с расположенными на ней электронными компонентами, элементами индикации, органами управления, клеммами и разъемами.
Рис. 18. Конструкция SMC-3-1.
Кроме электронных компонентов на плате располагаются:
- винтовые клеммы для подключения соединительных проводов линий управления, сигнализации и питания;
- разъем XS1 для связи с компьютером;
- кнопки SA1 и SA2 «СБРОС» и «ПУСК»;
- подстроечный резистор R46 для управления скоростью вращения двигателей в ручном режиме;
- светодиодные индикаторы nVD1 – nVD3 для индикации режимов работы устройства.
Для уменьшения помех и увеличения длины линий связи устройство имеет балансные выходы по линиям импульсов переключения nPUL.
Каждый из каналов устройства имеет 4 выходных линии управления входами драйверов и 2 входных линии сигнализации.
Назначение линий приведено в таблице 4.
Таблица 4
| nPUL- | Выход импульсов |
| nPUL+ | Выход импульсов инверсный |
| nDIR- | Выход переключения реверса |
| nENA- | Выход разрешения двигателя |
| nSM- | Выход установки микрошага |
| +12B | Питание входов управления драйвера ШД |
| nRS | Вход переключателя реверса |
| nBS | Вход аварийного выключателя |
| Общ. | Общий |
| +Um | «Плюс» источника питания |
| -Um | «Минус» источника питания |
Контроллер может работать как автономно (вручную), так и от ПК. Предусмотрена возможность синхронизации работы двигателей, подключенных к блоку управления SMC-3-1.