Аннотация
Рассмотрены вопросы методов управления шаговых двигателей в системах позиционирования, проведен сравнительный анализ существующих разомкнутых и замкнутых систем управления, выявлены преимущества и недостатки. Цель исследования: создание универсального, надежного и сравнительно недорогого устройства на базе шагового двигателя для позиционирования перемещаемого объекта в сенсорном режиме. Разработана универсальная программа управления шаговым двигателем в сенсорном режиме с оптимальной программной фильтрацией канала задания угла поворота вала. Реализовано схемное решение на базе программируемого микроконтроллера ATmega 328. Проведены экспериментальные исследования работы шагового двигателя в сенсорном режиме без фильтрации и с программной фильтрацией канала управления поворота вала двигателя, построены переходные процессы перемещения, скорости, тока и сигнала управления при полном цикле работы двигателя. Даны рекомендации по настройке программного фильтра и регулятора положения. Рассчитана линейная математическая модель шагового двигателя и структурная схема замкнутой системы регулирования по отклонению угла поворота вала. В программе Matlab Simulink построены переходные процессы основных регулируемых координат электропривода в сенсорном режиме работы с фильтрацией и без фильтрации канала задания угла отклонения вала двигателя. Проведен частотный анализ разработанной замкнутой системы управления электроприводом по управляющему воздействию на предмет устойчивости и качества фильтрации помехи управляющего сигнала. Результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова» на кафедре автоматизированного электропривода и мехатроники в виде учебного лабораторного стенда для проведения лабораторных занятий по дисциплине «Наладка мехатронных комплексов и систем».
Ключевые слова
Шаговый двигатель, программируемый микроконтроллер, программа управления, сенсорный режим, программный фильтр, мехатронная система, драйвер.
1. Перспективные методы управления шаговыми двигателями / С.П. Крючков, Р.Д. Каримов, И.И. Ямалов, А.С. Горбунов // Вестник современных исследований. 2018. №10.1(25). С. 313-315.
2. Севцов И.А., Тюрин С.А., Трусов В.А. Сравнительный анализ методов управления шаговым двигателем // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2020. Т. 2. С. 103-104.
3. Elsodany N.M., Rezeka S.F., Maharem N.A. Adaptive PID control of a stepper motor driving a flexible rotor // AEJ - Alexandria Engineering Journal. 2011. Vol. 50(2). Pp. 127-136. doi: 10.1016/j.aej.2010.08.002
4. Киященко А.В. Управление шаговыми двигателями манипулятора в режиме реального времени // Решетневские чтения. 2016. Т. 1. С. 563-564.
5. Лабораторный стенд для изучения микропроцессорной системы управления параллельной работой шаговых двигателей / М.Д. Хорошевский, А.М. Макаров, Н.С. Гришанкова, Т.В. Андронов // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2017. № 12(207). С. 87-90.
6. Intelligent speed control of hybrid stepper motor considering model uncertainty using brain emotional learning / A.M. Yazdani, A. Mahmoudi, S.A. Mahmoudzadeh, P. Ghanooni, S. Mahmoudzadeh, S. Buyamin // Canadian Journal of Electrical and Computer Engineering. 2018. Vol. 41. No 2. Pp. 95-104. doi: 10.1109/CJECE.2018.2849357
7. Горячев О.В., Степочкин А.О. Электрический следящий привод высокой точности на основе гибридного шагового двигателя с векторным управлением // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 4. С. 147-157. doi: 10.24411/2071-6168-2020-00026
8. Анализ направлений аппаратно-программных разработок по управлению шаговыми двигателями для использования в учебном процессе вузов / К.Д. Боскебеев, Т.Х. Куаншкалиев, Ж.К. Алимсеитова, В.Н. Ничков, М.А. Ильменский, И.В. Колесников // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2016. № 4(36). С. 111-127.
9. Кузнецов И.Ю. Статистический анализ энергопотребления устройства управления шаговыми двигателями // Актуальные научные исследования в современном мире. 2020. № 7-2(63). С. 91-94.
10. Пащенко А.Н., Копычев М.М. Система управления положением динамического объекта на подвижной плоскости // Молодежная школа-семинар по проблемам управления в технических системах имени А.А. Вавилова. 2019. Т. 1. С. 28-30.
11. Каменев А.Р., Зрюмова А.Г. Разработка инструментов для управления драйверами шаговых двигателей в микропроцессорных системах // Программно-техническое обеспечение автоматизированных систем: материалы Всероссийской молодежной научно-практической конференции. Барнаул: Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, 2018. С. 192-195.
12. Чирков Д.Г., Стоцкая А.Д. Методы программной фильтрации данных для работы с ультразвуковыми датчиками в области робототехники // Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям (SCM-2020). СПб.: СПБГЭТУ «ЛЭТИ», 2020. Т. 1. С. 155-158.
13. Фокин Г.А. Моделирование формирующего и согласованного фильтров // Информационные технологии и телекоммуникации. 2021. Т. 9. № 2. С. 77-94. doi: 10.31854/2307-1303-2021-9-2-77-94
14. Регулирование угловой скорости шагового двигателя / Р.Т. Емельянов, С.А. Аринчин, Е.С. Турышева, В.В. Макеич // Вестник КрасГАУ. 2017. № 11(134). С. 141-146.
15. Фомин Н.В. Системы подчиненного регулирования координат в электроприводах постоянного тока: учебное пособие. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2010. 199 с.