ステッピング モーター ドライバー - デバイス、種類、機能

ステッピング モーターは現在、多くの産業用途で使用されています。このタイプのエンジンは、他のタイプのエンジンと比較して、作業体の位置決めの高精度を達成できるという事実によって区別されます。ステッピング モーターが動作するには、正確な自動制御が必要であることは明らかです。この目的のために、これらはステッピング モーター コントローラーとして機能し、さまざまな目的での電気ドライブの継続的かつ正確な動作を保証します。

ステッピングモーターの動作原理は、大まかに次のように説明できます。ステッピング モーターのローターの各完全な回転は、いくつかのステップで構成されます。ほとんどのステッピング モーターは 1.8 度ステップ用に設計されており、1 回転あたり 200 ステップあります。特定の固定子巻線に供給電圧が印加されると、ドライブはステップ位置を変更します。回転方向はコイルに流れる電流の方向によって決まります。

次のステップでは、最初の巻線をオフにし、2 番目の巻線に電力が供給され、以下同様に続きます。その結果、各巻線が完成した後、ローターが完全に回転します。しかし、これは大まかな説明であり、実際にはアルゴリズムはもう少し複雑であり、これについては後で説明します。

ステッピングモーター制御アルゴリズム

ステッピング モーター制御は、可変位相スイッチング、位相オーバーラップ制御、ハーフステップ制御、またはマイクロステップ制御の 4 つの基本アルゴリズムのいずれかに従って実装できます。

最初のケースでは、どの時点でも 1 つの相のみが電力を受け取り、各ステップでのモーター回転子の平衡点は重要な平衡点と一致します。つまり、極が明確に定義されます。

位相オーバーラップ制御により、ローターがステーター磁極間の位置にステップ移動できるようになり、非位相オーバーラップ制御と比較してトルクが 40% 増加します。傾斜角は維持されますが、ロック位置は移動され、ステータ極の頂点の間に位置します。これら最初の 2 つのアルゴリズムは、非常に高い精度が要求されない電気機器で使用されます。

ハーフステップ制御は、最初の 2 つのアルゴリズムを組み合わせたものです。つまり、1 つの相 (巻線) または 2 つがステップによって電力供給されます。ステップ サイズが半分になり、位置決め精度が向上し、モーターの機械的共振の可能性が減少します。

そして最後はミクロレベルモードです。ここで、各相の電流は、ステップごとの回転子固定の位置が極間の点になるように大きさが変化し、同時に接続された相の電流の比率に応じて、いくつかのそのようなステップを得ることができます。電流の比率を調整し、作動率の数を調整することにより、マイクロステップが得られ、ローターの最も正確な位置決めが行われます。

詳細については、ここで回路図を参照してください。 ステッピングモーター制御

ステッピングモータードライバー

選択したアルゴリズムを実践するには、ステッピング モーター ドライバーを実装します。ドライバーには電源とコントローラー セクションが含まれています。

ドライバーのパワー部分は、 ソリッドステートパワーアンプその役割は、位相に適用される電流パルスをローターの動きに変換することです。つまり、1 つのパルス、つまり 1 つの正確なステップまたはマイクロ度です。

電流の方向と大きさ — ステップの方向とサイズ つまり、電源ユニットのタスクは、特定の大きさと方向の電流を対応する固定子巻線に供給し、この電流をしばらく保持することです。また、電流のオンとオフを素早く切り替えるため、デバイスの速度と電力特性が当面のタスクに適合します。

駆動機構の動力部分がより完璧であればあるほど、シャフトでより大きなトルクを得ることができます。一般に、ステッピング モーターとそのドライバーの改良の進歩傾向は、小型、高精度のモーターから大きな動作トルクを獲得し、同時に高効率を維持することです。

ステッピングモーターコントローラー

ステッピング モーター コントローラーはシステムのインテリジェントな部分であり、通常は再プログラム可能なマイクロコントローラーに基づいて作成されます。コントローラは、いつ、どのコイルに、どれくらいの時間、どれだけの電流を供給するかを制御します。コントローラはドライバーのパワーユニットの動作を制御します。

高度なコントローラーはコンピューターに接続されており、コンピューターを使用してリアルタイムに調整できます。マイクロコントローラーを繰り返し再プログラムできる機能により、ユーザーはタスクを調整するたびに新しいコントローラーを購入する必要がなくなります。既存のコントローラーを再構成するだけで十分です。これが柔軟性であり、コントローラーは新しい機能を実行するためにプログラムで簡単に再設定できます。 。

現在、さまざまなメーカーから拡張可能な機能を備えた幅広いステッピング モーター コントローラーが市場に出ています。プログラマブル コントローラはプログラムの記録を意味し、プログラマブル ロジック ブロックを含むものもあります。これにより、特定の技術プロセスのステッピング モーターを制御するアルゴリズムを柔軟に構成できます。

コントローラーの機能

コントローラーによるステッピングモーター制御により、1回転あたり最大20,000マイクロステップの高精度が可能です。さらに、管理はコンピュータから直接実行することも、デバイスに組み込まれたプログラムまたはメモリ カードのプログラムを通じて実行することもできます。タスクの実行中にパラメータが変化した場合、コンピュータはセンサーに問い合わせ、変化するパラメータを監視し、ステッピング モーターの動作モードを迅速に変更できます。

電流源、制御ボタン、クロック ソース、ステップ ポテンショメータなどに接続された市販のステッピング モーター制御ブロックがあります。このようなブロックを使用すると、ステッピング モーターを機器に迅速に統合して、手動または自動制御で繰り返しの周期的なタスクを実行できます。 ... 外部デバイスと同期する機能と、自動オン、オフ、および制御のサポートは、ステッピング モーター コントロール ユニットの明白な利点です。

たとえばプログラムを実行したい場合、デバイスをコンピュータから直接制御できます。 CNCマシン用または、追加の外部制御なしの手動モード、つまりステッピング モーター シャフトの回転方向がリバース センサーによって設定され、速度がポテンショメータによって制御される場合。制御装置は、使用するステッピングモーターのパラメータに応じて選択されます。

目標の性質に応じて、ステッピング モーターの制御方法が選択されます。毎回 1 つのパルスが 1 つの固定子巻線に適用される、単純な低電力電気駆動制御を設定する必要がある場合: 完全回転の場合、たとえば 48 ステップで、ローターは各ステップで 7.5 度移動します。この場合、シングルパルスモードで問題ありません。

より高いトルクを達成するには、ダブル パルスが使用されます。パルスごとに 2 つの隣接するコイルに同時に供給されます。そして、1 回転するのに 48 ステップが必要な場合、再び 48 個のそのようなダブル パルスが必要となり、それぞれの結果は次のようになります。ステップは 7.5 度ですが、トルクはシングル パルス モードより 40% 増加します。2 つの方法を組み合わせると、ステップを分割して 96 個のパルスを取得できます。1 ステップあたり 3.75 度が得られます。これは複合 (ハーフステップ) 制御モードです。