CC BY
85
Секция « Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники» УДК 004.75.896.621
РАЗРАБОТКА ДВУХКООРДИНАТНОГО УСТРОЙСТВА С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ НА БАЗЕ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Т. А. Королёва, М. Е. Праздников, В. А. Трегубович, И. А. Сивов Научный руководитель - В. А. Будьков
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 Е-mail: itanya2010@mail.ru, makc939@mail.ru, hobor95@gmail.com, ceva95@bk.ru
Представлена разработка двухкоординатного устройства с программным управлением на базе шаговых двигателей. Показан аппаратный и программный принцип управления шаговыми двигателями от персонального компьютера.
Ключевые слова: шаговый двигатель, программное управление, координатное перемещение.
DEVELOPMENT OF A TWO-COORDINATE DEVICE WITH A SOFTWARE CONTROL ON THE BASED OF STEPPER MOTORS
T. A. Korolyova, M. E. Prazdnikov, V. A. Tregubovich, I. A. Sivov Scientific Supervisor - V. A. Budkov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: itanya2010@mail.ru, makc939@mail.ru, hobor95@gmail.com, ceva95@bk.ru
Describes the development of two-coordinate device with a software control on the based of stepper motors. Shows hardware and software control principle of stepper motors from a personal computer.
Keywords: stepper motors, software control, coordinate motion
На сегодняшний день точное позиционирование заготовки и инструмента является неотъемлемым требованием современного производства. Очень часто объекты перемещают не по одной, а сразу по нескольким осям. Во многих сферах производства возникает необходимость осуществлять точное и плавное движение [1].
Устройство состоит из приводов продольной и поперечной подачи (рис. 1). Конструктивно приводы состоят из подвижной и неподвижной части. Неподвижная часть состоит из основания (несущий силовой элемент) с закрепленной на нём гайкой. Основание также имеет два отверстия под направляющие, в которые запрессовываются бронзовые втулки. Подвижная часть состоит из двух опор, в которые устанавливаются радиально-упорные подшипники. Крепление подшипников осуществляется с помощью шайбы, гайки и крышки. В подшипники устанавливается винт, крутящий момент к которому передается от двигателя через компенсирующую муфту. Винт, вращаясь в неподвижной гайке, совершает поступательно-осевое перемещение. Сверху на опоры крепится станина. Шаговый двигатель крепится к опоре и перемещается вместе с подвижной частью [2].
Определение положения перемещающейся части устройства осуществляется с помощью концевых выключателей и оптического энкодера.
В данной работе рассмотрена система управления биполярным шаговым двигателем. Для контроля шагового двигателя используем управляющую плату. Плата спроектирована с использованием комплекта интегральных схем L297 и L298N, произведенных компанией
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1
8ТМ1сгое1ес^оп^. Мы используем две управляющие платы - по одной на каждую ось перемещения.
Рис. 1. Общий вид двухкоординатного устройства
Микросхема Ь297 -это контроллер драйвера шагового двигателя. Ь298К - представляет собой двойной мостовой драйвер для управления двунаправленными нагрузками.
Комбинация микросхемы Ь297 с устройством управления имеет много преимуществ: незначительное число компонентов (низкие затраты, высокая надежность, малые габариты), упрощенное программное обеспечение и сниженную нагрузку на микропроцессор.
Функциональная схема устройства приведена на рис. 2. Устройство состоит из персонального компьютера ПК, микроконтроллера МК, две платы управления ПУ, два шаговых двигателя ШД и датчики обратной связи ДОС.
Рис. 2. Функциональная схема устройства
Программа управления разработана в среде прикладного графического программирования LabVIEW (фирма National Instruments) [3]. Программа позволяет управлять как в ручном, так и в автоматическом режиме. Оператор заносит в диалоговое окно управляющую программу, состоящую из G кодов и запускает программу. Программа определяет направление вращения двигателей, скорость вращения и количество шагов по всем осям и отправляет эти значения по USART через COM - порт на главный 8-разрядный микроконтроллер семейства AVR Atmega16. Микроконтроллер получает данные о перемещении по всем осям и подает сигналы на платы управления двигателей.
Скорость вращения двигателей регулируем с помощью частоты подачи управляющих импульсов. Регулирование осуществляется программно.
Секция « Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
Данные с энкодера посылаются на микроконтроллер и сравниваются со значением шагов, которые необходимо выполнить двигателю, как только эти данные будут равными, компьютер посылает следующее значение и так далее, пока чтение управляющей программы не подойдет к концу. В случае срабатывания концевого выключателя вращение двигателей прекращается.
В ходе работы было разработано двухкоординатное устройство с программным управлением на базе шаговых двигателей, которое может быть использовано в качестве подвижной позиционирующей платформы для вертикальных металлорежущих станков и других специальных устройств с ЧПУ (гравировальные, фрезерные станки, станки лазерной резки).
Библиографические ссылки
1. Егоров О. Д., Подураев Ю. В. Мехатронные модули. Расчет и конструирование : учеб. пособие. М. : МГТУ «СТАНКИН», 2004. 360 с.
2. Таугер В. М. Конструирование мехатронных модулей : учеб. пособие / УрГУПС. Екатеринбург, 2009. 336 с. ISBN 978-5-94614-128-4.
3. Жуков К. Г. Модельное проектирование встраиваемых систем в LabVIEW. М. : ДМК Пресс, 2011. 688 с.
© Королёва Т. А., Праздников М. Е., Трегубович В. А., Сивов И. А., 2017
