BÀI TẬP DÀI THIẾT KẾ HỆ VXL 8 BIT
Đề bài: Thiết kế hệ VXL điều khiển động cơ bước (hai động cơ)
I. Yêu cầu:
Thiết kế hệ VXL :
+) Điều khiển chuyển động
+) Tạo thành một bộ điều khiển theo luật tỷ lệ (tích phân)
II. Nội dung:
1. Phân tích yêu cầu công nghệ(suy ra luật điều khiển)
2. Thiết kế sơ đồ khối hệ VXL
3. Chọn phần tử
4. Viết chương trình
5. Thử nghiệm
1
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ BƯỚC
I. Giới thiệu động cơ bước:
Các hệ truyền động rời rạc thường được thực hiện nhờ động cơ chấp hành
đặc biệt là động cơ bước.
Động cơ bước thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín
hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển
động góc quay hoặc các chuyển động của roto và có khả năng cố định roto vào
những vị trí cần thiết.
Động cơ bước làm việc được là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đưa các
tín hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số
góc quay tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ
quay của roto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Khi có
một xung điện áp đặt vào dây quấn stato (phần ứng) của động cơ bước thì roto
(phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, góc ấy là một bước quay
của động cơ. Khi các xung điện áp đặt vào phần ứng thay đổi liên tục thì roto sẽ
quay liên tục (nhưng thực chất chuyển động đó vẫn là theo các bước rời rạc).
Về cấu tạo có thể coi động cơ bước là tổng hợp của hai loại động cơ:
Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ.

3
b)
c)
4
4
3
F
2
1
1
F
m
2
m
2
F
1
F
1
2
F
F
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý động cơ bước m pha với rôto 2 cực và các lực
điện từ khi điều khiển bắng xung một cực.
Xung điện áp cấp cho m cuộn dây stato có thể là xung một cực (hình 3a)
hoặc xung hai cực (hình 3b).
0
u
t t
0

.
Nếu cấp điện theo thứ tự một số chẵn cuộn dây, rồi một số lẻ cuộn dây (ví
dụ kết hợp giữa hình 2b và 2c), có nghĩa là số lượng cuộn dây được điều khiển
luôn luôn thay đổi từ chẵn sang lẻ và từ lẻ sang chẵn thì số vị trí cân bằng của
roto sẽ tăng gấp đôi là 2m, độ lớn của một bước sẽ giảm đi một nửa bằng
m2/2
π
. Trường hợp này được gọi là điều khiển không xứng; hay điều khiển
nửa bước (Haft Step).
Nếu số lượng cuộn dây được điều khiển luôn luôn không đổi (một số
chẵn cuộn dây hoặc một số lẻ cuộn dây, ví dụ hình 2b và 2c) thì roto có m vị trí
cân bằng và được gọi là điều khiển đối xứng, hay điều khiển cả bước (Full
Step).
III. Ứng dụng của động cơ bước:
Động cơ bước ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự
động, điều khiển xa và nhiều thiết bị điện tử khác. Đặc biệt là các lĩnh vực: điều
khiển đọc ổ cứng, ổ mềm và các máy in trong hệ thống máy tính, điều khiển
robốt, điều khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển định vị trong các hệ
quang khác phức tạp, điều khiển bắt, bám mục tiêu trong các khí tài quan sát,
lập trình điều khiển trong các hệ gia công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái
phương và chiều trong máy bay...
4
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC
I. Các yêu cầu về điều khiển động cơ bước:
1. Các chế độ điều khiển:
Hình 2.1. Giản đồ nguyên lý các lực điện từ khi điều khiển ở chế độ vi bước
Hình 2.1 vẽ mối quan hệ giữa véc tơ lực điện từ F
1
,F
2

+
=
Từ công thức trên ta suy ra các trường hợp sau:
a. Điều khiển cả bước:
- Điều khiển cả bước: Đầu tiên cho F
2
= 0 và F
1
= F nên roto ở vị trí trục
cuộn dây một. Sau đó cho F
1
= 0 và F
2
= F nên roto ở vị trí trục cuộn dây hai.
b. Điều khiển nửa bước:
- Nếu ta cho F
2
=0 và F
1
=F, roto ở vị trí trục cuộn dây1.
- Tiếp theo là cho F
1
=F
2
=F,
( )
22
cos
cos12
cos1

tăng dần từng bước từ 0 đến F thì roto sẽ quay từng bước từ vị trí OA đến
OB.
2. Các đặc trưng của tín hiệu điện điều khiển động cơ bước:
5
Đối với động cơ bước, tín hiệu điện điều khiển là các xung rời rạc kế tiếp
nhau. Việc điều khiển động cơ bước phụ thuộc vào các tham số sau của xung
điều khiển:
- Dòng điện I, kể cả cực tính (và liên hệ mật thiết với nó là mức điện áp U).
- Độ rộng xung (liên quan đến khả năng dịch bước).
- Tần số xung (liên quan đến tốc độ quay).
- Cách thức cấp xung, bao gồm thứ tự và số lượng cuộn dây pha được cấp
(liên quan đến chiều quay và mômen tải).
Tuỳ thuộc vào việc cấp xung, động cơ bước có bốn trạng thái sau đây:
a. Trạng thái không hoạt động: Khi không có cuộn dây nào được cấp điện:
- Đối với động cơ phản kháng: roto sẽ quay trơn.
- Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ kiểu hỗn hợp: có mômen
hãm, roto có xu hướng dừng ở các vị trí mà đường khép từ thông giữa các cực
của roto và stato là nhỏ nhất.
b.Trạng thái giữ: Khi một số cuộn dây pha được cấp điện một chiều. Roto mang
tải sẽ được giữ chặt ở vị trí góc bước nhất định do lực điện từ tổng F sinh ra
mômen giữ.
c.Trạng thái dịch chuyển bước: roto sẽ dịch chuyển từ vị trí bước đang được giữ
sang vị trí bước tiếp theo khi các cuộn dây pha được cấp dòng phù hợp.
d.Trạng thái quay quá giới hạn: Trong chế độ không tải, nếu xung điều khiển có
tần số quá cao, động cơ sẽ quay vượt quá tốc độ. Ở trạng thái này động cơ
không đảo chiều, không thể dừng đúng vị trí, nhưng vẫn có thể tăng và giảm từ
từ. Muốn dừng và đảo chiều động cơ phải giảm xuông dưới tốc độ giới hạn để
hoạt động trong chế độ bước.
Như vậy động cơ bước chỉ được coi là làm việc khi ở hai trạng thái b và
c.