Sterowniki wieloosiowych silników krokowych z interpolacją [Fatek]

Silnik krokowy to napęd elektryczny charakteryzujący się impulsowym zasilaniem prądem elektrycznym. W tym urządzeniu wirnik nie obraca się ruchem ciągłym, lecz za każdym razem wykonuje ruch w ramach ustalonego wcześniej kąta obrotu, stanowiąc dzięki temu świetne urządzenie do precyzyjnego ustalania pozycji przy sterowaniu w otwartej pętli sprzężenia zwrotnego.

Silnik krokowy pozwala na łatwe sterownie drogi oraz prędkości obrotowej na poziomie do kilkuset obrotów na minutę, w zależności od parametrów silnika oraz sterownika.

Sterowniki silnika krokowego

Każdy silnik krokowy do sprawnego funkcjonowania potrzebuje sterowników zapewniających odpowiedni mikrokrok. Ruch wirnika silnika jest uzależniony od ilości impulsów sterujących, natomiast prędkość kątowa jest proporcjonalna do częstotliwości impulsów. Sterowniki silników krokowych pozwalają na sterowanie napędami krokowymi poprzez sygnał kroku oraz kierunku (STEP/DIR) lub z wykorzystaniem wbudowanego zaawansowanego generatora. Poprzez częstotliwość podawanych przez sterownik silnika krokowego impulsów, napęd wykonuje konkretne zadanie, zmieniając prędkości wału oraz jego położenia bezpośrednio w maszynie lub urządzeniu.

Do podstawowych rodzajów sterowań wykorzystywanych w silnikach krokowych można zaliczyć:

• sterowanie pełnokrokowe (pracujące jednocześnie dwie fazy – pozycja wirnika przesunięta o pół kroku)
• sterowanie półkrokowe (stojan zasilany naprzemiennie na jedną, a następnie na dwie fazy – dwukrotnie mniejszy krok eliminujący drgania mechaniczne silnika w trakcie pracy)
• sterowanie mikrokrokowe (krok podzielony na wiele mniejszych pozwala uzyskać większą rozdzielczość, płynniejszą pracę i mniejszy wpływ rezonansów silnika)

Sterowniki wieloosiowych napędów

Najprostszy system sterowania napędem elektrycznym składa się z falownika, enkodera oraz sterownika – analogowego lub cyfrowego. Sterowniki do silników krokowych podają sygnał do falownika (sterowanie prędkością oraz przemieszczeniem), a następnie otrzymują informacje zwrotne odnośnie położenia z enkodera. Typowe sterowniki silników krokowychz interpolacją obsługują od kilku do kilkunastu osi ruchu. Położenie większości z nich jest znane dzięki synchronizacji informacji otrzymywanych z enkodera, a dla pozostałych określane jest ono na podstawie sygnałów sterujących. Sterowniki są w stanie bez problemu zsynchronizować podłączone do nich osie krokowe za pomocą przekazania odpowiednich informacji o wielkości impulsu oraz jego kierunku.

Interpolacja to jedna z najbardziej skomplikowanych funkcjonalności do implementacji w sterowniku wieloosiowym, która jest wykorzystywana do dokładnego poruszania się po trajektorii. Głównym zadaniem interpolatora jest cykliczne obliczanie w odstępach milisekundowych wektora trajektorii ruchu w trakcie jego trwania. Wektory przyspieszenia, opóźnienia oraz prędkości zostają obliczone dla wszystkich biorących udział w danej sekwencji osi.

Wybór sterownika silników krokowych

Sterowniki silników krokowych należy dobierać sugerując się prądem napędu, jego napięciem znamionowym oraz ilu fazowym silnikiem ma on sterować. Sterowniki silników krokowych mogą mieć pewne ograniczenia związane z częstotliwością generowanych impulsów, rozdzielczością kroku, parametrami elektrycznymi, poziomem zabezpieczeń, rodzajem przyłączy czy nawet metodą montażu.