Файл: СКАМКО_тех описание.doc

Режим аварийной ситуации

Иногда может возникнуть нестандартная ситуация когда потребуется вмешательство в работу тактического уровня, такие ситуации имеют аварийный характер. О возникновении подобной ситуации контроллер привода проинформирует тактический уровень путем передачи команды аварийной ситуации. Получив такой сигнал ЭВМ тактического уровня, оперативно будет реагировать на возникшие проблемы.

5.4 Алгоритм работы блока управления

В соответствие с поставленными задачами необходимо управлять роботом в декартовой системе координат. В основе управления лежит алгоритм решения прямой и обратной кинематической задачи. После выполнения процедуры калибровки робот готов выполнять программу пользователя.

По запуску программы пользователя последовательно выполняется каждая ее команда, происходит решение обратной и прямой кинематических задач, формируется массив обобщенных координат всех степеней и по разработанному нами протоколу обмена передается на центральный уровень по интерфейсу RS-232Cс выбранногоCOM-порта компьютера.

Центральный уровень последовательно принимает посылку, состоящую из нескольких байт по УСАПП (USART0) и пересылает ее на приводные контроллеры по своему второму УСАПП (USART1). Прием команд и последующая пересылка осуществляется в режиме прерывания (USART0RXInterrupt).

Все приводные контроллеры подключены к одной линии передачи данных, поэтому принимают командную посылку все одновременно и заносят ее в буфер приема так же в режиме прерывания. После завершения приема происходит разбор посылки микроконтроллерами, и генерируются соответствующие управляющие сигналы для драйверов шаговых двигателей. По выполнению движения контроллер привода отправляет отчет о выполнении движения на центральный контроллер.

После завершение передачи посылки с верхнего уровня на приводной центральный микроконтроллер переходит в режим ожидания выполнения движения – в режиме прерывания он принимает отчеты о выполнении движения каждой степени. Как только все степени отработают заданное перемещение, (это означает, что схват манипулятора перемещен в желаемую точку, согласно команде пользователя) центральный контроллер генерирует посылку отчета о завершении движения и отправляет ее на верхний уровень.

После получения отчета верхним уровнем выполняется следующая команда программы пользователя.

6. Устройство и работа составных частей блока управления

6.1. Модуль драйвера управления шаговыми двигателями

Драйвер шагового двигателя должен решать две основные задачи: это формирование необходимых временных последовательностей сигналов и обеспечение необходимого тока в обмотках. Микросхема L297 содержит логику формирования временных последовательностей, а L298 представляет собой мощный сдвоенный H-мост.

На их основе микросхем L297 иL298 можно реализовать полношаговый и полушаговый режимы и регулировать пиковую величину тока при ШИМ регулировании.

Схема ключевой стабилизации тока с постоянной частотой переключения реализована внутри микросхемы L297 фирмы SGS-Thomson, применение которой сводит к минимуму количество внешних компонентов.

Рис.2.1 Схема ключевойстабилизации тока с постоянной частотой переключения

Ключевым транзистором управляет триггер, который устанавливается специальным генератором. Когда триггер устанавливается, ключевой транзистор открывается и ток фазы начинает расти. Вместе с ним растет и падение напряжения на датчике тока. Когда оно достигает опорного напряжения, компаратор переключается, сбрасывая триггер. Ключевой транзистор при этом выключается и ток фазы начинает спадать до тех пор, пока триггер не будет вновь установлен генератором. Такая схема обеспечивает постоянную частоту коммутации, однако величина пульсаций тока не будет постоянной. Частота генератора обычно выбирается не менее 20кГц, чтобы двигатель не создавал слышимого звука. В то же время слишком высокая частота переключений может вызвать повышенные потери в сердечнике двигателя и потери на переключениях транзисторов. Хотя потери в сердечнике с повышением частоты растут не так быстро ввиду уменьшения амплитуды пульсаций тока с ростом частоты. Пульсации порядка 10% от среднего значения тока обычно не вызывают проблем с потерями.

L297cовместно с микросхемой мостового драйвера L298 образуют законченную систему управления для шагового двигателя (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Типовая схема включения микросхем L297 и L298N.

Микросхема L297 сильно разгружает управляющий микроконтроллер, так как от него требуется всего несколько сигналов:

CLOCK- частота повторения шагов;

DIRECTION– направление вращения двигателя;

HALF/FULL– полушаговый/полношаговый режим;

RESET– устанавливает фазы в исходное состояние (ABCD = 0101);

ENABLE– разрешение работы микросхемы;

V ref– опорное напряжение, которое задает пиковую величину тока при ШИМ-регулировании.

Кроме того, имеется несколько дополнительных сигналов.

CONTROL- задает режим работы ШИМ-регулятора.

SYNC– выход внутреннего тактового генератора ШИМ. Он служит для синхронизации работы нескольких микросхем.

HOME– сигнал начального положения (ABCD = 0101). Он используется для синхронизации переключения режимов HALF/FULL. В зависимости от момента перехода в полношаговый режим микросхема может работать в режиме с одной включенной фазой или с двумя включенными фазами.

Режимы работы шаговых двигателей

Существует несколько способов уп­равления фазами шагового двигателя.

Первый способ обеспечивается попе­ременной коммутацией фаз, при этом они не перекрываются, в один момент времени включена только одна фаза (рис. 6.1, а). Этот способ называют "one phase on full step" или "wave drive mode". Точки равновесия ротора для каждого шага совпадают с "естественными" точ­ками равновесия ротора у незапитанного двигателя. Недостатком этого способа управления является то, что длябиполярного двигателя в один и тот же момент времени используется 50% обмоток. Это означает, что в таком режиме не может быть получен полный момент. Поэтому использование такого режима для управления двигателями манипулятора «Скамко-1» не является рационально обоснованным.

Второй способ - управление фаза­ми с перекрытием: две фазы включе­ны в одно и то же время. Его называют "two-phase-on full step" или просто "full step mode". При этом способе управле­ния ротор фиксируется в промежуточ­ных позициях между полюсами стато­ра (рис. 6.1, б), и обеспечивается примерно на 40% больший момент, чем в случае одной включенной фазы. Этот способ управления обеспечивает такой же угол шага, как и первый способ, но положение точек равновесия ротора смещено на половину шага.

Третий способ, когда двигатель де­лает шаг в половину основного, явля­ется комбинацией первых двух и называется полушаговым режимом, "one two-phase-on half step", или просто "half step mode". Каждый второй шаг запитана лишь одна фаза, а в остальных случа­ях запитаны две (рис. 6.1, в). В результа­те угловое перемещение ротора со­ставляет половину угла шага для первых двух способов управления. Кро­ме уменьшения размера шага, этот спо­соб управления позволяет частично избавиться от явления резонанса. Полушаговый режим обычно не позво­ляет получить полный момент, хотя наи­более совершенные драйверы реали­зуют модифицированный полушаговый режим, в котором двигатель обеспечи­вает практически полный момент, при этом рассеиваемая мощность не пре­вышает номинальной.