كيف تختار دارة القيادة المناسبة لمحرّكات الخطوة

نناقش في هذه المقالة المواصفات والوظائف التي توفّرها الدّارات المتكاملة، والتي تبسّط مهمّة التحكّم بمحرّك الخطوة.

مراجعة سريعة: كيف نتحكّم بمحرّك الخطوة؟

يوجد في المحرّك الخطويّ التقليديّ ذي المغناطيس الدّائم ملفَّين، حيث يتمّ تدوير المحرّك – إذا كان نظام التحكّم يتمّ بدارة قيادةٍ ثنائيّة القطبيّة – عن طريق تطبيق نمطٍ محدّدٍ من التيّارات المباشرة والعكسيّة خلال هذين الملفّين، وبالتالي يحتاج هذا النظام إلى جسر H لكلّ ملف، بينما يستخدم نظام الإدارة وحيد القطبيّة أربع دارات قيادةٍ منفصلة، وهذه الدّارات لا تحتاج إلى أن تكون قادرةً على تطبيق التيّار في كلا الاتّجاهين (مباشر وعكسي)، حيث تقوم كلّ دارة قيادةٍ بتأمين تدفّقٍ للتيّار من منتصف الملفّ إلى طرفه، ويبقى تدفّق التيّار لكلّ دارة قيادةٍ بنفس الاتجاه.

<strong>محرك ثنائي القطب (على اليسار) ومحرك ثنائي القطب (على اليمين). يشير اتجاه التدفق الحالي في النظام أحادي القطب إلى أن مركز كل ملف متصل بجهد المحرك.</strong>
محرك ثنائي القطب (على اليسار) ومحرك ثنائي القطب (على اليمين)، يشير اتجاه التدفق الحالي في النظام أحادي القطب إلى أن مركز كل ملف متصل بجهد المحرك.

دارات متكاملة عامّة تستخدم لقيادة المحرّكات الخطوية:

    من المهمّ أن نتذكّر أنّ الدّارات المتكاملة المصنّعة لتشغيل محرّكٍ عاديٍّ أو للقيام بوظائف دارة قيادةٍ عاديّة يمكن أن تُستخدم في قيادة محرّكات الخطوة، ممّا يعني أنّنا لا نحتاج دارات متكاملة مصنّفة أو يتمّ تسويقها على أنّها لقيادة محرّكات الخطوة.
بشكل عام نحتاج إلى جسرين من النوع H لكلّ محرّك خطوة في حال استخدام القيادة ثنائية القطبيّة، أمّا في حال استخدام الدارة أحاديّة القطبيّة كمقاربةٍ للعمل، فإنّنا نحتاج إلى أربع دارات قيادةٍ لكلّ محرّكٍ، ولكن يمكن أن تكون كلّ دارةٍ منها عبارةً عن ترانزستور مفرد، لأنّ كلّ ما سنقوم به هو قطع وتوصيل التيّار بدلاً من القيام بتغيير اتّجاهه.
كمثالٍ عن فئة الدّارات المتكاملة العامّة نورد الدارة DRV8803 المصنّعة من قبل شركة Texas Instruments، ويتمّ توصيف هذه الدارة المتكاملة على أنّها الحلّ لقيادة محّركٍ في أيّ تطبيقٍ يعتمد طريقة التوصيل بعد الحمل في الدارة.

مخطط الدارة DRV8803 مأخوذ من جداول المواصفات.
مخطط الدارة DRV8803 مأخوذ من جداول المواصفات.

 عند استخدام دارة كهذه يتم توصيل منتصفَّي ملفَّي محرّك الخطوة إلى مصدر الطّاقة، ويتمّ تفعيل الطّاقة ضمن الملفّات عن طريق تشغيل الترانزستورات الموصولة بعد الملفّات، وهي بدورها تسمح بمرور التيّار من المنبع عبر نصف الملفّ مروراً بالترانزستور وصولاً إلى الأرضيّ.
يُعتبر استخدام دارة التحكّم العامّة مقاربةً جيّدةً إذا كان لديك خبرةً مع دارة قيادةٍ مناسبةٍ، حيث يمكنك أن توفر بعض المال باستخدام قطعٍ قديمةٍ، أو توفّر الوقت بتقليل احتماليّة حدوث أخطاء التّصميم عند استخدام قطعٍ مجرّبةٍ في التّصميم الذي سوف تستخدمه.
ولكن هناك سلبيّةً لاستخدام هذه المقاربة، حيث أنّ دارات القيادة الأكثر تعقيداً قد تؤمّن تشغيلاً أحسنَ وتضمن مهمّة تصميمٍ أبسطَ ولذلك نفضّل استخدام دارة قيادة محرّك خطوةٍ متخصّصة ًولها مميّزات إضافية.

دارات القيادة كاملة الميّزات:

 يمكن لدارت قيادة محرّكات الخطوة عالية التعقيد أن تقلّل الجهد المبذول في تصميم تطبيقاتِ محرّكاتِ الخطوة عالية الأداء، وتُعتبر ميزة التوليد الآليّ لأنماط الخطوة أول ميزة مفيدةً تعبُر الذهن عند التفكير بهذه الدّارات، أي القدرة على تحويل إشارات التحكّم المباشر بالمحرّك إلى أنماط الخطوة المطلوبة.

المخطط مأخوذ من جداول مواصفات الدارة L6208

بدلاً من استخدام الدّخل المنطقيّ الذي يتحكّم مباشرةً بالتيار المطبّق على ملفّات المحرّك فإن للدّارة L6208:

  • قطباً يختار بين الخطوات الكاملة وأنصاف الخطوات.
  • قطباً يحدّد اتجاه الدوران.
  • قطباً لدخل السّاعة والذي يسبّب تقدّم آليّة التحكّم بحالة المحرّك خطوةً واحدةً استجابةً لكلّ نبضة.

إنّ هذه الطريقة في الربط تميل إلى أن تكون بديهيّةً أكثر من كونها تعاقبات ON/OFF، فعليه تطبّق على الترانزستورات الموصولة إلى الملفّات (كما في المثال الموضح في الشكل (4)).

يوضح الشكل نمط خطوة كاملة للتحكم بمحرك خطوة ثنائي القطبية. يشير كل من A وB إلى الملفين، وتشير الأعمدة المحتوية على Q إلى حالة الترانزستورات التي تتحكم بتيار الملفات.
يوضح الشكل نمط خطوة كاملة للتحكم بمحرك خطوة ثنائي القطبية، يشير كل من A وB إلى الملفين، وتشير الأعمدة المحتوية على Q إلى حالة الترانزستورات التي تتحكم بتيار الملفات.

أجزاء الخطوة Microsteps

       كما يشير الاسم فإنّ عملية تجزيء الخطوة Microstepping تجعل محرّك الخطوة يدور بمقدارٍ أصغرَ بكثيرٍ من خطوةٍ واحدة، حيث يمكن أن يدور المحرّك بمقدار 1/4 خطوة أو 1/256 خطوة أو بين هاتين القيمتين. تسمح هذه العملية بتوفير دقّة عاليةٍ في تحديد وضع المحرّك كما تسبّب دوراناً أكثرَ سلاسة.
تُعتبر عملية تجزيء الخطوة غير ضروريّة على الإطلاق، ولكن إذا كان النّظام المطلوب يمكن أن يستفيد من تحديد وضع المحرّك بشكلٍ دقيقٍ، أو من الدوران السلس، أو من الضوضاء الميكانيكيّة المخفضة فيجب أن تضع بعين الاعتبار استخدام دارات قيادةٍ تستطيع القيام بعمليّة تجزيء الخطوة.

تُمثّل الدارة TMC2202 المصنّعة من قبل Trinamic مثالاً لمتحكّمات محرّكات الخطوة القادرة على القيام بتجزيء الخطوة.

المخطط مأخوذ من جداول مواصفات الدارة TMC2202
المخطط مأخوذ من جداول مواصفات الدارة TMC2202

يمكن أن تكون الخطوة بمقدار 1/32 من الخطوة الكاملة، كما يوجد نوع من الوظيفة المدخلة التي تؤمّن دوراناً سلساً بمقدار 256 جزء خطوة.
تعطي هذه الدارة المتكاملة فكرةً عن المدى الذي يمكن أن تصل إليه دقّة دارات قيادة محرّكات الخطوة. كما تملك الدّارة واجهة UART)Universal Asynchronous Receiver Transmitter) للتحكّم والتشخيص وهي خوارزميّة قيادة مخصّصة تحسّن عمليّات التوقّف والتّشغيل في سرعاتٍ منخفضةٍ، والعديد من المواصفات الأخرى التي يمكن أن تجدها في جداول المواصفات على الرّابط
هنا

الخلاصة:

إذا كان لديك متحكّم لتوليد أنماط الخطوة وما يكفي من الوقت والدافع لكتابة كود برمجي يمكن الاعتماد عليه، فيمكنك أن تتحكّم بمحرّك خطوة باستخدام ترانزستورات FET فقط، ولكن في غالبيّة الحالات فإنّه من المفضّل أن تستخدم نوعاً من دارات القيادة المتكاملة، وبما أنّه يوجد الكثير من الطرازات والمواصفات لتختار بينها، فلن تواجه صعوبةً في العثور على الطّراز المناسب للتّطبيق الذي تعمل عليه.


المصدر: هنا
ترجمة: لؤي الديب, مراجعة: عبد الله الفارس, تدقيق لغوي: مي همدر , تصميم: علي العلي , تحرير:قحطان غانم.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *