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Controle Microprocessado de motores
Jun Okamoto Jr.
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Conteúdo• Motores de passo• Acionamento de motores de passo• Motores DC• Acionamento de motores DC• PWM • Encoders• Controle em malha fechada
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Motores de Passo• Características
– Pulsos → ângulo– Operação em malha aberta– Holding torque– Torque da carga não pode variar além do torque do motor
• Tipos:– Relutância variável– Magneto Permanente– Híbrido
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Motor de Passo• Relutância Variável
– Normalmente 3 a 4 enrolamentos com um terminal comum
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Motor de Passo• Relutância Variável
– Acionamento
Winding 1 1001001001001001001001001 Winding 2 0100100100100100100100100 Winding 3 0010010010010010010010010
time --->
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Motor de Passo• Relutância Variável
– Exemplo de Acionamento
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Motor de Passo• Magneto Permanente ou híbrido
– Unipolar c/ 5 ou 6 terminais• Dois enrolamentos com derivação central
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Motor de Passo• Unipolar
– Acionamento de 1 fase• Full Step
Winding 1a 1000100010001000100010001Winding 1b 0010001000100010001000100 Winding 2a 0100010001000100010001000 Winding 2b 0001000100010001000100010
time --->
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Motor de Passo• Unipolar
– Acionamento de 2 fases• Full Step• Torque 1,4 vezes maior que c/ 1 fase
Winding 1a 1100110011001100110011001 Winding 1b 0011001100110011001100110 Winding 2a 0110011001100110011001100 Winding 2b 1001100110011001100110011
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Motor de Passo• Unipolar
– Acionamento de 1-2 fases• Half step• Torque oscila
Winding 1a 11000001110000011100000111 Winding 1b 00011100000111000001110000 Winding 2a 01110000011100000111000001 Winding 2b 00000111000001110000011100
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Motor de Passo• Unipolar
– Exemplo de Acionamento
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Motor de Passo• Magneto Permanente ou Híbrido
– Bipolar
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Motor de Passo• Bipolar
– Acionamento• Por Ponte H• Corrente circula nos dois sentidos no enrolamento
Terminal 1a +---+---+---+--- ++--++--++--++--Terminal 1b --+---+---+---+- --++--++--++--++ Terminal 2a -+---+---+---+-- -++--++--++--++-Terminal 2b ---+---+---+---+ +--++--++--++--+
time --->
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Motor de Passo• Magneto Permanente ou Híbrido
– Bifilar• 4 enrolamentos independentes• Pode se acionado como unipolar ou bipolar
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Motor de Passo• Característica de torque
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Acionamento de Motor de Passo• Relutância Variável
– Circuito de acionamento Circuito de chaveamento. Pode
ser chave, transistor e circuitos perifériocos
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Acionamento de Motor de Passo• Circuito de proteção dos elementos de
chaveamento
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Acionamento de Motor de Passo• Magneto Permanente e Híbrido unipolar
– Circuito de acionamento
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Acionamento de Motor de Passo• Magneto Permanente ou Híbrido unipolar
– Circuito de proteção dos elementos de chaveamento
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Acionamento de Motores de Passo• Unipolar e Relutância Variável
– Exemplos práticos de circuitos de chaveamento
Transistor Bipolar (max 10A) Transistor FET (max 20A)
Entradacompatívelcom TTL
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Acionamento de Motores de Passo• Motores Bipolares
– Acionamento com Ponte H• 16 modos de operação
possíveis para as chavesA, B, C e D
• 7 modos de operaçãoresultam em curto circuito
• 4 modos de operaçãosão de interesse
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Acionamento de Motors de Passo• Ponte H • Modo Direto
– Chaves A e D fechadas
• Modo Reverso– Chaves C e B fechadas
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Acionamento de Motores de Passo• Ponte H • Modo de decaimento
rápido– Chaves A, B, C e D
abertas– O rotor do motor gira
livremente até parar
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Acionamento de Motores de Passo• Ponte H • Modo de decaimento
lento ou modo de freiodinâmico– Chaves A e C abertas,
chave D fechada, chave B aberta ou fechada
– A corrente circulalivremente no enrolamento, decaindo lentamente o queprovaca o freio do rotor.
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Acionamento de Motores de Passo• Ponte H c/ proteção
contra curto-circuitos
slow decay0101 11
reverse0110 10
forward1001 01
fast decay 0000 00
Mode ABCD XY
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Acionamento de Motores de Passo• Circuito prático com transistores bipolares
Pode ser ligado numa saídaTTL open collector
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Motor DC• Características
– Velocidade proporcional a tensão– Torque proporcional a corrente
– Pode se adaptar as características de torque da carga
– Opera em malha fechada (controle de posição, velocidade ou força)
– Uso quando necessário grandes velocidades, acelerações e carga variável
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Motor DC• Construção
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Motor DC• Funcionamento
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Motor DC• Exemplo 1: Maxon verde c/ redutor
– Característica de torque
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Motor DC• Exemplo 2: Maxon Prata
– Característica de torque
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Motor DC• Exemplo 3: Motor de limpador de parabrisa
– Característica de torque
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Acionamento de Motor DC• Acionamento por Ponte H
SHORT!!1111SHORT!!1110
SHORT!!0111Reverse0110
SHORT!!1011SHORT!!1010
Brake0011Off0010
SHORT!!1101Brake1100
SHORT!!0101Off0100
Forward1001Off1000
Off0001Off0000
StateDCBAStateDCBA
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Acionamento de Motor DC• Exemplo prático de circuito de acionamento com
MOSFET
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PWM• Pulse Width Modulation• Controle da corrente em cargas indutivas• Conversão entre código digital e corrente no
motor• Pode ser usado tanto com motores de passo
como motores DC
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PWM• Característica
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Encoder
Movimento Código digitalEncoder
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Encoder• Absoluto
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Encoder• Incremental
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Encoder• Princípio de funcinamento
Sinal digital
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Encoder Incremental• Detecção de direção
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Encoder• Exemplo de encoder real • Características:
– 500 a 2000 pulsos/volta– Sinais Compatíveis com
TTL– Saída: sinais A e B
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Encoder• Circuito para leitura de encoder incremental
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Controle em malha fechada• Analógico
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Controle em malha fechada• Digital
A(z-1)C(z-1)
G(z-1)
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Referências• Jones, Douglas W.: “Control of a Stepping Motor: A Tutorial”; The University
of Iowa; Department of Computer Science; http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/; acessado em 9/08/2004
• Maxon Precison Motors, Inc.: http://www.mpm.maxonmotor.com/; acessado em 9/08/2004
• Reeder, Joe D.: “Experiment 7 – Bi-directional Control of Motors and the H-
Bridge”; http://www.learn-c.com/experiment7.htm; 2001 (acessado em8/08/2004)