AMBIENTE COMPUTACIONAL PARA ESTUDO DE ACIONAMENTO DE MOTORES DE PASSO

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1 AMBIENTE COMPUTACIONAL PARA ESTUDO DE ACIONAMENTO DE MOTORES DE PASSO Frederico Toledo Ghetti Univeridade Federal de Juiz de Fora, Faculdade Engenharia Elétrica. Rua Benjamin Contant, 790 Centro Juiz de Fora Mina Gerai Reumo: A crecente robotização do proceo, ante manuai, preenciada no dia atuai é devido ao avanço da eletrônica digital e da facilidade provinda da computação. Uma da ferramenta largamente utilizada para a implementação do proceo de automação, principalmente em dipoitivo de pequeno e médio porte, é o motor de pao. O projeto é compoto por dua parte. A primeira parte trata do deenvolvimento de um ambiente computacional que poibilita o entendimento para o acionamento do motor e, por coneqüência, o controle de poiçõe e de rotação. A egunda parte é compota por um motor de pao unipolar e dipoitivo eletrônico neceário para o funcionamento do memo.a interação entre oftware e hardware é feita atravé da porta paralela do computadore Ete projeto tem por objetivo auxiliar o aluno em engenharia elétrica no entendimento do acionamento dee tipo de motore, aim como, fornecer conhecimento báico obre eletrônica digital e ua aplicaçõe. Atravé de gráfico, o uuário poderá viualizar a diferente lógica de controle. O oftware projetado foi deenvolvido em Borland Delphi e é batante flexível na regulagem do parâmetro e ua utilização não requer conhecimento na área de programação ou nível avançado em computação. Palavra-chave: Automação, Eletrônica digital, Enino de engenharia, Motor de pao, Software. 1. INTRODUÇÃO O motor de pao é um trandutor que converte energia elétrica em energia mecânica como qualquer outro motor elétrico. A diferença báica é que o motor de pao é alimentado com inai digitai, o que proporciona muita vantagen obre o demai motore elétrico. Um motor de corrente contínua quando é alimentado, gira num memo entido e com rotação contante, ou eja, para que ete motore funcionem, é neceário apena etabelecer ua alimentação. Com o auxilio de circuito externo de controle, ete motore de corrente contínua poderão inverter o entido de rotação ou variar ua velocidade. Para que um motor de pao funcione, é neceário que ua alimentação eja feita de forma eqüencial e repetida. Não bata apena ligar o fio do motor de pao a uma fonte de energia e im ligá-lo a um circuito que execute a eqüência de pulo requerida pelo motor, o que poibilita o delocamento por pao, onde pao é o menor delocamento angular. Mover o motor pao-a-pao ignifica o eguinte: e um determinado motor de pao pouir quatro pao, ito ignifica que cada volta do eixo do motor é dividida quatro veze, ou eja, cada pao correponde a 90 grau. Exitem motore cujo pao é 0,9 grau.

2 O motore de pao podem er bipolare, que requerem fonte de alimentação imétrica, ou unipolare, que requerem fonte de alimentação convencional. O projeto foi deenvolvido utilizando-e um motor de pao unipolar de imã permanente. O motore de pao unipolare ão facilmente reconhecido pela derivação central em cada um do enrolamento. O número de fae é dua veze o número de bobina, uma vez que cada bobina e encontra dividida em dua. A Figura 1 a eguir motra um circuito repreentativo de um motor unipolar. Figura 1 Motor unipolar A derivação central, repreentado pelo número 1 e 2, é alimentada com uma tenão contínua e o fio retante irão receber a palavra digitai, eqüência binária de quatro bit, para que o motor entre em funcionamento. 2. METODOLOGIA PARA O ACIONAMENTO O acionamento do motore de pao neceita de uma lógica digital que crie a eqüência binária correta e a repita em loop temporizado para que ocorra a correta rotação do rotor. A lógica digital pode er criada utilizando-e circuito integrado como flip-flop meclado com porta and e porta or, ou utilizando-e microcontroladore pic. Como ee projeto foi deenvolvido para fin didático, a lógica digital foi criada via oftware. Obervando ainda a Figura 1, a corrente que flui da derivação central do enrolamento 1, que etá alimentado com tenão contínua de 12V, para o terminal a faz com que o pólo uperior do etator, na Figura 2, eja um pólo norte enquanto que o pólo inferior eja um pólo ul. Eta ituação provoca uma delocação do rotor para a poição indicada na Figura 2. Se for removida a alimentação do enrolamento 1 e for alimentado o enrolamento 2, o rotor irá delocar-e 90º, ou eja, um pao. Para obter uma rotação contínua do motor, o enrolamento do motor deverão er alimentado alternadamente. Aumindo que o valor lógico 1 ignifica fazer paar a corrente num do enrolamento, a eguinte eqüência, apreentada na Tabela 1, produzirá um delocamento de quatro pao (4 X 90= 360º). Figura 2 Acionamento do motor em pao completo Bit 1a 2a 1b 2b

3 p a o Tabela 1 Acionamento em pao completo A Tabela 1 repreenta uma da técnica exitente para o acionamento do motore. O pao completo, ou full-tep, é a técnica mai imple. No projeto foram implementada mai dua técnica, a de acionamento diagonal e o acionamento de meio pao. O acionamento diagonal é uma etratégia de comando em que o torque produzido é 1,5 veze maior que o torque produzido pelo acionamento em pao completo. Nete tipo de atuação o enrolamento ão acionado em imultâneo para cada pao. Sua devantagem é um conumo dua veze uperior ao da etratégia anterior. Eta etratégia de comando encontra-e exemplificada na Tabela 2. Figura 2 Acionamento do motor em diagonal p a o Bit 1a 2a 1b 2b Tabela 2 Acionamento em diagonal O outro tipo de acionamento poível conite em alimentar, alternadamente, um e doi enrolamento, permitindo dete modo avançar meio pao de cada vez. Ete tipo de atuação é denominado de meio-pao, ou half-tep. Nete tipo de acionamento é duplicado o número de pao para completar uma revolução. Na realidade paamo a delocar o rotor 45º por pao. A Tabela 3 exemplifica ee tipo de acionamento. A vantagem dee método de atuação em relação ao demai é o fator do motor pouir um maior torque, porém, ua velocidade de rotação é reduzida conideravelmente. O controle da velocidade de rotação do motore de pao etá diretamente relacionado com a freqüência na qual a bobina e alternam, ou eja, quanto menor o tempo de energização da bobina mai rapidamente o rotor irá e delocar para a poição deejada. Todavia, e ea freqüência for muito pequena, excedendo um limite caracterítico de cada motor, o memo não irá reponder adequadamente ao comando enviado. 3. O AMBIENTE COMPUTACIONAL

4 O oftware deenvolvido apreenta uma interface clara e amigável, na qual o uuário poderá viualizar o comportamento do motor em funcionamento e compreender a lógica digital que implica no eu acionamento, conforme motrado na Figura 3. O eguinte parâmetro poderão er alterado pelo uuário: Tipo de pao: nete item o uuário irá ecolher entre o trê tipo de acionamento motrado na eção 2. O tipo1 refere-e ao acionamento em pao completo, o tipo2 refere-e ao acionamento em diagonal e o tipo3 refere-e ao acionamento em meio pao. Velocidade: variando a barra para a direita ou para a equerda o rotor irá variar ua velocidade. Controle: poderá er optado entre manual e automático. No controle manual o uuário irá acionar o motor pao a pao preionando o botão play repetidamente. No controle automático o programa irá repetir eqüencialmente a lógica de pao ecolhida. Tela do Figura 3 principal ambiente computacional Quando o botão play for acionado a imagem no canto uperior equerdo, motrada na Figura 3, movimenta-e de acordo com o tipo de pao ecolhido, orientando o uuário na compreenão do método ecolhido. Ao efetuar uma mudança em qualquer parâmetro, o programa retorna para o uuário em tempo real um diagrama de temporização equivalente a lógica que etá endo utilizada para o acionamento do motor de pao, além do número correpondente em binário, conforme motrado na Figura 4.

5 Diagrama de temporização Figura 4 O diagrama de temporização motrado na Figura 4 é uma repreentação do nívei de tenão na bobina. Podemo obervar que o tipo de pao elecionado foi o acionamento em diagonal, etando a bobina doi e trê energizada, ignificando o envio da palavra binária 0110 para o motor. 4. HARDWARE DESENVOLVIDO O ambiente computacional foi deenvolvido para fin didático e por i ó já deempenha o papel de auxiliar o aluno de engenharia elétrica, contudo, interagindo com o oftware foi criado também um hardware compoto por um motor de pao unipolar e dipoitivo eletrônico capaze de fazer a amplificação do inal gerado pela porta paralela do microcomputadore. O intuito de eu deenvolvimento é aplicar o conhecimento adquirido com o oftware, ou em ala de aula. Interfaceamento entre o computador e o motor de pao Figura 5

6 5. CONCLUSÃO O trabalho apreentou um ambiente didático para o etudo e aprendizado da metodologia aplicada para o acionamento e controle do motore de pao. O reultado motraram que o memo é de fácil utilização poibilitando aociar o divero parâmetro exitente no itema à caracterítica da repota final. A programação orientada a objeto permite uma interação fácil e batante intuitiva com o uuário, implificando o entendimento memo para aquele aluno que etão tendo o primeiro contato com a diciplina. O trabalho deenvolvido poibilita não ó que o aluno analiem, conceitualmente, a etrutura de acionamento do motore de pao, com a imulação de uma erie de ituaçõe poívei, bem como poam efetuar, na prática, eta conexão e efetuar o enaio imulado em um motor real, aociando a teoria a prática. Agradecimento Ao Programa Epecial de Treinamento PET/SESu/UFJF Engenharia Elétrica A meu tutor e profeor, Francico J. Gome, por toda a ua orientaçõe. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS WIDMER, N. S. e TOCCI, R. J. Sitema Digitai Princípio e Aplicaçõe. 8 ed. New Jerey: Prentice Hall, MALVINO, A. P. Eletrônica. São Paulo: McGraw-Hill, SOKOLOFF, L. and GAYAKWAD, R. Analog and Digital Control Sytem, New Jerey: Prentice Hall, COMPUTATIONAL ENVIRONMENT FOR STUDIES ABOUT THE STEPPER MOTOR ACTION Abtract: The increaing robotization of the procee - which were formely manual - oberved thee day i due to the advance of digital electronic and of the eaine provided by computing. One of the tool largely ued for the implementation of the procee of automation, mainly in mall and medium ize device, i the tepper motor. The project conit of two part. The firt part deal with the development of a computational environment which enable the perception of the tepper motor functioning and, conequently, the control of poition and rotation. The econd part conit of a unipolar tepper motor and the electronic device neceary for it functioning. The interaction of oftware and hardware i made through the parallel port of the computer. The objective of thi project i to aid the electrical engineering tudent in the undertanding of the functioning of thee type of engine, a well a provide baic knowledge about digital electronic and it application. Through graphic, the uer i able to viualize the different logic of control. The oftware projected wa developed with Borland Delphi and it i quite veratile on regulating the parameter and it ue doe not require advanced level of computation or programming knowledge. Key-word: Automation, Digital electronic, Engineering intruction, Software, Stepper motor.