Em seu Application Report SPRAAU7, a Texas Instruments (www.ti.com) descreve a implementação de um algoritmo para um controle de passo de duas fases usando o DSC (Digital Signal Controller) TMS320F2808.
O código em linguagem C poderá ser utilizado com outros membros da plataforma DSC C2000. No site www-s.ti.com/sc/techlit/spraau7.zip pode ser obtido o código fonte para esta aplicação.
Neste artigo resumimos o Application Report da Texas Instruments, dando os principais elementos para que o leitor avalie esta aplicação. Evidentemente, no site da empresa, o documento pode ser baixado em sua totalidade para a obtenção de todas as informações desejadas.
Os motores de passo híbridos são usados numa grande variedade de equipamentos que possuam posições controladas como plotters, CNCs, impressoras, robôs, etc. No entanto, nas aplicações de alta precisão, um esquema de micropasso é necessário para se obter uma rotação precisa do motor.
Duas vantagens principais devem ser ressaltadas neste esquema. Uma delas é a redução da ressonância e o movimento suave com um ripple de torque muito pequeno. No documento da Texas Instruments, o sistema de micropasso com passo fracional configurável é implementado usando um DSC de ponto fixo TMS320F2808.
O ângulo discreto para comandos de forma de onda discreta senoidal é gerado pelo módulo Zero Holde Order (ZOH). As correntes do motor são controladas usando uma técnica unipolar de modulação de largura de pulso (PWM). Para esta finalidade um circuito de ponto H originalmente usado para alimentar um motor híbrido de duas fases é empregado, conforme mostrado na figura 1.
Cada enrolamento de fase é conectado a um circuito de ponto H, assim são empregados quatro dispositivos comutadores para cada ponto, controlados de forma independente de modo a gerar a forma de onda necessária a excitação de cada enrolamento. A maior vantagem desta topologia de circuito é a geração independente das tensões bipolares entre as duas fases. Nas aplicações de baixo custo e pequena precisão, o esquema convencional de meio passo ou passo completo é selecionado para implementação, sem a técnica de controle PWM. No entanto, nos sistemas de alta performance, o micropasso deve ser empregado para se obter um controle preciso da corrente de fase do motor.
Esquema de Micropasso com Corrente Controlada
Na figura 2 temos o sistema geral de um drive de micropasso usando o DSC TMS320F2808.
O drive bipolar é bem conhecido pela sua vantagem de um torque de 20 a 30% maior quando comparado com o drive unipolar. No sistema, as correntes de pico do motor de duas fases são controladas por um controlador PI. No documento original pode-se ver o procedimento de cálculo para esta corrente.
Uma vez que as tensões de comando são computadas, o ciclo ativo de cada dispositivo comutador da ponte H é determinada utilizando-se a técnica de PWM unipolar. Baseado nesta técnica, as tensões de comando são comparadas com um sinal triangular com uma frequência fixa de comutação. A principal técnica da técnica unipolar PWM é a redução das correntes de ripple devido às tensões de saída da frequência dupla de comutação.
Resultados Experimentais
Na figura 3 temos uma foto do sistema. Neste sistema, a frequência de comutação está fixada de 10 kHz. Esta também é a frequência da rotina de serviço de interrupção (ISR) onde os algoritmos gerais do sistema são executados.
Além disso, duas correntes medidas são amostradas nesta frequência utilizando-se o ADC de 12 bits on-chip do DSC. O DSC é configurado para gerar 1 us de tempo morto para os dispositivos superior e inferior de comutação. O motor de passo de duas fases é especificado para 3 A com passos 1,8º.
O Code Composer Studio V3.1 é usado como ferramenta de desenvolvimento do DSP e é capaz de plotar gráficos de quaisquer variáveis no código durante o tempo de funcionamento. No documento da Texas podem ser vistas as telas para os gráficos obtidos e também o fluxograma para a implementação deste projeto.
Conclusão
A técnica de micropasso permite um movimento suave do motor numa fração de passo do ângulo completo de passo. Nesta aplicação vimos a implementação digital de um drive para este tipo de motor usando o DSC TMS320F2808. O conversor para duas pontes H é projetado para excitar um motor de duas fases e o passo pode ser ajustado/configurado usando o bloco ZOH. O movimento do rotor pode ser encontrado com uma resolução de 1/100 de passo.
