Mot pap

MOTORES PASO A PASO
(MPaP)
Ing. NORBERTO NOVOA TORRES
Bogotá D.C., Julio/2010

30/01/15 Ing. Norberto Novoa Torres 2
Motores Paso a Paso (MPaP)
 Definición
 Características
 Partes
 Descripción
 Especificaciones
 Funcionamiento
 Secuencias para control de
Unipolares
 Control
 Tipos de steppers
 Conexión de las bobinas
 Control de steppers
 Circuitos de drivers
prácticos
 Drivers para el control: el
ULN2003
 Circuitos de drivers
comerciales: L298
 Drivers
 Indexer o controlador
 Circuito controlador + driver
 Bibliografía
 Programas

MPaP (Stepper Motors): Definición
 Conversor electromecánico, que transforma la
energía eléctrica en mecánica; pero de un modo
tan peculiar que constituye en la actualidad una
categoría aparte.
 Motores en los que podemos controlar el
desplazamiento y la velocidad del rotor en
función de tensiones que se aplican a las
bobinas. Por lo que podemos conseguir control
del desplazamiento adelante, atrás y determinado
numero de pasos por vuelta.

Características
 Realiza desplazamientos angulares lo suficientemente
precisos, dependiendo el ángulo de paso (o resolución
angular) del tipo de motor. Ideales para la construcción de
mecanismos en donde se requieren movimientos muy
precisos.
 El paso es de: [1.8°.. 90°], ed. [200..4] pasos , para
completar un giro completo de 360°.
 Se puede mover un paso a la vez por cada pulso que se le
aplique.
 Habilidad de poder quedar enclavados en una posición, si
una o más de sus bobinas está energizada, o bien
totalmente libres, si no circula corriente por ninguna de sus
bobinas.
 Enfasis MPaP del tipo de imán permanente, los más usados
en robótica.

Partes
 Dos partes principales: un rotor sobre el que van
aplicados distintos imanes permanentes y por un
cierto número de bobinas excitadoras formando parte
del estator(es).
 Toda la conmutación (o excitación de las bobinas)
debe ser externamente manejada por un controlador.
 El funcionamiento de un MPaP clásicamente siempre
se ha comparado a un motor síncrono: un campo
magnético rotativo, controlado aquí por un dispositivo
electrónico, pone en funcionamiento al rotor.

Descripción
 Similares a los motores de corriente
continua.
 Diferencia principal: se usan más para
posicionamiento electromecánico.
 Otras diferencias:
 La conmutación de polos es
externa;
 Nº polos grande, paso pequeño
->precisión en movimientos
 Nº de polos variable (relacionado
con nº pasos necesario para
completar una vuelta)
Rotor y Estator de 4 Bobinas

Especificaciones
 Tensión de operación
 Resistencia de los arrollamientos
 Nº de pasos por revolución (o ángulo
de cada paso)
 Torque o cupla disponible
 Velocidad máxima de operación
 Otros: peso, cte. máxima/bobina, etc.
Resolución: número de pasos
para completar una vuelta (mayor
cantidad de pasos, mayor
resolución).
23LNC355 MPaP Bipolar de 200 pasos (1,8º) Alimentación 5V 2A
Dimensiones 55x55x50mm eje de 30x6mm

Funcionamiento
2 rodillos excitados: posición estable,
S y N, N y S enfrentados.
1 rodillo excitado: posición estable, N
y S enfrentados. El rotor giró ½ paso.
2 rodillos excitados: posición estable
(similar a la inicial). El rotor giró 1
paso.

Secuencias para control de
Unipolares
 Todas las secuencias comienzan nuevamente por
el paso 1 una vez alcanzado el paso final (4 u 8).
Para revertir el sentido de giro, simplemente se
deben ejecutar las secuencias en modo inverso.

Secuencia Normal

Funcionamiento Secuencia Normal
 Es la secuencia más
usada y la que
generalmente
recomienda el
fabricante. Con esta
secuencia el motor
avanza un paso por vez
y debido a que siempre
hay al menos dos
bobinas activadas, se
obtiene un alto torque
de paso y de retención.

Secuencia Wave Drive

Funcionamiento Secuencia Wave
Drive
 Activa solo una bobina a la
vez. En algunos motores
esto brinda un
funcionamiento mas suave.
La contrapartida es que al
estar solo una bobina
activada, el torque de paso
y retención es menor.

Secuencia Medio Paso

Funcionamiento Secuencia Medio
Paso
 En esta secuencia se
activan las bobinas de tal
forma que brindan un
movimiento igual a la
mitad del paso real. Para
ello se activan primero 2
bobinas y luego solo 1 y
así sucesivamente. Como
vemos en el graf., la
secuencia completa
consta de 8 movimientos
en lugar de 4.

Control
 Secuencia de accionamiento 2-
2 (2 rodillos consecutivos
siempre activos).
 Cada fase de esta secuencia
avanza el stepper un paso.
 Recorriendo la secuencia
inversa, gira al revés.

Control
 Secuencia de accionamiento1-2 (alternativamente 1 y 2
arrollamientos energizados).
 Cada fase avanza el stepper ½ paso.

Tipos de steppers
 Existen 3 tipos básicos:
 De reluctancia variable
 De imán permanente
 Híbridos
 Se diferencian por el tipo de construcción (uso o no de
imanes permanentes en el rotor y estatores de acero
laminado).

Tipos de steppers
 No usa imanes
permanentes en el
rotor
 Por eso, se mueve
libremente al girarlo
 Uso: aplicaciones no
industriales que
requieren poco
torque
Motor de reluctancia variable
Motor de 15 grados por paso

Tipos de steppers
 Usualmente tienen 3 (a veces 4) bobinados, con un retorno común.
 El stepper de la figura tiene 4 “dientes” en el rotor y 6 polos en el estator.
Motor de reluctancia variable

Tipos de steppers
 El rotor está compuesto por
varios polos (imanes
permanentes).
 El rotor no tiene “dientes”
 Tienen baja velocidad y
bajo torque.
 Bajo costo.
 Ideales para aplicaciones no
industriales (por ej. impre-
soras, scanners, disketeras).
Motor de imán permanente
Motor de 90º por paso con 4 fases (A-D)

Tipos de steppers
 Combina las mejores
características de los
anteriores.
 Tienen muchos polos en el
rotor (p.ej. 200).
 Tienen altas resoluciones
(hasta < 1º).
 Tienen gran torque.
 Son más caros.
 Ideales para aplicaciones
industriales (p.ej. robots).
Motor híbrido

Tipos de steppers
 Tienen 5 o 6
terminales, con una
derivación en el
centro de cada
bobina.
 Los puntos
medios(1 y 2) se
conectan a c.c. y
los terminales (a y
b) a masa
alternativamente.
Motores unipolares
• El rotor de la figura es un magneto de 6 polos.
• Cada arrollamiento o bobina está distribuido
entre 2 polos en el estator.

Conexión de las bobinas

Tipos de steppers
 Similares a unipolares
pero sin derivación
central en las bobinas.
 Es más simple que
unipolares, pero el
driver es más
complejo.
 Requiere un “puente
H” para alimentar cada
bobina con ambas
polaridades.
Motores bipolares

Control de steppers
Una unidad de control (no representada) provee las señales necesarias para
abrir y cerrar las llaves con la secuencia apropiada para posicionar el motor o
hacerlo girar. Puede ser una computadora con soft adecuado.
Circuito de control para un
stepper de reluctancia variable
• Se requiere una llave por
cada bobina (transistor).
• Como las cargas son
inductivas, hay que agregar
diodos de “damping” en
paralelo para proteger los
transistores.

Control de steppers
Como en el caso anterior, cada
cuadro representa una llave
electrónica.
Circuito de control para
steppers unipolares e híbridos
Como la corriente circula en 2
sentidos por cada semibobina,
se requieren 2 diodos por cada
una.

Control de steppers
Circuito de control para
steppers bipolares: puente H
En este tipo de circuitos hay que
ser cuidadoso con el control para
no cortocircuitar la fuente! (p.ej.
al cerrar A y B simultáneamente).
Para evitar cortocircuitar la fuente:

Circuitos de drivers prácticos
•Cada llave es compatible con una
entrada TTL.
•Los 5 V para la lógica, incluyendo la
del driver open collector 7407 debe
estar bien regulada.
•El SK3180 es un Darlington con
ganancia de corriente = 1000.
•El IRL540 puede manejar hasta 20 A,
soportando tensiones inversas de
hasta 100 V.
Para motores unipolares y de
reluctancia variable.
El ULN2003, circuito comercial con 7 transistores
Darlington con entradas compatibles con TTL,
c/u protegido con 2 diodos ( protegen contra
tensiones inversas y picos inductivos).

Drivers para el control: el ULN2003
Corriente máxima: 500 mA (sólo se muestran 4 de los 7 transistores).
Incluye los diodos de “damping” para proteger al transistor de la cte.
inversa cuando se desconecta la carga inductiva

Circuitos de drivers prácticos
Para motores bipolares y puentes H
• Las entradas X e Y pueden
controlarse con drivers TTL
open collector.
• Conocidos como puente H.
• Para energizar la bobina, sólo
con X alto e Y bajo o viceversa.
Para cargas y tensiones pequeñas puede
usarse un tri-state TTL tipo LS244 como
semipuente.

Circuitos de drivers comerciales
Circuito “puente H” comercial
• El L293 contiene 2 puentes
H (puente H dual).
• La versión L293D es igual
pero incluye los diodos de
protección.
• Permiten manejar steppers
bipolares de hasta 1 A por
bobina y 36 V.

Circuitos de drivers comerciales: L298
Para cargas mayores (hasta 2 A) puede
usarse el L298, también puente H dual.

Circuitos de drivers comerciales: L298
Para corrientes mayores (4 A)
pueden conectarse ambos
puentes en paralelo:

Drivers
 El driver recibe los pulsos de bajo nivel desde el sistema de
control (indexer), generando los pasos para mover el motor.
 La velocidad y torque depende del flujo de corriente a las
bobinas, que está limitada por la inductancia.
 Para reducir este efecto, muchos drivers trabajan con mayores
tensiones que las del motor.

Indexer o controlador
 Provee la cantidad de pasos y dirección de giro al driver.
 A veces incluye otros parámetros como aceleración,
desaceleración, pasos por segundo.
 Los basados en microprocesador pueden funcionar stand-alone
o controlados por una computadora vía RS232. En nuestro
ejemplo se hace por el pto. paralelo.

Circuito controlador + driver
Mediante
el L297 se
generan
las
señales
necesarias
(paso o
semipaso,
cantidad
de pasos,
dirección,
etc.).

Bibliografía
 http://eya.swin.net/
 www.todorobot.com.ar/proyectos/
 WWW.MICROPIC.ARRAKIS.COM

Videos circuitos
 http://www.youtube.com/watch?v=cQPMOP9b720&NR=1
 http://www.youtube.com/watch?v=ERkepZb34js
 http://www.youtube.com/watch?v=uz-N23OMwEE
 http://www.youtube.com/watch?v=8kVmHMxQNbs comp Log

Videos robots
 http://www.youtube.com/watch?v=p6u5-cqAsm0&feature=player_embedded
 http://www.youtube.com/watch?v=idI2z2DlJDM&NR=1&feature=fvwp
 http://www.youtube.com/watch?v=idI2z2DlJDM&feature=fvw
 http://www.youtube.com/watch?v=eeX1-TZj6ZA&feature=channel
 http://www.youtube.com/watch?v=opZxlUggY_I&feature=related
 http://blog.bricogeek.com/noticias/robotica/video-construccion-de-un-brazo-
robotico/#more

Programa ;MOTOR BIPOLAR
 LIST P=16F84
 LIST C=132
 PB_TB EQU 0X06 ;PUERTA B y TRIS B
 PA_TA EQU 0X05 ;PUERTA A Y TRIS A
 ESTADO EQU 0X03 ;DIRECCION DE ESTADO
 TMR0_OPT EQU 0X01 ;REGISTRO DE OPTION
 INTCON EQU 0X0B ;REGISTRO DE INTERRUPCIONES
 DELAY1 EQU 0X0D ;VALOR DEL RETRASO1
 DELAY2 EQU 0X0C ;VALOR DEL RETRASO2

 ORG 0X00
 GOTO INICIO
 ORG 0X05

 INICIO BSF ESTADO,5 ;VOY AL BANCO 1
 MOVLW 0X07 ;OPTION = 00000111
 MOVWF TMR0_OPT
 MOVLW 0X00 ;PONEMOS A 00000000 INTCON
 MOVWF INTCON ;SIN INTERRUPCION (ver notas de programa)
 MOVLW 0X00 ;CARGAMOS LA PUERTA B DE SALIDA
 MOVWF PB_TB ;PUERTA B = 00000000
 MOVLW 0X1F ;PUERTA A = 00011111
 MOVWF PA_TA ;CARGAMOS LA PUERTA A COMO ENTRADA
 BCF ESTADO,5
 CLRF PA_TA ;LIMPIAMOS PUERTA A
 CLRF PB_TB ;LIMPIAMOS PUERTA

Programa PRINC CLRF PB_TB
 BTFSC PA_TA,0 ;INTERRUPTOR
 GOTO HORARIO
 BTFSC PA_TA,1 ;INTERRUPTOR
 GOTO AHORARIO
 GOTO PRINC ;VUELTA A RUTINA
 PARADO MOVLW 0X00
 MOVWF PB_TB
 CALL PAUSA
 GOTO PRINC

 HORARIO BTFSC PA_TA,1 ;CARGO RUTINA DE PARADO POR CONDICIÓN DE SEÑAL ALTO-ALTO
 GOTO PARADO
 MOVLW 0X0D ;NO CUMPLE ANTERIOR CONDICION, CARGO MOVIMIENTO
HORARIO
 MOVWF PB_TB
 CALL PAUSA ;RETRASO
 MOVLW 0X0F
 MOVWF PB_TB
 MOVLW 0X07
 MOVWF PB_TB
 MOVLW 0X05
 MOVWF PB_TB

Programa
 BTFSC PA_TA,1 ;REPITO VIGILANCIA DE INTERRUPTOR DE PARADO
 GOTO PARADO
 BTFSC PA_TA,0 ;COMPRUEBO SI INTERRUPTOR HORARIO CUMPLE
 GOTO HORARIO
 GOTO PRINC ;VUELVE A RUTINA PRINCIPAL
 AHORARIO BTFSC PA_TA,0 ;COMPRUEBO CONDICION DE PARADO POR ALTO-ALTO
 GOTO PARADO
 MOVLW 0X05 ;BINARIO 00001101
 MOVWF PB_TB
 MOVLW 0X07 ;BINARIO 00000101
 MOVWF PB_TB
 MOVLW 0X0F ;BINARIO 00000111
 MOVWF PB_TB
 MOVLW 0X0D ;BINARIO 00001111
 MOVWF PB_TB
 BTFSC PA_TA,0 ;COMPRUEBO INTERRUPTOR POR SI CUMPLE CONDICION ALTO-ALTO
 GOTO PARADO
 BTFSC PA_TA,1 ;COMPRUEBO SI INTERRUPTOR AHORARIO CUMPLE
 GOTO AHORARIO
 GOTO PRINC ;VUYELVE A RUTINA PRINCIPAL

Programa
 PAUSA MOVLW 0X06 ;SE PUEDE REDUCIR ESTABA 0X06 A 4 PERO AL
RATO EMPIEZA A FALLAR
 MOVWF DELAY1
 PAUSA2 MOVLW 0XFF
 MOVWF DELAY2
 PAUSA1 DECFSZ DELAY2,1
 GOTO PAUSA1
 DECFSZ DELAY1,1
 GOTO PAUSA2
 RETURN
 END

Programa
'******************************************************************
****** '* Programa para prueba de funcionamiento de
motor paso a paso * '* unipolar de 4 fases con interfaz
para puerto paralelo * '* * '* Conexiones: * '* NEGRO
------------ Vdd * '* AMARILLO --------- HP0 * '* ROJO
------------- HP1 * '* Azul ------------- HP2 * '* MARRON
----------- HP3 * '* * '* Pulsador Izquierda ----- Input 0 * '*
Pulsador Derecha ------- Input 1 * '* * '* NOTA: Input 2 y
3 se deben conectar directo a GND * '* Se debe poner
una resistencia de 2,2K a Vcc(5v) * '* desde Input 0 e
Input 1 para hacer de Pull-Up * '* *

Programa
OUT 888, 0 'inicilizo el puerto CLS PRINT PRINT PRINT "Presione
el pulsador correspondiente" PRINT PRINT PRINT PRINT
PRINT "Presione cualquier tecla para salir" DIM status(4)
status(1) = 3 'inicializo variables para los pasos status(2) = 6
status(3) = 12 status(4) = 9 paso = 1 inicio: IF INKEY$ = ""
THEN GOTO sigue OUT 888, 0 'si preciono una tecla END 'paro
el motor y salgo sigue: FOR z = 1 TO 100000 'delay NEXT z
botones = INP(889) SELECT CASE botones CASE 152 GOTO
inicio 'si no hay pulsadores presionados CASE 144 'boton
derecha presionado IF paso = 1 THEN paso = 4 ELSE paso =
paso - 1 END IF OUT 888, status(paso) GOTO inicio CASE 136
'boton izquierda presionado IF paso = 4 THEN paso = 1 ELSE
paso = paso + 1 END IF OUT 888, status(paso) GOTO inicio
CASE 128 'ambos botones presionados GOTO inicio 'lo dejo
como esta CASE ELSE GOTO inicio END SELECT GOTO inicio
'vuelvo para empezar a la izq.

Mot pap

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (19)

Destacado

Destacado (9)

Similar a Mot pap

Similar a Mot pap (20)

Último

Último (20)

Mot pap