Устройство для управления шаговым двигателем

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ с электрическим дроблением шага, содержащее распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого , подключенньй к источнику постоянного тока, образован двумя ключами , основным датчиком тока, включенным между г горым ключом и общей шиной источника питания, встречным диодом, связывающим с одним из выводов фазы двигателя, основным релейным элементом с входом задания тока, соединенным выходом с входом первого ключа через первый элемент И, связанный вторым входом с вьтходом распределителя и одним входом второго элемента И, подключенного выходом к входу второго ключа, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности отработки шага и надежности, каждый канал усилителя мощности снабжен датчиком опорного напряжения, дополнительным релейным элементом, двумя, суммирующими усилителями, аналоговым переключателем , инвертором и дополнительным датчиком тока, включенным между облцей шиной источника питания и встречным диодом и подключенным выходом к сигнальному входу аналогового переключателя, соединенного управляющим входом с выходом инвертора , а выходом - с инвертирующим (Л входом первого суммирующего усилителя , неинвертирующий вход которого подключен к выходу основного датчика тока, а выход - к второму входу основного релейного элемента,и второму входу дополнительного релейного элемента, соединенного вьгхосо дом с другим входом второго эле00 мента И и входом инвертора, а первым входом - с выходом второго сумми;о со рующего усилителя, подключенного входом к входу задатчика тока основного релейного элемента и выходу датчика опорного напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1098099

З(51) Н 02 Р 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИФ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3552006/24-07 (22). 17.02.83 (46) 15.06.84. Бюл. Ф 22 (72) В.П. Рубцов, Ю.З. Рожанский, А.Н. Барков и В.Н. Барков (53) 621 313.13-133.3 †5(088.8) (56) !. Луценко В.Е., Рубцов В.П °

Электропривод с шаговыми двигателями. Итоги науки и техники. — Сер.

"Электропривод и автоматизация промьппленных. установок". Т. 6, И., 1976, с. 58-,59.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 936341, кл. Н 02 P 8/00, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ с электрическим дроблением шага, содержащее распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого, подключенный к источнику постоянного тока, образован двумя ключами, основным датчиком тока, включенным между -. ãoðbì ключом и общей шиной источника питания, встречным диодом, связывающим с одним из выводов фазы двигателя, основным релейным элементом с входом задания тока, соединенным выходом с входом первого ключа через первый элемент И, связанный вторым входом с выходом распределителя и одним входом второго элемента И, подключенного выходом к входу второго ключа, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности отработки шага и надежности, каждый канал усилителя мощности снабжен датчиком опорного напряжения, дополнительным релейным элементом, двумя. суммирующими усилителями, аналоговым переключателем, инвертором и дополнительным датчиком тока, включенным между общей шиной источника питания и встречным диодом и подключенным выходом к сигнальному входу аналогового переключателя, соединенного управляющим входом с выходом инвертора, а выходом — с инвертирующим входом первого суммирующего усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к выходу основного датчика тока, а выход — к второму входу основного релейного элемента.и второму входу- дополнительного релейного элемента, соединенного выходом с другим входом второго элемента И и входом инвертора, а первым входом — с выходом второго суммирующего усилителя, подключенного входом к входу задатчика тока основного релейного элемента и выходу датчика опорного напряжения. (I 98099

АзабретeBèE г"T ocHTcß к зчектрстехнике и мажет сыть использаванз для упраB.llåíêÿ шаговыми днигателями с электрическим дроолением шага в системах числового праграммнога уп- 5 равления металларежущими станками, каардин=lòoãpàôèè и т,д, Известно устройство для управления шяганьгм двигателем. сОдEpKRHlее

6" распределитель многоканальный уси-литель мощности, регуляторы напря-жения и преобразователи код — аналог, изменяющие устанки на входах аег" лятарон напряжения (1 )-.

HBUQcTBTKBMH этаг0 УстРаис гна RB 4 ля отся низкая точность дробления шага и неудовлетворительное качес" на движения н области низких частот,, обусловленные отсутствием форсиро-. вания процессов спадания тока при формировании ступенчато-синусаидальной кривой фазнаго тока: с

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является у тройстна для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага,. содержащее распределитель

РаiлульсОВ и многоканальный усили " тель мощности, каждый канал которого

i;oдклю-: -.Ный к источнику постоянного

:.,: а !Gaa=,OBàB двумя ключами, датчи

;0", ака, включенным между BTophlii клю 0, i ":"". а бщеи шинаи источника пита""

:-,:.I:E÷íûIl диодом, связь|нающим пс c I"Eднюю с oеггг. лм из выводов фазы двигатегя,. и релейным элементам с в.-;адам =,àäàíèÿ така, соединенньгм выходом с входом первого ключа через .И-ерный элемент И, связанный вторым входом с выходам распределителя и н;адам второго элемента И, подклю-. ченного ньгхадом к входу второго ключа, 3та уcTpOHcTBo обеспечивает формирование симметричной кривой фазпагс:>-ака путем форсирования llpo

uecc0н падания токов н моменты времени, заданаемые импульсами управления (2 ).

Недостаткам известногс устройст-. ва яяпя - тся Bpеменной принцип QB раBBeпия., при котором заранее зада ется длительность импульса„ определяющего время спапания тока. Такое настроение устройства предопрелеля-ет необходимость настройки схемы пса, конкретный тип и даже экземпляр гга "QBcl льигателя. Кроме того, пар аглетн61 пвига теля з ависят от температуры его обмоток (фаз), которая н процессе работы изменяется в широких пределах, что вызывает искажение фазовых токов, снижает точность электрического дробления шага и ухудшает качество днижения привода, Целью изобретения является lloR6I шение точности отработки шага и надежнасти. указанная цель достигается тем, что в устройстве для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага, содержащем распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал каторога, подключенный к источнику пастояннага тока, образован двумя ключами, основным датчиком тока, включенным между вторым ключом и общей шиной источника питания, встречным диодом, связывающим последнюю с одним из выводов фазы двигателя,и основным релейным элементом с входом задания тока, соединенным выходом с входом первого ключа через первый элемент

И, связанный вторым входом с выходом распределителя и одним входом второго элемента И, подключенного выходом к входу второго ключа, каждый канал усилителя мощности снабжен датчиком опорного напряжения, дополнительным релейным элементом, двумя суммирующими усилителями, аналоговым переключателем, инвертором и дополнительным датчиком тока, включенным между общей шиной источника питания и встречным диодом и подключенным вьгходом к сигнальному входу аналогового переключателя, соединенного управляющим входом с ьыхадом инвертора, а выходом — с иннертирующим входом перного суммирующего усилителя, неинвертирующий нход которого подключен к ньгходу асноннага датчика тока, а выход — к второму входу основного релейного элемента и второму входу дополнительнога релейного элемента, соединенного выходом с другим входом второго элемента И и входом инвертора,а первым входом — с выходом второго суммирующего усилителя, подключенного входом к входу задания така основного релейного элемента и выходу датчика опорного напряжения.

Иа фиг. 1 приведена блок-схема устройства для одного канала усили1098099

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии сигнал LI, на выходе ра пределителя импульсов

10 (или другого узла, задающего требуемую диаграмму коммутации фаз шагового двигателя) и напряжение U> на входе задания тока равны нулю. В этом случае на выходах элементов

И 8 и 9 напряжения также равны нулю, ключи 1 и 2 закрыты и фаза 3 двигателя отключена от источника ггитания Lj . Напряжение на выходах релейных элементов (компараторов) 14 и 15 положительно (единичный уровень), когда напряжение на их первых входах больше, чем напряжение на втоSS

i теля мощности; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство(фиг. 1) содержит первый 1 и второй 2 ключи, соединенные последовательно с фазой 3 шагового двигателя и датчиком тока (резистором) 4 и подключенные к источнику постоянного тока LI. Фаза 3 связана с зажимами источника питания также IO встречными диодами 5 и 6. В цепь диода 6 включен дополнительный датчик тока (резистор) 7. На входах ключей 1 и 2 установлены элементы

И 8 и 9, вторые входы которых сое- 15 динены с выходом распределителя 10.

Вывод резистора 4, связанный с ключом 2, подключен к неинвертирующему входу суммирующего усилителя 11. Вывод резистора 7, соединенный со встречным диодом 6, подключен к сигнальному входу аналогового переключателя 12, управляющий вход которого соединен с выходом инвертора 13, а выход — с инвертирующим 25 входом усилителя 11. Выход усилителя

11 подключен к вторым входам основного 14 и дополнительного 15 релейных элементов (компараторов). Первый вход релейного элемента 15 подключен к выходу второго суммирующего усилителя 16, один из входов которого объединен с первым входом компаратора 14 и является входом задания тока, а второй связан с выходом датчика опорного напряжения 17. Выходы релейных элементов 14 и 15 соединены с первыми входами элементов И 8 и 9. Вход инвертора 13 подключен к выходу дополнительного ре- 4О лейного элемента 15. рых входах, и равно нулю в противном случае или при нулевых сигналах на обоих входах. Тогда в исходном состоянии на выходе основного компаратора 14 сигнал Ll,(ôèã. 1 и 2) отсут ствует, а на выходе дополнительного компаратора 15 имеется положительный уровень U, поскольку напряжение на

era первом входе определяется как

4 () где К вЂ” коэффициент передачи сум-. мирующего усилителя 16;

Ь(1 — напряжение на выходе датчика опорного напряжения 17;

0 — напряжение, задающее величину фазного тока,. и в исходном состоянии (при LI = О)

U = fc d! I >0

Выходной положительный сигнал компаратора 15 через инвертор 13 закрывает аналоговый переключатель

12. При поступлении положительного потенциала U с выхода распределителя 10 и одновременной подаче на вход задания тока устройства уставки 0, определяющей величину фазного тока, на выходе основного компаратора 14 появляется единичный уровень И (фиг. 2). Такой же уро— вень устанавливается на выходах элементов И 8 и 9 и ключи 1 и 2 открываются, подключая фазу 3 двигателя к источнику питания LI. Требуемая скорость нарастания фазного тока(требуемый коэффициент форсирования электромагнитных переходных процессов) обеспечивается соответствующим выбором напряжения питания U . .Падение напряжения О на резисторе 4, выполняющем функции датчика тока, поступает на неинвертирующий вход суммирующего усилителя 11. Напряжение на инвертирующем входе усилителя 11 при этом равно нулю, так как диод

6 закрыт и ток через пополнительный резистор 7 не протекает, а кроме того, закрыт аналоговый переключатель 12. поскольку на выхоле лополнительного компаратора 15 продолжает оставаться епиничный уровень. В этом случае выхопное напряжение усилителя 110 с бупет пропорционально напряжению Ц (фиг. 1) и фаэному току . @, В момент времени „ (фиг. 2) напряжение О постигает величины

LI =LI + — (! (гпе gLI, — зона неОс 3 2 2 2 чувствительности компаратора 14), t что соответствует равенству среднего значения фазного тока величине. заданной уставкой Ы, на выходе компаратора 14 устанавливается нулевое значение О2 (фиг.2),ключ 1 закрывается и фаэный ток,поддерживаемыт ЭДС самоиндукции фазы. продолжает протекать по цепи: фаза 3 — ключ 2 — резистор.

4 — резистор 7 — диод б. При этом скорость изменения (уменьшение) фазного тока буцет иного меньше скорости его нарастания. По мере уменьшения фазного тока уменьшается напряжение 0, и при достижении им

1 величины О с= U> -2 Д U> На выходе компаратора 14 появляется положи" тельный потенциал U., вновь открывающий ключ i, после чего описанные процессы повторяются,.

Таким образом, в схеме осуществляется импульсное поддержание фазного тока, определяемого уставкой

U . При ступенчатом увеличении за3 дающего напряжения U (фиг. 2) ис3 кажения, обусловленные запаздыванием процессов изменения тока, определяются величиной питающего напряжения LI, параметрами двигателя и соответствующим выбором U При этом может быть достигнута форма тока, искажения которой не превышают допустимых.

В процессе формирования восходящей ветви кривой фазного тока напряжение U = 0 + A U на первом входе дополнительного компаратора 15 остается большим, чем Оо, при этом его положительный выходной потенциал поддерживает открытое состояние ключа 2 и закрытое состояние аналогового переключателя 12, и падение напряжения на дополнительном резисторе 7 в паузах работы ключа i не поступает на вход усилителя 11.

При ступенчатом уменьшении (фиг. ?) U ) U u U p U =:U - - Ц Bbl ос ходные напряжения компараторов 14 и 15 становятся нулевыми, что приводит к запиранию ключей 1 и 2 и открыванию аналогового переключателя 1?. K фазе 3 прикладывается отрицательное напряжение U@ и происходит форсированное спадание тока в фазе (фиг. 2) по контуру: фаза 3 диод 5 — встречно включенный источник - — диод 6 — резистор 7.

Падение чапряжения на резисторе 7Ц, пропорциональное фазному току, поступает через открытый аналоговый переключатель 12 на инвертирующий вход усилителя 11, выходное напряжение которого Uot- вновь будет повторять фазный ток (соответствие

О фазному току устанавливается выбором сопротивления .резисторов

4 и 7 и коэффициентов передачи усилителя 11 по инвертирующему и неинвертирующему входам).

По иере уменьшения фазного тока и соответственно Uo положительное

ОС напряжение появляется сначапа на выходе компарато."а 15 (при 0

=0 + 5(. — — pU, где dU зона не3 чувствительности компаратора 15), ключ 2 в момент времени 1 (фиг. 2) открывается и ток продолжает спадать по контуру: фаза 3 — ключ 2 резистор 4 — резистор 7 — диод 6 (аналоговый переключатель 12 при этом закрывается и сигнал обратной связи по току снимается с резистора (при (10с

ЗО выходе компаратора 14, что приводит к открыванию ключа 1 и переходу уст-.

1ройства к поддержанию нового значения фазного тока, определяемому U2 (фиг. 2) .

Таким образом, введение в устройство описанных элементов и связей обеспечивает формирование симметричной кривой фазного тока путем непосредственного и непрерывного контроля за мгновенными значениями фазных токов двигателя. Устройство пригодно для управления шаговым двигателем с любым числом фаз при любой кратности дробления шага в разомкнутых и замкнутых щаговых электроприводах.

Технические преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключаются в его упрощении, повышении надежности и расши-рении функциональных возможностей, достигаемых эа счет исключения узлов, определяющих такт коммутации, моменты изменения задающих напряжений и формирующих импульсы требуемой длительности. Использование непрерывного контроля за мгновенным

/ значением фаэного тока обуславливает минимальные отклонения формы кривой фазного тока от формы эада1098099 8 ющих напряжений, что повьш ает точность электрического дробления шага и качество привода.

1098099

Составитель 3. Горник

Редактор .П. Повхан Техред И.Асталош

Корректор О. Тигор

Фипиал ПГ1П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3аказ 4221/45 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Устройство для управления шаговым двигателем Устройство для управления шаговым двигателем Устройство для управления шаговым двигателем Устройство для управления шаговым двигателем Устройство для управления шаговым двигателем Устройство для управления шаговым двигателем 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, к системам, содержащим электрические приводы с шаговыми двигателями, требующими точного позиционирования исполнительного механизма, например графопостроители, станки с программным управлением и т.д

Изобретение относится к области электротехники

Изобретение относится к управлению шаговыми двигатели

Изобретение относится к управлению электрическими машинами
Наверх