Устройство для управления @ -фазным шаговым двигателем

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ m -ФАЗНЬГМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ по авт. св. № 514410, отличающееся тем, что, с целью повышения равномерности движения шагового двигателя , в него введены преобразователь частота - аналог и интегрирующие элементы по числу преобразователей код - аналог, каждый из которых подключен сигнальным входом к выходу соответствующего преобразователя код - аналог, выходом к входу регулятора напряжения, а управляющим входом - к выходу преобразователя частота - аналог, соединенного свог ими входами с входами распределителя импульсов.

СОЮЗ СожТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<»SU<», ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 514410 (21) 3615825/24-07 (22) 07.07.83 (46) 23.09.84. Бюл. Ф 35 (72) И.К. Бронштейн, В.П. Рубцов, Б.Г. Букин, A.Ê. Лебедев, П.Л. Бари и А.Ц. Афанасьев (71) Государственный ордена Октябрьской Революции научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промьш)ленности и Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621.313.13-133.3:62-82(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 514410, кл. Н 02 P 7/62, 1974.

З(50 Н 02 P 7/62, Н 02 P 8/00 (54) (») УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

1т -ФАЗНЪИ ШАГОВЪП1 ЛВИГАТЕЛЕИ по ант. св. У 514410, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения равномерности движения ша гово го двигателя, в него введены преобраэователь частота — аналог и интегрирующие элементы по числу преобразователей код — аналог, каждый иэ которых подключен сигнальным входом к выходу соответствующего преобразователя код — аналог, выходом — к входу регулятора напряжения, а управляющим входом — к выходу преобраэователя частота — аналог, соединенного своими входами с входами распределителя импульсов.

1115194, Изобретение отласится к электротехнике, а именно к управлению шаговыми электродвигателями, и может быть использовано, например, в установках для вырашивания монокристаллов.

По основному авт. св. Н 514410 известно устройство для управления

hi-фазным шаговым двигателем с кратным дроблением шага, содержащее 10 распределитель импульсов, W -канальный усилитель мощности с регуляторами напряжения, изменяющими токи в фазах двигателя по сигналам преобразователей код — аналог, подключенных 15 входами к выходам распределителя, и преобразователь иив — тактиой системы импульсов в vn -тактную, связывающий входы усилителя с выходами распределителя, выполненного gm -так-20 тным (11 °

Недостатком указанного устройства является ступенчатый характер изменения токов в йазах шагового двигателя;, что не позволяет получить равномерное25 движение в области низких частот.

Целью изобретения является повышение равномерности движения шагового двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления ч— фазным шаговым двигателем с ч -кратным дроблением шага, содержащем распределитель импульсов, оч -канальный усилитель мощности с регуляторами напряжения, изменяющими таки в фазах

35 двигателя по сигналам преобразователей код — аналог, подключенных входами к выходам распределителя, и преобразовательищ -тактной системы

40 импульсов в 1И -тактную, связывающий входы усилителя с выходами распределителя, выполненного ю -тактным, введены преобразователь частота аналог и интегрирующие элементы по

45 числу преобразователей код †. аналог, каждый из которых поДключен сигнальным входом к выходу соответствующего преобразователя код — аналог, выходом †.к входу регулятора напряжения, а управляющим входом — к выходу пре50 образователя частота — аналог, соединенного своими входами с входами распределителя импульсов.

Такое выполнение устройства обес" 55 печивает формирование непрерывных, близких к синусоидальным, кривых фаэных токов, т.е. устраняет ступенчатый характер изменения токов и движения ротора двигателя.

На фиг. t приведена функциональная схема устройства применительно к четырехфаэному шаговому двигателю; на фиг. 2 — схема одного из вариантов выполнения преобразователя частота — аналог; на фиг. 3 временные диаграммы сигналов на основных элементах схемы, поясняющие работу устройства применительно к работе четырехфазного двигателя с коэффициентом дробления шага К = 4, Устройство, содержит шаговый двигатель 1, nw -тактный распределитель

2 импульсов, преобразователь ЗЮч тактного кода в и -тактный, усилитель

4 мощности, коммутирующий фазы шагового двигателя 1, регуляторы э и 6 напряжения, соединенные с выходами преобразователей код — аналог 7 через интегрирующие элементы 8.

Интегрирующий элемент 8 может быть выполнен, например, на полевом транзисторе 9, предпочтительнее с изолированным затвором, и конденса.торе 10.. Возможно построение интег рирующего элемента 8 на базе операционного усилителя, что, однако, несущественно. Каждый интегрирующий элемент 8 своим управляющим входом, которым является управляющий электрод (затвор) транзистора 9, подключен к выходу преобразователя 11 частота— аналог, соединенного своими входами с входами и H распределителя 2 импульсов, Преобразователь 11 частота — аналог может быть построен на аналоговых элементах, по схеме, приведенной на фиг. 2, или на дискретных элементах, что также не является существенным.

Простейший преобразователь частота аналог (фиг. 2) может включать в себя элемент ИЛИ 12, формирователь 13 импульсов и интегрирующую RC-цепь 14, на выходе которой вырабатывается сигнал

"sü где k — коэффициент передачи преобразователя;

f — частота управления шаговым двигателем..

Устройство работает следующим образом.

Распределитель 2 импульсов преобразует последовательность управляющих

1115194 з импульсов U „(ôèã. 3), поступающих от генератора (не показан) с частотой

f на один из входов 5 (вперед) или

Н (назад), в п«п -тактную систему кодов. Преобразователи 7 код — аналог преобразуют nvn -тактный код в изменяющийся по ступенчатому закону аналоговый сигнал, а преобразователь n

4 мощности. В результате на выходах преобразователей код — аналог 7 лри принятом коэффициенте дробления Kq =

4 вырабатываются ступенчатые напряжения U„> H U<< (фиг.3). 15

При подаче ступенчатых сигналов

U g и U 4 на входы интегрирующих элементов 8:происходит их сглаживание.

В результате на входы регуляторов

5 и 6 напряжения поступают сигналы практически непрерывной формы. После распределения по фазам посредством усилителя 4 мощности эти сигналы преобразуются в фазные напряжения U< -Уь, (фиг. 3, сплошные линии, для сравне- 25 ния пунктирными линиями показаны фазные напряжения, которые имели бы местб при отсутствии интегрирующих элементов 8).

Преобразование ступенчатых сигналов в непрерывные, осуществляемое интегрирующими элементами 8, возможно только при определенном соотношении постоянной времени Т> интегриру- . ющего элемента и периода следования импульсов управления Т<, = 1/f, выдержать которое в широком диапазоне изменения частоты управления невозможно при Т<, const. Для регулирования Т> в функции частоты управления

f и, следовательно, для поддержания постоянным соотношения T>/То в широком диапазоне изменения частоты f управления в устройство введен преобразователь 11 частота — аналог .

При выполнении преобразователя 11 частота — аналог по схеме на фиг.2 линейная зависимость постоянной составляющей выходного напряжения интег50 рирующей RC-цепи 14 обеспечивается постоянной длительностью й,р= сопзг. импульсов, вырабатываемых формирователем 13. Элемент ИЛИ 12 обеспечивает подачу на формирователь 13 вход- 55 ных импульсов Ue. независимо от направления движения шагового двигателя.

Напряжение на выходе про<«<о» «i«;<теля 11 частота — аналог, уве.<н<чи«а— ющееся с ростом f уменьшает сопроти<ление перехода транзистор» 9, т.е.

его эквивалентное сопротивление, а следовательно, и постоянную времени

Изменение Т<ч в функции частоты управления f обеспечивает плавное изменение ступеней фазного напряжения и гладкий характер. кривой фазного напряжения в широком диапазоне частот.

Непрерывный характер кривой фаз-. ного напряжения и тока обеспечивает высокую степень равномерности движения шагового двигателя (колебания скорости менее 27) даже при небольшом коэффициенте дробления шага (порядка 10-16) . Введение интегрирующих элементов 8 в устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага ореспечивает повышение плавности движения при любом законе изменения фазного напряжения, в.:арабатываемом преобразователем 7 код— аналог.

Требуемый закон изменения фазного напряжения и тока зависит от многих факторов: типа двигателя, насыщсния магнитной системы и т.д. Наиболее легко может быть получен ступенчато линейный закон изменения управляющих напряжений, вырабатываемых преобразователями 7 код — аналог. Он реализуется на базе двоичного реверсивного счетчика, образующего реверсивный распределитель 2 импульсов, и линейном цифро-аналоговом преобразователе. Для получения более сложного закона изменения фазных напряжений, например синусоидального, обеспечивающего более равномерное деление шага, между линейным цифро-аналоговым преобразователем и реверсивным счетчиком вводят постоянное или программируемое запоминающее устройство.

Введение интегрирующих элементов 8 не превращает тем не менее рассматриваемый шаговый привод в непрерывный.

Шаговый привод и в этом случае сохраняет. свои свойства. При прекращении подачи импульсов управления в фазах двигателя устанавливаются неизменные токи, соотношение которых определяет положение ротора двигателя.

Введение интегрирующих элементов и преобразователя частота — аналог

1115194 ключив

Фиа. 1 более чем ч 10 раз уменьшает колебания мгновенной скорости двигателя, что позволяет использовать шаговый привод низких для получения высокостабильных и еверхниэких скоростей, исредукторы.

1115194

4 ил.,У

ВНИИПИ Заказ 6788/42 Тираж 666 Подписное

Филиал ШШ "Патент", r. Уигород, ул.Проектная,4