Устройство для управления шаговым электродвигателем

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее коммутатор фаз двигателя, датчики скорости и положения дви aтeля, связанные с входами блока временной задержки, подключенного выходом к входу коммутатора, отличаю-, щ е е с я тем, что, с целью повышения точности воспроизведения заданных движений, введены дифференцирующий фильтр, элемент сравнения и фз кциональньй блок со степенной характеристикой .вход-выход, подключенный входом к первому выходу дифференцирующего фильтра, а выходом - к первому входу элемента сравнения, второй вход которого соединен с вторым выходом дифференцирующего фильтра, а выход - с входом блока временной задержки. X СО О) v-щ со О) «Сг Ug-eif fftk

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

»»»»»»»»

РЕСПУБЛИК

09) 01) 3цр Н 02 P 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«/j„p);- . „

»

ЬФ

° °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТШИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3580537/24-07

{22) 2 1.04.83 (46) 07.12.84. Бюл. У 45

" (72) В.С.Крапивин, Е.Б.Гаврилов и В.А.Лысцов (53) 621.313. 13. 132-3(088;8) .(56) 1. Ряшенцев Н.П. и др. Система управления, питания и защиты самонастраивающейся многосекционной электромагнитной машины возвратнопоступательного движения. Сб. Всесоюзного. совещания по проблеме "Силовые импульсные системы", ч. 1, Новосибирск, 1969, с. 84-89.

2. Ивоботенко Б.А., Рубцов В.П, и др. Дискретный электропривод с шаговьии,двигателями. Под ред. М. Г.Чиликина. М., "Энергия", 1971, с. 562.

1 (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее коммутатор фаз двигателя, датчики скорости и положения двиГателя, связанные с входами блока временной задержки, подключенного выходом к входу коммутатора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности воспроизведения заданных движений, введены дифференцирующий фильтр, элемент сравнения и функциональный блок со степенной характеристикой вход-выход, подключенный

/ входом к первому выходу дифференцирующего фильтра, а выходом — к первому входу элемента сравнения, второй вход которого соединен с вторьвк выходом дифференцирующего фильтра, а выход - с входом блока временной задержки.

1128363 датчики положения 3 ч скорости 4, связанные с подвижным элементом двигателя 2, дифференцирующий фильтр 5, элемент 6 сравнения, подключенный выходом к входу блока 7 временной задержки, функциональный блок 8 со степенной характеристикой вход-выход, включенный между элементом 6 сравнения и датчиком 4 скорости, и програм-

10 мный блок 9, подсоединенный к дополнительному входу блока 8.

Функции коммутатора t заключаются в переключении фаз двигателя 2 в требуемой последовательности. Предпола15 гается, что распределитель управляющих импульсОв 08 и истОчник пита ния включены в коммутатор 1. Дифференцирующий фильтр 5 описывается следу, ющим уравнением

20 Ч =(Ь (Ч-Ч,1-Ъ, ря Ч (1) или

Ч" =Ч" ЧЧ < р) = (), 2 2 -1 (Р Р рЬ,р ), .0,1,г (2) 25

Целью изобретения является повы- З5 шение точности воспроизведения заданных движений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления шаговым электродвигателем, содержащее коммутатор фаз двигателя, датчики скорости и положения движения, связанные с входами блока временной заЮ держки, подключенного выходом к входу коммутатора, введены дифференцирую- 45 щий фильтр, элемент сравнения и функциональный блок со степенной характеристикой вход-выход, подключенный входом к первому выходу дифференцирующего фильтра,, а выходом — к первому 50 входу элемента сравнения, второй вход которого соединен с вторым выходом дифференцирующего фильтра, а выход— с входом блока временной задержки.

На чертеже приведена функциональ- 55 ная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит коммутатор 1 Лаз шагового электродвигателя 2, Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления электроприводом транспортных и подъемно-транспортных механизмов.

Известна система управления линейным шаговым электродвигателем, содержащая коммутатор, подключенный к обмоткам двигателя, а также подсоединенные к нему через блоки регулируемых временных задержек датчики отработанных шагов (1) .

Недостатком этой системы является низкая точность воспроизведения заданных движений, что. обусловлено разомкнутой по скорости структурой.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для управления шаговым электродвигателем, содержащее коммутатор фаз двигаТеля, датчики скорости и по,ложения двигателя, связанные с входами блока временной задержки, подключенного выходом к входу коммутатора (2) .

Недостатком известного устройства .является зависимость качества управления скоростью от механической нагрузки, нестабильности напряжения питания, нестационарности электромеханических характеристик привода.

Это снижает точность воспроизведения заданных движений, быстродействие позиционирования.

1 где Y — усредненное значение скорости двигателя 2 на выходе датчика 4;

Ч,Y — измеренные значения величин на выходе дифференцирующего фильтра 5, — малый параметр, характеризующий быстродействие блока 5, 1,2 — 1,4", Щ Ipp) — передаточная функция дифференцирующего фильтра 5. Функциональный блок В имеет характеристику вход-выход, описываемую уравнением

Ч„=Р(Ч =Ь Ь|), +сЧ, D или P (Ч, )=А+ВЧ где А, В, С, З, Р— постоянные коэффициенты.

Иид зависимости Р (V+) определяется конкретными технологическими требованиями.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени коммутатор 1 отключен от источника питания (не показан), а на выходе блока 9 сигнал Y равен нулю, а тако же нулю равны выходные сигналы блоЭ 11283 ков 3, 4-8. При подключении коммута тора 1 к источнику питания. и появле нии задающего сигнала Уо (1,) на выходе программного блока 9 и на выходе элемента 6 сравнения появляется управляющий сигнал. Ч, и включается соответствующая фаза двигателя 2, что приводит к перемещению его подвижного элемента на один шаг. Это вызывает появление на выходе датчика 3 импуль-10 са напряжения ", поступающего на вход блока 7 временной задержки. В начальный момент времени управляющий сигнал Ц соответствует минимальной (нулевой) задержке управляющих 15 импульсов Оу, и усредненное значение тягового усилия Fq максимально по модулю и положительно. В процессе, разгона двигателя 2 на выходах блока 5 появляются сигналы Ч<Р и ", 20 пропорциональные величинам Ч и V .

Эти сигналы поступают на входы бло-. ков 6 и 8. При управлении линейным шаговым электродвигателем 2 поведение системы описывается уравнениями 25

Ф где - F — усредненное значение тягового усилия двигателя 2, 06 — напряжение управления, пропорциональное величине временной задержки управляющих импульсов. 0 ((),,U ), — коэффициент передачи элект- 40 ропривода по входу 0 т — величина подвижной массы, F„(Y,t) — силы механической нагрузки, :T (N,t) — приведенная постоянная времени двигателя. 45

Зависимость правой части уравне- ния (3) от отражает наличие силоСоставитель З.Горник

Техред О. Ващишина Корректор О. Тигор

Редактор В.Данко

Заказ 9081/42 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Т (ЧЯЁ +?,=К ° О,, вчемFg(V

Й F Ж) 1d 8(lit) "g 0

Т п,1 т „„Ь

=ю(ч,v,4)+ ь(ч.u„ (3) 63 4 вых и параметрических возмущений (нестационарности параметров электропривода, механической нагрузки).

В системе реализуется алгоритм управления

4 .0,=(Н„-Н(р) б «ьэЧ»=0 =т (Ч(Ц-Ч ) (4) где K — коэффициент передачи бло-. ка 6 требуемое значение производной Ч на выходе блока 8, )» — желаемое значение постояно ной времени, 1 8) — предписанное значение скорости двигателя 2 (требуемый закон ее изменения) .

Рассматриваемая система относится к классу систем с разделяемыми движениями. В ней структурным преобразо ванием можно выделить быстродействующий контур поддержания производной скорости Н, в котором ЛокализуетСя проявление возмущений.

- Используя выражения (1) — (4) для подсистемы "медленных" движений,,можно записать уравнение ч * — f (v,v,ф.

ЪМ р ЬЮК, р+ъ() сь " (5) ,Таким образом, при достаточно большом b(t) K обеспечиваетсяЧ- Y (Ч (1)Н ), Следовательно, предлагаемая система управления обладает свойствами инвариантности к силовым и параметрическим возмущениям и обеспечивает стабилизацию заданного качества управления в достаточно широком диапазоне изменения данных возмущений. Все это приводит к повышению точности воспроизведения заданных движений.

Если заданное движение является оптимальным по быстродействию, свойство инвариантности системы к возмущениям обеспечивает также повышение быстродействия переходных процессов разгона и торможения электропривода при изменяющихся параметрах.