Способ управления линейным шаговым электродвигателем

 

Изобретение касается управления электрическими машинами и направлено на снижение потребления энергии линейным шаговым электродвигателем с горизонтальным перемеш,ением подвижного элемента путем уменьшения силы трения при его перемещении . При перемещении подвижного элемента создают вертикальное электромагнитное усилие, частично компенсирующее его вес. Уменьшение силы трения позволяет снизить установленную мощность и габариты двигателя . Если необходимо обеспечить движение с постоянной скоростью, большая часть подводимой энергии расходуется на преодоление сил трения. При реализации способа силы трения уменьшаются в десять и более раз и во столько же уменьшается потребление энергии. 4 ил. to 4i О СО ю СП

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5И 4 Н 02 P 7/62, 8 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3825369/24-07 (22) 27. 1 1.84 (46) 23.07.86. Бюл. № 27 (72) В. С. Крапивин, А. С. Востриков, E. А. Фурманский и А. В. Шубин (53) 621.313.13:525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1128363, кл. Н 02 P 7/62, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 855916, кл. Н 02 P 7/62, 1980. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ Л ИНЕЙНЫМ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение касается управления электрическими машинами и направлено на сниÄÄSUÄÄ 1246325 А1 жение потребления энергии линейным шаговым электродвигателем с горизонтальным перемещением подвижного элемента путем уменьшения силы трения при его перемещении. При перемещении подвижного элемента создают вертикальное электромагнитное усилие, частично компенсирующее его вес

Уменьшение силы трения позволяет снизить установленную мощность и габариты двигателя. Если необходимо обеспечить движение с постоянной скоростью, большая часть подводимой энергии расходуется на преодоление сил трения. При реализации способа силы трения уменьшаются в десять и более раз и во столько же уменьшается потребление энергии. 4 ил.

1246325 ляющими 18. Функциональный блок 7 (фиг. 1) реализует экспериментально полученную зависимость Р-(Ь,t) в пределах одного н!ага, ГДЕ >" эк — КОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСИЛИЕ ЭЛЕКТРОмагнитов 9 (вертикально направленная составляющая тягового усилия); V — скорость перемещения подвижной части двигателя, входит как параметр в функцию F x(V,t).

Зависимость F-(V,t) при известном весе груза определяется так, что в пределах одного шага выполняется равенство

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано при создании линейного шагового электропривода подвесных и напольных транспортных устройств.

Цель изобретения — снижение потребле5 ния энергии путем уменьшения силы трения при перемещении подвижного элемента.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, реализукицего способ, при работе двигателя с датчиком шагов в 10 режиме самокоммутации; на фиг. 2 — то же, при работе двигателя с датчиком положения; на фиг. 3 — подвесное транспортное устройство с линейным шаговым электродвигателем и электромагнитами, создающими вертикальное усилие, вид сбоку; на фиг. 4—

15 то же, вид спереди.

Устройство, реализующее способ управления линейным шаговым электродвигателем 1, содержит последовательно соединенные источник 2 задающего напряжения, усилитель

3 мощности и коммутатор 4, подкл!Оченный к обмоткам двигателя 1. Устройство содержит также датчик 5 шагов двигателя l, подключенный к управляющему входу коммутатора 4, последовательно соединенные датчик 6 скорости, функциональный блок 7, 25 сумматор 8, подключенньЕй к компенсирующим электромагнитам 9. К второму входу сумматора 8 подсоединен программный блок (ПБ) 10, функциональный блок своим другим входом подключен к дополнительному выходу коммутатора 4.

Устройство, изображенное на фиг. 2, отличается использованием непрерывного датчика 11 положения, подвижной части двигателя 1, через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12 подключенного к входам коммутатора 4, датчика 6 скорости и цифроаналогового преобразователя 13, связанного через дифференциальный усилитель 14 с функциональным преобразователем 7. К другому входу дифференциального усилителя !

4 датчик ll положения подсоединен непосредственно.

Транспортное устройство (фиг. 3 и 4) содержит линейный шаговый двигатель 1 с подвижной 15 и неподвижной 16 частями.

На подвижной части 15 установлены компенсирующие электромагниты 9. Возможность продольного перемещения транспортного устройства обеспечивается использованием колес 17, контактирующих с направ!

n = — F> — F>I>(FýK(V,t)) = const, где F. — - тяговое усилие электродвигателя;

F.p — — (P — F.K(V.t))К.I — регулируемая сила трения;

Р -- «ec перемещаемого груза;

К.p -- коэффициент трения.

Программный блок 10 может быть выполнен в виде источника задающего напряжения и предназначен для задания

МЕ, ЕЛЕН:->3 МЕНЯЮ!Д(эl СЯ И. IИ ПОСТОЯННОЙ СОС тавляющей усилия.

Устройство., реализующее предла ггемый способ управления, работает следующим образом.

Пусть в начальный момент на выходе блока 2 сигнал Уэ ранен нулю, обмотки двигателя 1 обесточены, сигналы на в«!ходах блоков 4. 6, 7 и 10 такж". ра«ны нулю, обесточены I! 06MQTKH компе1!Сирую111I4x электромап-;ито«9. При появлен:E сигнала 1!!!) Иа выходе программного блока 10 по обмоткам электрО.л .>гни.! Ов 9 !1ротекает TÎK и ВозниКа«Т i- OPT!!K«>! I>E!àß СОСТа «Л ЯЮЩЕ1Я УСИЛИЯ на 90Я и более, компенсирующая вес

:IepeyIeIEIae.",Ior() тела. Статическое трение, следов«тел ьно, уменьшается. При поя«лении сиг! ала U) на выходе источника 2 задающ. гi) напряжен!n у Hëeинь и сигнал U.; через к)ммутат)р 4 поступает на соответстнукнцуK) Обмотку д«игателя 1, по которой прот"кае" тОН и «Озникает тяговое Усилие.

Подвижная часть 15 двигателя пере лещается. При этом на каждом !Иаге коммутатор 4 подключает функциональный блок

7 ч е р е 3 у M M EI 10 D 8 K ко м ! е н с н р p K)! @ EI >I 3 le K Tрома Гн та м:..!. В резу)1ьте) re пульса ци и тя! О«ого усилия сглаживаются, движение стано«ится равномерным. Кьазинепрерывное управление шаговым электродвигателем на всем интервале движения осуществляется носредсгвом программного блока 10. При этом, изменяя степень компенсации веса переме!цаемого груза, можно регулировать скорость и ускорение движения « силу уравнения

F=. = И 1 + I тр! эi,(t)), H устройстве (фиг. 21 ан:->лог()вый сип ал датчика 11 положения преобразуется в дискретный на выходе блока !2, причем ша" квантования соответствует шагу двигателя 1.

Совокупность блоков 11 H !2, таким образом, выполняет функци о датчика 5 шагов. ДаÄIeI си. !Еа;! !. выхода аналого-цифрового преобразователя 12 поступает El« вход блока 13 и преобразуется «ступенчатый сигнал (с тем же шагом квантования). В дифференциальном усилителе сту11енчатый

Ui, и аналоговый Uii сигналы сравниваются и сигнал, пропорциональный разности между ними. поступает на вход функционального блока, реализующего экспериментально полученную зависимость г-(1,х), где х с (о, h) )- — координата положения подвижной части двигателя 1 в пределах од!

246325 ного шага h(x=Uii — U q). Уменьшение силы трения в десять и более раз при использовании блоков 7, 9 и !О с соответствующими связями позволяет существенно снизить установленную мощность и габариты линейного шагового электродвигателя. Действительно, если необходимо обеспечить движение с постоянной скоростью, большая часть подводимой электрической энергии расходуется на преодоление сил трения. При реализации предлагаемого способа управления силы трения уменьшают в десять и более раз и потребление электрической энергии уменьшается также в десять и более раз.

При этом компенсирующие электромагниты потребляют незначительное количество энергии. При рабочем воздушном зазоре в

3 — 5 мм удельный расход электроэнергии электромагнитами составляет не более

100 Вт на 100 кг веса перемещаемого груза. Все это приводит к достижению поставленной цели. Положительный эффект проявляется также в повышении быстродействия управления без затрат дополнительной энергии. Для экстренного торможения, например, достаточно отключить компенсирующие электромагниты, что приведет к резкому возрастанию сил трения, противодействующих движению.

Положительный эффект проявляется и в упрощении управления линейных шаговым двигателем ввиду того, что регулирование скорости движения осуществляется путем соответствующего изменения тока компенсирующих электрома гнитов, потребляющих малую мощность.

Формула изобретения

Способ управления линейным шаговым электродвигателем с горизонтальным перемещением подвижного элемента, снабженного электромагнитами, действующими в вертикальном направлении, заключающийся в поочередной коммутации обмоток двигателя и изменении ускорения подвижного элемента на каждом шаге в соответствии с заданным законом движения, отличаюигийся тем, что, с целью снижения потребления электроэнергии путем уменьшения силы трения при перемещении подвижного элемента, при перемещении подвижного элемента создают вертикальное электромагнитное усилие, частично компенсирующее вес подвижного элемента, которое регулируют в зависимости от горизонтального перемещения подвижного элемента.

1246325 циг. ЧСоставитель В. Алфимов

Редактор H. Бобкова Техред М. Пожо Корректор М. Г1ожо

Заказ 4018/53 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раугиская наб., д. 4/5

Филиал ППГ(«Патент», г. Ужгород, ул. Г1роектная, 4