Устройство для управления шаговым электродвигателем с дроблением шага

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления шаговыми электродвигателями с электрическим дроблением шага и синусно-косинусным датчиком положения на валу. Цель изобретения - повьш1ение быстродействия и точности , а также энергетических показателей и надежности. С целью повышения быстродействия и точности для преобразования выпрямленных выходных сигналов датчика положения 1 используют демодуляторы 3 и 4, преобразователь амплитуда - код 5. Повышение энергетических показателей и надежности устройства достигается переводом усилителя мощности 21 в режим широтно-импульсной модуляции напряжения управления шагового электродвигателя , формируемого выходными кодами логического блока 12 и преобразуемого постоянными запоминающими устройствами, 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 151) 1 Н 02 Р 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4189166/24-07 (22) 04.02.87 (46) 15.08.88. Бюл. М- 30 (72) 10.Ñ.Ñìèðíoâ (53) 621.313.525(088.8) (56) Дуценко В.Е., Рубцов -В.П.

Электропривод с шаговыми двигателями. М.: ВИНИТИ, т, 6, 1978, с,8 1-86.—

Итоги науки и техники.

Авторское свидетельство СССР

Ф 936340, кл. Н 02 Р 8/00, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С ДРОБЛЕНИЕМ

ШАГА (57) Изобретение относится к электротехнихе и может быть использовано для управления шаговыми электродвигателями с электрическим дроблением шага и синусно-косинусным датчиком положения на валу. Цель изобретения — повышение быстродействия и точности, а также энергетических показателей и надежности. С целью повышения быстродействия и точности для преобразования выпрямленных выходных сигналов датчика положения 1 используют демодуляторы 3 и 4, преобразователь амплитуда — код 5. Повышение энергетических показателей и надежности устройства достигается переводом усилителя мощности 2 1 в режим широтно-импульсной модуляции напряжения управления шагового электродвигателя, формируемого выходНыми кодами логического блока 12 и преоб1 азуемого постоянными запоминающими устройствами. 1 з.II, ф-лы, 2 ил.

1417162

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления щаговыми электродвигателями (ШЭД) с электрическим дроблением шага и синусно-косинусным датчиком положения на валу в системах автоматического управления и роботизированных комплексах.

Цель изобретения — повышение быст-10 родействия и точности, а также энергетических показателей и надежности.

На фиг. 1 приведена структурная . схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — диаграммьi, поясняющие его работу для случая, когда датчик имеет одну, а двигатель две пары полюсов (функциональные и цифровые зависимости представлены в виде огибающих, а широтно-импульсные модули- 20 рованные (ШИМ) сигналы — эквивалентными им напряжениями).

Устройство содержит синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 1, шину 2 опорного сигнала

U<, подключенную к СКВТ 1, выходы которого соединены с сигнальными входами демодуляторов 3 и 4, коммутационные входы которых соединены с шиной 2, а выходы †. с входами преобразователя 5 амплитуда — код. Преобразователь 5 содержит формирователь 6, входы которого соединены с выходами демодуляторов 3 и 4, а аналоговые выходы †. с входами аналого- 35 цифрового преобразователя 7 отношения напряжения (АЦПОН), тактовый вход которого соединен с выходом генератора 8 тактовых импульсов, а выход — с вторым входом преобразова- 40 теля 9 кода тангенса-котангенса (ПКТК) в линейный код на его выходе.

Первый вход ПКТК 9 связан с цифровым выходом формирователя 6, а выход, являющийся и выходом преобразовате- 45 ля 5 — с вторым входом сумматора 10, первый вход которого соединен с выходом блока 11 управления.

Выход сумматора 10 соединен с входом логического блока 12, выход которого имеет шины старших (СВР)- 13 и младших (МВР) 14 по весу разрядов выходного кода, соотношение между которыми определяется типом используемого электродвигателя и СКВТ.

Шина СВР 13 связана с управляющим входом коммутатора 15, а шина NBP

14 — непосредственно с входом постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 16 и через инвертор 17 с входом

ПЗУ 18. Выходы ПЗУ 16 и 18 соединены через коммутатор 15 с входами преобразователей 19 и 20 код — llIHM u усилителя 21 мощности другие входы которого связаны с выходами преобразователей 19 и 20 код — ШИМ, а выход— с фазами двигателя 22.

Демодуляторы 3 и 4 выполнены на

ИМС К525ПС1 или 525ПС2.

Формирователь 6 вырабатывает трехразрядный код октанта и функции синуса и косинуса угла, приведенного к первому октанту.

В качестве АЦПОН 7 использована

БИС К 572ПВ1.

ПКТК 9 выполнен на основе ПЗУ, например, БИС К505РЕ30053 и логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Логический блок 12 выполнен на основе логической схемы ИСКЛЮЧАЮШЕЕ

ИЛИ и регистра, Коммутатор 15 выполнен на основе . мультиплексора или йогических элементов 2И вЂ” ИЛИ.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходе блока 11 управления формируется нулевой код, т.е. NIl = О.

Выходные сигналы СКВТ 1, пропор-. циональные синусу U = U sin 9 и косинусу U = U cos Q угла Q поворота ротора, подвергаются фазочувстви" тельному выпрямлению с помощью демодуляторов 3 и 4, на коммутационные входы которых подается опорное напряжение U, с шины 2. Демодуляция выходных сигналов СКВТ 1 позволяет не только осуществить их дальнейшее преобразование, но и снижает вредное влияние квадратурных составляющих, присутствующих в выходном сигнале первичного преобразователя типа

СКВТ

С выходов демодуляторов 3 и 4 напряжения U, = sin Q и П = cos Q пос- тупают на входы формирователя 6, который осуществляет инвертирование напряжений U< и П, т.е. формирование -U и -U< (фиг, 2). На основе фазовых и амплитудных соотношений между этими четырьмя напряжениями он формирует трехразрядный код N . Этот код осуществляет приведение входных напряжений формирователя 6 U < и U< в четные и нечетные октанты (фиг. 2), в результате чего на аналоговых suzo1417162 дах формирователя 6 формируются напряжения U = sin p и П4 = cosp, где

P — угол поворота СКВТ1, приведенный в первый октант.

Приведенные напряжения U и U4 поступают на аналоговые входы АЦПОН 7, на выходе которого формируется по методу последовательных приближений код tg p в нечетных- октантах и код 10

ctg P в четных (фиг. 2) . Частота преобразования определяется частотой генератора 8 тактовых импульсов и-к ее стабильности при таком построении преобразователя 5 амплитуда — код 15 особых4 требований не предъявляется.

Полученные на выходе АЦПОН 7 коды тангенса и котангенса приведенного угла р преобразуются в линейный код 20 угла Ио ПКТК9, на первый вход которого поступает код N с выхода формирователя 6, а на второй — код N „ с выхода АЦПОН 7.

Выходной код преобразователя 5 амплитуда — код поступает на второй вход сумматора 10, на первый вход которого подается код с выхода блока

11 управления.

В исходном состоянии рассогласо- 30 вание между положением ротора двигателя 22 и полем его -статора опреде.ляется статической ошибкой устройства и при отсутствии внешнего момен-. та близко к нулю. При приложении внешнего момента воэникаег рассогласование, которое устройство стремится скомпенсировать за счет изменения синхронизирующего момента, изменяющегося в соответствии с углом поворота 40 ротора СКВТ 1. В согласованном поло:.жении приложенный и развиваемый двигателем моменты противоположны по знаку и равны.

Дпя приведения ротора двигателя 4

22 во вращение на первый вход сумматора 10 от блока 11 управления подают код N, отличный от. нуля. Требования к вел чине кода N в предлагаемом устройстве и прототипе аналогичны и : 50 определяются условиями синхронизации ротора в пределах полюсного деления.

Введение кода N приводит к рассинхронизации положения между полем статора и положением ротора, который приходит в движение за сместившимся полем статора с целью компенсации возникшего рассогласования. Это смещение осуществляется за счет изменения по гармоническому закону напряжений усилителя 2 1 мощности.

Формирование закона ИПф1 производится посредством преобразователей

19 и 20 код — ШИН, один из которых изменяет напряжение по закону, близкому к синусу, а другой — по закону, близкому к косинусу кода на шине 14.

Функциональное преобразование этого кода производится с помощью ПЗУ 16 и 18. Адресные входы ПЗУ 16 управляются кодом шины 14, а адресные входы ПЗУ 18 — инверсными значениями этого кода (фиг. 2) на выходе логического блока 12, Изменение кода на выходе логического блока производится за счет изменения кода N на его входе, которое связано с изменением кодов.N на выходе блока 11.управления и N<р на выходе преобразователя 5 амплитуда — код. Таким образом реализуется управляющее воздействие на двигатель

22, который под действием управляющих :напряжений производит разворот своего ротора и ротора датчика положения СКВТ1 до тех пор, пока не произойдет эквивалентный коду поворот.

С целью экономии объема памяти

ПЗУ осуществляется коммутация их выходов посредством коммутатора 15 по мере изменения цифрового эквивалента угла на их адресных входах от 0 до

45О и от 45 до 90 . Управление коммутатором,15 производится от шины

СВР 13 логического блока 12. Введение инвертора 17 обеспечивает необходимые функциональные зависимости на выходах ПЗУ как при возрастании, так и при убывании кода на шине 14.

Такое построение позволяет. в два раза уменьшить объем памяти при неизменной информационной емкости.

Реализация такого управления позволяет получить плавное движение ротора с высокой степенью точности, которая определяется дискретностью N< и N . В предлагаемом устройстве она может быть уменьшена по сравнению с прототипом не менее чем в четыре раза за счет более высокой информационной емкости преобразования угла поворота СКВТ 1 в код.

В отличие от прототипа это преобразование в предлагаемом устройстве осуществляется амплитудным методом, что позволяет повысить его быстродей1417162 г ствие и точность. Так, при питании д датчика положения напряжением 400 Гц .п период обновления информации в прото" типе составляет 2500 мкс, а в пред5 лагаемом устройстве 141 мкс (частов та генератора 8 тактовых импульсов

200 кГц) при полной информационной емкости соответственно 11 и 13 бит.

При использовании двигателя 22 с 10 . „ большим числом пар полюсов период обновления необходимой информации уменьшается для предлагаемого устройства и прототипа практически пропорционально и соотношение быстродейстЩ

1 н вия остается неизменным.

Повышенное быстродействие преобразователя угла Я в код, кроме уве-. личения плавности движения, способствует повышениею динамической точности воспроизведения законов уп равления, формируемых блоком 11 упт равления в виде изменения кода Ну .

Мерой динамической точности может служить динамическая ошибка преобразования угла в код при максимальной скорости изменения угла поворота шагового электродвигателя 22 и

СКВТ1. Например, при скорости

100 /с, что характерно для манипуляционных роботов, динамическая ошибка прототйпа достигает 15 à предла"

Ф ! гаемого устройства не превышает 1 ° ля управления двигателем с датчиком оложения CKBT. о р м у л а изобретения

1, Устройство для управления шагоым электродвигателем с дроблением ага, снабженным датчиком положения виде вращающегося трансформатора, одержащее усилитель мощности, .два остоянных запоминающих устройства, енератор тактовых импульсов и суматор, первым входом соединенный с локом управления, о т л и ч а юе е с я тем, что, с целью повышеия быстродействия и точности, в. него введены шина опорного напряжения, два демодулятора и преобразователь амплитуда - код, состоящий из формирователя, аналого-цифрового преобразователя отношения напряжений в код и преобразователя кода тангенсакотангенса в линейный код угла, выход которого связан с вторым входом

26 сумматора, первый вход — с кодовым выходом формирователя, второй входс выходом аналого-цифрового преобразователя отношения напряжений в код, тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульЗ0 сов, аналоговые входы - с аналоговыми выходами формирователя, входы которого соединены с выходами демодуляторов, коммутационные входы которых соединены с шиной опорного напряжеИнформационную часть предлагаемого устройства можно использовать в мультиплексорном режиме для поочередной работы с несколькими датчи-,, ками положения. Такое использование является эффективным, например, в робототехнике, где необходимо управление перемещением многозвенных манипуляторов по нескольким осям..

При использовании в многоканальной системе, например, с шестью двигате лями динамическая ошибка, возникаю-. щая при мультиплексном управлении, по крайней мере в два раза,меньше, чем это имеет место при использова-, йий йрототипа в автономном варианте, 1

Использование в усилителях мощности управления с ШИМ по гармоническому закону обеспечивает плавность перемещения ротора шагового элект- родвигателя при значительном снижении тепловых потерь по сравнению с прототипом. Это повышает энергетические показатели и надежность устройства ния, а сигнальные входы» с выходами датчика положения ротора, вход питания которого соединен с шиной опор° ного напряжения.

2. Устройство по п. 1, о т л и40 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения энергетических показателей и надежности, в него введены логический блок с шинами младших и старших разрядов выходного кода, инвертор, коммутатор и два преобразователя кода в широтно"модулированный сигнал, выходы которых соединены с двумя входами усилителя мощности, входы - с

45 другим выходам которого подключены третий и четвертый входы усилителя мощности, к входам коммутатора под- ключены шины старших разрядов логи.ческого блока и выходы постоянных эапоминающих устройств, входы одного из которых непосредственно, а другого через инвертор подключены к шине младших разрядов логического блока. б0,цвумя выходами коммутатора, к двум

1417162 /а

ll)

07

Редактор А.Лежнина

Подписное

Тираж 583

Заказ 4076/55

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ngg (r

Ug г

AÜ

h/4 5

Составитель В.Алфимов

Техред g.Коданич . Корректор Н.Король