Устройство стартстопного управления четырехфазным шаговым двигателем
Изобретение относится к электротехнике ,в частности, к электроприводам, и может быть использовано для управления шаговыми двигателями. Цель изобретения - повышение быстродействия и нагрузочной способности. Устройство содержит датчики тока 27 в цепях фазных обмоток 1 - 4 шагового двигателя, источник 12 питания высокого уровня с регулятором 11 уровня возбуждения, подключенный к обмоткам 1 - 4 через тиристоры 13, и источник 7 постоянного напряжения, подключенный к обмоткам 1 - 4 через диоды 5. Устройство обеспечивает стратстопное управление при нефорсированном включении и форсированное снижение тока в отключаемой обмотке. При этом вычисляется и устанавливается оптимальное при данной нагрузке значение тока при торможении. 5 ил., 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
С01.1ИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1
„„SU,,149 1 (51) 4 Н 02 Р 8/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4315627/24-07 (22) 13. 10.87 (46) 15.07.89. Бюл. й= 26 (72) С.М.Дерипаско, В.И.Саввин, А.П.Сеньков, А.С.Рябинин и А.Д.Торопов (53) 621. 313. 525 (088.8) (56) Дискретный электропривод с шаговыми двигателями/Под ред. M.À.×èликина. — И.: Энергия, 1971, с. 148152.
Авторское свидетельство СССР
М 902 194, кл. H 02 Р 8/00,,1982 ° (54) УСТРОЙСТВО СТАРТСТОПНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам, и может быть использовано для управления шаговыми двигателями. Цель изобретения — повьппение быстродействия и нагрузочной способности. Устройство содержит датчики тока 27 в цепях фазных обмоток
1-4 шагового двигателя, источник
12 питания высокого уровня с регулятором 11 уровня возбуждения, подключенный к обмоткам 1-4 через тиристоры 13, и источник 7 постоянного напряжения, подключенный к обмоткам
1-4 через диоды 5. Устройство обеспечивает стартстопное управление при нефорсированном включении и форсированное снижение тока в отключаемой обмотке ° При этом вычисляется и устанавливается оптимальное при данной нагрузке значение тока при торможении. 5 ил., 1 табл.
3 149419
Изобретение относится к упранлению электрическими машинами и может быть использовано для управления шаговыми днигателями, преимущественно волновыми.
Цель изобретения состоит в повьппении быстродействия и нагрузочной способности.
На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 принципиальная схема блока коррекции; на фиг ° 3 — диаграмма электромагнитных моментов и напряжений, иллюстрирующие работу устройства; на фиг.4 — принципиальная схема управляющего элемента; на фиг ° 5 — принципиальная схема канала дешифратора.
15
Устройство управления волновым шаговым двигателем (ВШД) с фазными ZO обмотками 1-4, подключенными через разделительные диоды 5 и усилители 6 мощности к источнику 7 питания постоянного тока, включает датчик шагов с каналами 8 и 9 (представляющими собой индукционные датчики положения волны деформации, установленные на корпусе ВЦЦ, причем канал 8 установлен на оси фазы 1, а канал 9 на оси фазы 2), распределитель 10 им- 30 пульсов, регулятор 11 уровня возбуждения, источник 12 питания высокого уровня, подключенный через регулятор
11 уровня возбуждения и два тиристора 13 к точкам соединения фазных об- 35 моток 1-4, объединенных в нечетную
1, 3 и четную 2, 4 группы, с резисторами 14 соответствующих форсирующих цепей и через разделительные диоды — к источнику 7 питания. Управ- 40 ляющие входы тиристорон 13 соединены с соответствующими входами триггера
15 и с выходами соответствующих элементов 16 и 17 фиксации нулевого уровня, входы которых соединены с 45 соответствующими входами управляющего элемента 18 и через дифференцирующие элементы 19 и 20 соединены с выходами каналов 8 и 9 датчика шагов. Выходы триггера 15 соединены с управляющими входами двух ключевых элементов 21, соединяющих выходы каналов 22 и 23 (корректирующая цепь) блока 24 коррекции с входами элемента ИЛИ 25, выход которого через третий ключевой элемент 26, управляющий вход которого соединен с выходом управляющего элемента 18, соединен с упранлявщим входом регулято6 4 ра 11 уровня возбуждения. Входы каждого канала 22 и 23 блока 24 коррекции соединены с выходами датчиков 27 тока, которые включены между соотнетстнующей фазной обмоткой и точкой соединения анода диода 28 форсирующей цепи с усилителем 6 мощности, управляющий вход которого соединен с выходом одного из каналов 29 дешифратора, первый вход которого соединен с выходами распределителя 10 импульсон, второй вход — с выходом управляющего элемента 18, третий вход — с выходом соответствующего канала блока 24 коррекции.
Блок коррекции .(фиг. 2) содержит два канала 22 и 23, каждый из которых состоит из первого сумматора 30, входы которого являются входами канала блока коррекции, а выходы соединены с входом квадратора 31, выходы которого соединены с первым входом умножителя 32, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 33, вход которого соединен с выходом элемента 34 извлечения квадратного корня, выход которого является выходом канала 22 или 23 блока 24 коррекции, причем вторые входы умножителя 32 и второго сумматора 33 являются установочными.
Управляющий элемент (фиг. 4) содержит элемент 35 вычитания, входы которого соединены с входами элементов фиксации нулевого уровня 36 и являются входами управляющего элемента, выходы элементов 36 фиксации нулевого уровня соединены с входами логического элемента ИЛИ 37, выход которого соединен с первым входом триггера 38, второй вход которого соединен с выходом элемента 39 фиксации нулевого уровня, вход которого соединен с выходом элемента 35 вычи" тания, причем выход триггера 38 является выходом управляющего элемента.
Канал дешифратора (фиг ° 5) содержит элемент И 40, входы которого являются первым и вторым входом ячейки дешифратора, а выход соединен с первым входом логического элемента ИЛИ
41, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом логического элемента
И 42, первый вход которого соединен с выходом порогового элемента 43, вход которого является третьим входом ячейки дешифратора, а второй
196
6 ной точке) . Нулевое значение напряжения U является сигналом начала регулирования величины электромагнитного момента М путем изменения значения тока, протекающего в фазе 2 ВШД, по следующему закону:
35 хлр»êò ðff.-"икл электромлгнит11О? О МОМ< .НТЛ (. l f>) СО Здс1)за«Г!ОгО ТО ком фазы 3 (тлк клк фаза 1 Одклю45
55
5 1 > 9 < .,ход .f< ".J«ft7» jl > со динсн -. í .О д< >Гl >il i Мс fl Г;i jl t?> Ill) ИЧ с Гт ?3 ?НОд э:!«меп-.л jl.ljl >1 лиля«тся нюх эдсм я тейк >,,< ш;тфрлтор». устр: исти<) j)»f отлет следующим
i)? Рл «>Г1.
1!1)i ),;< 1<))><им > что Однй li 3 фаз
>)>>П >тf<,тк),!с тс я (It<31!pHQ<3j) „фаза 1), ;.ругая ?31 !;!<) I<3e7 с н ? флс)л 1), а третья о тл< тс я включеш«)й (флзл 2), т. е.
> .1сc M >Tj) JIJI работу уст1><3!!<- FF>l! IlpH сиГ<м<.тричной плрно!"< x< и< коммутаПитт фаз . >1o !Осту!>.!ения упрлвляющеI < > l lMIf vf1 bcл Po i oP БЫД з лттпм 1ет фик< ир<)нлпное положение с $ I л<)вай Ко:р инатой <3, (<1тт г.3), соответствующсе предыд щ«му такту к )ммутлцпи фаз.
В момент поступления управляющегО
ИМ><у. !Ь< à фЛЗЛ 1 OTF<.fffr) a«7 фаЗа 3 подключается к источтптк шттлния.
Вследствие этого ротор В1,1!1 начинает тте!>«мещлться в но?>Ое фикс>11>овлнное положение. Дьижент!е ротора осущестf3:>яе -ся il томентной хлрлкт«рис тик< 25 л. Ь (фиг. 3), J oTCI)ля является суммой следующих моментных .хлрлктерисл х.!p <кте1)и< тикл .,I<:. K ÃpoM»ÃI!! f T ттс)> < м<,>. Ита,>f ), сс>эдлвлемого ток<>м ф»зь; 2 (тлк,лк фаза ? подключ«и, к:!сточнику пи глттия н предыдум такте ко>!мутации флз, ток, проТЕКЛЮЩ!11! 13 Д<11!НОЙ ф I?3 < ) ИМЕЕТ НОМИ нлльное значешт«, чена к источнику пптл IHFI в момснт по; тупления упг>ав тяющег0 >!м?тульсл, в 40
)таиной фазе идет переходный процесс
Нат>,ir Tàfl>JF тОКЛ ОТ НУЛСВ>от r> З НаЧЕIIИЯ JO 1! ОМИ НЛПЬН ОГО >
1рн дт нж< нии ротора ВЩ нл интертпт)><), Ограничен«ом уг7of)JIM!I координатами 13 и,, ротор,!àêà?13>ивает кипе си !«-1<, >с.: «срг <ю 1>т 1 (фиг. 3) . В
Т<>ЧГ С <: УI FIO13OH !TO<)j) Jlf f1 !T<>ll с торля с Ос)т?Гетствует по»ош!не значештя шаг л. сиги»с>, с>тима емый с канала д<, -?Н< «л 9 f !71 Он (jt; фиг. !), имеет м .««if>f»JIJ floe знлч«пи. . 1, т!! 11;1>f 1?, 9
С НЫХО„"„З . <> ГЧИКО-, l ШЛГ<; .«CT.> IlaeT нл Tsxoд д>1<1)
f,Э) 1<) К< fl <и ?1; llj) JI fti ff f 1 < Г i У?1« .3O«7! На (7: ê к»» if „макi >тм». .«!t н дзн<" где 3, 2 — ток, протекающий во включенной в предыдущем такте коммутации, т.е. до поступления управляющего импульса, фазной обмотке ВЦЦ и определяющий значение M во время отработки ротором второго полушага, ограниченного угловыми координатами
j 2" f3
К,, К2 — постоянные коэффициенты, учитывающие конструктивные особенности ВЩЦ! ток, протекающий во включаемой в момент поступления управляющего импульса фазной обмотке
HLg и определяющий значение М во время отработки ротором второго полушага, ограниченного угловыми координатами р и ?3
2 3 >
jj — величина, учитывающая энергию разгона ротора во время отработки первого полушага, ограниченного угловыми координатами )3, и р, за счет значения электромагнитного момента М„; М „ — значение механического момента нагрузки, приложенного к валу В1.Ц.
Напряжения с выходов дифференцирующих элементОв 19 и 2((U и U )
?9 поступают на входы управляющего элемента 18, на выходе которого устанавливается напряжение, имеющее дос— тлточный уровень для отпирания ключе?)ого элемента 26. Напряжения U и U< поступают также на вход элементов фиксации нулевого уровня 16 и 17.
На выходе соответствующего элемента фиксации нулевого уровня (в данном случае на выходе элемента 16) устанавливается напряжеште, поступающее на управляющий вход ключевого элемента 13 (тиристорл) и обеспечивающее его отпирание, а также на вход триггера 15, устанавливая его в соответствующее состояние, при этом происходит отпирание соответствующего ключевого элемента 21, управляющий вход которого соединен с соответствующим выходом триггера 15.
При движении ротора ВЩ на интервале, ограниченном угловыми координатами
1494196
45 на вход блока 24 коррекции, а именно на вход соответствующего суммирующего элемента 30 поступает сигнал, снимаемый с выхода датчика
27 тока, установленного последова5 тельно с фазой 3 ВИД (в данной фазе продолжается переходный процесс нарастания тока, а следовательно, и электромагнитного момента М6). С выхода суммирующего элемента 30 сигнал, пропорциональный току, протекающему в фазе 3 В11Д, поступает на вход квадратора 31, где производит ся операция "Возведение в квадрат после чего сигнал поступает на первый вход умножителя 32, где производится операция "Умножение", причем на второй вход умножителя 32 поступает напряжение уставки U,, 20 пропорциональное коэффициенту К,.
Далее сигнал поступает на первый вход сумматора 33, на второй вход которого поступает напряжение уставки U«, пропорциональное величине (И-K M„). Сигнал, снимаемый с выхода сумматора 33, поступает на вход элемента 34 извлечения корня, где производится операция нИзвлечение квадратного корня". Таким образом корректирующая цепь 32 блока коррекции 24 формирует на выходе элемента 34 сигнал уставки, пропорциональный требуемой при данном угловом положении ротора величине тока, протекающего в фазе ВИД. Использование сумматора 30 позволяет сократить количество корректирующих цепей за счет того, что фазы 1 и 3, а также 2 и 4 ВИД не могут быть включены ни в одном такте коммутации одновременно ° Выходы датчиков тока указанных фаз выведены на одну корректирующую цепь при использовании сумматора 30. Сигнал, снимаемый с выхода корректирующей цепи (с выхода элемента 34), поступает через ! открытый ключевой элемент 21 на вход логического элемента ИЛИ 25, с выхода которого сигнал поступает через открытый ключевой элемент 26 на управляющий вход регулятора 11 уровня возбуждения. Регулятор 11 уровня возбуждения в зависимости от сигнала установки, сформированного блоком коррекции 24, увеличивает потенциал в точке соединения фазы 2 ВЦЦ с источником питания через соответствующий открыл,й тиран"cop 13. Вслед1 2
3 4
0
0
1
О, 1
1 .0
0
0
1
0
0
0
1
1
1 ствие этого увеличивается ток, протекающий в фазе 2 ВЦ, и электромагнитный момент !1 . На фиг.3 пунктирной линией показана моментная характеристика М „ при отсутствии регулирования, сплошной линией — изменение момента M „ при осуществлении регулирования величины тока, протекающего в фазной обмотке ВШД. При этом соблюдается условие равенства кинетических энергий" 1! Р и 11,. ° В момент прихода ротора ВЬД в новое фиксированное положение с угловой координатой p, сигналы, снимаемые с выходов дифференцирующих элемен— тов 19 и 20 (U и U ) принимают
1, равные значения, поступают на входы управляющего элемента 18 и устанавливают на его вьФоде напряжение нулевого уровня, что вызывает эапирание ключевого элемента 26. Таким образом, управляющий вход регулятора
11 уровня возбуждения оказывается отключенным от выхода блока 24 коррекции, это приводит к уменьшению потенциала, создаваемого на аноде тиристора 13, а следовательно, к
его запиранию. На фазе 2 ВЩЦ устанавливается значение напряжения источника питания, а по форсирующей цепи ток данной фазы снижается до номинального значения. При этом фазная обмотка 2 отключается от источника питания путем кратковременного запирания ключевого элемента 26, так как формирование на выходе управляющего элемента 18 напряжения нулевого уровня приводит к появлению на выходе канала дешифратора 29 нулевого уровня, которое он сохраняет до тех пор, пока ток в фазе ВЩЦ не достигнет номинального значения.
В таблице приведены состояния выхода канала дешифратора, причем напряжение U 2,ñíèìàåìîå на выходе порогового элемента 43, имеет единичный уровень при фаэном токе ниже номинального уровня.
1494196
Во включенной в данном такте коммутации фазе 3 ВШД заканчивается переходный процесс нарастания тока до номинального значения таким обра1
5 зом ротор ВШД фиксируется в новом фиксированном положении (в данном случае р фиг. 3).
При поступлении следующего управляющего импульса работа устройства повторяется, за исключением того, что сигнал устанки,пропорциональной требуемому значению тока, формирует корректирующая цепь 22, вход которой соединен с выходами датчиков 27 тока, установленных последовательно с фазами 1 и 3 ВШД.
Такое выполнение устройства позноляет осуществлять перевод ротора
ВЩЦ в новое фиксированное положение с нулевым значением скорости перемещения, достигая при этом повышение нагруэочной способности эа счет рационального регулирования значения электромагнитного момента, создаьасмого током фазы, включенной в предыдущем такте коммутации.
Кроме oro, повышается быстродействия, так как отладает необходимость обеспечения форсированного нарастания тока н момент прихода ротора в точку нового фиксиронанного положения. Ток, протекающий но включ;--нной в момент поступления управляющего импульса фазе ВШД за время отрабо»вЂ” ки ротором шага перемещения, принимает номинальное значение без применения каких-либо дополните».ьных средств, тогда как ток, протекающий в фазе ВШД, включенной н предыдущем такте коммутации фаз, снижает с ое значение до номинального за счет использования форсирующей цеги практически мгновенно.
Формула изобретения
Устройство стартстопного управления четырехфазным шаговым двигателем, содержащее источник постоянного тока, 5О соединенный с усилителями мощности по числу фаэ, датчик шагов, распределитель импульсов и регулятор уровня воэбуя цения, о т ч и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и нагруэочной способности, в него введены триггер, два дифференцируюших элемента, два тиристора, два элемента фиксации нулевого уровня, четыре датчика тока, логический элемент ИЛИ., три ключевых элемента, четырехканальный дешифратор, управляющий элемент, блок коррекции, включающий н себя два канала, четыре форсирующие цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных диода и резистора, а также источник питания высокого уровня, подключенный через регулятор уровня возбуждения к анодам двух тиристоров, катод каждого из которых соединен с резисторами двух форсирующих цепей и через разделительный диод — с источником постоянного тока, управляющие входы первого и второго тиристоров соединены с соответствующими входами триггера и с выходами элементов фикса рш нулевого уровня, входы которых соединены с соответствующими входами управляющего элемента и через дифференцирующие элементы соединены с нь»ходами датч» ка шагов, выполненного двухка»»альнь»м, ньлоцы триггера соединены с управляющими входами двух ключевых элементов, соединяющих выходы каналов блока коррекции с входами элемента И11И, выход которого соединен с управляющим входом регулятора уровня нозбуждения через третий кпюченой элемент, управляю" щий вход ко»орого соединен с вьжодом управляющего элемента, входы каждого канала блока коррекции соединены с выходами датчиков тока соответствуют»их фаэных обмоток двигателя, причем каждый датчик тока подключен к точке соединения анода диода форсирующей цепи с усилителем мощности, при этом управляющий вход усилителя мощности соединен с сооТ ветствующим выходом дешифратора, первые входы каждого канала которого соединены с выходами распределителя импульсов, вторые входы — с выходом управляющего элемента, а третьи входы — с выходами датчиков тока.
1494196 риаз фигб
W
АР S
Составитель В.Алфимов
Редактор Л.Пчолинская Техред А.Кравчук Корректор С.Шекмар
Заказ 4 127/54 Тираж 550 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101
