Устройство для управления @ -фазным шаговым двигателем

 

Изобретение относится к управлению шаговым или волновым шаговым электродвигателями в системе автоматического управления. Цель изобретения - повышение точности отработки заданного перемещения. Устройство, содержащее распределитель 1 импульсов, усилители 2 мощности, элементы 3 совпадения, снабжено первым 12 и вторым 13 дешифраторами и узлом формирования импульсов, который содержит генератор 10 треугольных импульсов, первый 7 и второй 8 пороговые элементы, инвертор 9 и генератор 6 синусоидальных затухающих колебаний. После совершения шага происходят колебания тока во включенных обмотках, приводящие к уменьшению остаточной намагниченности, чем снижается тормозящее усилие. Кроме того, колебание подвижного элемента снижает воздействие сухого трения. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

151)5 Н 02 P 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4417841/24-07 (22) 03 ° 05 ° 88. (46) 07.01 ° 90. Бюп. И 1 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) А В,Аверьянов, П.A,Ãóñüêîâ, С.П.Даниленко, В.И.Саввин и А.П,Сеньков (53) 621.313,525(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1061230, кл. Н 02. P 8/00, 1982 °

Авторское свидетельство СССР

У 610281, кл. Н 02 P 8/00, 1976, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ш-ФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к управлению шаговым или волновым шаговым электродвигателям в системе автомати„„SU„„1534741 А 1

2 ческого управления, Цель изобретения — повышение точности отработки заданного перемещения. Устройство, содержащее распределитель I импульсов, усилители 2 мощности, элементы 3 совпадения, снабжено первым 12 и вторым 13 дешифраторами и узлом формирования импульсов, который содержит генератор 10 треугольных импульсов, первый 7 и второй 8 пороговые элементы, инвертор 9 и генератор 6 синусоидапьных затухающих колебаний.

После совершения шага происходят колебания тока во включенных обмотках, приводящие к уменьшению остаточной намагниченности, чем снижается тормозящее усилие. Кроме того, колебание подвижного элемента снижает воздействие сухого трения, 4 ил, 1534741

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано для управления шаговыми или волновыми шаговыми электродвигателями в системах ,автоматического регулирования °

Цель изобретения — повышение точности отработки заданного перемещения °

На фиг,1 приведена функциональная блок-схема устройства управления приенительно к четырехфазному шаговому электродвигателю; на фиг.2 и 3 — временные диаграммы напряжений и токов йа основных элементах устройства;на фиг.4 — временные диаграммы, поясняю цие работу узла формирования импуль1 сов.

Устройство для управления содер1кит распределитель 1 импульсов, под. ключенный к усилителю 2 мощности через элементы 3 совпадения, Выходы усилителя 2 мощности подключены к соответствующим фазам шагового элект- 25 одвигателя 4 °

Узел 5 формирования содержит ге1 ератор 6 синусоидальных затухающих

Колебаний (например, RC-цепочка с

Коммутируюшим ключом), два пороговых элемента 7 и 8, инвертор 9, генератор 10 треугольных импульсов и задатчик 11 уровня напряжения ° Выход генератора 6 синусоидальных затухающих колебаний соединен с выходами пер35 вого 7 и второго 8 пороговых элементов, причем с вторым пороговым элементом 8 соединен через инвертор 9, Вт орые входы пороговых элементов 7 и 8 соединены с генератором 10 треугольных импульсов ° Третьи входы элементов 7 и 8 соединены с задатчиком 11 уровня напряжения ° Выход порогового элемента 7 соединен с управляющим входом С первого дешифрато- 45 ра 12, синхронизирующие входы которого соединены с соответствующими выхо- . дами распределителя 1 импульсов, Выход порогового элемента 8 соединен с управляющим входом G дешифратора 13, синхрониэирующие входы последнего соединены с соответствующими выходами распределителя 1 импульсов, Выходы дешифратора 12 соединены с вторыми входами элементов 3 совпадения, тре«,55 тьи входы которых соединены с соответ- ствующими выходами элемента 13.

Устройство работает следующим образом.

Импульсы управления f (фиг. 2) поступают на вход распределителя 1 импульсов и на вход узла 5 формирования импульсов, На выходе распределителя импульсов при поступлении управляющих импульсов вырабатывается четырехтактная система прямоугольных импульсов U 1.1, U 1..2, U 1.3 и U 1.4 (фиг. 2) .

При поступлении управляющего импульса на вход генератора 6, узла 5 формирования импульсов, на выходе возникают затухающие синусоидальные колебания U 6 (фиг.4) ° С выхода генератора 6 импульсы U 6 поступают на первый вход порогового элемента 7, а также на вход инвертора 9, На второй вход порогового элемента.7 поступают треугольные импульсы

10 (фиг.4) с выхода генератора 10, На третий вход порогового элемента 7 с задатчика 11. уровня поступает постоянное напряжение Я. На входе порогового элемента 7 происходит суммирование затухающего синусоидального сигнала U 6 и постоянного напряжения U а также сравнение суммарного импульса U 6 + U с импульсами тре-, угольной формы U 10 °

Если импульсы U 10 больше по амплитуде, чем сумма U 6 + U на выходе порогового элемента 7 появляется нулевой уровень. Если амплитуда импульсов U 10 меньше (U 6 + U) тогда на выходе элемента 7 — единичный уровень, В результате на выходе элемента 7 вырабатываются широтно-модулированные импульсы U 5.1 (фиг.4), среднее л напряжение которых изменя ется т ак же как сигнал (U 6 + U). По завершении колебательного процесса длительность импульсов на выходе элемента. 7 постоянна и равна времени t (фиг.4), причем длительность импульсов определяется уровнем напряжения U с задатчиком 11 уровня.

С выхода инвертора 9 затухающие синусоидальные колебания U 9 (фиг. 4) поступают на первый вход порогового элемента 8, на второй вход которого поступают импульсы U 10, На третий вход элемента 8 поступает постоянное напряжение U с задатчика 11 уровня.

На выходе элемента 8 вырабатываются широтно-модулированные импульсы

U 5.2 (фиг.4).

40

5 1534

С выхода распределителя 1 импульсов.импульсы U 1.1, U 1.2, U 1.3 и U, 1 .4 поступают на, первые входы элементов 3 совпадения а также на

5 соответствующие синхронизирующие входы дешифраторов 12 и 13.

Дешифраторы 12 и 13 могут быть выполнены на основе дешифратора-демультиплексора,который выполняет функцию f„= С;„(Хl Х2, ХЗ, Х4). Данный дешифратор представляет собой коммутатор, который передает сигнал С (С ) на один из выходов в зависимости от знаI чений сигналов на четырех адресных входах 1-4.

Возможно выполнение дешифратора на жесткой логике с подключением управляющего входа G. 20

На управляющий вход G дешифратора 12 поступают импульсы U 5. 1 с первого выхода узла 5 формирования импульсов, С второго выхода узла 5 формирования импульсы U 5.2 посту- 25 пают на управляющий вход дешифратор а 13, С приходом на синхронизирующие входы импульсов U 1.1, U 1.2, U 1.3.

U 1.4, а также импульсов U 5 1 на управляющий вход G дешифратора 12 на выходе вырабатывается последовательность импульсов U 12.1, U 12.2, U 12.3 и U 12.4 (фиг.4). Длительность импульсов с дешифратора 12 равна длительности первого такта коммутации, т.е. импульсы U 12.1 соответствуют первому такту коммутации импульсов U 1 ° 1, импульсы U 12,2 соответствуют лервому такту коммутации импульсов U 1.2 и т.д, При нулевом уровне сигнала на управляющем входе G формируются импульсы длительностью, равной одному такту коммутации (фиг,2,пунктир), С приходом импульсов U 5.2 íà 45 управляющий вход G и импульсов

U 1.1, U 1.2, U 1.3 и U 1.4 на синхронизирующие входы дешифратора 13 на выходе вырабатывается последовательность импульсов 11 13 ° 1, 50

U 13.2„ U 13.3 и U 13.4, которые смещены по сравнению с соответствующими импульсами на выходах дешифратора 12 на время t t< и т.д, Длительность импульсов U !ЗАlcooT ветствует второму такту коммутации импульса ° U 1.1, импульсы U 13.2 соответствуют второму такту коммутации импульсов U 1.2 и т.д, 741 6

С выхода дешифраторов 12 и 13 им" пульсы поступают на вторые и третьи входы элементов 3 совпадения,на первые входы которого поступают импульсы с выхода распределителя 1 импульсов ° В любой момент времени на первый элемент 3 совпадения поступают импульсы U 1.1 U 12.1 и, U 13,1, на второй элемент 3 совпадения поступают импульсы U 1,2, U 12.2 и U 13.2, на третий — U 1.3, U 12.3 и U 13.3 и на четвертый—

U 1.4, U 12.4 и U 13.4 ° С выходов элементов 3 совпадения импульсы переменной длительности U 3.1, U 3,2, U 3.3 и U 3.4 (фиг.3) поступают на усилители 2 мощности, которые переключают фазы двигателя 4 B последовательности, задаваемой распределителем 1 импульсов °

Следовательно, на включаемую фазу двигателя в первый такт коммутации поступают импульсы переменной длительности, сформированные на первом выходе элемента 5, причем импульсы в моменг времени прихода управляю" щего импульса f имеют относительно большую длительность (фиг.4, U 5.1), после чего длительность импульсов плавно уменьшается (интервал t<), затем снова возрастает (интервал

t ) и т,д. до завершения колебательного процесса, после чего на фазу поступают импульсы постоянной длительности °

С приходом следующего импульса управления, во втором такте коммутации, на включенную фазу поступают импульсы U 5.2 переменной длительности, сформированные на втором выходе элемента 5, Импульсы U 5.2 в начале второго такта коммутации имеют относительно малую длительность, после чего длительность плавно растет и т,д, По завершении колебательного процесса длительность импульсов, поступающих на фазу двигателя, является постоянной и равной t. Длительность определяется уровнем напряжения U C задатчика уровня °

Следовательно, устройство позволяет обеспечить синусоицально затухающие колебания напряжений, соответственно и токов в фазах i<, i< 1З и относительно уст;шовившегося знаФ чения тока I (фи г. 3) ° Обеспечение. синусоидально затухающих колебаний токов B фазах двигателя относитель1534741 но установившегося значения позволяет перевести намагничивание зубцов статора из частного цикла намагничивания на безгистерезисную кривую, тем самым обеспечить постоянное зна 4еиие магнитных потоков зубцов статора, в установившемся режиме, Амплитуда колебаний тока gi (фиг.З) относительно установившегося значения тока 1„:выбирается экспе1 риментально в зависимости от конкt ретного типа двигателя ° Для щаговых двигателей амплитуда тока th,i состав 1яет 10-20Х относительно установившегося тока в фазе. Частота колеба ний должна быть выше частоты собствен( ых механических колебаний ротора, т.е, не вызывать колебаний ротора.

Для волновых шаговых двигателей колебание тока g i составляет 10-20Х, а частота колебаний тока соизмерима собственной механической частотой ротора, что позволяет устранить влияНие неравномерности отработки задан- 25 рого перемещения, вызванное силами трения .в зубчатом зацеплении гибкого и жесткого колес, Формул а из о бр ет ения.

Устройство для управления ш-фазным шаговым двигателем, содержащее р аспр еделит ель импульсов, усилитель мощности, элементы совпадения, первые входы которых соответственно соединены с выходами распределителя импульсов, а выходы — с входами усилителя мощности, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности отработки заданного перемещения, устройство снабжено. первым и вторым дешифраторами и узлом формирования импульсов, включающим в себя генератор треугольных импульсов,первый и второй пороговые элементы, инвертор и генератор синусоидальных затухающих колебаний, вход которого соединен с тактовым входом распределителя импульсов, выход — с первым входом первого порогового элемента и через инвертор — с первым входом второго порогового элемента, вторые входы пороговых элементов соединены с вь ходом генератора треугольных импульсов, а третьи — с задатчиком уровня напряжения, выход первого порогового элемента соединен с управляющим входом первого дешифратора, m выходов которого соединены с вторыми входами соответствующих элементов совпадения, третьи входы которых соединены с соответствующими выходами второго дешифратор а, управляющий вход которого соединен с выходом второго порогового элемента, причем синхронизирующие входы первого и второго дешифраторов соединены с ссотв ет ствующими выходами р аспр едели те-; ля импульсов, f53474 l

tPvz,E

1534741

ИБ

Vg ию

US.1

Составитель В,Алфимов

Техред М,,яндык Корректор Л.Патай

Редактор А,Шандор

Заказ 56 Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям нрн ГК11Т СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. 1 астрина, 101