Устройство для определения положения подвижного элемента шагового двигателя

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления шаговыми двигателями в прецезионных дискретных электроприводах. Цель изобретения - повышение точности определения положения подвижного элемента путем увеличения разрешающей способности. Устройства содержит блок 1 формирования сигнала фазового состояния результирующей ЭДС движения, блок 14 опорного сигнала, блок 17 сравнения и формирования стробирующего импульса, делитель 13 напряжений. Устройство обеспечивает формирования функции фазового состояния в виде тангенса или котангенса в зависимости от угла так, что величина функции не превышает единицы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 " 02 Р 8 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4482114/24-0? (22) 01.08.88 (46) 07.07.90. Бюл. Р 25 (71) Московский энергетический институт (72) Б.А.Ивоботенко, С.С.Кожин, В.Г.Прытков, А.Л.Ландау и И.В.Воронежцев (53) 621.313.525 (088.8) (56) Заявка ФРГ Р 3404127, кл. Н 02 P 8/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

Р 1487144, кл. Н 02 P 8/00, 29 ° 06.87. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО ЭЛЕМЕНТА ШАГОВОГО

ДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к элект„„SU„„1577067 А 1

2 ротехнике и может быть использовано в системах управления шаговыми двигателями в прецизионных дискретных электроприводах. Цель изобретения— повышение точности определения положения подвижного элемента путем увеличения разрешающей способности. устройство содержит блок 1 формирования сигнала фазового состояния результирующей ЭДС движения, блок

14 опорного сигнала, блок 17 сравнения и формирования стробирующего импульса, делитель 13 напряжений.

Устройство обеспечивает формирования функции фазового состояния в виде тангенса либо котангенса в зависимости от угла так, что величина функции не превышает единицы. 1 з.п, ф-лы, 3 ил.

1577067

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в системах .управления шаговыми двигателями н

5 прецизионных дискретных электропринодах.

Цель изобретения — повышение точности определения положения подвижного элемента шагового двигателя. 10

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2диаграммы, поясняющие работу уст. ройства; на фиг. 3 " блок-схема делителя напряжений. t5

Устройство .для определения положения подвижного элемента шагового двигателя содержит блок 1 (фиг. 1) фор. мирования фазового состояния результирующей ЭДС движения, соединенный входами с обмотками 2 — 5 шагового двигателя 6 и состоящий из выделителя 7 ЭДС движения н фазах, соединенного выходами с функциональным

-преобразователем 8, включающим в се- 25 бя блоки многоканальных аналоговых коммутаторов и компараторов и имею. щим четыре выхода 9 — 12. Выходы 9 и 10 преобразователя 8 соединены с входами делителя 13 напряжений.

Выход 11 является информационным выходом устройства, а выход 12 подключен к управляющему входу блока 14 формирования опорного сигнала, имеющего информационный выход 15, являющийся также информационным выходом устройства, и другой выход l6, связанный с одним из входов блока 17 сравнения, нторой вход которого связан с выходом делителя 13. Выход блока 17 является стробирующим выходом устройства. Блок 14 формирования опорного сигнала содержит последовательно соединенные таймер 18, счетчик 19, информационный выход которого является информационным выходом

15 блока 14, постоянное запоминающее устройство 20, вход которого является управляющим входом блока 14, и цифроаналоговый преобразователь

21, выход которого является выходом _#_ блока 14. Делитель .13 построен на основе усилителя 22.

Так как значения ЗДС обмоток Я

1 и Я могут быть положительны и от2 рицательны, для формирования их от- 55 . ношений применяется 4-кнадрантный делитель. Собственно делителем является операционный усилитель 23, охваченный цепью обратной связи, содержащей управляемый резистор на основе умножающего цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 24. К входу усилителя 23 подключен постоянный масштабирующий резистор 25. Вход

"Делитель" блока 13 через двухполупериодный выпрямитель 26 и аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 27 соединен с входом ЦАП 24. Вход "Делимое" блока 13 через усилитель 28 с парафазными выходами соединен с входами коммутатора 29, выход которого подключен к резистору 25, а управляющий вход через компаратор

30 связан с нходом "Делитель".

Устройство работает следующим образом.

В процессе движения подвижного элемента двигателя 6 на обмотках

2 — 5 наводятся ЭДС, которые после выделения из суммарных сигналов обмоток 2 — 5 формируются на выходе выделителя 7 в виде четырех синусоидальных сигналов f,, Е (фиг;2а)., сдвинутых относительно

Г друг друга на угол †. Отсчет фаэ уг2 лов на диаграмме принят от сигнала Я, В функциональном преобразователе

8 сигналы Я1, й, ЕЗ, Е4 (фиг.2а) преобразуются н четыре периодических сигнала: два дискретных U Ug и два аналоговых U3j U .(фиг. 2в-е).

Дискретный сигнал на выходе 12 фор1 мируется путем амплитудного сравнения двух однополярных,,сднинутых один

1t

*относительно другого на — сигналов

9 полученных путем предварительного коммутирования исходных сигналов

8>, Eq, 83, E . Сигнал на выходе

12 имеет период, равный полонине периода изменения сигналов Я,, Я

8q . Когда его значение представлено в виде логического "0", та блок 4 формирует сигнал, соответствующий фазе опорного сигнала, имеющий вид функции tg cp, а когда в виде логической " 1, то формируется сигнал, соответствующий фазе опорного сигнала, имеющий вид функции

ctg g . Дискретный сигнал цд(фиг. 2с) на выходе 11 формируется путем амплитудного сравнения сигнала Е, с нулевым уровнем. Период сигнала U2

1577067

5 равен периоцу исходного сигнала Я, Логический "О" соответствует нахождению подвижного элемента в интергале углов полюсного деления 0 — 7I а логическая "1" соответствует нахождению подвижного элемента в интервале Г- 2 1I" .

Сигналы Пэ, U (фиг. 2е) на выхоФ дах 9 и 10 (фиг. 1) формируются путем коммутирования исходных синусоидальных сигналов Я, Я, причем

1 сигнал П на выходе 9 представлен в виде синусоиды при значении аргу6 определенных на интервале от 0 до Г, что соответствует изменению числа на входе блока 24 от 0 до 2 " — 1.

С выхода блока 20 код функции tg g или ctgy поступает на вход цифроаналогового преобразователя 21, где преобразуется н аналоговую форму. Полученный опорный сигнал имеет вид сигнала, аналогичный сигналу

U (фиг. 2f), но имеющий период

Т = 2, гпе С вЂ” период следования импульсов, генерируемых таймером 18 (фиг. 1).

Ф 37! 5й 7Т ментов 0 — — -- — -- — — 2 Г и н

4 4 4 4 виде косинусоиды при значениях аргун 37i 5 II 7II мента — — †-- — --, а сигнал U

4 4 4 Ф на выходе 14 представлен в виде ко— синусоиды при значениях аргумента

0 — †; -- — --; -- — 2/(и в вире

4 4 4 4 синусоиды при значениях аргумента

ЗТ 5 II 7 II

4 4 4 4

Период сигналов и,, U равен г II .

Ф

С ныходов 9 и 10 блока 8 сигналы

U>, U поступают на входы аналогового делителя 13 напряжений. Выходной сигнал U> (фиг. 2f) делителя напря— жения представлен в виде тангенсоид и котангенсоид, изменяющихся в пределах + 1. Этот сигнал соответству-. ет фазе результирующей ЭДС.

В соответствии с известным способом измерения фазы результирующей

ЭДС последняя сравнивается с опорным сигналом, который формируется в блоке 14. Основой блока 14 является счетчик 19, работающий в режиме суммирования импульсов, генерируемых

;таймером 18. 3а период счета на выходах счетчика 19 параллельный код принимает численные значения от 0 до 2 -1, где q — число разрядов счетчика. С выхода счетчика код подается на вход ПЗУ 20 как аргумент для функционального преобразования.

В зависимости от состояния сигнала на выходе 12, на выходе блока 20 вырабатывается код, который соответствует значениям аргумента тригонометрической функции tg (P или ctg qt, 15

С выхода преобразователя 21 полученный опорный сигнал поступает на один из входов блока 17 сравнения, где сравнивается с сигналом У .соответствующим фазе результирующей

ЭДС, поступающим на другой вход блока 17. В моменты равенства сиг- налов на выходе блока 17 формируется стробирующий сигнал, несущий ин25 формацию о том, что на информационных выходах 11 и 15 присутствует код положения подвижного элемента шагового двигателя 6, причем старший разряд кода положения присутствует на выходе 11, а младшие разрядына выходе 15 в виде кода N (фиг. 2q) .

На выходах 11 и 15 устройства в момент действия стробирующего сигнала сформирован код, соответствующий истинному положению подвижного элемента.

Таким образом, многократное сравнение двух периодически изменяющихся величин: U< и получаемой на выходе 16 блока формирования опорного сигнала, первая из которых связана с положением подвижного элемента шагового двигателя, а вторая — с совокупностью эталонных значений, позволяет выдавать информацию о положении подвижного элемента шагового двигателя внутри полюсного деления.

Блок деления 13 работает следующим образом., 50 Входнои сигнал на входе пДелии тель преобразуется в однополярный сигнал и далее н цифровой код, который устанавливает соответствующий коэффициент усиления усилителя 22.

При этом значение сигнала на выходе усилителя 22 опреде.ляется как

R U ьл

U выл р 1

157 7067 где Р„> — полное сопротивление умножающего цифроаналогового преобразователя;

R — масштабирующее сопротивле1 ние; . 5

Z — управляющий код;

U „ — входное значение напряжения а входе Делитель".

Точность деления, выполняемая этой схемой, определяется дрейфом нуля усилителя 23 и числом разрядов аналого-цифрового и цифроаналогового пре .,образователей (24 и .27). Нелинейные

1 . свойства этой схемы во всем диапа15

,зоне входных сигналов незначительны.

Благодаря использованию изобрете: ния снижается ограничение по колнчеству информационных точек отсчета положения на шаговом интервале, что повышает точность управления движе.. нием. Точность определения положения,, .не зависит от амплитуды составляющих результирующей ЭДС вращения, а от их отношения. Это. обстоятельство

25 дает преимущество при применении устройства в электроприводах, расчитанных на работу в широком диапазоне скоростей движения, а в планарном линейном приводе устраняет дополни- . тельную зависимость амплитуды составляющих ЭДС от нестабильности воздушного зазора между якорем и индуктором, Устройство инвариантно к конс грукции исполнительного двигателя и виду движения. Это объясняется 35 тем, что шаговые двигатели с ортогональным пространственным расположением фаз выпускаются промышленностью во вращательном, линейном и планарном конструктивных исполнениях.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

1. Устройство для определения положения подвижного элемента шагового двигателя с ортогонально расположенными обмотками, содержащее блок формирования сигнала фазового состояния результирующей ЭДС движения, состоящий из выделителя ЭДС движения в фазах и аналогового делителя напряжений, блок опорного сигнала, состоящий из таймера, счетчика импульсов, постоянного запоминающего устройства и цифроаналогового преобразователя, и блок сравнения, включающий формирователь стробирующего импульса, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения положения,путем увеличения разрешающей способности, в блок формирования фазового состояния результирующей

ЭДС движения дополнительно введеч функциональный преобразователь, входы которого подключены к выходам выделителя ЭДС движения в фазах, ана.логовые вьжоды подключены к входам делителя напряжений, а один дискретный выход связан с управляющим входом постоянного запоминающего устройства.

2. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что аналоговый делитель напряжений включает в себя компаратор, усилитель с дискретноуправляемым коэффициентом усиления, цепь управления усилением, состоящую из последовательно соединенных двухполупериодного выпрямителя и аналого-цифрового преобразователя, и входную цепь усилителя, состоящую из последовательно включенных коммутатора и парафазного усилителя с единичным коэффициентом передачи, причем вход управления коммутатором через компаратор напряжения связан с входом двухполупериодного выпрямителя.

1577067

1577067

НОС

Составитель В.Алфимов

Техред М.Дидык Корректор Н.Ревская

Редактор JI.Зайцева

Заказ 1855 Тираж 453 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-изпательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101