Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления с шаговыми двигателями, например, при изготовлении микросхем. Цель изобретения - повышение КПД устройства при повышении нагрузочной способности двигателя. Устройство для управления шаговым двигателем содержит распределитель 1 импульсов и многоканальный усилитель мощности со схемой управления, включающей интегратор 7, компаратор 10, триггер 11, стабилизаторы тока 24, транзисторный инвертор 35 и источник 36 напряжения высокого уровня. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 Р 8 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1Ф 13

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4427909/24-07 (22) 23.05.88 (46) 15.10.90. Бюл, Р 38 (71) Специальное проектно-технологическое бюро с опытным производством

Минского радиотехнического института (72) Е.С.Иытник, А.Г.Иаксидонов, В.Р.Бозин, В.В.Попов, С;Л.Мойсейчук, В.Э.Пацевич и В.If. Горбачев (53) 621.313.525(088.8) (56) Луценко В.F.. и др. Электропривод с шаговыми двигателями: Электропривод и автоматизация промьпппенных установок. Сборник. И., 1978, т. 6, с. 58-61.

Авторское свидетельство СССР

Р 902191, кл. Н 02 Р 8/00, 1982.

„.SU 1599967 А 1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ША1 ОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления с шаговыми двигателями, например, при изготовлении микросхем. Цель изобретения — повышение КПД устройства при повышении нагрузочной способности двигателя. Устройство для управления шаговым двигателем содержит распределитель 1 импульсов и многока-; нальный усилитель мощности со схемой управления, включающей интегратор 7, компаратор 10, триггер 11, стабилизаторы 24 тока, транзисторный инвертор 35 и источник напряжения высокого уровня. 2 ил.

1599967

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть испопьзовано в дискретном электроприводе.

I(åëü изобретения - повышение КПД и помехозящищенности.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 диаграммы работы устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит распределитель 1 импульсов, имеющий входы В (условное направление движения Вперед) и Н (условное направление движения Назад), на которые от программного устройства (не показано) поступают поочередно импульсы управ-: ления. Выходы распределителя импульсов подключены к входам многоканального усилителя мощности, каждый канал 2О которого включает в себя первый ключевой элемент 2, второй ключевой элемент 3 соединенные с фазой 4 двигателя, разделительные диоды 5 и 6, Каждый канал усилителя мощности снаб- 25 жен формирователем длительности импульса форсирования, включающим в себя интегратор 7 с резисторами S и 9 ня входе, выход которого соединен с компаратором 10, выход которого со- 3О единен с R-входом триггера 11, выход которого соединен с первым входом элемента И 12, второй вход которого соединен с шиной 13 выбора диапазона рабочих частот, а выход элемента И 12

35 соединен с управляющим входом управляемого ключа 14 и входом ключевого . элемента 3, причем управляемый ключ

14 включен между шиной питания высокого уровня и резистором 8, второч 40 конец резистора 9 через управляемый

" ключ 15 соединен с регулятором 16 опорного напряжения, причем синхровход С триггера 11 соединен с входом ключевого элемента 2, входом эле- 45 мента И-НЕ 17, выход которого соединен с входом одновибратора 18 и первым входом элемента И 19, выход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа 15, причем выход одновибратора 18 соединен с входом элемента И-ПЕ 20 и с управляющим входом управляемого ключа 21, подключенного параллельно конденсатору 22 интегратора 7, выход элемента И-НЕ 20

55 соединен с вторым входом элемента И 19, Источник 23 питания, обеспечивающий питание ключевых элементов 3 и 2,I состоит из и стабилизаторов 24 тока, содержащих последовательно соединенйые последовательный резонансный 3.Сконтур 25, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора

26, вторичная обмотка которого соединена с последовательно соединенным выпрямителем 27 и фильтром 28, а средняя точка последовательно соединенных конденсаторов 29 и 30 соединена через индуктивность 31 со средней точкоч последовательно соединенных диодов 32 и 33, причем анод диода 33 и катод диода 32 соединены с отрицательной и положительной шинами силового выпрямителя и фильтра 34 транзисторного инвертора 35, управляющие входы которого соединены с выходом модулятора 36, причем выход транзисторного инверторя 35 соединен со входами и последовательных резонансных контуров 25 и первичной обмоткой трансформатора 37 канала источника

38 напряжения высокого уровня, вторичная обмотка которого соединена с последовательно соединенными выпрямителем 39 и фильтром 40.

Устройство работает следующим образом.

Распределитель 1 импульсов вырабатывает на каждом из своих выходов систему сдвинутых по фазе прямоугольных импульсов напряжения. Этот сигнал поступает на вход ключа 2, синхровход С триггера t1 и вход элемента

И-НЕ 17. При этом происходит замыкание ключевых элементов 2 и 3, что приводит к подаче на фазу 4 напряжения высокого уровня от источника 38 напряжения, вызывающего форсированное нарастание тока i . При этом также происходит замыкание управляемого клю" ча 14 и происходит разряд конденсатора 22 интегратора 7, который бып предварительно заряжен от источника опорного напряжения через регулятор 16, управляемый ключ 15 и резистор 9.

Заряд конденсатора 2? происходит в момент времени t, когда включается управляемый ключ 15 сигналом с выхода элемента И 19. На вход элемента И

19 поступает с выходя элемента И-НЕ

17 и проинвертированный элементом

И-НЕ ?О сигнал с выхода одновибратора 18. В момент времени t > после прихода импульса на вход С триггер 11 включается, импульс с его выхода поступает на вход элемента И 12, а с

5 15 его выхода на вход ключевого элемента 3 и управляемого ключа 14. При этом происходит разряд конденсатора

22 (интервал t -t>) током, ограниченным резистором Я. При окончании раз- > этом сравнивается площадь S импульса, обеспечивающего заряд конденсатора 22 интегратора 7 и площадь импульса с выхода управляемого ключа 14 (фиг. 2з), т.е. S,=KS, где К - постоянный коэффициент, равный соотношению резисторов 8 и 9. В этом случае сравнение сигналов на всем промежутке времени действия импульса, который поступает в фазу двигателя. Заряд конденсатора 22 интегратора 7 от опорного напряжения обеспечивает минимальную ошибку и высокую помехоустойчивость, так как импульсная помеха сглаживается конденсатором интегратора. В предлагаемом устройстве площадь ную чувствительность к импульсной помехе, которая, как правило, по времени намного меньше времени заряда.

В случае, когда на шину 13 будет подан уровень логического нуля, ключ где r - -сопротивление, последовательно включенное в контур.

Величина его равна

>5 г=f RH где R н — сопротивление нагрузки.;

Учитывая все выражения, можно записать

14 не включится и конденсатор интегратора разрядится через ключ 21 по сигналу с выхода одновибратора (Uy пунк- тир). При низкой и сверхнизкой часто999б7 6 те вращения двигателя будет иметь место большое потребление тока фазой, Такой режим часто встречается в технологических опера"чях при перемещении подложки в вакуумных камерах при изготовлении микросхем. В этом случае, кроме снижения надежности работы устройства (выход из строя источника питанья Uö из-за перегрузки по току), будет иметь место снижение I уст- ройства из-за перегрева двигателя, дополнительных потерь в источнике питания. ,Чтобы не было перегрузки по току и был высокий KIIt в качестве источника U+ используется стабилизатор тока.

В этом случае вегичина тока будет под-. держиваться постоянной во всей рабо20 чей области частот (низкие и сверхнизкие).

Стабилизатор 24 тока состоит из последовательного резонансного LCконтура 25, к выходу которого подклю25 чен трансформатор 26, вторичная обмотка которого соединена с последовательно соединенными выпрямителем 27 и фильтром 28. При подаче на вход последовательного резонансного LC-кон39 тура последовательности прямоугольных импульсов на выходе контура будет напряжение синусоидальной формы (первая гармоника последовательности прямоугольных импульсов), Последовательный

35 резонансный ?.С-контур позволяет стабилизировать ток в нагрузке, подключенный к его выходу. Известно, что ве.личина выходного напряжения последовательного резонансного LC-контура более помехозащищенная и обеспечивает,авн (1) rye O — добротность контура;

gpx

45 и П вх выходное и входное напряжения.

Добротность контура зависит от величины потерь в контуре и его характеристического сопротивления при ре -., л занесения (11 „ " замес) имеет минималь- 5р зонансе напряжения, т,е. (=Р

1599967

U =П

Кн (2)

sllx 8" y

Разделив правую и левую часть на

R p у и Олуч им а

Увлек Us» (3)

К, Видно, что ток нагрузки будет постоянным, если П „=сопя и у =const.

Эти величины будут постоянными при постоянной частоте cv транзисторного преобразователя и постоянной первой гармонике выходного напряжения преобразователя, что обеспечивается соот.- г ветствующими методами управления с помощью модулятора 36. Модулятор имеет постоянную тактовую частоту и обратную связь по напряжению для стабилизации первой гармоники выходного напряжения. 20

Таким образом осуществляется стабилизация тока в цепи нагрузки последовательного резонансного ЬС-контура и тем самым в цепи ключевого элемента 2 и фазы двигателя при ниэ- 25 ком уровне питания. В этом. случае потери минимальны, так как ток в цепи постоянный и равный требуемому для данного двигателя. Для обеспечения защиты транзисторного преобразователя )0 от перегрузки точка соединения двух конденсаторов 29 и 30 последовательного резонансного контура через индуктивность 31 соединена с точкой соединения согласно последовательно соединенных диодов 32 и 33. Катод диода 32 соединен с отрицательной шиной питания транзисторного преобразователя, а анод диода соединен с положительной шиной питания транзисторно- А0 го преобразователя. В этом случае при достижении критической .амплитуды на выходе резонансного LC-контура открЫ ваются диоды 32 и 33, При этом потребление энергии от силового блока 34 питания резко сокращается,, она расходуется только на восполнение потерь в преобразователе и в контуре. Для увеличения амплитуды напряжения ограничения можно увеличить число кондея- 50 сатаров в контуре (например, до четырех, шести и т.д.) при сохранении неизменной общей емкости конденсато-:.ра, а индуктивность подключать к одному или к двум последовательным конденсаторам. При этом амплитуда на вы ходе контура может быть увеличена в

2,3,4 и т.д, раз до момента срабатывания диодов 32 и 33 и соответственно увеличивается диапазон стабилизации выходного тока при работе двигателя в области низких и сверхнизких частот.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого содержит первый ключевой элемент, подключенный входом к соответствующему выходу распределителя и связывающий общую шину источника питания. высокого и низкого уровней с одним выводом фазы двигателя, подключенной вторым выводом к катоду разделительного диода и к шине питания высокого уроння через второй ключевой элемент, соединенный входом с выходом первого элемента И формирователя длительнос" ти импульса форсирования, причем первый .вход первого элемента И соединен с шиной выбора диапазона рабочих частот, а первый элемент И-НЕ входом соединен с входом первого ключевого элемента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения КПД и помехозащищенности, формирователь дли; тельности импульса форсирования снабжен интегратором с двумя резисторами на входе, регулятором уровня опорного

;напряжения, компаратором, триггером, вторым элементом И-НЕ, вторым элементом И, одновибратаром, тремя управляемыми ключами, а источник питания включает в себя моду.-ятор, транзисторный инвертор, трансформатор, выпря,митель, фильтр и стабилизаторы тока по числу каналов усилителя мощности, каждый из стабилизаторов тока состоит из последовательно соединенных последовательного резонансного контура, трансформатора, выпрямителя и фильтра, причем инвертирующий вход интеграто" ра через первый резистор соединен с выходом первого управляемого ключа, вход которого соединен с регулятором уровня опорного напряжения, а через второй резистор — с выходом второго управляемого ключа, вход которого соединен с шиной питания высокого ,уровня, третий управляемый ключ включен параллельно конденсатору интегратора, выход интегратора соединен с неинвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с R-входом

9, 15999 триггера, выход которого соединен с . вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу второго управляемого клю ча, синхровход триггера соединен с

5 выходом распределителя импульсов и входом первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом одновибратора и первым входом второго элемента И, выход одновибратора соединен с входом второго элемента И-HE и управ" ляющим входом третьего управляемого ключа, а выход второго элемента И"HE соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с

67 1О управляющим входом первого управляемого ключа, выход каждого стабилиза-. ; тора тока соединен с шиной низкого уровня канала, которая соединена с анодом разделительного диода, к выходу транзисторного инвертора подключены входы всех стабилизаторов тока и последовательно соединенные трансформатор, выпрямитель и фильтр, выход которого подключен к шине высокого уровня, модулятор соединен выходом с управляющИми входами транзисторного инвертора, а входом — с выходом транзисторного инвертора.