Устройство для контроля механической перегрузки шагового двигателя

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам управления шаговыми двигателями, и может быть использовано в малогабаритном приводе с шаговыми двигателями. Целью изобретения является снижение габаритов и массы привода. Контроль за механической перегрузкой осуществляется с помощью анализа изменения частоты управляющих сигналов с выхода стабилизаторов тока. Благодаря этому отпадает необходимость установки электромеханического датчика на оси шагового двигателя. Дополнительные преимущества - большее быстродействие, возможность контроля работоспособности усилителя мощности и отработки каждого управляющего импульса. Устройство позволяет разместить собственно элементы контроля не в самом приводе, а в контрольной аппаратуре. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 Н 02 Р 8/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4633762/24-07 (22) 09.01.89 (46) 07.12.90. Бюл. № 45 (72) А. Е. Машкевич и Б. H., Шпикалов (53) 621.313..525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1111246, кл. Н 02 Р 8/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1356175, кл. Н 02 P 8/00, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕГРУЗКИ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, а имение к устроиствам управления шаговыми двигателями, и может быть исИзобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в дискретном электроприводе, преимущественно с малогабаритными двигателями.

Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов привода.

На фиг. 1 приведена схема привода, включающая устройство для контроля; на фиг. 2 — пример выполнения формирователя импульсов; на фиг. 3 — пример выполнения блока сравнения; на фиг. 4 — циклограмма работы устройства.

Привод содержит первую 1, вторую 2, третью 3, четвертую 4 фазные обмотки шагового двигателя, первый 5, второй 6, третий 7, четвертыи 8 фазные ключи, первый 9, второй 10 регулирующие ключи, первый 11, второй 12 регуляторы тока, первый 13, второй 14 резисторы обратной связи по току, первый 15, второй 16 диоды контура регулирования, распределитель 17 импульсов, первый 18, второй 19, третий 20, четвертый 21

ÄÄSUÄÄ 1612371 пользовано в малогабаритном приводе с шаговыми двигателями. Целью изобретения является снижение габаритов и масон: привода. Контроль за механической перегрузкой осуществляется с помощью анализа изменения частоты управляющих сигналов с выхо <з стабилизаторов тока. Благодаря этому отпадает необходимость установки электромеханического датчика на оси шагового двигателя. Дополнительные преимущества— большее быстродействие, возможность контроля работоспособности усилителя мощности и отработки каждого управляющего импульса. Устройство позволяет разместить собственно элементы контроля не в самом приводе, а в контрольной аппаратуре. 4 ил. форсировочные диоды, форсировочный резистор 22, форсировочный конденсатор 23, формирователь 24 импульсов, первый 25, второй 26 блоки сравнения, первый 27, второй 28 элементы И, элемент ИЛИ 29.

Входом привода является вход 30 распределителя 17 импульсов, выходы 31 — 34 распределителя импульсов соединены с входами пе вого 5, третьего 7, второго б, четвертого 8 фазных ключей, выход 35 р гулятора 11 тоха соединен с входом регулирующего ключа 9 и первым входом формирователя 24 импульсов, выход 36 первого 9 регулирующегс ключа соединен с фазными оомотками 1 и 2 и диодом 15, выход 37 регулятора 12 тока соединен с входом регулирующего ключа 10 и вторым входом формирователя 24 импульсов, выход 38 второго 10 регулирующего ключа соединен с фазными обмотками 3 н 4 и диодом 16. Формирователь 24 имеет выходы 39 — 48.

Первый 39. шестой 44 выходы формирователя 24 импульсов соединены с входами со1612371

10

3 ответственно первого 25 и второго 26 блоков сравнения, предназначенными для начальной установки, второй 40, седьмой 45 выходы формирователя 24 импульсов соединены с входами, соответственно первого 25 и второго 26 блоков сравнения„ предназначенными для приема первой серии импульсов (при вычитании), а третий 41, восьмой 46— дтя второй серии импульсов (при сложении), четвертый 42, девятый 47 выходы формирователя 24 импульсов соединены с входами соответственно первого 25 и второго 26 блоков сравнения, предназначенными для переключения направления счета, пятый 43, десятый 48 выходы формирователя 24 импульсов оединены с вторыми входами ссютветственно первого 27 и второго 28 элементов И, выход 49 первого 27 элемента И, выход 50 второго 28 элемента И соединены с входами элемента ИЛИ 29.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении на вход 30 распределителя 17 импульсов сигналов, распределитель 17 импульсов вырабатывает последовательность импульсов на первом 31, втором 32, третьем 33, четвертом 34 выходах, поступающую на входы первого 5, третьего 7, второго 6, четвертого 8 фазных ключей, подключающих к источнику питания соответственно первую 1, третью 3, вторую 2, четвертую 4 фазные обмотки.

Первый резистор 13 обратной связи по току, первый 5 или второй 6 фазные ключи с соответствующими первой 1 и второй 2 фа".àìè шагового двигателя, первый 9 регулирующий ключ, первый регулятор 11 тока, первый диод 15 контура регулирования тока, действук щие по принципу «токовой коридор» образуют контур регулирования тока.

Аналогичный контур регулирования тока образуют элементы: второй резистор 14, третий 7 и четвертый 8 фазные ключи, третья

3 и четвертая 4 фазы шагового двигателя, второй 10 регулирующий ключ, второй регулятор 12 тока, второй !6 диод контура регу,.ирования, первый 18, второй 19, третий 20, четвертый 21 форсировочные диоды, форсировочныи резистор 22, форсировочный конденсатор 23 образуют цепь форсировки в соответствующей обмотке при ее отключении.

При вращении ротора шагового двигателя во время поворота происходит периодическое изменение электромагнитных свойств системы ротор — статор и соответственное изменение электромагнитных сВоНсТВ подключенной обмотки, что выражается в изменении частоты регулирования тока в данной обмотке. Конкретно это явление выражается в том, что в момент поворота во вновь подключенной обмотке существенно увеличивается частота регулирования тока (=30—

50;;).

4

На циклограмме (фиг. 4) отмечены временные интервалы существенного повышения частоты, как t g для первой 1 и второй 2 и как тз 4 для третьей 3 и четвертой 4 обмоток шагового двигателя.

Следует отметить, что поворот сказывается и на частоте регулирования тока некоммутируемой обмотки, но значительно меньше и в течение меньшего временноi о интервала (это изменение на диаграмме (фиг. 4) условно не показано). Диаграмма, показанная на фиг. 4 (35 — 38) характерна для работы шагового двигателя на частоте пр ием и стост и.

При механическом торможении шагового двигателя при поступлении управляющих импульсов 31 — 34 (фиг. 4) на фазные ключи 5 — 8 не происходит поворота оси шагового двигателя в пределах периода управления какой-либо фазы, частота регулирования тока в обмотках поддерживается постоянной в пределах этого периода и может отличаться на величину случайных отклонений частоты регулирования регулятора тока.

На диаграмме (фиг. 4) это показано условно в момент времени ti Сравнивая частоту регулирования (или количество импульсов за один и тот же временной интервал) тока в фазе в течение интервала времени, соответствующего ожидаемому повороту и в течение интервала времени после окончания ожидаемого поворота, можно установить факт механического торможения.

В этом случае при поступлении на входы формирователя 24 импульсов сигналов с выходов 35 и 37, первого 11 и второго 12 регуляторов тока он вырабатывает последовательности импульсов на своих выходах

39 — 48 согласно фиг. 4.

На первом 39 и шестом 44 выходах формируются импульсы, устанавливающие соответствующие блоки 25 и 26 сравнения в исходное состояние перед началом контроля, на втором 40 и третьей 41 выходах формируются импульсы, частота которых (или количество за одинаковый временной интервал) сравнивается (эти интервалы относятся к двум половинам периода подключения первой или второй обмоток).

Указанные импульсы поступают на входы первого 27 устройства сравнения.

На четвертом 42 выходе формируется сигнал в виде импульса, определяющего направление счета (в данном случае наличие импульса — сложение, отсутствие — вычитание) и относящийся к интервалу, во время которого выявляется факт механического торможения.

На пятом 43 выходе формируется сигнал разрешения на пропуск через первый элемент И 27 сигнала о механической перегрузке на выход через элемент ИЛИ 29.

Сигналы на шестом 44, седьмом 45, восьмом 46, девятом 47 и десятом 48 выходах

Формирователя 24 импульсов аналогичны

1612371

5 сигналам на первом 39, втором 40. третьем 41, четвертом 42 и пятом 43 выходах.

Формирователь 24 импульсов включает в себя фильтры 50 и 51, предназначенные для выделения импульса установки в начальное положение блоков 25 и 26 сравнения и представляющие из себя, например, RC-цепь и триггер, Шмитта. Эти фильтры задерживают короткие импульсы и пропускают длинный импульс.

Блоки 25 и 26 сравнения сравнивают количества импульсов, поступающие с второго 40 и третьего 41 выходов формирователя 24 импульсов для первого блока 25 и с седьмого 45 и восьмого 46 выходов для второго блока 26.

Сравнение производится с точностью до величины случайных отклонений.

Блоки сравнения могут быть реализованы, например, ка „ показано на ф.и г. .3 в виде трех логических элементов: ИЛИ 55, реверсивного счетчика 56 и элемента HE 57.

После записи импульсом начальной установки 39 (441 начальной уставки, равной двоиной величине случайного отклонения числа импульсов, счетчик работает на вычитание, а после переключения направления счета — на сложение.

Таким образом, если вторая пачка импульсов, приходящая во время работы на сложение, равна го количеству импульсов пачке импульсов, приходящих во время работы на вычитание, то на выходе 49 (50) сфбрмируется сигнал переполнения счетчика, что говорит о механической перегрузке оси шагового двигателя.

Устройство позволяет анализировать соотношение количества импульсов на каждом периоде управления каждой фазой при любом типе перегрузки. Таким образом, устройство позволяет контролировать механическую перегрузку на оси шагового двигателя, используя только сигналы управления с выходов регуляторов тока, что позволяет отказаться от использования электромеханического датчика из диска и оптопар, т. е. достигается цель изобретения — уменьшение габаритов и массы шагового привода.

Следует отметить, что полученный сигнал. о механической перегрузке можно использовать для Отключения входных сигналов, как и в известном устройстве. Кроме того, 6 этот сигна ч можно использовать для Откл>0чения питания шагового двигатсля, можно использовать только для регистрации при кратковременной перегрузке.

Устройство обладает также дополните.:.ь«ыми преимуществами: если при эксплуатации механическая нагрузка стабильна, а контроль механической перегрузки необходим только при изготовлении и испь.танин привода, То собственно контрольное уст g poAcTBo может быть установлено отдельно в контрольной аппаратуре, что дает удобство в эксплуатации по сравнению с известным; повышается быстродействие, так как сигнал О перегрузке выдается после максимум двух управляющих на входе 30 импульсов, а н известном — после 3; устройсТВо позволяет дополнительно контролировать Отработку каждого шага по имгульсным сигналам с выходов блоков 25 и 26 срачнения во время работы этих устройств на ьычитание; сигналы, идущие с выходов первого 39 и шестого 44 формирователя импуль ов мо; ут характеризовать исправность работы усилителя MoULHocTH, так как посто.".,нный «0» или « l » будут характеризовать отказ устройства управления; уже

25 существующие приводы легко оснастить средством контроля механической перегрузки без переделки собственного привода.

Формцла изобретения

Устройство для контроля механической перегрузки шагового двигателя, работающего в рея:име парной коммутаиии с имгульсной стабилизацией ТоКВ фаз, содержащее первый блок сравнения, эл мент И, элемент ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, введены второй блок сравнения, второй элемент И и формирователь импульсов, входы которого предназначены для соединения с выходами импульсных стабилизаторов тока фаз, уст4О ройства для управления двигателем, а выходы исходного положения, импульсные и направления счета соединены с соответствующими входами блоков сравнения, выходы разрешения соединены с первыми входами элементов И, вторые входы которых соеди45 иены с выходами соответствующих блоков сравнения, а выходы — с входами элемента ИДИ.

j61237i

Ф1/2. 1

1612371 фиг, Г

$0) 1612371

Составитель В. Алфи мо в

Реда кто р Г. Г с р 6ер Техред А. Кравчук Корректор О. Кравцова

Заказ 3834 Тираж 449 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, !01