Замкнутый волновой шаговый электропривод
Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в прецизионном дискретном приводе с волновым двигателем . Цель изобретения состоит в повышении точности позиционирования. В электропривод введены блок 13 датчиков положения волны деформации, блок 12 переключений , элементы 10 и 11 вычитания и реверсивные счетчики 8 и 9. Измеряется рассогласование заданного и действительного положения волны деформации, по этому сигналу изменяется форма тока включенных фаз в режиме дробления шага. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фогл (21) 4646247/07 (22) 06.02.89 (46) 28.02.91. Бюл. ¹ 8 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) С.М. Дерипаско, В.И. Саввин, А.П. Сеньков и И.В, Топоров (53) 621.313.525(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹1361702,,кл. Н 02 Р8/00,,1987, Авторское свидетельство СССР
¹ 1259465, кл. Н 02 P 8/00, 1986. (54) ЗАМКНУТЫЙ ВОЛНОВОЙ ШАГОВЫЙ
ЭЛЕКТРОПРИВОД
„„ Ы„„1631690 А1 (51)5 Н 02 P 8/00, Н 02 К 41/06 (57) Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в прецизионном дискретном приводе с.волновым двигателем. Цель изобретения состоит в повышении точности позиционирования. В электропривод введены блок 13 датчиков положения волны деформации, блок 12 переключений, элементы 10 и 11 вычитания и реверсивные счетчики 8 и 9. Измеряется рассогласование заданного и действительного положения волны деформации, по этому сигналу изменяется форма тока включенных фаз в режиме дробления шага.
3 ил.
Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может использоваться в прецизионном шаговом электроприводе с волновым двигателем, Цель изобретения — повышение точности позиционирования.
На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода; на фиг. 2 — принципиальная схема одного канала двухканального блока переключений; на фиг. 3— осцилограмма формы тока, протекающего во включенной фазе ВШД, Устройство (фиг. 1) содержит шаговый волновой двигатель (ВШД) 1, усилитель 2 мощности, постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) 3 и 4, сумматоры 5, 6 и блок обработки сигналое датчика 7 положения, реверсивные счетчики 8 и 9, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих сумматоров 5, 6 и с первыми входами соответствующих элементов 10, 11 вычитания. Вторые входы элементов 10, 11 вычитания соединены с входами соответствующего канала блока 12 переключений и через соответствующий канал блока обработки сигналов датчика 7 положения — с соответствующим выходом блока 13 датчиков положения волны деформации. Выходы элементов 10, ",1 вычитания соединены с вторыми входами соответствующих сумматоров 5 и 6, выходы которых соединены с входами соответствующих постоянных запоминающих устройств 3, 4, выходы которых соединены с входами соответствующих преобразователей код —, длительность 14, 15, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов И 16.
Вторые входы элементов И 16 соединены с выходом соответствующего канала блока 12 переключений, третьи входы элементов
И 16 соединены с инверсными выходами заема соответствующих сумматоров 5, 6, а выходы элементов И 16 соединены через усилитель 2 мощности с фазами волнового шагового двигателя 1, Каждый канал блока переключений (фиг. 2) содержит элемент И вЂ” HE 17, входы которого являются входами канала блока переключений и соединены с выходами соответствующего канала блока обработки сигналов датчика 7 положения, а выход соединен с входом триггера 18, выходы которого являются выходом канала блока переключений и соединены с вторыми входами элементов И 16.
Устройство работает следующим образом (пример четырехфазного ВШД).
При включении устройства на установочный вход реверсивных счетчиков 8, 9 и на установочный вход триггеров 18 канала блока 12 переключений поступает сигнал установки. При этом реверсивные счетчики
8, 9 устанавливаются в нулевое (исходное) состояние, при котором к источнику питания подключаются первая и вторая фазы
ВШД 1. Триггеры 18 канала блока 12 переключений также устанавливаются в нулевое положение.
При поступлении импульсов управления на выходах реверсивных счетчиков 8, 9 (фиг. 1) формируются коды, изменяющиеся
10 уровней сигналов, присутствующих на входах  — вперед и Н вЂ” назад), Коды с выходов реверсивных счетчиков 8, 9 поступают на первые входы элементов 10, 11 вычитания на вторые входы последних поступают коды, формируемые на выходах блока обра20 ботки сигналов датчика 7, которые изменяются по пилообразному закону и характеризуют закон изменения текущего углового положения волны деформации
25 гибкого ротора по изменению уровня напряжения, формируемого на соответствующем выходе блока 13 датчиков положения волны деформации. Датчики положения волны деформации установлены на корпусе ВШД 1 и
30 формируют на выходах напряжения, пропорциональные текущим значениям воздушных зазоров гибкого ротора. Так как амплитуда волны деформации изменяется по синусоидальному закону в функции удвоенного аргумента, при расположении датчиков положения волны деформации под углом 45 относительно друг друга, напри35 мер на осях первой и второй фаз ВШД 1 соответственно напряжения на выходах датчиков будут иметь синусоидальный и ко40 синусоидальный закон изменения, т.е, на первом выходе блока 13 датчиков положения будет формироваться синусоидальное напряжение, соответствующее текущему угловому положению волны деформации гибкого ротора„тогда как на втором выходе— напряжение, изменяющееся по косинусоидальному закону.
Таким образом, на выходе элементов 10 и 11 вычитания формируются коды, соответствующие разности между заданным угловым положением волны деформации гибкого ротора и его текущим положением
50 (т.е. величина угла рассогласования). Коды, формируемые на выходах элементов 10, 11 вычитания, поступают на вторые входы соответствующих сумматоров 5, 6, на.первые входы которых поступают коды, формируемые на выходах реверсиеных счетчиков 8, 9. пропорционально изменению заданного углового положения волны деформации гибкого ротора, и соответствующие прямому
15 либо обратному счету (в зависимости от
1631690
Тогда на выходах сумматоров 5, 6 формируются коды, значения которых являются функцией заданного углового положения волны деформации гибкого ротора и его текущего углового положения, т.е. Осуществляется изменение значения кодов, формируемых на выходах реверсивных счетчиков 8, 9 на величину кода, пропорционального углу рассогласования.
Коды, формируемые на выходах сумматоров 5, 6, поступают на соответствующие адресные входы ПЗУ 3, 4. Запрограммированные соответствующим образом ПЗУ 3, 4 формируют на выходах коды, изменяющиеся при нулевом рассогласовании в соответствии с выражением где li — ток во включенной фазе i; д — величина зазора между статором и недеформированным гибким ротором
ВШД;
a — координата углового положения; д, — исходное значение зазора:, К вЂ” коэффициент, учитывающий конструкцию ВШД; в — максимальная амплитуда деформации гибкого ротора;
j3 — координата углового положения волны деформации гибкого ротора;
4 — номинальное значение тока.
Код на выходе ПЗУ 3 изменяется пропорционально положительной полуволне подкоренного значения синусоидального закона изменения, тогда как код на выходе
ПЗУ 4 изменяется пропорционально положительной полуволне подкоренного значения косинусоидального закона изменения.
Содержание ПЗУ 3, 4 является рабочей программой изменения значений токов включенных фаз в функции от заданного углового положения волны деформации гибкого ротора.
Коды, формируемые на выходах ПЗУ, поступают на преобразователи код — длительность 14, 15, на их выходах формируется последовательность прямоугольных импульсов, длительность которых является функцией входного кода. Импульсы, формируемые на выходах преобразователей код— длительность 14, 15, поступают через соответствующие элементы И 16, а также через усилитель мощности 2 на включенные фазы
ВШД 1, Таким образом, осуществляется регулирование уровня тока, протекающего в фазах двигателя, путем регулирования дли10
40 вычитания. Соответственно изменяются значения кодов, формируемые на выходах
55
30 тельности импульсов напряжения питания, На фиг. 3 приведена диаграмма изменения тока во включенной фазе!ф, Коды, формируемые на выходах блока обработки сигналов датчиков 7, поступают также на первые входы соответствующего канала блока 12 переключений. При нулевом значении выходного кода блока обработки сигналов датчиков 7 на выходе элемента И вЂ” НЕ 17 формируется сигнал "1", который поступает на вход триггера 18 и переводит его в новое устойчивое положение. Сигналы с выходов триггера 18 поступают на вторые входы соответствующих элементов И 16, т,е. осуществляется изменение коммутации фаз ВШД 1, Нулевое значение кода на выходах блока обработки сигналов датчиков 7 соответствует завершению положительной полуволны подкоренного значения синусоидального (или косинусоидального) закона изменения величины TQKB Вкл!Очен ной фазы. В этом слу- чае необходимо Осуществить переключение фаз ВШД 1, так как следующая положительная полуволна закона изменения токов соответствует фазе, для которой закон изменения тока имеет такой же характер, но противоположен по знаку.
Допустим, что в некоторый момент времени (например, т на фиг. 3) произошло изменение значения момента нагрузки, приложенного к валу ВШД 1(например, увеличение). Увеличение момента нагрузки приведет к смещению результирующего вектора электромагнитного поля статора
ВШД 1 и, следовательно, к Отставанию ротора от текущего заданного положения, В этом случае изменяются значения кодов, формируемые на выходах элементов 10, 11 сумматоров 5, 6, вследствие чего осуществляется сдвиг последовательности кодов, формируемых на выходах ПЗУ 3, 4. Величина сдвига пропорциональна значению кода, формируемого на выходе элементов 10, 11 вычитания, т.е. пропорциональна величине
yrna рассогласования. Ток в этом случае (фиг. 3, интервал времени tz — т4) имеет крутой фронт нарастания (так как ротор отстает) и пологий фронт спадания, так как после момента т данная фаза оказывает тормозящее воздействие на ротор).
В случае, когда результатом суммирования входных кодов, поступающих на входы сумматоров 5, 6, является отрицательное значение, сигнал на инверсном выходе заема сумматора 5 или 6 принимает значение
"0", который поступает на третьи входы соответствующих элементов И 16 и запрещает
1631690 прохождение импульсов, формируемых на вы .оде преобразова î ей код — длительнос;,: 1, 15, через усилитель 2 мощности на сооть тс вующие фазы ВШД 1. При данном текущем угловом положении волны деформации гибкого ротора и при данном значении момента нагрузки, приложенного к валу
ВШД 1, данная группа фаз не создает положительного значения электрического момента, При уменьшении момента нагрузки произойдет "выбегание" ротора, т.е. опережение ротором текущего заданного углового положения. В этом случае устройство работает аналогично, а смена знака угла рассогласования приведет к изменению формы тока. Форма тока будет иметь зеркальное отображение 1ф (интервал времени
tz-t4) относительно оси симметрии, проходящей через тз (изображено пунктирной линией на фиг, 3).
При реверсе (изменение уровня сигналов на входах S и Н реверсивного счетчика) произойдет смена направления счета задающих элементов 8, 9, следовательно, очередность формирования кодов на выходах
ПЗУ 3, 4 будет осуществляться в обратном направлении. Текущие значения заданного углового положения волны деформации (угол Р будут изменяться в обратном порядке. В момент переключения направления вращения (за счет вращения ротора по инерции) появится угол рассогласования между значением заданного углового положения волны деформации гибкого ротора и
его текущим значением. Устройство работает в этом случае аналогично случаю изменения момента нагрузки, осуществляя отслеживание текущего значения заданного углового положения волны деформации гибкого ротора (угол Д.
Длительность импульсов напряжения питания определяется заданным угловым положением волны деформации гибкого ротора и величиной, пропорциональной углу рассогласования между заданным и текущим угловым положением волны деформации. За счет изменения значений токов, протекающих во включенных фазах ВШД 1, осуществляется смещение результирующего вектора электромагнитного поля статора
ВШД 1, а так как величина смещения результирующего вектора является, в частно5 сти, функцией угла рассогласования, осуществляется компенсация возмущающего воздействия, приложенного к валу двигателя момента нагрузки, т.е. достигается повышение точности позиционирования ро10 тора ВШД1;
Формула изобретения
Замкнутый волновой шаговый электропривод с дроблением шага, содержащий
15:усилитель мощности, два постоянных запоминающих устройства, сумматор и блок обработки сигналов датчика положения, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точ ости позиционирования двигателя
20 при иерем нном моменте нагрузки, введены блок датчиков положения волны деформации, два элемента вычитания, два преобразователя код — длительность, элементы И по количеству каналов усилителя
25 мощности, дополнительный сумматор, блок переключений и два реверсивных счетчика, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих сумматоров и элементов вычитания, вторые входы последних
30 соединены с входами соответствующих каналов блока переключений и через соответствующие каналы блока обработки сигналов датчика положения — с соответствующими выходами блока датчиков положения вол35 ны деформации, выходы элементов вычитания соединены с торыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых подключены к входам постоянных запоминающих устройств, выходы которых
40 соединены с входами соответствующих преобразователей код — длительность, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов И, вторые входы которых соединены с прямым и инверсным
45 выходами соответствующего канала блока переключений, третьи входы — с инверсными выходами заема соответствующих сумматоров, а выходы элементов И соединены с усилителем мощности.
1631690
6U2 3
Редактор М.Келемеш
Заказ 554 Тираж 348 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
1 ьь
4, 3
Ъ 4 в ь с> 1
Составитель В,Алфимов
Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская
