Способ управления шаговым двигателем перемещения запорно- регулирующих элементов гидравлической, пневматической и смазочной аппаратуры и устройство для его осуществления
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в гидроприводах металлорежущих станков и других машин. Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия системы управления . Способ заключается в подаче определенной последовательности импульсов от системы управления на шаговый двигатель , последующем преобразовании его углового смещения в линейное или угловое перемещение запорно-регулирующего элемента и установке исходного и рабочих положений запорно-регулирующего элемента. Устройство содержит систему управления, выполненную в виде программируемого контроллера, и шаговый двигатель, кинематически связанный с запорно-регулирующим элементом. Новым в способе является то, что рассчитывают количество импульсов, необходимых для перемещения запорнорегулирующего элемента до жесткого упора из наиболее удаленного от жесткого упора положения, экспериментально определяют количество импульсов, необходимых для перемещения запорно-регулирующего элемента от жесткого упора до исходного положения, После чего подают на шаговый двигатель последовательно количество В импульсов в сторону перемещения к жесткому упору, количество С импульсов в сторону перемещения от жесткого упора и количество Ai...An импульсов, соответствующих заданным рабочим положениям, разбивая каждое из указанных количеств на основное, кратное допускаемому шаговым двигателем числу k шагов за один цикл работы системы управления, и остаток, меньший k. Причем в каждом цикле вычисление углового смещения шагового двигателя производят однократно, а вычисление состояний его фазовых обмоток и вывод полученного решения на выходы системы управления - к раз при отработке основного количества импульсов и однократно при отработке остатка. Подача количества С импульсов может осуществляться при форсированном значении тока в фазовых обмотках шагового двигателя. Новым в устройстве является то, что оно дополнительно содержит токозаадющие резисторы, связывающие силовые выходы программируемого контроллера с фазовыми обмотками шагового двигателя, 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил. ч ел со о о ы
со аз советских социАлистических
РЕСПУБЛИК
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4817528/29 (22) 23.04.90 (46) 07.08,92, Бюл. ¹ 29 (71) Э ксп ериментал ьн ый научно-исследовательский институт металлорежущих станков (72) И.В, Орлик, Д.Г, Левит, В.К. Свешников, Г,М, Иванов, А.А. Левин и Б,И. Лыткин (56) Авторское свидетельство СССР ¹ 1512246; кл, F 15 В 9/03, 1989, "SPS Magazin", Heft 4, Juni 89, р. 31, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ, ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ И СМАЗОЧ Н ОЙ АППАРАТУР Ы И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в гидроприводах металлорежущих станков и других машин. Цель изобретения — повышение надежности и быстродействия системы управпения. Способ заключается в подаче определенной последовательности импульсов от системы управления на шаговый двиrarenb, последующем преобразовании его углового смещения в линейное или угловое перемещение запорно-регулирующего элемента и установке исходного и рабочих положений запорно-регулирующего элемента. Устройство содержит систему управления, выполненную в виде программируемого контроллера, и шаговый двигатель, кинематически связанный с запорно-регулирующим элементом. Новым в способе является то, что рассчитывают количество импульсов, Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в гидропри. Ж,, 17530о3 А1 необходимых для перемещения запорнорегулирующего элемента до жесткого упора из наиболее удаленного от жесткого упора положения, экспериментально определяют количество импульсов, необходимых для перемещения запорно-.регулирующего эле-" мента от жесткого упора до исходного положения, После чего подают на шаговый двигатель последовательно количество В импульсов в сторону перемещения к жесткому упору, количество С импульсов в сторону перемещения от жесткого упора и количество A>...An импульсов, соответствующих заданным рабочим положениям, разбивая каждое из указанных количеств на основное, кратное допускаемому шаговым двигателем числу k шагов за один цикл работы системы управления, и остаток, меньший k. Причем в каждом цикле вычисление углового смещения шагового двигателя производят однократно, а вычисление состояний его фазовых обмоток и вывод полученного решения на выходы системы управления — k раз при отработке основного количества импульсов и однократно при отработке остатка. Подача количества С импульсов может осуществляться при форсированном значении тока в фазовых обмотках шагового двигателя. Новым в устройстве является то, что оно дополнительно, содержит токозаадющие резисторы, связывающие силовые выходы программируемого контроллера с фазовыми обмотками шагового двигателя, 2 с. и 2 з,п. ф-лы, 3 ил. водах металлорежущих станков и других машин, 1753063 30 50 нейшего поворота, Цель изобретения — повышение надежности и быстродействия системы управления. На фиг. 1 представлена принципиальная конструктивная схема гидравлического регулятора расхода; на фиг, 2 — сечение А-А на фиг, 1.; на фиг, 3 — принципиальная ко.;:структивная схема гидравлического предохранительного клапана. Способ реализуют следу1ощим образом. Перед запуском гидравлической., пневматической или смазочной системы запорно-регулирующие элементы гидравлической, пневматической или смазочной аппаратуры должны находиться в строго определенном исходном положении (нейтральном длл гидроряспределителей, соответствующем установленному pRcx0äó для дроссепей или давлени1О дпя клапанов). Для этого при пусконаладочных работах на этапе паис<а исходного положе:.ил предварительно рассчитыва1от коли -1ество В импульсов, необходимых для перемещения запорно-регулирующего эпеме11та до жесткого упора из наиболее удаленного от жестког. упора положения, Это количество зависит от типа шагового двигателл, передаточного отношения механизма преобразования его углового смещения в линейное или угловое перемещеIIèå зяпорно-регулирующего элемента и максимального ходя последнего. Далее для гидравлических регуляторов расхода экспериментально определяют l После завершенил пусконалядочных работ II > шаговый двигатель пода1от количество В импульсов в сторону перемещения к жесткому упору, Поскольку система управления, например, пр >граммируемый контроллер, работает по жесткому циклу, время которого состявплет 5 — 20 мс, и расчет состояния Выходог. обычно производится один раз эа цикл, частота импульсов, подаваемых на шаговый двигатель, не превышает 50-200 Гц, что ограничивает быстродействие системы управления, Дпл устраненил этого дефекта ВЬ1ЧИСЛЕ1(IЕ СОСТОЯНИЙ фЯЗОВЫХ OOMDTOI< шагового двигателя и вывод полученного решен1ил ня выходы системы управления производят многократно К раз, где !< — допускяе " ое шаговым двигателем число шагов за один цикл работы системы управления При этом расчетное количество импульсов ря" {>иБВ1от на кp2THoQ числу 1< и Остаток. В каждом цикле Вычисленио углового смещения шагового двигателл производят однокрят!o, а вычисление состояний его фалов,!I, обмоток и вывод полученного реше11ия на выходы системы управления — k раз при отработке основного количества импульсов и однократно при отработке остатка, При этом, во избежание черезмерного увеличенил программы, угловое смещение ша1ового двигателя вычисляют В цикле однократно, В результате запорно-регулиру ощий элемент при>кимается к жесткому упору, я оставшееся количество импульсов (если запорно-регулирующий элемент не находился в наиболее удаленном от жестко о упора положении) проходит через фазовые обмотки шагового двигателя, не вызывая его дальАналогичным образом на шаговый двигатель пода1от количество С импульсов, реализующих перемещение запорнорегулирующего элемента в исходное положение, и количества А"-А„импульсов, соотввтСтву>Ощих Заданным рябОчим поло>кениям запорно-регулирующего элемен.га 1753063 С целью исключения опасности заклинивания винтовога механизма преобразования углового смещения шагового двигателя в линейное перемещение запорно-регулирующего элемента, подачу количества С импульсов осуществляют при форсированном значении тока в фазовых обмотках шагового двигателя, поэтому развиваемый им крутящий момент при отходе от >кесткога упора превышает момент, деиствующий ва время прижима к упору, Предлагаемый способ реализован в устройстве (фиг. 1), которое содержит систему 1 управления и установленный на гидравлической, пневматической или смазочной аппаратуре 2 шагавый двигатель 3 с фазовыми обмоткамл 4, кинематически связанный с запарка-регулиру ащим элементом 5, Система 1 управления выполнена в виде программируемого контроллера 6, силовые выходы 7 которого через токозадающие резисторы 8 непосредственно связаны с фазовыми обмотками 4 шагового двигателя 3 (возможно управление несколькими шаговыми двигателями). Кинематическая связь (поэицией,не обозначена) шагового двигателя 3 и заг арно-регулирующе -о элемента 5 клапана может дополнительно содержать пружину 9 (фиг. 3) связл с запорно-регулирующим элементом. На фиг, 1 и 2 ц качестве аппаратуры 2 показан гидравлический регулятор расхода, в корпусе 10 и переходнике 11 которого размещены гильза 12 с редукцианным клапаном 13, нагруженным пружиной 14, и гильза 15 с эапарно-регулирующим элементом 5, на который снизу воздействует пружина 16, а сверху — винт 17, паворачиваемый валиком 18. Последний опирается на упорный подшипник 19, имеет жесткий упор 20 и через паводковую муфту 21 связан с шаговым двигателем 3. На фиг, 1 — 3 также обозначены: линии 22 — 24 подвода, отвода и дренажа соответственно, дросселирующая щель 25, дросселирующее отверстие 26 редукционного клапана, соединительные каналы 27 — 30, полости 31 — 36, блок 37 питания, На фиг, 3 в качестве управляемого аппарата 2 показан предохранительный клапан, Устройство работает следующим образом, Перед включением гидросистемы с силовых выходов 7 программируемого контроллера 6 через токозадаюгцие резисторы 8 на фазовые обмотки 4 шагового двигателя 3 подается количество В импульсов в сторону перемещения запорно-регулирующего элемента 5 до жесткого упора 20 иэ любого (в том числе, наиболее удаленного от жесткого 30 стоянным перепад давлений на дросселиру ?0 55 упора) положения. При этом коммутация фазовых обмоток 4 шагового двигателя 3 реализуется непосредственно программируемым контроллером 6, Момент от шагавого двигателя 3 через паводковую муфту 21 передается на валик 18, поворачивающий винт 17. В результате винт 17 вместе с запорно-регулирующим элементом 5, прижимаемым к нему пружиной 16, поднимается вверх до контакта с жестким упором 20. Далее на фазовые обмотки 4 подается количество С .импульсов (возможно при форсированном значении тока), обеспечива ащих перемещение эапорно-регулирую- . щего элемента 5 в сторону ат жесткого упора 20 до исходного положения, После включения гидросистемы рабочая жидкосгь из напорной линии 22 через дрбсселирующее отверстие 26 редукционного клапана 13 поступает в полость 33 и далее через дросселирующую щель 25 гильзы 15, частично перекрытую запаано-регулиру,ощим элементом 5, полость 35 и линин> 23 отводится в гидросистему, Поскольку полость 33 входа в дросселирующую щель 25 каналами 27 и 28 соединена соответственно с полостями 32 и 34, а линия 23 отвода— каналом 29 с полостью 31, редукционный клапан 13 автоматически поддерживает поющей щели 25 независимо от изменения давлений в линиях 22 и 23, причем величина этого перепада равна отношению усилия пружины 14 к площади головки (не обозначена) редукцианного клапана 13, С целью уменьшения нагрузки на шаговый двигатель 3 уплотнение валика 18 относительно гильзы 15 реализовано за счет малого диаметрального зазора, по которому возможна утечка рабочей жидкости. Для того, чтобы эта утечка не влияла на стабильность установленного расхода при изменении давления, полость 33 каналом 30 связана с кольцевой канавкой уплотняющего пояска (не обозначены). Поскольку перепад давлений между указанной канавкой и полостью 35 постоянный(равен перепадудавлений на дросселиру ощей щели 25), утечка из кольцевой канавки в полость 35 не зависит от давления на выходе, а утечка в полость 36 отводится в линию 24 дренажа, Осевое усилие, действу ощее на валик 18 со стороны полости 35, воспринимается упорным подшипником 19, одно из колец(не обозначено) которого не имеет беговой дорожки с целью облегчения самоустановки шариков. При необходимости изменения установленной величины расхода на фазовые обмотки 4 шагового двигателя 3 подаются 1753063 количества А1-А„импульсов, соответствующих заданным рабочим положениям. Область применения предлагаемого устройства может быть расширена путем его использования в клапанах, где требуется программное изменение усилия, дейлству ощего на запорно-регулирующий элемент 5 (а не его положения, как в случае дросселей и гидрораспределителей). При работе предохранительного клапана (фиг. 3) шаговый двигатель 3 изменяет натя>кение пружины 9 связи с запорно-регулирующим элементом 5. При установке исходного поло>кения винт 17 прижимается к жесткому упору 20. Применение предлагаемых способа и устройства позволяет су. цественно упростить гидравлическую, пневматическую и смазочную аппаратуру 2 и обеспечить повышение надежности за счет исключения ненадежных элеKTричеcl<их вLIêëlo÷àòàëàé и повышения точности устаноьки исходноfo положения запорно-рРгулирующаго элеме14та и быстродействия системы управления. Для исключения опасности заклинивания интовых механизмов после поджатия к жесткому упору 20 возможно использование форсированного тока при движении от жесткого упора 20 к исходному полох<ению, Применение программируемого контроллера бдля непосредственного управления шаговым двигателем 3 через токозадающие резисторы 8 позволяет существенно упростить систему 1 управления путем исключения блока управления (не показан) шаговым двигателем 3 и за этот счет повысить ее надежность. Способ многократного вычисления состояний фазовых обмоток 4 шагового двигателя 3 и вывода полученного решения на силовые выходы 7 при однократном вычислении углового смещения шагового двигателя 3 в каждом цикле работы системы управления открывает широкие возможности повышения бы,тродействия гидравлической, пневматической и смазочной аппаратуры. Поскольку программируемые контроллеры 6 применяются на подавля.ощем большинстве металлорежущих станков и обычно имеют определенную избыточность по количеству выходов 7, появляется возмо>кность программного управления гидравлическими, пневматическими или смазочными аппаратами практически без усложнения электроавтоматики или использования специального управляющего числового программного устройства, Формула изобретения 1, Способ управления шаговым двигателем перемещения запорно-регулиру ощих элементов плдравлической, пневматической и смазочной аппаратуры, заключающийся в подаче определенной последовательности импульсов от системы управления на фазовые обмотки шагового двигателя, в поиске исходного положения и установке рабочих положений запорно-регулирующего элемента А1-Ап импульсов, о т л и ч а о шийся тем, что, с целью повып ения надежности и быстродействия сис4емы управления, на этапе поиска исходного гголожения рассчитыва от количество Б импульсов, необходимое Для перемещения запорно-регулирующего элемента до х<есткого упора из наибОлес QTjlàëåííoão от него положения, экспериментально определяют количество С импульсов, необходимое для перемещения запорно-peI улиру ощего элеме IT3 От жРсткОГО упора до исходнОГО положения., при этом каждое из указанных количеств А,В,С импульсов разбива от на осногное, кратное допускаемому шаговым двигателем числу!< шагов за один цикл работы системы управления, и остаток, меньший I<, Г.рлчем в каждом цикле вычисление УГЛОВОГО смещения шаГОВОГО двиГателя прО изводят однократно, а вычисление состояний его фазовых обмоток и вывод получен lolo решения на выходы системы управления — k раз при отработке основного 30 работке осТВТКВ. 2, Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу коли IBcTBG С и пульсов осуществля от при форсирОВяннОм значении тока В фазовых обмотках шагового двигателя. 3, Усгройство для управления шаговым двигателем псремещения запорно-регулирующих элементов гидравлической, пневматической и смазо lI40M аппаратуры, содержащее систему управления, выполне 4ну о в виде программируемого контроллсра, и шаговый двигатель, кинематически связанный с запорно-регулиру ощим элементом, отличающееся тем,что,с целью поВышения на Цех< ности, Оно снабжЕно токозадающими резисторами, свя зывающими силовые выходы программируемого контроллера с фазовыми обмотками шагово "o двигатег я. 4, УстроЙство по п.3, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что кинематическая связь дополнительно снабжена пружиной. 3.> количестга импульсов и однократно при от1753063 1753063 4-4 Составитель В,Коваль Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н,Ревская Редактор Н.Тупица Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2748 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
