Устройство для управления шаговым электродвигателем

 

ОП И

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ 1 11 48О 227

Союз Советских

Социалистическиг

Республик (61) Зависимый от патента (22) Заявлено 24.12.71 (21) 1728981/24-7 (32) Приоритет 25.12.70 (31) 129759;

Государстеекиый коми тет (33) Япония (51) М. Кл. Н 02р 7/62

Совета Министров СССР ио делам изобретений

Опубликовано 05.08.75. Бюллетень № 29 (53) УДК 621.3.076. .51-585 (088.8) и открытий

Дата опубликования описания 14.11.75 (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Кенго Кобаяси и Мицуо Манабе (Япония) Иностранная фирма

«Фудзицу Лимитед» (Япония) (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Известны устройства для управления шаговызи электродвигателем, содержащие переключающий в заданной последовательности фазы двипателя коммутатор, соединенный своими двумя входами с выходами счетчика входных импульсов.

В описываемом устройстве с целью уменьшения цены шага и повышения точности перемещения применен модулятор им пульсов,,подключенный выходами ко входам коммутатора, а входами — к выходам счетчика и генерирующий импульсы, поступающие поочередно на оба входа IKQMMóòàòîðà со скважностью, модулируемой сигналами с выходов счетчика.

Кроме того, в нем применен синхронизатор, связывающий входы счетчика и модулятора и синхронизирующий работу последнего импульсами, поступающими со входов счетчика, а модулятор снабжен дополнительным .счетчиком, связанны м с выходом синхронизатора, и устанавливаемым последним в исходное состояние при поступлении каждого импульса со входов основного счетчика.

На фиг. 1 приведена структурная схема шагового электропривода; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 и 4 — структурная схема и временные диаграммы, иллюстрирующие работу шагового электропривода, в котором модулятор им2 пульсов содержит дополнительный счетчик; на фиг. 5 — шаговый двигатель без синхронизации и при ее наличии; на фиг. 6 показаны графики движения ротора шагового двигателя

5 в известном и предлагаемом устройствах; на фиг. 7 — их нагрузочные хара ктеристики.

Устройство для управления шатовым электродвигателем, у правляемое командными импульcaMv CW (прямое направление движения)

10 и CCW (обратное направление движения) от цифровой вычислительной машины (ЦВМ) 1, включает в себя счетчик 2 командных (входных) импульсов, распределитель импульсов 3 и усилитель мощности 4, составляющие ком15 мутатор 5 шагового двигателя 6. Шаговый двигатель 6 может содержать шаговый электродвигатель 7, управляющий золотниковым устройством 8 гидравлического двигателя 9, приводящего в движение механизм 10. Ша20 говый электродви|гатель 7 может непосредственно,пере мещaтb механизм 10.

Помимо перечисленных элементов в предлагаемом устройстве применен модулятор импульсов 11 (фип, 1), вырабатывающий им25 пульсы VPP, и VNP, поступающие, соответственно, на входы вперед PT и назад NT коммутатора 3 через схемы «ИЛИ» 12 и 13 совместно с импульсами PP u NP со счетчика 2. Период следования им пульсов с модулятора 11

З0 задается генератором 14, а число импульсов, -3 поступающих на каждый вход, устанавливается задатчвком шагов 15.

Модулятор 11 (фиг. 3) может быть выполнен, на пример, в виде дополнительного счетчика 16, дешифратора 17, блока дифференцирования 18, схем совпадения 19 — 26, ждущих мультивибраторов 27 — 30, схем «ИЛИ» 31 — 34 и схем «НЕ» 35, 36.

Устройство работает следующим образом.

Параллельно с командными ияпульсамп

CW (вперед) и CCW (назад), поступающими с управляющей ЦВМ 1 через п-разрядный счетчик 2 и схемы «ИЛИ» 12 и 13, па;коммутатор 5 с модулятора 11 поочередно подаются импульсы, прямого VPP и обратного х 11Р движения с наперед заданными периодом и длительностью. Так, если задатчик 15 установлен на один шаг, то модулятор 11 подает один импульс на вход вперед РТ и через заданное время 11 подает импульс на вход назад NT.

Затем снова через отрезок времени 4 модулятор 11 подает импульс на вход PT и т. д.

В этом случае отрезок времени ti определяет энергию, которая, передается шаговому электродвигателю 7 для движения па один шаг в прямом направлении, а 4 — для возврата его в первоначальное положение, т. е..положение ротора шагового электродвигателя в описываемом устройстве можно изменять не только .подачей командных и мпульсов от

ЦВМ, но путем изменения соотношения отрезков времени t и 4. В первом случае при поступлении на вход коммутатора каждого командного импульса ротор шагового,двигателя,поворачивается на шаг. Перемещение ротора на дробную часть шага можно получить, изменяя соотношение времени 11 и t> в соответствии с оставшейся в п-разрядном счетчике

2 информацией. При этом им пульсы с модулятора 11 поступают на коммутатор 5 независимо от командных импульсов CW u CCW.

Временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства, при поступлении на распределитель 3 импульсов VPP u VNP локазаны на фит. 2. Применительно к изображенному на фиг. 1,пятифазному шаговому электродвигателю, используется |попеременное включение двух и трех фаз, в результате чего образуется девять (для десятиразрядного счетчика 2) устойчивых положений (в общем случае п- положений соответственно числу разрядов счетчика 2) во время основного им пульса

0 (см. фиг. 2),;когда возбуждены фазы А, В и С. Таким образом, в предлагаемом устройстве шаг двигателя может быть уменьшен в любое число раз.

Подробнее работу устройства рассмотрим на основе схемы фиг. 3 и временных диаграмм, приведенных на фиг. 4. Генератор 14 вырабаты вает импульсы То с неизменной частотой, поступающие в двоичный счетчик 16.

Информация, содержащаяся в счетчике 16, с помощью двшифратора 17 преобразуется в последовательность им пульсов С вЂ” С. Одновременно счетчик 2 считает командные им480227

60 тельно го явления счетчик 16 каждый раз усб5 танавливается входными импульсами, посту5 !

0 !

4 пульсы CW или ССЖ и через каждые и командных импульсов вырабатывает выходные им пульсы PP или !АР. Посредством дешифратора (на чертеже не показан) информация, содержащаяся в счетчике 2, преобразуется в сигпалы, поступающие на одну из выходных линий 1 — и.

Сигналы с одноименных разрядов обоих счетчиков через схемы совпадений 19 и схемы «ИЛИ» 31,поступают на блок дифференцирования 18, состоящий 03 >кд>щих MvibTnвибраторов 29 п 30, схемы «I-IЕ» 35. и схем совпадения 25 и 26. Блок 18 формирует сигнал VPP, дифференцируя, передний фронт импульса, поступающего со схемы «ИЛИ» 31, а сигнал VNP, дифференцируя задний фронт этого же импульса. Выбирая тот или иной выход Ci — С дешифратор 17, из меняют отношение tI — 4. Положение I (см. таблицу на фиг. 2) соответствует случаю, когда ti равно

«9», à t — «1», положение II — соответственно «8» и «2» и т. д. Ротор К! шагового двигателя в поло>кении I перемещается па одну десятую ша га, в поло>кении II — две десятых ит. д.

Число им пульсов VPP или VNP, поданных на каждый вход распределителя 3, устанавливается на шкале SW задатчика шагов 15.

Мет ки времени CLOCK (фиг. 4) поступают на вход двоичного счетчика, состоящего из ждущих мультивибраторов 27 и 28. После отработки одного шага схема «И» 20 открывается сигналами со схем 22 или 32 и блок дифференцирования 18 за пускается каждый раз при поступлении временного импульса СI ОСК в схему отсчета времени. После того, как сделан второй шаг, схема «И» 20 открывается сигналами со схем 23 или 32, при этом блок

18 запускается от каждого второго временного импульса. В результате шаговой электродвигатель делает два шага в прямом направлении и два в обратном, что увеличивает амплитуду колебаний. Однако соотношение времени t< и 4 в рассматриваемом случае не изменяется. При установке на шкале задатчика 15 трех шагов последовательность операции сохраняется.

Схема «ИЛИ» 34 и схема «НЕ» 36 предусмотрены для запирания блока 18 лри посту плении импульсов PP u NP со счетчика 2, предотвращая тем самы м их одновременную по дачу на вход распределителя 3.

Если командные импульсы CW или CCW и импульсы на выходе схемы сов падения 19 не синхронизированы друг с другом, то это приводит к нежелательным пульсациям тока в фазах шагового электродвигателя, поскольку сигналы, не совпадающие по времени, не проходят. При работе в области высоких частот этот эффект усиливается, что приводит к уменьшению момента, развиваемого двигателем и увеличению вибраций. Для предотвращения этого нежела480227

f0 Г паюгцими со схемы «ИЛИ» 33, в исходное положение. В результате сигналы на выходах дешифратора 17 и счетчика 2 синхронизируются. Кроме того, в этом случае счетчик 2 выполняется двоичным и сбрасывается в нуль, через каждые и. входных импульсов (в рассмотренном примере и.=10). .,инхронизация сигналов С вЂ” С„п 1 — и

, C I 1; с! 0 s. c т !."i I . ь с а ц и и то к а .

Xapaiктеристики, представленные на фиг. 5, показывают различие в моментах, развиваемых двигателем, при наличии син ронизации (c,: лошп::я линия) и поп отсутствии ее (пунктирная лI!íèÿ}. По оси абсцисс (фиг. 5) отложена чя"-.отя входных импульсов, а по оси орд" и.:т момент, развиваемый шаговым

-,."..;;". под -,.s;. ÿòåëcì.

Однако, если сброс счетчика 16 в исходцос состояние производится каждый раз при поступлении входного импульса, то в области высоких частот переменное двухфазное— трехфазное возбуждение, ппименительно K рассматриваемому здесь пятифазпому шаговому двигателю, измен IcTcs1 па трехфазпое возбуждение, что снижает эффскп вность прсдла,аемого устройсгва.

ДЛЯ ПРЕДОгВРЯШeннп =тО;О ПЕжЕ1ЯтЕЛЬНОГО яв,r;-".„ni co1!oc cncTi> iia 16 п, сходное состояние oc)ц;ес1вляется только до определенной частоты входных импульсов. При большей частоте входных импульсов синхронизация отключается. Это ооеспечивает сохранение режима переменного двухфазного-трехфазного возбуждения.

На фиг. 6 показаны графики изменения угла поворота ротора шагового двигателя при управлении его от описываемого устройства (сплошная линия) и известного (пун ктирная линия). На фиг. 7 аналогично изображены частотные характеристики двигателя. Нижний масштаб,по оси абсцисс соответствует работе двигателя в описываемом устройстве, Как следует из приведенных графиков,,при работе двигателя значительно уменьшаются колебания, в то время как нагрузочные свойства практически сохраняются.

5 Приведенное описание работы устройства выполнено применительно к шаговому электродвигателю с вращающимся ротором. Однако рассмотренное устройство в том же виде применимо и для шагового электродвигателя

10 с прямолинейным движением якоря.

Предмет изобретения

1. Устройство для управления шаговым электродвигателем, содержащее переключающий в заданной последовательности фазы двигателя коммутатор, соединенный своими двумя входами с выходами счетчика входных

20 импульсов, отличающееся тем, что, с целью уменьшения цены шага и повышения точности перемещения, в нем применен модулятор им пульсов, подключенный выходами ко входам указанного коммутатора, а входами—

25 к выходам счетчика и генерирующий импульсы, поступающие поочередно на оба входа коммутатора, со скважностью, модулируемой сигналами с выходов счетчика.

2. Устройство по п. 1, отл ич а ю щееся

30 тем, что в пем,применен синхронизатор, связыва.оший входы счетчика и модулятора и синхронизирующий раба гу,последнего импульсами, поступающими па входы счетчика.

3. Устройство по п,п. 1 и 2, о т л и ч а ю35 щ v е с я тем, что модулятор содержит дополнительный счетчик, связанный с выходом синхронизатора и устанавливаемый последним в исходное положение при поступлении на входы основного счетчика каждого им40 пульса.

Приоритет по пунктам: 25.12,70, по п, 1

30.03.71 по пп. 2, 3.

480227 сарае I l I; )11Ã< l! l I I lt I I !1<1! Ital l I!1!111I < I I t 1I II I I 11 1! (it! I lII II1i tent!! 11 I1 i i i i1(i I гв

Sci u

U) Фиг 4 кГсм

4бО

NO <24(CI

УР

120

Фиг 5

480227

I (U

Р00 исек

1Б0

Фиг Б в. в в

" х-к в,. х х. х --в х х в « -;Ф.

У

3()„,, " "- -М-.%;

/5 Р0 5 кги

60 Z00 250 кги

%uz 7

1О

100

Составитель 3. Горник

Техред T. Миронова

Корректор Л. Орлова

Редактор В. Фельдман

Заказ 2802(18 Изд. ¹ 951

ЦНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и

Москва, Ж-35, Раушская

Типография, пр. Сапунова, 2./

I (I

О

1) 1з !

1 у<п

Тираж 782 Подписное

Совета Министров СССР открытий наб., д. 4/5