Устройство для управления шаговым электродвигателем

 

Союз Советскик

Соцналистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

Н306РКТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

„„ 736333 (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 01.04. 77(2 I ) 2469508/24-07 (5 I ) M. Кл. с присоединением заявки J%—

Н 02 P 8/00

Гее7лерстееввые квинтет (23 } Приоритет (53 ) УЛ К 62 1. 31 3. . 13-133.3-525 (088.8) ло лелем вмбретеввй н еткрытвй

Опублнковано25 05 80 Бютчетень Ж 1g

Дата опубликования описания 28.05.80

В. К. Баденкин, В. П. Рубиов, О. Л. Клюев и В. К. Баранов (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ

ЭЛ ЕКТРОДВИГAT ЕЛЕМ

Изобретение относится к автоматизировагным электроприводам и может быть использовано в научных приборах, оптико-механических устройствах совмещения иэображений, станках и установках.

Известны устройства для управления

S щаговыми электродвигателями, в которых для повышения помехозащщпенностн разсмкнутого шагового привода используются датчики обратной связи по положению, что IO жключает накопление япибки, характерной для разомкнутых сжтем с шаговыми двигателями (1). В таких устройствах, работающих по сигналам отклонения от заданного положения жпользуются обыч- 1 но стандартные датчики с непрерывным выходным сигналом, Задающий сигнал также является непрерывным, а сигнал рассогласования прь- образуется в переменную (для пропордио нальных систем) или фиксированную (для релейных систем) частоту импульсов, которая с учетом знака рассогласования отрабатывается разомкнутым шаговым приводом.

Однако введение обратной связи по положению не приводит к улучшению характеристик устройств, в частности точностных, которые зависят только от примененного разомкнутого шагового привода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному устройству является система с шаговым электродвигателем (21, вал которого связан с сравнивающим элементом, сигнал рассогласования с которого после усиления фаэочувствительным усилителем пбступает на пороговое устройство, Если сигнал рассогласования превышает заданную величину порогового сигнала, то ключевое устройство открывается и разрешает поступление импульсов от импульсного генератора на схему управления шаговым электродвигателем, состоашую их распределителя импульсов и усилитолей мощности.

Команда о направлении г,ращения подаотся на схему управления с 4азочувствнтольноГО усилителя В зависимости От знака сигнала рассогласования.

Однако в указанной системе точность слежения и позиционирования определяется иеной шага разомкнутого шагового электропривода, а введение датчика обратной связи не позволяет ее улучшить.

Цель изобретения — повьппение точности слежения и позиционирования устройства.

Это достигается тем, что в устройстВО управления шаговым электродвигателем, содержащее усилители мощности, питающие фазы двигателя, распределитель импульсов, пороговое устройство, ключе= вое устройство, генератор импульсов, 1(:.1-:..Оочувствительный усилитель и сравниППKiщий элемент, введены Восемь аналоговых ктпочей, два инвертора и два функцио= пальных преобразователя, соединенные

-своими входами с выходом фазочувствигсльного усилителя, БыхОд ОднОГО фуцкцеопального преОбpаоователя связя = Входом первого ин11ертора и аналоговыми входами первого

>, "шестого ключа, а Выход другого преобг1азов Птеля — c IIIIOIIOIИ второго IIIIBOp I Opа и апалОГОВЬГми Вхоцами четвертОГО и пя ОГО ключей БыхОд первого НПВертора

1 ОД..ОЕДИНЕН и аяаЛОГОВЬгм ВХОДаМ ТР;:тьо1 О И BCCЬЫОГО КЛЮЧЕЙ р ВЫХОД ВТОРОГО и инвертора к ана,(оговым ВхОдам ВТОроГО

""-. СЕДЬМОГО КЛЮЧЕЙ. ВЫХОДЫ ПЕРВОГО. ВТСРОГО, треть&Гo и четвертого анало1 О>алых . .."Очей соединены с входом одного из усилителей мощности, а Выходы ключей пятоГО пО Восьмой — с ВхОЦОм другого усилителя мощности.

Четыре выхода распрелелителя импульсов связаны соответственно с управляющими входами первОГО и пчтОГО, ВТОрого 10 и шестого, третьего и седьмого„ четвертого и восьмого аналоговых ключей Такос выполнение устройства позволяет зс счет изменения токов в фазах двигателя в функции рассогласования плавно изменять пространственное положение характеристики электромагнитного момента шагового двигателя, вследствие IeI"о получают высокую точность слежения и ПОзииионирования, определяемую датчиком положения, а не иеной шага двига еля.

На фиг. 1 приведена функииональная схема устройства применительно к четырехтактному шаговому двигателю на фиг - а1 б +å ГФ д пр1п ерный Виц 55 характеристик вход-выход фазочувствитель-. иого усилнтеля и функциональных преобразователей; на фиг. 2е — векторная диаграмма токов в фазах.

Устройство содержит двухфазный шаговый электродвигатель 1, вал которого связан с сравнивающим элементом 2, выход которого подключен к входам порогового устройства 3 и фазочувствительноГО усилителя 4, подсоединенного своим выходом к входам функциональных преобразователей 5 и 6. Второй выход фазо— чувствительного усилителя. 4, по которому передается сигнал о знаке рассогласоващ1я, соединен с входом выбора направления вращения распределителя импульсов 7, управляющий Вход которого связан с выхб дом ключевого устройства 8, соединенного одним входом с выходом генератора импульсов 9, а другим - с Выходом поРОГОВОГО УСтРОйетаа 3, ВЫХОД фУНКЦИОнального преобразователя 5 связан с вхо, дом инвертора 10 и аналоговыми входами к1почей 11 и 12, Выход преобразователя 6 — с входом инвертора 13 и -аналоговыми входами ключей 14 и 15, выход инвертора 10 — с аналоговыми входами ключей 1 6 и 1 7, а выход инвертора 1 1 с а11алоговыми входами ключей 18 и 19, Выходы щ алоговых кличе ", 11, 4, 16, 18 соединг-.пы с входом усилител. Мощности 20, к выходу которого подсоединена фаза 21 шагового двигателя, а выходы аналоговых ключей 12, 15„17, 19 — с входом усилителя 22, к выходу которого подсоединена фаза 28 двигателя. Быходь распределителя импульсов 7 связаны соответствеи--.о с управляющими входами аналоговых ключей 11 и 15, 12 и 18, 16и 19, 34 и 17.

Устройство работает следующим обраЗОМ, Бал шаговот-о электродвигателя находится в таком положении И „ что сигнал г1ассо1 ласова1пп1 Q нс Выходе сравн1гвающего элеменTB 2 равен нулю, С игнальч1 на

Выходах усилителя 4 и порогового устройства .";- отсутствуют и распределитель импульсов 7 находится в таком состоя-. нии, что потенциал на одном пз его Выходов открывает аналоговые ключи 11 и 15о

Б этом случае сигналы с выходов функциональных преобразователей " и 6 поступают на входы усилителей мощности

20 и 22 соответственно. Примерный Вид характеристик вход-выход функциональных преобразователей и фазочувствительного усилителя 4 приведен на фит. 2.

Усилитель 4 обеспечивает линейную характеристику в пределах заданной зоны, ширина которой по выходному сигналу, r 36333 6 сигнал с выхода порогового устройства

3 открывает ключевое устройство 8 для подачи импульсов от генератора 9 на вход распределителя импульсов 7. Кс манда выбора направления подается на распределитель импульсов в зависимости от знака сигнала рассогласования.

Таким образом, большие рассогласова ния отрабатываются двигателем в maroвом режиме, а малые — за счет илленения величин фаэных токов в функции сигнала рассогласования. Из графиков на фиг. 2а, б, в, r, д видно, что при больших рассогласованиях токи в обмотках двигателя по модулю paBHbr О. О 7 } tYt и при комму таци и аналоговых ключей по сигналам распределителя импульсов изменяются только по знаку, обеспечивая парную четырехтактную коммутацию шагового двигателя.

По графикам фи=. 2 можно проследить по каким законам изменяются токи в фазах двигателя в зависимости от того, в каком квадранте располагается в данный момент результатирующнй вектор фазных токов и )„. Так, для !И} квадранта по сигналу от распределителя импульсов открьлты аналоговые ключи 16 и 19, и на вход усилителя мощности 20 фазы Л поступает через инвертор 10 сигнал от функционального преобразователя Г, а на вход усилителя мощности 22 фазы

Б-сигнал от преобразователя 6 через инвертор 18. Токи в фазах в функшпл сигнала ца выходе усилителя 4 изменяюч ся в соответствии с завллсилостями на фиг. 2ã.

Используемый шаговый двигатель может иметь другое число тактов коммутации и фаз, а также расщепленные фазы, В этом случае соответственно изменяют число функц1лональных преобразователей, аналогGBblx. Krno » eé и усилителей мощности.

Предлагаемое устройство и ри помощи введения функциональных преобразователей, ипверторов и аналоговых ключей обеспе»чивает изгленение фазных токов шагового электродвдгателя в функции сигнала рассогласования и повышает точность слежения и позиционирования автоматической системы с шаговым двигателем. совпадает с шагом сА двигателя, а эа ее пределами имеет место ограничение (коэффициент усиления К равен нулю).

Эта характеристика изображена на фиг. 2а.

При открытых аналоговых ключах 11 и 1 5 с игн ап Я, нос ту п ающий с выхода усилителя 4 на функциональные преобразователи 5 и 6 и преобразуемый в соответствии с функциональными зависимостями, приведенными на фиг. 26, попадает <0 на входы усилителей мощности 20 и 22, обеспечивая протекание в фазах двигателя требуемых токов I и }, . Так как в исходном состоянии сигнал рассогласо.вания =-О, то в соответствии с фиг. 26 ток,i О, а ток л„маскимален. Результирукнций вектор токов совпадает с вектором тока I и располагается в центре первого квадранта, отмеченного римской цифрой 1 на фиг. 2е. Из векторной диаг- 20 раммы на фиг. 2е видно, что в случае, когда двигатель имеет синусоидальное распределение в воздушном зазоре поля статора и ротора, плавное перемещение результирующего вектора магнитного поля статора и, следовательно, перемещение ротора шагового двигателя, пропорциональ ное сигналу рассогласования с, можно обеспечить, если токи в фазах изменяются по синусоидальнснлу и косинусопдальному 30 законам. Такое изменение токов обеспечивается в пределах квадранта 1 за счет характеристик преобразователей 5 и 6 (фиг. 26).

Если распределение магнитных полей отличается от синусоидального, то шаговый двигатель можно прокалибровать и в соот-.ветствии с полученными результатами определить вид характеристик вход-выход функциональных преобразователей 5 и 6, 40

При возникновении сигнала рассогласования с, меньшего по модулю, чем половинаширины зоны нечувствительного порогового устройства 3, равной А, засчет измене- 4 ния, например, сигнала задающего воздействия () результируклций вектор токов повоЭ рачивается. на соответствующий электрический угол иэ-за величины изменения токов и 1:, что приводит к повороту вала двигателя и уменыпению сигнала рассогласования,Q. После окончания переходного процесса вал двигателя занимает новое положение, определяемое сигналом задаюmего воздействия В .с точностью до

S5 статической ошибки системы. Олевидно, что введением в систему астатизма, эта ошибка уменьшается. Если сигнал рассогласования превышает величину o(/2, то

Формул а изобретения

Устройство для управления шаговым электродвигателем, содержащее усилители мощности, питающие фазы двигателя, распределитель импульсов, пороговое устройство, ключевое устройство, генератор

7363

7 импульсов, фазочувствительный усилитель и сравнивающий элемент, о т л и ч а юm е е с я тем, что, с пелью повышения точности слежения и позипионирования, введены восемь аналоговых ключей, два инвертора и два функпиональных преобразователя, входы которых соединены с выходом фазочувствительного усилителя,, выход одного преобразователя связан с входом первого инвертора и аналоговыми >0 входами первого и шестого ключа, выход другого преобразователя — с входом второго инвертора и аналоговыми входами четвертого и пятого ключа, выход первого - инвертора подсоединен к аналоговым входам третьего и восьмого ключа, выход второго инвертора — к аналоговым входам второго и седьмого ключа, выходы первого, второго, третьего и четвертого э

33

8 аналоговых ключей соединены с входом одного из усилителей мощности, выходы ключей с пятего по восьмой — с входом другого усилителя мощности, s четыре выхода распределителя импульсов связаны соответственно с управляющими входами первого и пятого, второго и шестого. третьего и седьмого, четвертого и вось мого аналоговых ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. дискретный электропривод с шаговыми двигателями. Под общ. ред. Чиликина М. Г.,М., Энергия, 1971, с. 4448.

2. Исмаилов Ш, Ю. Автоматические системы и приборы с шаговыми двигателями. М., Энергия, 1568 с. 51-52.

Составитель 3. Горник

Редактор Н. Воликова Текред М. Петко Корректор С. Шомак

Заказ 2444/46 Тираж 783 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4