Устройство для управления шаговым двигателем

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ .СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскин

Соцмаянстнческнк

Республик

< >936341 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 16. 07. 80 (21) 2959760/24-07 (5I)M. Кл. с присоединением заявки М

Н 02 Р 8/00

1Ъвударетеенный какнтет

СССР нв делам нэобретеннй н вткрытнй (23) Приоритет

Опубликовано 15.06.82. Бюллетень М 22

Дата опубликования описания 1 8. 06. 82

{53у УДК 621 .313.13- 133. .3-525(088.8) 6. 3. Рожанский, В. П. Рубцов, A.H. Барков и В. Н. Барков (j2) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54} УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ

ДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к электро- . технике и может быть использовано для управления шаговыми двигателями с электрическим дроблением шагов в системах числового программного управления металлорежущими станками, 5 координатографами и т.д.

Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель, многоканальный усили î тель мощности, регуляторы напряжения и преобразователи код-аналог, изменяю. щие уставки на входах регуляторов напряжения (1 1.

Наиболее близким по технической т5 сущности к предлагаемому является уст ройство для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага, содержащее распределитель и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого, подключенный к источнику постоянного тока, образован двумя ключами и датчиком тока, включенными последовательно с фазой двигателя, и релейным элементом, соединенным одним входом с датчиком тока, а выходом " со входом первого ключа через элемент И, связанный вторым входом с выходом распределителя (2).

Недостатком известных устройств является низкая точность дробления шага, обусловленная отсутствием форсирования процессов спадания тока при формировании спадающей ветви сту пенчато-синусоидальной кривой фазного тока, что приводит к неравномерному делению шага, не обеспечивает необходимой точности отработки шага . и качества движения привода.

Цель изобретения - повышение точ.ности отработки шага и улучшение качества движения привода.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага каждый канал многоканального усилителя мощности снабжен элементом И-НЕ, дополнительным

Ю 9363 элементом И, формирователем импульсов и дешифратором второй половины такта, подключенным своими входами к выходам распределителя, а выходом - к первому входу элемента И-НЕ, соединенного вторым входом с выходом формирователя импульсов, вход которого связан со входами распределителя, а выходом — co вторым входом основного элемента И и первым входом щ дополнительного элемента И, подключенного вторым своим входом к треть ему входу основного элемента И и выходу распределителя, а выходомко входу второго ключа. 15

Кроме того, в устройстве для управления шаговым двигателем формирователь выполнен в виде RS-триггера, вход S которого связан с входом распределитсля, вход R — с выходом релей О ного элемента, а выход - со вторым входом элемента И-НЕ.

Такое выполнение устройства обеспечивает форсирование процессов на спадающей ветви кривой фазного тока, что позволяет сформировать симметричную кривую тока, достигнув при этом равномерного деления шага. Равномерное деление в динамике обеспечивает, кроме того, повышение ка- З© чества движения в области нифких и средних частот.

На Фиг. 1 представлена блок-схема устройства для одного канала усилителя мощности, первый вариант; на

35 фиг. 2 - временные диаграммы изменения напряжения и тока для случая трехкратного дробления шага; на фиг. 3 — блок-схема устройства дпя одного канала, второй вариант.

Устройство (фиг. 1) содержит первый 1 и второй 2 ключи, соединенные последовательно с фазой 3 шагового двигателя и датчиком тока 4 в фазе и подключенные к источнику питания

45 постоянного тока О. Фаза 3 связана с зажимами источника питания также встречными диодами 5 и 6. На входах ключей 1 и 2 включены элементы И 7 и 8. Распределитель:9 связан своими входами направления движения В и Н

50 через элемент ИЛИ 1О со входом формирователя импульсов 11, а выходами - со входами дешифратора второй половины тока 12, определяющего спадающую ветвь кривой фазного тока.

Выходы формирователя импульсов 11 и дешифратора 12 подключены ко входам элемента И-НЕ 13, выход которого

41 4 соединен со вторым входом элемента

И 7 и первым входом элемента И 8.

Первый вход элемента И 7 соединен с выходом релейного элемента 14, Ъ третий вход - со вторым входом И 8 и выходом распределителя импульсов 9.

Во втором варианте выполнения устройства (фиг. 3) формирователь импульсов выполнен в виде RS-триггера 11, связанного входом S с выходами распределителя 9, входом Rс выходом релейного элемента 14, а выходом - co вторым входом элемента

И-НЕ 13.

Устройство работает следующим образом..

По командам с распределителя 9, управляемого входными импульсами

0, (см. Фиг.2), открывается ключ 2, подключающий фазу 3 двигателя к одному зажиму источника питания U.

При этом ключ 1 обеспечивает периодическое подключение фазы 3 к другому зажиму источника питания U (фиг. 2 Оф). Управление ключом 1 осуществляется от релейного эпемента 14 и элемента И 7, обеспечивающих импульсное поддержание в фазе заданного значения тока i, которое задается сигналом уставки 0 уна входе релейного элемента 14. Элемент И 7 разрешает работу цепи токовой обратной связи по сигналу распределителя 9.

Цепь обратной связи, включающая в себя датчик тока 4, релейный элемент

14 и элемент И 7, обеспечивает поддержание тока при поступлении на разрешающий вход элемента И 7 единичного уровня с распределителя 9. Ключ 1 открыт при 0 > U =- К „i (где Коскоэффициент передачи датчика тока 4), когда на выходе релейного элемента имеет место единичный уровень. При

U> AU > на выходе релейного элемента 14 возникает нулевой уровень и ключ 1 закрывается. Задающее напряжение 0 на входе релейного элемента 14 изменяется по ступенчато-синусоидальному закону, число ступеней которого определяется кратностью дробления шага (фиг. 2). формированйе восходящей ветви кривой фазного тока (фиг. 2) происходит путем поочередной коммутации ключа 1 при включенном ключе 2. Ког- . да ключ 1 включен к фазе 3 двигателя прикладывается повышение напряжение

U = К@1ФR ф(где Кф - коэффициент форсирования напряжения; Кф - активное

5 9363 сопротивление фазы), что обеспечиваet формирование восходящей ветви кривой фазного тока с малыми искажениями, обусловленными запаздыванием процессов нарастания тока. 5

Дешифратор 12, формирователь элементы И-НЕ 13 и И 8 обеспечивают

ttp формировании нисходящей ветви кривой фазного тока отключение вместе с ключом 1 и ключа 2. Дешифратор 16 2 определяет состояние распределителя 9, соответствующие нисходящей ветви фазного тока. (вторую половину такта коммутации фазы) а формирователь 11 - моменты коммутации, в ко- t5 торые необходимо производить форсирование процесса спадания тока. При поступлении на оба входа элемента

И-НЕ 13 единичных уровней на его выходе вырабатывается нулевой уровень, эв который, поступая на входы элементов И 7 и И 8, запирает ключи 1 и 2.

Происходит форсированное спадание тока в фазе 3 по контуру: фаза 3„ диод

5, встречно включенный источник О, 25 диод 6. Процесс спадания тока описывается при этом выражением формула изобретения

1. Устройство для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением вага, содержащее распределитель и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого, подключенный к источнику постоянного тока, образован двумя ключами и датчиком тока, включенными последовательно с фазой двигателя, и релеиным элементом, соединенным одним входом с датчиком тока, а выходомс входом первого ключа через элемент

-4Т U yIò е - — (1-е ) (1) ф иач

36

Кривые фазного тока (y и напряжения 0ф для этого случая приведены на фиг. 2. Закрытое состояние ключей 1 и 2 сохраняется на все время действия импульса, сформированного формирователем 11. После окончания импульса ключи 1 и 2.открываются и вновь работает канал поддержания тока на ключе 1,.а ключ 2 открыт до поступления на входы распределителя 9 очередного импульса управления U>, Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы длительность единичного импульса на выходе формирователя импульсов 11 была больше времени спадания тока на одну ступень, определяемого из уравнения (1).

Во втором варианте устройства (фиг. 3) функции формирования импульсов управления, закрывающих клю5О чи 1 и 2 для форсированного спадания тока в фазе, выполняет R-S-триггер

11. Для работы этой схемы датчик тока 4 должен быть включен непосредственно в цепь фазы 3 шагового дви55 гателя, что обеспечивает контроль тока при отключенном ключе 2.

Отличие в работе второго варианта схемы состоит в том, что время, 41 6 в течение которого ключи 1 и 2 закрыты, определяется по моменту достижения током фазы заданного значения (U,. U с), а не по заранее установлейной длительности импульса, вырабатываемого формирователем 11 на фиг. 1. Такое выполнение формирователя позволяет расширить эксплуатационные возможности схемы, поскольку во втором варианте исключается необходимость настройки заданной длительности импульса применительно к .I каждому конкретному двигателю. Кроме того, контроль длительности отключенного состояния ключей 1 и 2 непосредственно по току фазы, а не по времени, повышает точность формирования заданной кривой фазного тока.

Таким образом, введение в уст.— ройство дополнительных элементов и связей обеспечивает формирование симметричной кривой фазного тока с одновременной рекуперацией в источник питания накопленной в фазе электромагнитной энергии. В свою очередь, формирование симметричной кривой фазного тока при дроблении обеспечивает равномерное деление шага, повышая в динамике одновременно и качество движения.

Устройство пригодно для управления шаговым двигателем с любым числом фаз при любой кратности дробления шага.

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства обусловлен повышением точности и улучшением качества движения, что способствует повышению точности обрабатываемых изделий при использовании устройства, например, в системах числового программного управления металлорежущими станками.

93634

И, связанный вторым входом с выходом распределителя, о т л и ч а ю щ е е -. с я тем, что, с целью повышения точности отработки шага, каждый канал усилителя снабжен элементом И-НЕ, дополнительным элементом И, формирователем импульсов и дешифратором второй половины такта, подключенным своими входами к выходам распределителя, а выходом - к первому входу 10 элемента И-НЕ; соединенного вторым входом с выходом формирователя импульсов, вход которого связан с входами распределителя, а выходом — с вторым входом основного элемента И 1s и первым входом дополнительного элемента И, подключенного вторым своим входом к третьему входу основного элемента И и выходу распределителя, а выходом - к входу второго .ключа. рв

1 8

2. Устройство по и. 1, о т л ич а.ю щ е е с я тем, что формирователь импульсов выполнен в вице

RS-триггера, вход S которого связан с входами распределителя, вход R —с выходом релейного элемента, а выход - с вторым входом элемен- . та И-HE.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 474893, кл. H 02 Р 7/62ъ 1973

2. Луценко В.Е., Рубцов В.П.

Электропривод с шаговыми двигателями . Итоги науки и техники. Сер.

"Электропривод и автоматизация про- мышленных установок", t. 6. М., 1978, с. 58-59.