Устройство для управления шаговым двигателем

Устройство для управления шаговым двигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ с электрическим дроблением шага, содержащее распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого , подключенньй к источнику постоянного тока, образован двумя ключами , основным датчиком тока, включенным между г горым ключом и общей шиной источника питания, встречным диодом, связывающим с одним из выводов фазы двигателя, основным релейным элементом с входом задания тока, соединенным выходом с входом первого ключа через первый элемент И, связанный вторым входом с вьтходом распределителя и одним входом второго элемента И, подключенного выходом к входу второго ключа, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности отработки шага и надежности, каждый канал усилителя мощности снабжен датчиком опорного напряжения, дополнительным релейным элементом, двумя, суммирующими усилителями, аналоговым переключателем , инвертором и дополнительным датчиком тока, включенным между облцей шиной источника питания и встречным диодом и подключенным выходом к сигнальному входу аналогового переключателя, соединенного управляющим входом с выходом инвертора , а выходом - с инвертирующим (Л входом первого суммирующего усилителя , неинвертирующий вход которого подключен к выходу основного датчика тока, а выход - к второму входу основного релейного элемента,и второму входу дополнительного релейного элемента, соединенного вьгхосо дом с другим входом второго эле00 мента И и входом инвертора, а первым входом - с выходом второго сумми;о со рующего усилителя, подключенного входом к входу задатчика тока основного релейного элемента и выходу датчика опорного напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1098099

З(51) Н 02 Р 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИФ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3552006/24-07 (22). 17.02.83 (46) 15.06.84. Бюл. Ф 22 (72) В.П. Рубцов, Ю.З. Рожанский, А.Н. Барков и В.Н. Барков (53) 621 313.13-133.3 †5(088.8) (56) !. Луценко В.Е., Рубцов В.П °

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

"Электропривод и автоматизация промьппленных. установок". Т. 6, И., 1976, с. 58-,59.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 936341, кл. Н 02 P 8/00, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ с электрическим дроблением шага, содержащее распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого, подключенный к источнику постоянного тока, образован двумя ключами, основным датчиком тока, включенным между -. ãoðbì ключом и общей шиной источника питания, встречным диодом, связывающим с одним из выводов фазы двигателя, основным релейным элементом с входом задания тока, соединенным выходом с входом первого ключа через первый элемент И, связанный вторым входом с выходом распределителя и одним входом второго элемента И, подключенного выходом к входу второго ключа, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности отработки шага и надежности, каждый канал усилителя мощности снабжен датчиком опорного напряжения, дополнительным релейным элементом, двумя. суммирующими усилителями, аналоговым переключателем, инвертором и дополнительным датчиком тока, включенным между общей шиной источника питания и встречным диодом и подключенным выходом к сигнальному входу аналогового переключателя, соединенного управляющим входом с выходом инвертора, а выходом — с инвертирующим входом первого суммирующего усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к выходу основного датчика тока, а выход — к второму входу основного релейного элемента.и второму входу- дополнительного релейного элемента, соединенного выходом с другим входом второго элемента И и входом инвертора, а первым входом — с выходом второго суммирующего усилителя, подключенного входом к входу задатчика тока основного релейного элемента и выходу датчика опорного напряжения. (I 98099

АзабретeBèE г"T ocHTcß к зчектрстехнике и мажет сыть использаванз для упраB.llåíêÿ шаговыми днигателями с электрическим дроолением шага в системах числового праграммнога уп- 5 равления металларежущими станками, каардин=lòoãpàôèè и т,д, Известно устройство для управления шяганьгм двигателем. сОдEpKRHlее

6" распределитель многоканальный уси-литель мощности, регуляторы напря-жения и преобразователи код — аналог, изменяющие устанки на входах аег" лятарон напряжения (1 )-.

HBUQcTBTKBMH этаг0 УстРаис гна RB 4 ля отся низкая точность дробления шага и неудовлетворительное качес" на движения н области низких частот,, обусловленные отсутствием форсиро-. вания процессов спадания тока при формировании ступенчато-синусаидальной кривой фазнаго тока: с

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является у тройстна для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага,. содержащее распределитель

РаiлульсОВ и многоканальный усили " тель мощности, каждый канал которого

i;oдклю-: -.Ный к источнику постоянного

:.,: а !Gaa=,OBàB двумя ключами, датчи

;0", ака, включенным между BTophlii клю 0, i ":"". а бщеи шинаи источника пита""

:-,:.I:E÷íûIl диодом, связь|нающим пс c I"Eднюю с oеггг. лм из выводов фазы двигатегя,. и релейным элементам с в.-;адам =,àäàíèÿ така, соединенньгм выходом с входом первого ключа через .И-ерный элемент И, связанный вторым входом с выходам распределителя и н;адам второго элемента И, подклю-. ченного ньгхадом к входу второго ключа, 3та уcTpOHcTBo обеспечивает формирование симметричной кривой фазпагс:>-ака путем форсирования llpo

uecc0н падания токов н моменты времени, заданаемые импульсами управления (2 ).

Недостаткам известногс устройст-. ва яяпя - тся Bpеменной принцип QB раBBeпия., при котором заранее зада ется длительность импульса„ определяющего время спапания тока. Такое настроение устройства предопрелеля-ет необходимость настройки схемы пса, конкретный тип и даже экземпляр гга "QBcl льигателя. Кроме того, пар аглетн61 пвига теля з ависят от температуры его обмоток (фаз), которая н процессе работы изменяется в широких пределах, что вызывает искажение фазовых токов, снижает точность электрического дробления шага и ухудшает качество днижения привода, Целью изобретения является lloR6I шение точности отработки шага и надежнасти. указанная цель достигается тем, что в устройстве для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага, содержащем распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал каторога, подключенный к источнику пастояннага тока, образован двумя ключами, основным датчиком тока, включенным между вторым ключом и общей шиной источника питания, встречным диодом, связывающим последнюю с одним из выводов фазы двигателя,и основным релейным элементом с входом задания тока, соединенным выходом с входом первого ключа через первый элемент

И, связанный вторым входом с выходом распределителя и одним входом второго элемента И, подключенного выходом к входу второго ключа, каждый канал усилителя мощности снабжен датчиком опорного напряжения, дополнительным релейным элементом, двумя суммирующими усилителями, аналоговым переключателем, инвертором и дополнительным датчиком тока, включенным между общей шиной источника питания и встречным диодом и подключенным вьгходом к сигнальному входу аналогового переключателя, соединенного управляющим входом с ьыхадом инвертора, а выходом — с иннертирующим входом перного суммирующего усилителя, неинвертирующий нход которого подключен к ньгходу асноннага датчика тока, а выход — к второму входу основного релейного элемента и второму входу дополнительнога релейного элемента, соединенного выходом с другим входом второго элемента И и входом инвертора,а первым входом — с выходом второго суммирующего усилителя, подключенного входом к входу задания така основного релейного элемента и выходу датчика опорного напряжения.

Иа фиг. 1 приведена блок-схема устройства для одного канала усили1098099

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии сигнал LI, на выходе ра пределителя импульсов

10 (или другого узла, задающего требуемую диаграмму коммутации фаз шагового двигателя) и напряжение U> на входе задания тока равны нулю. В этом случае на выходах элементов

И 8 и 9 напряжения также равны нулю, ключи 1 и 2 закрыты и фаза 3 двигателя отключена от источника ггитания Lj . Напряжение на выходах релейных элементов (компараторов) 14 и 15 положительно (единичный уровень), когда напряжение на их первых входах больше, чем напряжение на втоSS

i теля мощности; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство(фиг. 1) содержит первый 1 и второй 2 ключи, соединенные последовательно с фазой 3 шагового двигателя и датчиком тока (резистором) 4 и подключенные к источнику постоянного тока LI. Фаза 3 связана с зажимами источника питания также IO встречными диодами 5 и 6. В цепь диода 6 включен дополнительный датчик тока (резистор) 7. На входах ключей 1 и 2 установлены элементы

И 8 и 9, вторые входы которых сое- 15 динены с выходом распределителя 10.

Вывод резистора 4, связанный с ключом 2, подключен к неинвертирующему входу суммирующего усилителя 11. Вывод резистора 7, соединенный со встречным диодом 6, подключен к сигнальному входу аналогового переключателя 12, управляющий вход которого соединен с выходом инвертора 13, а выход — с инвертирующим 25 входом усилителя 11. Выход усилителя

11 подключен к вторым входам основного 14 и дополнительного 15 релейных элементов (компараторов). Первый вход релейного элемента 15 подключен к выходу второго суммирующего усилителя 16, один из входов которого объединен с первым входом компаратора 14 и является входом задания тока, а второй связан с выходом датчика опорного напряжения 17. Выходы релейных элементов 14 и 15 соединены с первыми входами элементов И 8 и 9. Вход инвертора 13 подключен к выходу дополнительного ре- 4О лейного элемента 15. рых входах, и равно нулю в противном случае или при нулевых сигналах на обоих входах. Тогда в исходном состоянии на выходе основного компаратора 14 сигнал Ll,(ôèã. 1 и 2) отсут ствует, а на выходе дополнительного компаратора 15 имеется положительный уровень U, поскольку напряжение на

era первом входе определяется как

4 () где К вЂ” коэффициент передачи сум-. мирующего усилителя 16;

Ь(1 — напряжение на выходе датчика опорного напряжения 17;

0 — напряжение, задающее величину фазного тока,. и в исходном состоянии (при LI = О)

U = fc d! I >0

Выходной положительный сигнал компаратора 15 через инвертор 13 закрывает аналоговый переключатель

12. При поступлении положительного потенциала U с выхода распределителя 10 и одновременной подаче на вход задания тока устройства уставки 0, определяющей величину фазного тока, на выходе основного компаратора 14 появляется единичный уровень И (фиг. 2). Такой же уро— вень устанавливается на выходах элементов И 8 и 9 и ключи 1 и 2 открываются, подключая фазу 3 двигателя к источнику питания LI. Требуемая скорость нарастания фазного тока(требуемый коэффициент форсирования электромагнитных переходных процессов) обеспечивается соответствующим выбором напряжения питания U . .Падение напряжения О на резисторе 4, выполняющем функции датчика тока, поступает на неинвертирующий вход суммирующего усилителя 11. Напряжение на инвертирующем входе усилителя 11 при этом равно нулю, так как диод

6 закрыт и ток через пополнительный резистор 7 не протекает, а кроме того, закрыт аналоговый переключатель 12. поскольку на выхоле лополнительного компаратора 15 продолжает оставаться епиничный уровень. В этом случае выхопное напряжение усилителя 110 с бупет пропорционально напряжению Ц (фиг. 1) и фаэному току . @, В момент времени „ (фиг. 2) напряжение О постигает величины

LI =LI + — (! (гпе gLI, — зона неОс 3 2 2 2 чувствительности компаратора 14), t что соответствует равенству среднего значения фазного тока величине. заданной уставкой Ы, на выходе компаратора 14 устанавливается нулевое значение О2 (фиг.2),ключ 1 закрывается и фаэный ток,поддерживаемыт ЭДС самоиндукции фазы. продолжает протекать по цепи: фаза 3 — ключ 2 — резистор.

4 — резистор 7 — диод б. При этом скорость изменения (уменьшение) фазного тока буцет иного меньше скорости его нарастания. По мере уменьшения фазного тока уменьшается напряжение 0, и при достижении им

1 величины О с= U> -2 Д U> На выходе компаратора 14 появляется положи" тельный потенциал U., вновь открывающий ключ i, после чего описанные процессы повторяются,.

Таким образом, в схеме осуществляется импульсное поддержание фазного тока, определяемого уставкой

U . При ступенчатом увеличении за3 дающего напряжения U (фиг. 2) ис3 кажения, обусловленные запаздыванием процессов изменения тока, определяются величиной питающего напряжения LI, параметрами двигателя и соответствующим выбором U При этом может быть достигнута форма тока, искажения которой не превышают допустимых.

В процессе формирования восходящей ветви кривой фазного тока напряжение U = 0 + A U на первом входе дополнительного компаратора 15 остается большим, чем Оо, при этом его положительный выходной потенциал поддерживает открытое состояние ключа 2 и закрытое состояние аналогового переключателя 12, и падение напряжения на дополнительном резисторе 7 в паузах работы ключа i не поступает на вход усилителя 11.

При ступенчатом уменьшении (фиг. ?) U ) U u U p U =:U - - Ц Bbl ос ходные напряжения компараторов 14 и 15 становятся нулевыми, что приводит к запиранию ключей 1 и 2 и открыванию аналогового переключателя 1?. K фазе 3 прикладывается отрицательное напряжение U@ и происходит форсированное спадание тока в фазе (фиг. 2) по контуру: фаза 3 диод 5 — встречно включенный источник - — диод 6 — резистор 7.

Падение чапряжения на резисторе 7Ц, пропорциональное фазному току, поступает через открытый аналоговый переключатель 12 на инвертирующий вход усилителя 11, выходное напряжение которого Uot- вновь будет повторять фазный ток (соответствие

О фазному току устанавливается выбором сопротивления .резисторов

4 и 7 и коэффициентов передачи усилителя 11 по инвертирующему и неинвертирующему входам).

По иере уменьшения фазного тока и соответственно Uo положительное

ОС напряжение появляется сначапа на выходе компарато."а 15 (при 0

=0 + 5(. — — pU, где dU зона не3 чувствительности компаратора 15), ключ 2 в момент времени 1 (фиг. 2) открывается и ток продолжает спадать по контуру: фаза 3 — ключ 2 резистор 4 — резистор 7 — диод 6 (аналоговый переключатель 12 при этом закрывается и сигнал обратной связи по току снимается с резистора (при (10с

ЗО выходе компаратора 14, что приводит к открыванию ключа 1 и переходу уст-.

1ройства к поддержанию нового значения фазного тока, определяемому U2 (фиг. 2) .

Таким образом, введение в устройство описанных элементов и связей обеспечивает формирование симметричной кривой фазного тока путем непосредственного и непрерывного контроля за мгновенными значениями фазных токов двигателя. Устройство пригодно для управления шаговым двигателем с любым числом фаз при любой кратности дробления шага в разомкнутых и замкнутых щаговых электроприводах.

Технические преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключаются в его упрощении, повышении надежности и расши-рении функциональных возможностей, достигаемых эа счет исключения узлов, определяющих такт коммутации, моменты изменения задающих напряжений и формирующих импульсы требуемой длительности. Использование непрерывного контроля за мгновенным

/ значением фаэного тока обуславливает минимальные отклонения формы кривой фазного тока от формы эада1098099 8 ющих напряжений, что повьш ает точность электрического дробления шага и качество привода.

1098099

Составитель 3. Горник

Редактор .П. Повхан Техред И.Асталош

Корректор О. Тигор

Фипиал ПГ1П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3аказ 4221/45 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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