CS240300B1

CS240300B1 - Stepper motor control circuit wiring

Info

Publication number: CS240300B1
Application number: CS1045984A
Authority: CS
Inventors: Oldrich Podzimek; Jan Rozprim
Original assignee: Oldrich Podzimek; Jan Rozprim
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1986-02-13

Abstract

Řídicí obvod krokového motoru, zejména dvoufázového v lineárním nebo rotačním provedení, využívá snímač okamžité polohy pohyblivé části krokového motoru. Ze žádané a skutečné hodnoty poloty je vyhodnocen zátěžný úhel, který řídí zesilovače s proměnným zesílením a tím i proud ve vinutí motoru. Zvýšením účinnosti a dynamické stability pohonu se dociluje podstatná úspora eleiktrické energie.The control circuit of a stepper motor, especially a two-phase linear or rotary one, uses a sensor of the instantaneous position of the moving part of the stepper motor. The load angle is evaluated from the desired and actual values of the pole, which controls the amplifiers with variable gain and thus the current in the motor winding. By increasing the efficiency and dynamic stability of the drive, a significant saving of electrical energy is achieved.

Description

Předložený vynález se týká zapojení řídlčího obvodu krokového motoru, zejména dvoufázového v lineárním nebo rotačním provedení.The present invention relates to the wiring of a stepper motor control circuit, in particular a two-phase linear or rotary motor.

Známá a používaná zapojení řídicích obvodů jsou řešena tak, že vinutí motoru jsou napájena z-proudových zdrojů, přičemž amplituda proudu je volena s ohledem ma dovolené oteplení motoru a zůstává téměř konstantní, ať je motor zatížený nebo běží naprázdno.Known and used control circuit connections are designed so that the motor windings are powered from power sources, the current amplitude being selected with respect to the permissible motor warming and remaining almost constant whether the motor is loaded or idle.

Nevýhodou tohoto řešení vyplývajícího z přirozené vlastnosti krokového motoru je nízká účinnost nezatíženého pohonu. Při krátkodobém zvýšení mechanického zatížení si motor nedokáže odebrat proud a dochází k výpadku ze synchronismu, neboť krokový motor je vlastně speciální provedení synchronního stroje.The disadvantage of this solution resulting from the inherent characteristic of the stepper motor is the low efficiency of the unloaded drive. When the mechanical load is increased for a short time, the motor cannot draw current and there is a failure in synchronism, because the stepper motor is actually a special version of the synchronous machine.

Uvedené nevýhody podstatně odstraňuje zapojení řídicího obvodu krokového motoru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že zdroj krokoviacího kmitočtu je připojen na vstup generátoru, jehož funkční výstupy jsou připojeny na funkční vstupy zesilovačů s proměnným zesílením opatřené řídicími vstupy.These disadvantages are substantially eliminated by the wiring of the stepper motor control circuit according to the invention, which is characterized in that the stepping frequency source is connected to the input of a generator whose functional outputs are connected to the functional inputs of the variable gain amplifiers provided with control inputs.

Výstupy zesilovačů s proměnným zesílením jsou spojeny se /signálovými vstupy přepínačů polarity, jejichž přepínací vstupy jsou spojeny s logickými výstupy generátoru. Výstupy přepínačů polarity jsou spojeny se vstupy výkonových zesilovačů, jejichž výstupy jsou spojeny s krokovým motorem opatřeným snímačem, zapojeným vstupem na generátor nosné frekvence a výstupy na signální vstupy vyhodnocovacích obvodů.The outputs of the variable gain amplifiers are connected to the / signal inputs of the polarity switches whose switching inputs are connected to the logic outputs of the generator. The outputs of the polarity switches are connected to the inputs of the power amplifiers, the outputs of which are connected to a stepper motor equipped with a sensor, connected to an input to the carrier frequency generator and outputs to the signal inputs of the evaluation circuits.

Řídicí vstupy vyhodnocovacích obvodů jsou spojeny s odpovídajícími funkčními výstupy generátoru..Každý z vyhodnocovacích obvodů je řešen tak, že signální vstup je zapojen přes amplitudový detektor, oddělovač stejnosměrné složky a obvod absolutní hodnoty na vstup skutečné hodnoty regulátoru, jehož vstup žádané hodnoty je spojen s řídicím vstupem vyhodnocovacího obvodu, přičemž výstup regulátoru je zapojený na jeden ze vstupů bloku průměrných absolutních hodnot,--jehož výstup je spojen s řídicími vstupy zesilovačů s proměnným zesílením.The control inputs of the evaluation circuits are connected to the corresponding function outputs of the generator. Each of the evaluation circuits is designed so that the signal input is connected through an amplitude detector, DC component separator and absolute value circuit to the actual value input of the controller. the control input of the evaluation circuit, the controller output being connected to one of the inputs of the average absolute value block, the output of which is coupled to the control inputs of the variable gain amplifiers.

V zapojení řídícího obvodu krokového motoru podle vynálezu se jako řídicí veličiny využívá zátěžný., úhel motorů. Odebíranýproud závisí na zatížení, čímž dochází ke zvýšení účinnosti při nízkých hodnotách zatížení, k úspoře elektrické .energie a ke zvýšení dynamické stability pohonu.In the circuit of the stepper motor control circuit according to the invention, the load angle of the motors is used as the control variable. The current consumed depends on the load, thereby increasing efficiency at low load values, saving electrical energy and increasing the dynamic stability of the drive.

Příklad provedení zapojení řídicího obvodu je na přiloženém obr.An exemplary embodiment of the control circuit connection is shown in FIG.

Zdroj E .krokovacího kmitočtu je připojen na vstup generátoru G, jehož funkční výstupy S, G jsou připojeny na funkční vstupy zesilovačů ZS, ZC s proměnným zesílením, opatřených řídicími vstupy RS, RC. Výstupy zesilovačů ZS, ZC s proměnným zesílením jsou spojeny se signálovými vstupyThe step frequency source E is connected to an input of a generator G, whose functional outputs S, G are connected to the functional inputs of the variable gain amplifiers ZS, ZC provided with control inputs RS, RC. The outputs of the amplifiers ZS, ZC with variable gain are connected to the signal inputs

BS, BC přepínačů PS, PC polarity, jejichž přepínací vstupy DS, DC jsou spojeny š logickými výstupy AS, AC generátorů G. Výstupy přepínačů PS, PC polarity jsou spojeny se vstupy výkonových zesilovačů VS, VC, jejichž výstupy jsou spojeny s krokovým motorem KM, opatřeným snímačem N. Snímač N je zapojený · vstupem na generátor FN nosné frekvencě a výstupy na signální vstupy NS, NC vyhodnocovacích obvodů HS, HC, jejichž řídicí vstupy RHS, RHC jsou spojeny s odpovídajícími funkčními výstupy S, C generátoru G.BS, BC switches of PS, PC polarity, whose switching inputs DS, DC are connected with logical outputs of AS, AC generators G. Outputs of PS, PC polarity switches are connected with inputs of power amplifiers VS, VC, outputs of which are connected with stepper motor KM The sensor N is connected to the input to the carrier frequency generator FN and to the signal inputs NS, NC of the evaluation circuits HS, HC, whose control inputs RHS, RHC are connected to the corresponding function outputs S, C of the generator G.

Každý z vyhodnocovacích obvodů HS, HC je řešen tak, že signální vstup NS, NC je zapojen přes amplitudový detektor D, oddělovač O stejnosměrné složky a obvod A absolutní hodnoty na vstup K skutečné hodnoty regulátoru R, jehož vstup I žádané hodnoty je spojen s řídicím vstupem· ŘHS, RHC vyhodnocovacího obvodu HS, HC, přičemž výstup regulátoru R je připojený na jeden ze vstupů bloku B průměrných absolutních ihodnot, _ jehož výstup je spojen s řídicími vstupy RŠ, ŘC zesilovačů ZS, ZC s proměnným zesílením.Each of the evaluation circuits HS, HC is designed so that the signal input NS, NC is connected through amplitude detector D, DC separator O and absolute value circuit A to the actual value input K of the controller R, whose setpoint I is connected to the control the input of the RHS, RHC of the evaluation circuit HS, HC, the output of the controller R being connected to one of the inputs of the block of average absolute values whose output is connected to the control inputs RŠ, ŘC of the amplifiers ZS, ZC with variable gain.

Krokový mortor KM je napájen proudy I. . sin x, resp. I. cos x, kde velké I značí amplitudu proudu a x polohu vyjádřenou v úhlových veličinách. Zdroj F krokovacího kmitočtu je připojen na generátor G funkcí· sin/cos, který má funkční výstupy S, C absolutních hodnot funkcí sinus a cosinus a logické výstupy AS, AC pro určení polarity uvedených funkcí. Funkční výstupy S, C jsou zapojeny ;na funkční vstupy zesilovačů ZS, ZC s proměnným zesílením, jejichž zesílení, je ovládáno řídicími vstupy RS, RC. V přepínačích PS, PC polarity se z absolutní hodnoty šinut a cosinus vytvoří· dvojice periodických průběhů s fázovým posunem jt/2, které jsou zavedeny do výkonových zesilovačů VS, VC, na jejichž výstupy jsou připojena vinutí krokového motoru KM. Okamžitá poloha pohyblivé části je snímána snímačem N napájeným z-generátoru. EN nosné frekvence. Na výstupech snímače N je dvojice signálů, jejichž kmitočet je shodný s nosným kmitočtem, avšak amplituda je modulována sinovým, resp. socinovým průběhem. Tato dvojice signálů je připojena na signální vstupy NS, NC vyhodnocovacích obvodů HS, HC. Řídicí vstupy RHS, RHC vyhodnocovacích obvodů HS, HC jsou spojeny s výstupy generátoru G funkcí sin/cosiitus. Výstupy obou vyhodnocovacích obvodů HS, HC jsou převedeny na absolutní hodnotu, ze které je vytvořen průměr v bloku B průměru absolutních hodnot, který vytváří řídicí napětí pro zesilovače ZS, ZC s proměnným zesílením. Každý vyhodnocovací obvod HS, HC je tvořen amplitudovým detektorem D, ve kterém se odfiltruje nosný kmitočet, oddělovačem O stejnosměrné složky a obvodem A absolutní hodnoty. Jeho výstup je zapojen na vstup X skutečné hodnoty regulátoru R a řídicí vstup ŘHS vyhodnocovacího obvodu HS je připojen na vstup I žádané hodnoty regulátoru R.The stepper mortor KM is fed with I. currents. sin x, respectively. I. cos x, where large I denotes the amplitude of the current and x denotes the position expressed in angular quantities. The stepping frequency source F is connected to a generator G of the functions sin / cos, which has the functional outputs S, C of the absolute values of the sine and cosine functions and the logic outputs AS, AC to determine the polarity of said functions. The function outputs S, C are connected to the function inputs of the amplifiers ZS, ZC with variable gain whose gain is controlled by the control inputs RS, RC. In the PS, PC polarity switches, the absolute value of the shifts and the cosine are created as a pair of periodic waveforms with phase shift jt / 2, which are introduced into the power amplifiers VS, VC, whose outputs are connected to the winding motor KM. The instantaneous position of the moving part is sensed by a sensor N powered by the z-generator. EN carrier frequencies. There are a pair of signals on the outputs of the sensor N, whose frequency is the same as the carrier frequency, but the amplitude is modulated by sinusoidal resp. socinovým course. This pair of signals is connected to the signal inputs NS, NC of the evaluation circuits HS, HC. The control inputs RHS, RHC of the evaluation circuits HS, HC are connected to the outputs of the generator G by the sin / cosiitus function. The outputs of the two evaluation circuits HS, HC are converted to an absolute value, from which the average in block B of the absolute value is generated, which generates the control voltage for the amplifiers ZS, ZC with variable gain. Each evaluation circuit HS, HC consists of an amplitude detector D in which the carrier frequency is filtered, a DC component separator O and an absolute value circuit A. Its output is connected to the actual value input X of the controller R and the control input ŘHS of the evaluation circuit HS is connected to the setpoint input I of the controller R.

Při zvětšení odchylky žádané a skutečné hodnoty působí regulátor R tak, že zvětší zesílení zesilovačů ZS, ZC s proměnným zesílením, vzroste proud v krokovém motoru KM a zmenší se tím odchylka.As the setpoint and actual value deviations increase, the controller R acts to increase the amplification ZS, ZC with variable gain, increase the current in the stepper motor KM and reduce the deviation.

Zapojení je vhodné pro aplikace, kde se mění zatížení nebo· kde se zatížení pohybuje v malých hodnotách. '.The wiring is suitable for applications where the load changes or where the load is small. '.

Claims

Connection of the control circuit of a stepper motor, especially a two-phase in linear or rotary version, characterized in that the step frequency source (F) is connected to the input of the generator (G), whose functional outputs (S, C) are connected to the functional inputs of amplifiers (ZS, ZC) ) with variable gain provided with control inputs (CU, RC), the outputs of the amplifiers (ZS, ZC) with variable gain are connected to the signal inputs (BS, BC) of the polarity switches (PS, PC) whose switching inputs (DS, DC) are connected to the logic outputs (AS, AC) of the generator (G) and the outputs of the polarity switch (PS, PC) are connected to the inputs of the power amplifiers (VS, VC) whose outputs are connected to the stepper motor (KM) , connected input to the carrier frequency generator (FN) and the outputs of the invention to the signal inputs (NS, NC) of the evaluation circuits (HS, HCj, whose control inputs (ŘHS, ŘHC) are connected to via the functional outputs (S, C) of the generator (Gj), each of the evaluation circuits (HS, HC) having a signal input (NS, NC) connected via an amplitude detector (D), • a DC component separator (O) and an absolute (A) circuit value to the input (K) of the actual value of the controller (R), whose input • (i j of the setpoint is connected to the control input (ŘHS, ŘHC) of the evaluation circuit (HS, HC), from inputs of block (B) of average absolute values, whose output is connected to control inputs (CU, RC) • amplifiers (ZS, ZC) with variable gain.