CS263392B1

CS263392B1 - Connecting a control member to a closed servo system with stepper motor

Info

Publication number: CS263392B1
Application number: CS874622A
Authority: CS
Inventors: Alexander Ing Csc Varga; Stanislav Ing Csc Almassy; Pavel Ing Csc Sivicek; Miroslav Ing Dolezal
Original assignee: Varga Alexander; Almassy Stanislav; Sivicek Pavel; Miroslav Ing Dolezal
Priority date: 1987-06-23
Filing date: 1987-06-23
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS462287A1

Abstract

Riešenie patří do oblasti elektrotechniky a sa týká zapojenia riadiaceho člena pre uzavretý servosystém s krokovým motorom, pracujúci v režime drobenia základného kroku. Zapojením riadiaceho člena sa získá servosystém s nastavitelnou štruktúrou s možnosťou optimálneho využitia dynamických schopností motora, ktoré vyplývá z vysokej přesnosti vyhodnocovania uhla rozladenia motora. V štruktúre s pružnou spatnou vazbou bude systém plniť funkciu rýchlostného servosystému riadeného frekvenciou riadiacich impulzov. V štruktúre s pevnou spatnou vazbou bude systém pracovať ako jednosměrný motor motor s elektronickým komutátorom s možnosťou'ovládania směru pohybu a momentu motora. V podstatě sa umožňuje realizovat uzavretá štruktúra riadenia s pružnou spatnou vazbou od polohy rotora respektive štruktúru riadenia s pevnou spatnou vazbou od polohy rotora ,. meranou inkrementálnym snímačom, pričom sa v systéme využívá informácia o fázovom posuve medzi želanou hodnotou prúdu a jej skutečnou hodnotou.The solution belongs to the field of electrical engineering and concerns the connection of a control element for a closed servo system with a stepper motor, operating in the basic step crushing mode. By connecting the control element, a servo system with an adjustable structure is obtained with the possibility of optimal use of the dynamic capabilities of the motor, which results from the high accuracy of evaluating the motor detuning angle. In the structure with flexible feedback, the system will perform the function of a speed servo system controlled by the frequency of control pulses. In the structure with fixed feedback, the system will operate as a unidirectional motor with an electronic commutator with the possibility of controlling the direction of movement and motor torque. In essence, it allows the implementation of a closed control structure with flexible feedback from the rotor position, or a control structure with fixed feedback from the rotor position, measured by an incremental sensor, while the system uses information about the phase shift between the desired current value and its actual value.

Description

Vynález sa týká zapojenia riadiaceho člena pre uzavretý servosystém s krokovým motorom, pracujúci v režime drobenia základného kroku, umožňujúci realizovat uzavretú štruktúru riadenia s pevnou spatnou vSzbou od polohy rotora, meranou inkrementálnym snímačom, pričom sa v systéme využívá informácia o fázovom posuve medzi želanou hodnotou prúdu a jej skutočnou hodnotou.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a stepper motor closed-loop closed-loop servo system operating in a basic step crumb mode allowing realization of a closed-loop closed-loop control structure as measured by an incremental encoder using phase shift information between the desired current value. and its real value.

V doteraz používaných zapojeniach uzavretých systémov sa fázový posuv prúdu statora oproti jeho želanej hodnotě vyhodnocuje nepriamo na základe informácie o skutočnej rýchlosti otáčania rotora. Takéto riešenie neumožňuje s vysokou presnosťou udržať uhol rozladenia motora v uzavretých systémoch s pružnou spatnou vazbou v přechodných stavoch respektive v systémoch s pevnou spatnou vazbou trvale, na hodnotě, pri ktorej je moment motora maximálny. V systémoch, kde budú aplikované ovládače s reguláciou fázových prúdov je přitom v oblasti vyšších rých¹lostí fázový posuv skutočného prúdu oproti svojej želanej hodnotě závislý i na velkosti napájacieho napStia ako aj na použitéj koncepcii ovládača, čo vedie k potrebe určenia závislosti medzi rýchlosťou a fázovým posuvom pre každý konrkétny případ osobitne.In the closed circuit systems used hitherto, the phase shift of the stator current against its desired value is evaluated indirectly on the basis of information about the actual rotational speed of the rotor. Such a solution does not make it possible to maintain the tuning angle of the motor in closed systems with flexible feedback in transient states or in systems with fixed feedback permanently, at a value at which the motor torque is at a maximum. In systems where they applied controls to control the phase currents it is yet in higher rychi ¹ or knowledge phase shift of the actual flow compared to its desired value depending on the size of the power napStia and to use the concept of control, leading to the need for determining the dependence between speed and phase sliding for each particular case separately.

Tieto nevýhody odstraňuje zapojenie riadiaceho člena podlá vynálezu, ktorého podstata je v tom, že na vstup výkonového ovládača, spojeného skrokovým motorom, je připojený výstup generátora želaných hodnót fázových prúdov, ktorého prvý výstup je spojený so Siestou vstupnou svorkou riadiaceho člena. Na druhý vstup generátora želaných hodnót fázových prúdov je připojený výstup vratného čítača, ktorý je súčasne připojený na prvý vstup pamSte. Druhý vstup pamSte je připojený na výstup tvarovača, spojeného svojim vstupom s prvým Výstupom sústavy ovládač-motor. Výstup pamSte je připojený na prvý vstup sumátora spojeného svojim druhým vstupom s výstupom diferenčného člena. Prvý vstup diferenčného člena spojený s prvým vstupom vratného čitača je připojený súčasne na výstup prvého člena logického súčtu. Druhý vstup diferenčného člena spojený s druhým vstupom vratného čítača je připojený súčasne na výstup druhého člena logického súčtu. Tretf vstup diferenčného člena je spojený s prvým výstupom inkrementálneho snímača, ktorého vstup je připojený na druhý výstup sústavy ovládač-motor a ktorého druhý výstup je připojený na štvrtý vstup diferenčného člena. Výstup sumátora je připojený na prvý vstup pevnej pamSte PROM, na druhý vstup ktorej je připojená štvrtá vstupná svorka a na třetí vstup je připojená piata vstupná svorka riadiaceho člena. Prvý výstup pevnej pamSte PROM je připojený na prvý vstup blokovacieho obvodu, ktorého druhý vstup je spojený s druhým výstupom pevnej pamSte PROM a ktorého třetí vstup je spojený s prvou vstupnou svorkou riaďiSceho člena. Prvý výstup blokovacieho obvodu je spojený s prvým vstupom prvého člena logického súčtu, ktorého druhý vstup je spojený s druhou vstupnou svorkou riadiaceho člena. Druhý výstup blokovacieho obvodu je spojený s prvým vstupom druhého člena logického súčtu, ktorého druhý vstup je spojený s trefou vstupnou svorkou riadiaceho člena.These disadvantages are overcome by the wiring of the control element according to the invention, which is characterized in that the input of the power controller connected by the stepper motor is connected to the output of the desired phase current generator, the first output of which is connected to the Si input of the control member. On the second input of the desired phase current generator is connected the output of the return counter, which is simultaneously connected to the first memory input. The second memory input is connected to the former output connected by its input to the first controller-motor assembly output. The memory output is connected to the first input of the sumper connected by its second input to the output of the differential member. The first input of the differential member associated with the first input of the return counter is connected simultaneously to the output of the first logical sum member. The second differential member input associated with the second return counter input is connected simultaneously to the output of the second logical sum member. The third input of the differential member is coupled to the first output of the incremental encoder, the input of which is connected to the second output of the control-motor assembly and whose second output is connected to the fourth input of the differential member. The summator output is connected to the first input of the PROM, to the second input where the fourth input terminal is connected and to the third input the fifth input terminal of the control member is connected. The first output of the PROM is connected to a first input of the interlock circuit, the second input of which is connected to the second output of the PROM and of which the third input is connected to the first input terminal of the control member. The first output of the interlock circuit is coupled to a first input of a first logic sum member, the second input of which is connected to the second input terminal of the control member. The second output of the interlock circuit is coupled to the first input of the second logic sum member, the second input of which is coupled to the direct input terminal of the control member.

Zapojením riadiaceho člena podlá vynálezu sa získá servosystém s nastavitelnou štruktúrou s možnostou optimálneho využitia dynamických schopností motora, ktoré vyplývá z vysokej přesnosti vyhodnocovania uhla rozladenia motora. V štruktúre s pružnou spatnou vazbou bude systém plnit funkciu rýchlostného servosystému riadeného frekvenciou riadiacich impulzov. V štruktúre s pevnou spatnou vazbou bude systém pracovat ako jednosměrný motor s elektronickým komutát ·.· rom s možnostou ovládania směru pohybu a momentu motora.By engaging a control member according to the invention, a servo system having an adjustable structure is obtained, with the possibility of optimally utilizing the dynamic capabilities of the engine, which results from the high accuracy of the evaluation of the engine tuning angle. In a flexible feedback structure, the system will function as a speed servo system controlled by the frequency of the control pulses. In a fixed feedback structure, the system will operate as a one-way motor with an electronic commutate with the ability to control the direction of movement and torque of the motor.

Na pripojenom výkrese je znázorněné zapojenie riadiaceho člena podlá vynálezu.The attached drawing shows the wiring of a control member according to the invention.

Na vstup sústavy 5 ovládač-motor je připojený výstup generátora 4 želaných hodnót fázových prúdov, ktorého prvý vstup je spojený so Siestou vstupnou svorkou 16 riadiaceho člena. Na druhý vstup generátora £ želaných hodnót fázových prúdov je připojený výstup vratného čítača £, ktorý je súčasne připojený na prvý vstup pamSte £. Druhý vstup pamSte £ je připojený na výstup tvarovača 12 spojeného svojim vstupom s prvým výstupom sústavy 5 ovládač-motor. Výstup pamSte 6 je připojený na prvý vstup sumátora 2 spojeného svojim druhým vstupom s výstupom diferenčného člena 2· Prvý vstup diferenčného člena T_ je spojený s prvým vstupom vratného čítača 3 a je připojený súčasne na výstup prvého člena JL logického súčtu. Druhý vstup diferenčného člena T_ je spojený s druhým vstupom vratného čítača 2 ^a 3^e připojený súčasne na výstup druhého člena 2 logického súčtu. Třetí vstup diferenčného člena T_ je spojený ·The output of the desired phase current generator 4 is connected to the input of the control-motor assembly 5, the first input of which is connected to the Sixth input terminal 16 of the control member. On the second input of the desired phase current generator 6 is connected the output of a return counter 6, which is simultaneously connected to the first input of the memory 6. The second memory input 6 is connected to the output of the former 12 connected by its input to the first output of the control-motor assembly 5. The output of the memory 6 is connected to the first input of the sumper 2 connected by its second input to the output of the differential member 2. The first input of the differential member T is connected to the first input of the return counter 3 and connected simultaneously to the output of the first logical sum member. The other input of differential T_ member is connected to the second inlet of the return counter 2 ^and ³ and at the same time connected to the output of the second member 2 to the sum of the logic. The third input of the differential member T_ is connected ·

S'prvým výstupom inkrementálneho snímača 10, ktorého vstup je připojený na druhý výstup sústavy 5 ovládač-motor a ktorého druhý výstup je připojený na štvrtý vstup diferenčného člena T_. Výstup sumátora 2 je připojený na prvý vstup pevnej pamSte PROM 9, na druhý vstup ktorého je připojená štvrtá vstupná svorka 14 a na třetí vstup je připojená piata vstupná svorka 15 riadiaceho člena. Prvý výstup pamSte PROM 2 je připojený na prvý vstup blokovacieho obvodu 11, ktorého druhý vstup je spojený s druhým výstupom pamSte PROM 9 a-ktorého třetí vstup je spojený s prvou vstupnou svorkou 13 riadiaceho člena. Prvý výstup blokovacieho obvodu 11 je spojený s prvým vstupom prvého člena 2 logického súčtu, ktorého druhý vstup je spojený s druhou vstupnou svorkou 17 riadiaceho Člena. Druhý výstup blokovacieho obvodu 11 je spojený s prvým vstupom druhého člena 2 logického súčtu, ktorého druhý vstup je spojený s trefou vstupnou svorkou 18 riadiaceho člena.With the first output of the incremental encoder 10, the input of which is connected to the second output of the control-motor assembly 5 and whose second output is connected to the fourth input of the differential member T1. The output of the sump 2 is connected to the first input of the PROM 9, to the second input of which the fourth input terminal 14 is connected and to the third input the fifth input terminal 15 of the control member is connected. The first output of the PROM 2 is connected to the first input of the interlock circuit 11, the second input of which is connected to the second output of the PROM 9 and whose third input is connected to the first input terminal 13 of the control member. The first output of the blocking circuit 11 is coupled to the first input of the first logical sum member 2, the second input of which is connected to the second input terminal 17 of the control member. The second output of the blocking circuit 11 is coupled to the first input of the second logic sum member 2, the second input of which is connected to the correct input terminal 18 of the control member.

Činnost riadiaceho člena je nasledovná.The activity of the managing member is as follows.

V režime činnosti systému s pružnou spatnou vazbou od polohy rotora sú riadiace impulzy, ktorých frekvencia zodpovedá požadovanej rýchlosti pohybu privádzané na druhů vstupnú svorku 17 respektive tretiu vstupnú svorku 18 riadiaceho člena, podlá toho, aký je požadovaný směr pohybu. Riadiace impulzy spósobujú změnu satvu vratného čítača 2» ktorý svojim výstupom riadi generátor £ želaných hodnót fázových prúdov, pričom stav vratného čítača 2 udává v paralelnou! kóde uhol natočenia vektora želanej hodnoty prúdu statora motora. Tvarovač 12 vyhodnocuje přechod skutočnej hodnoty fázového prúdu motora nulou a riadi zápis stavu vratného čítača 2 do pamSte 6, takže výstupné číslo pamSte 6 zodpovedá fázovému posuvu skutočného prúdu motora voči jeho želanej hodnotě. Diferenčný člen T_ vyhodnocuje uhol medzi natočením vektora želanej hodnoty statorového přúdu a polohou rotora, ktorá je odmeriavaná inkrementálnym snímačom 22.· V sumátore 2 je ^na základe výstupu diferenčného člena T_ a obsahu pamate 2 vypočítaný uhol rozladenia motora. Tento údaj spolu s přídavnými signálmi připojenými na štvrtú vstupnú svorku 14 a piatu vstupnú svorku 15 riadiaceho člena, a ktorých význam súvisí so štruktúrou riadenia s pevnou' spatnou vSzbou, adresuje pevnú pamať PROM 2» ktorá: prostredníctvom svojho prvého respektive druhého výstupu zabezpečuje cez blokovací obvod 11 prepustenie impulzov vysokej frekvencie, připojených na prvú vstupnú svorku 22.' ^na P^rvÝ alebo druhý vstup vratného čítača 2 tak, aby sa uhol rozladenia udržal v intervale vymedzenom je jednej perióde synchronizačnej charakteristiky maximálnymi hodnotami momentu motora. V případe, že uhol rozladenia nadobúda hodnoty z dovoleného intervalu, je blokovaný přechod impulzov cez blokovací obvod 11. Interval dovolených hodnót uhla rozladenia je určený obsahom pevnej pamSte PROM 9.In the mode of operation of the flexible feedback system from the rotor position, the control pulses, the frequency of which corresponds to the desired speed of movement, are applied to the second input terminal 17 and the third input terminal 18 of the control member, respectively, according to the desired direction of movement. The control pulses cause a change in the satv of the return counter 2, which by its output controls the generator 6 of the desired phase current values, the status of the return counter 2 being set in parallel! the angle of rotation of the vector of the desired value of the motor stator current. The former 12 evaluates the actual value of the motor phase current to zero and controls the writing of the state of the return counter 2 to the memory 6 so that the output number of the memory 6 corresponds to the phase shift of the actual motor current relative to its desired value. The differential member T_ evaluates the angle between the rotation of the stator current setpoint vector and the rotor position, which is measured by the incremental encoder 22. · In the summator 2, the engine tuning angle is calculated ^based on the output of the differential member T and the memory 2. This, together with the additional signals connected to the fourth input terminal 14 and the fifth input terminal 15 of the actuator, and whose meaning is related to the fixed-bad control structure, addresses the fixed memory PROM 2 which: via its first and second outputs provides a high frequency pulse-release circuit 11 connected to the first input terminal 22. ' ^the ^{te p} Y or the second inlet of the return counter 2 so as to maintain the angle of the detuning is defined in the range of one period of the synchronization characteristics of the maximum values of the engine torque. In case the tuning angle takes values from the allowable interval, the pulse transition through the blocking circuit 11 is blocked.

Přechod na uzavretú štruktúru s pevnou spatnou vSzbou sa uskutočňuje změnou obsahu pevnej pamSte PROM 2 tak, aby sa v systéme vytvořila vazba udržujúca uhol rozladenia motora na hodnotě, pri ktorej je moment motora maximálny. Prepínanie oboch obastí pevnej pamSte PROM 2, takže přechod z jednej štruktúry na druhů, móže byt realizované cez piatu vstupnú svorku 15 riadiaceho člena. Směr pohybu je v tomto režime zadávaný cez přídavný adresný bit pevnej pamSte PROM ·, takže úroveň signálu na štvrtej vstupnej svorke 14 riadiaceho člena. Moment motora sa nasto/uje signálom připojeným na šiestu vstupnú svorku 16 riadiaceho člena, ktorým sa riadi amplitúdřt Želaných hodnót fázových prúdov motora.The transition to a closed structure with a fixed reverse link is accomplished by changing the contents of the PROM 2 fixed memory so as to form a system in the system that maintains the engine tuning angle at a value at which the motor torque is at its maximum. Switching between the two PROM 2 areas of memory so that the transition from one structure to another can be realized via the fifth input terminal 15 of the control member. In this mode, the direction of movement is entered via the additional address bit of the PROM memory, so that the signal level at the fourth input terminal 14 of the actuator. The motor torque is set by a signal connected to the sixth input terminal 16 of the control member which controls the amplitude of the desired phase current values of the motor.

Claims

3, 263392 to the output of the second logic sum member 2 '. The third input of the differential member T is connected to the first output of the incremental encoder 10, the input of which is connected to the second output of the controller 5 and its second output is connected to the fourth input of the differential member. The summator output ený is connected to the first input of the fixed parnSte PROM 9, the second input is connected to the fourth input terminal 14 and the third input is connected to the fifth input terminal 15 of the control member. The first output of the PROM memory is connected to the first input of the blocking circuit 11, the second input of which is connected to the second output of the memory PROM 9 and whose third input is connected to the first input terminal 13 of the control member. The first output of the blocking circuit 11 is coupled to the first input of the first logical sum member 11, the second input of which is connected to the second input terminal 17 of the control member. The second output of the blocking circuit 11 is coupled to the first input of the second logical summing member 11, the second input of which is connected to the input terminal 18 of the control member. The activity of the Steering Member is as follows. In the mode of operation of the elastic poor coupling system from the rotor position, the control pulses, the frequency of which corresponds to the desired speed of movement applied to the input terminal 17 and the third input terminal 18, respectively, according to the direction of movement desired. The control pulses cause a change in the reciprocating reader 3 which, with its output, generates the desired values of the phase currents, and the status of the reader 2 in the parallel code indicates the rotation angle of the desired motor stator current vector value. The shaper 12 evaluates the transition of the actual value of the motor phase current to zero and controls the writing of the return counter2 to the memory 6, so that the output number of memory 6 corresponds to the phase shift of the actual motor current to its desired value. The differential member T evaluates the angle between the rotation of the stator current vector value and the rotor position which is measured by the incremental encoder 10. In the summator 8, the motor decay angle is calculated based on the output of the differential member T and the memory content. This data, together with the additional signals connected to the fourth input terminal 14 and the fifth input terminal 15 of the control member, the meaning of which is related to the fixed line structure control, addresses the fixed memory PROM 9 which; by means of its own or second output it provides, through the blocking circuit 11, the passage of high frequency pulses connected to the first input terminal 13 to the first or second input of the reciprocator 2 so that the tuning angle is kept within the interval defined by one synchrony characteristic period by maximum motor torque values. In the case that the angle of the decayed value is from the allowed interval, the transition of the pulses through the blocking circuit is blocked. The interval of allowed torsional angle values is determined by the contents of the PROM 9 fixed memory. The transition to a closed structure with a fixed bad connection is made by changing the PROM content of it so that the system maintains a range that maintains the motor tune angle to a value at which the motor moment is maximum. Switching both areas of the PROM 9_ fixed memory so that the transition from one structure to the other, m & The direction of motion is in this mode entered through the additional address bit fixed by PROM ·, so the signal level at the fourth input terminal 14 of the control member. The torque motor is applied by a signal connected to the sixth input terminal 16 of the control member, which controls the amplitude of the desired motor phase currents. OBJECT OF THE INVENTION A closed-loop control member engagement with a stepper motor operating in a basic step mode and an incremental position sensor, characterized in that an output of the desired phase current generator (4) is connected to the controller-motor assembly (5), the first input of which is connected with a sixth input terminal (16) of the control member, wherein a second input of the desired phase current generator (4) is connected to the output of the return counter (3) which is simultaneously connected to the first input of the memory (6), the second input of which is connected to 263392 4 to the output of the shaper (12) connected by its input to the first output of the controller-motor (5), the output of the memory (6) being connected to the first input of the summator (8) connected by its second input to the output of the differential member (7) whose first input coupled to the first input of the counter (3) is connected simultaneously to the output of the first member (1) a logical summation, wherein the second input of the differential member (7) connected to the second input of the reader counter (3) is coupled simultaneously to the output of the second logic sum member (2), wherein the third input of the differential member (7) is coupled to the first output an incremental encoder (10), the input of which is connected to the second output of the controller-motor assembly (5) and whose second output is connected to the fourth input of the diffuser member (7), the summator output (8) being connected to the first input of the PROM (9), the second input of which is connected to the fourth input terminal (14) and the third input is connected to the fifth input terminal (15) of the control member, the first memory output PROM (9) being connected to the first input of the locking circuit (11) ), the second input of which is connected to the second output memory PROM (9) and whose third input is connected to the first input terminal (13) of the control member, the first output of the locking member the circuit (11) is coupled to a first input of a first member (1) of the logic sum whose second input is coupled to a second input terminal (17) of the control member, the second input of the locking circuit (11) being coupled to the first input of the second logical member (2) whose second input is coupled to a third input terminal (18) of the control member. 1 drawing