RU2020725C1 - Method for nc positioning of multiphase stepping motor incorporating electric step splitting provision - Google Patents
Method for nc positioning of multiphase stepping motor incorporating electric step splitting provision Download PDFInfo
- Publication number
- RU2020725C1 RU2020725C1 SU4863435A RU2020725C1 RU 2020725 C1 RU2020725 C1 RU 2020725C1 SU 4863435 A SU4863435 A SU 4863435A RU 2020725 C1 RU2020725 C1 RU 2020725C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- currents
- max
- acceleration
- phase
- motor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Stepping Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах с программным управлением для систем точного воспроизведения движений в роботах и станках с числовым программным управлением с синхронными, в частности шаговыми электродвигателями при высоких требованиях к быстродействию, точности позиционирования и качеству отработки заданной траектории движения. The invention relates to electrical engineering and can be used in programmed electric drives for precise motion reproduction systems in robots and numerically controlled machines with synchronous, in particular stepper motors with high requirements for speed, positioning accuracy and quality of working out a given motion path.
Известны способы позиционного программного управления шаговым электродвигателем с инвертором напряжения, распределителем импульсов и блоком электрического дробления шага, формирующим двухканальную последовательность сигналов одинаковой частоты с регулируемым фазовым сдвигом между ними, поступающих на вход распределителя импульсов, обеспечивающие позиционирование с частотами, меньшими частоты приемистости шагового двигателя [1]. Известны также способы позиционного программного управления шаговым электродвигателем, аналогичные предыдущему, но с блоком программного разгона-торможения, обеспечивающие позиционирование с частотами выше частоты приемистости [1]. Known methods for positional control of a stepper motor with a voltage inverter, pulse distributor and electric step crushing unit, forming a two-channel sequence of signals of the same frequency with adjustable phase shift between them, fed to the input of the pulse distributor, providing positioning with frequencies lower than the pickup frequency of the stepper motor [1 ]. There are also known methods of positional control of a stepper motor, similar to the previous one, but with a software acceleration-braking unit, providing positioning with frequencies higher than the pick-up frequency [1].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу позиционного программного управления является способ, основанный на применении инвертора тока и блока электрического дробления шага с цифроаналоговым преобразователем, обеспечивающий формирование в фазных обмотках шагового двигателя токов одинаковой амплитуды и переменной частоты, пропорциональной заданной программной скорости движения [2]. The closest in technical essence to the proposed method of positional program control is a method based on the use of a current inverter and an electric step crushing unit with a digital-to-analog converter, which ensures the formation of currents of the same amplitude and variable frequency in the phase windings of the step motor, proportional to the specified programmed speed [2] .
Недостатки известного технического решения состоят в отсутствии системы управления динамическим моментом двигателя и как следствие в возникновении значительных ошибок воспроизведения заданной траектории движения; необходимости снижения среднего момента двигателя на этапах разгона-торможения с целью обеспечения достаточной устойчивости и надежности привода и, как следствие, к недоиспользованию двигателя по моменту, а также к снижению быстродействия привода; наличии статических ошибок позиционирования при действии активного момента нагрузки. The disadvantages of the known technical solutions are the lack of a system for controlling the dynamic moment of the engine and, as a consequence, the occurrence of significant errors in reproducing a given trajectory of movement; the need to reduce the average engine torque at the stages of acceleration-braking in order to ensure sufficient stability and reliability of the drive and, as a result, to underutilization of the engine in time, as well as to reduce the speed of the drive; the presence of static positioning errors under the action of the active load moment.
Целью изобретения является улучшение статических и динамических свойств позиционных шаговых электроприводов, повышение быстродействия и надежности привода. The aim of the invention is to improve the static and dynamic properties of positional stepwise electric drives, increasing the speed and reliability of the drive.
Это достигается тем, что при известном способе позиционного программного управления многофазным шаговым электродвигателем с электрическим дроблением шага, при котором в обмотках шагового двигателя формируют токи переменной частоты и одинаковой амплитуды, с увеличением частоты токов на этапе разгона двигателя в соответствии с оптимальной по быстродействию тахограммой разгона, стабилизацией частоты токов на этапе движения с установившейся скоростью, уменьшением частоты токов на этапе торможения в соответствии с оптимальной по быстродействию тахограммой торможения и фиксацией токов фаз в конце торможения, дополнительно в строго определенные дискретные моменты времени изменяют фазу одновременно всех токов в обмотках двигателя, при этом в начале разгона увеличивают фазу токов на угол arcsin[(JΣεmax + Mc)/Mmax] , при переходе к режиму движения с установившейся скоростью указанный выше фазовый сдвиг токов снимают и увеличивают фазу токов на угол arcsin[( βωmax + Mc)/Mmax], при переходе к режиму торможения указанный выше фазовый сдвиг токов снимают и дополнительно уменьшают фазу токов на угол arcsin[(JΣεmax - Мc)/Mmax], в конце торможения при переходе к режиму фиксации заданного конечного положения указанный выше фазовый сдвиг снимают.This is achieved by the fact that with the known method of positional program control of a multiphase stepper motor with electric crushing of a step, in which currents of variable frequency and the same amplitude are formed in the windings of the stepper motor, with an increase in the frequency of currents at the stage of acceleration of the motor in accordance with the optimal acceleration tachogram of acceleration, stabilization of the frequency of currents at the stage of movement with a steady speed, a decrease in the frequency of currents at the stage of braking in accordance with the optimal speed action tachogram braking and locking phases of the currents at the end of deceleration, an additional well-defined discrete times change phase simultaneously of all the currents in the motor windings, wherein at the beginning of acceleration increase phase currents angle arcsin [(J Σ ε max + M c) / M max ], when switching to the steady state driving mode, the above phase shift of currents is removed and the phase of the currents is increased by an angle arcsin [(βω max + M c ) / M max ], when switching to braking mode, the above phase shift of currents is removed and additionally reduce the Toko phase in the angle arcsin [(J Σ ε max - M c ) / M max ], at the end of braking during transition to the fixation mode of the specified end position, the above phase shift is removed.
Поставленная цель по улучшению точности позиционирования и уменьшению статической ошибки в условиях действия активного момента нагрузки достигается дополнительным увеличением фазы всех токов двигателя на угол arcsin(Mc) при переходе к режиму фиксации заданного конечного положения, где
JΣ - суммарный момент инерции привода с вращающимся двигателем или суммарная масса подвижной части линейного привода (mΣ );
εmax - максимальное угловое ускорение для принятой тахограммы разгона вращающегося двигателя или максимальное ускорение для линейного двигателя (amax);
Мс - момент статической нагрузки или усилие статической нагрузки (Fс) для вращающихся и линейных двигателей соответственно;
Мmax - максимальный статический синхронизирующий момент и максимальное статическое синхронизирующее усилие (Fmax), для вращающегося и линейного двигателей соответственно;
β - коэффициент эквивалентного вязкого трения, учитывающий наличие в приводе вентиляторного момента нагрузки, потерь на вихревые токи и перемагничивание;
ωmax - максимальная установившаяся скорость позиционирования для вращающегося и линейного двигателей (Vmax) соответственно.The goal of improving positioning accuracy and reducing static error under the conditions of the active load moment is achieved by an additional increase in the phase of all motor currents by an angle arcsin (M c ) when switching to the fixation mode for a given end position, where
J Σ is the total moment of inertia of the drive with a rotating motor or the total mass of the moving part of the linear drive (m Σ );
ε max - maximum angular acceleration for the received tachogram of acceleration of a rotating motor or maximum acceleration for a linear motor (a max );
M s - moment of static load or static load (F s ) for rotating and linear motors, respectively;
M max - maximum static synchronizing moment and maximum static synchronizing force (F max ), for rotating and linear motors, respectively;
β is the coefficient of equivalent viscous friction, taking into account the presence of a load torque in the drive, losses due to eddy currents and magnetization reversal;
ω max is the maximum steady-state positioning speed for rotating and linear motors (V max ), respectively.
На фиг. 1 изображен цикл позиционирования привода с программируемым разгоном, движением на заданной установив- шейся скорости, программируемым торможением и фиксацией конечного положения, а также уравнением движения привода при питании обмоток шагового двигателя от управляемого инвертора тока и глубоком электрическом делении конструктивного шага машины
JΣ + β + Mc= Mmaxsin(γ-θ), где θm,θ - механическое и электрическое положение ротора (θ=θmp);
p - число пар полюсов машины;
γ - программное значение фазы токов двигателя.In FIG. 1 shows a drive positioning cycle with programmable acceleration, movement at a given steady-state speed, programmable braking and fixing of the end position, as well as the equation of motion of the drive when feeding the stepper motor windings from a controlled current inverter and deep electrical division of the machine’s structural pitch
J Σ + β + M c = M max sin (γ-θ), where θ m , θ is the mechanical and electrical position of the rotor (θ = θ m p);
p is the number of pole pairs of the machine;
γ is the programmed phase value of the motor currents.
На первых двух графиках показана тахограмма позиционного электропривода, соответствующая предлагаемому способу управления - зависимости изменения механической скорости двигателя ω (t) и электрического положения ротора θ (t) от времени. Точками отмечены моменты времени, когда производятся дискретные изменения фазы токов двигателя. На третьем графике показан закон изменения приращения фазы токов двигателя в функции времени γд(t).The first two graphs show a tachogram of a positional electric drive corresponding to the proposed control method — the dependence of the change in the mechanical speed of the motor ω (t) and the electric position of the rotor θ (t) on time. Dots mark the points in time when discrete changes in the phase of the motor currents are made. The third graph shows the law of change in the phase increment of the motor currents as a function of time γ d (t).
Дискретный сдвиг фазы токов при разгоне γд.р. приводит к дискретному сдвигу электромагнитного поля в воздушном зазоре машины и созданию требуемого значения динамического момента в соответствии с заданным максимальным ускорением привода εmax. Дискретный сдвиг фазы токов при переходе от разгона к установившемуся движению γд.у. обеспечивает создание электромагнитного момента, достаточного для компенсации момента вязкого трения на скорости, равной скорости позиционирования ωmax, а также момента статической нагрузки Мс. Дискретный сдвиг фазы токов при переходе к режиму торможения γд.т. обеспечивает создание тормозного электромагнитного момента в соответствии с заданным замедлением (- εmax). Дискретный сдвиг фазы токов при переходе к режиму фиксации обеспечивает создание электромагнитного момента, достаточного для компенсации активного момента нагрузки Мс в конечной точке траектории движения.Discrete phase shift currents during acceleration γ dob leads to a discrete shift of the electromagnetic field in the air gap of the machine and the creation of the required value of the dynamic moment in accordance with the specified maximum drive acceleration ε max . Discrete phase shift of currents during the transition from acceleration to steady movement PDE γ provides the creation of an electromagnetic moment sufficient to compensate for the moment of viscous friction at a speed equal to the positioning speed ω max , as well as the moment of static load M s . Discrete phase shift of currents upon transition to the braking mode γ d.t. provides the creation of a braking electromagnetic moment in accordance with a given deceleration (- ε max ). A discrete phase shift of the currents during the transition to the fixing mode provides the creation of an electromagnetic moment sufficient to compensate for the active load moment M s at the end point of the motion path.
Четвертый график иллюстрирует закон изменения программного значения фазы токов двигателя γΣ(t) = θ (t) + γд(t), определяемого суммой двух составляющих: программного значения электрического положения ротора двигателя и дискретного приращения фазы токов двигателя.The fourth graph illustrates the law of changing the programmed value of the phase of the motor currents γ Σ (t) = θ (t) + γ d (t), determined by the sum of two components: the programmed value of the electric position of the motor rotor and the discrete increment of the phase of the motor currents.
Отличительным признаком данного изобретения является формирование дополнительных фазовых сдвигов токов в соответствии с величиной ускорения и нагрузки на соответствующем интервале траектории позиционирования, что обеспечивает минимизацию динамических ошибок привода и улучшение качества движения; значительное увеличение допустимых темпов разгона-торможения вплоть до значений ускорения, соответствующих моменту двигателя (0,7-0,8) Мmax, по сравнению с значениями ускорения, соответствующими моменту двигателя (0,3-0,4) Мmax для традиционных систем управления; практически оптимальный по быстродействию старт-стопный характер перемещения независимо от величины и требуемой скорости перемещения; минимизацию статических ошибок и повышение точности позиционирования в условиях действия активного момента нагрузки.A distinctive feature of this invention is the formation of additional phase shifts of the currents in accordance with the magnitude of the acceleration and load on the corresponding interval of the positioning path, which minimizes the dynamic errors of the drive and improves the quality of movement; a significant increase in permissible acceleration-deceleration rates up to acceleration values corresponding to the engine torque (0.7-0.8) M max , compared with acceleration values corresponding to the engine moment (0.3-0.4) M max for traditional systems management; practically optimal in terms of speed, the start-stop nature of movement, regardless of the size and required speed of movement; minimizing static errors and improving positioning accuracy under the conditions of the active load moment.
Изобретение осуществляется следующим образом (см. фиг. 2). На входах сумматора 1 производится сложение двух цифровых сигналов: сигнала текущего программного электрического положения ротора γ(t) =θ (t), вырабатываемого устройством планирования траектории движения, и сигнала дискретного сдвига фазы токов γд(t), вырабатываемого генератором дискретных сдвигов поля, работающим совместно с планировщиком траектории движения. Выходной цифровой сигнал сумматора γΣ (t) = γ(t) + + γд(t), определяющий мгновенное значение фазы вектора суммарного тока статора, поступает на адресные входы постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 2, хранящего m-фазную последовательность цифровых кодов токов отдельных фаз m-фазного шагового электродвигателя. Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3 обеспечивает преобразование кодов уставок токов фаз в аналоговые сигналы задания токов фаз, поступающие на входы инвертора тока (УТ) 4, а последний формирует заданные уровни токов в обмотках двигателя 5.The invention is as follows (see Fig. 2). At the inputs of adder 1, two digital signals are added: the signal of the current rotor program electric position γ (t) = θ (t) produced by the device for planning the motion path, and the signal of the discrete phase shift of the currents γ d (t) generated by the generator of discrete field shifts, working in conjunction with a trajectory planner. The output digital signal of the adder γ Σ (t) = γ (t) + + γ d (t), which determines the instantaneous phase value of the total stator current vector, is fed to the address inputs of a read-only memory (ROM) 2 that stores the m-phase sequence of digital codes currents of individual phases of the m-phase stepper motor. A digital-to-analog converter (DAC) 3 provides the conversion of phase current setting codes into analog phase current input signals supplied to the inputs of a current inverter (UT) 4, and the latter generates predetermined current levels in the
Claims (2)
где IΣ - суммарный момент инерции для вращающегося шагового электродвигателя или суммарная масса поданной части для линейного шагового электродвигателя;
εmax - максимальное угловое ускорение тахограммы разгона для вращающегося шагового электродвигателя или максимальное ускорение для тахограммы разгона для линейного шагового электродвигателя;
Mc - момент статической нагрузки или усилие статической нагрузки соответственно для вращающегося и линейного шагового электродвигателей;
Mмах - максимальный статический синхронизирующий момент или максимальное статическое синхронизирующее усилие соответственно для вращающегося и линейного шагового электродвигателей;
β - коэффициент эквивалентного вязкого трения, учитывающий наличие в приводе вентиляторного момента нагрузки, потерь на вихревые токи и перемагничивание;
ωmax - максимальная установившаяся скорость позиционирования для вращающегося или линейного шагового электродвигателей соответственно.2. The method according to claim 1, characterized in that, in order to increase static accuracy under the conditions of the active load moment, in addition to the transition to the fixation mode of a given end position, the current phase is increased by an angle arcsin M c ,
where I Σ is the total moment of inertia for a rotating stepper motor or the total mass of the supplied part for a linear stepper motor;
ε max - the maximum angular acceleration of the acceleration tachogram for a rotating stepper motor or the maximum acceleration for the acceleration tachogram for a linear stepper motor;
M c - the moment of static load or the force of static load, respectively, for rotating and linear stepper motors;
M max - maximum static synchronizing moment or maximum static synchronizing force, respectively, for rotating and linear stepper motors;
β is the coefficient of equivalent viscous friction, taking into account the presence of a load torque in the drive, losses due to eddy currents and magnetization reversal;
ω max - maximum steady-state positioning speed for a rotating or linear stepper motors, respectively.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4863435 RU2020725C1 (en) | 1990-07-12 | 1990-07-12 | Method for nc positioning of multiphase stepping motor incorporating electric step splitting provision |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4863435 RU2020725C1 (en) | 1990-07-12 | 1990-07-12 | Method for nc positioning of multiphase stepping motor incorporating electric step splitting provision |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020725C1 true RU2020725C1 (en) | 1994-09-30 |
Family
ID=21534502
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4863435 RU2020725C1 (en) | 1990-07-12 | 1990-07-12 | Method for nc positioning of multiphase stepping motor incorporating electric step splitting provision |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2020725C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2521617C2 (en) * | 2012-08-01 | 2014-07-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | Dynamic torque control method for engine flywheel |
-
1990
- 1990-07-12 RU SU4863435 patent/RU2020725C1/en active
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
1. Шаговый электропривод в робототехнике. Под ред. Л.А.Садовского. М.: МЭИ, 1984, с.81-87. * |
2. High - Resolution Stepping Motor drive H.P. Layek, Rev. SCI. Instrum.47, N 4, 1976, с.480-483. * |
3. Смирнов Ю.С. Системы управления сервомеханизмами с шаговыми электродвигателями. Микропроцессорные средства и системы, N 4, 1985, с.71-77. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2521617C2 (en) * | 2012-08-01 | 2014-07-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | Dynamic torque control method for engine flywheel |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4649331A (en) | Flux-weakening regime operation of an interior permanent magnet synchronous motor | |
EP1041708B1 (en) | Step motor driving device | |
US5852355A (en) | Output smoothing in a switched reluctance machine | |
US4358726A (en) | Current type inverter | |
US5572105A (en) | Stepping motor control method including varying the number of split sections in one step drive period of a stepping motor | |
EP1402620B1 (en) | Controller and associated system and method for pulse-width-modulation switching noise reduction by voltage control | |
SU552913A3 (en) | Stepper motor control device | |
US4584505A (en) | Torque-speed control system for asynchronous D.C. brushless motor | |
US4357569A (en) | Control device for a synchronous motor | |
US4259628A (en) | Control device of AC motor | |
WO1984001063A1 (en) | Improved induction motor controller | |
US4808895A (en) | Acceleration control apparatus | |
RU2020725C1 (en) | Method for nc positioning of multiphase stepping motor incorporating electric step splitting provision | |
US5281903A (en) | Method for drivingly controlling a variable reluctance type motor | |
Meshkat et al. | Optimum current vector control of a brushless servo amplifier using microprocessors | |
JP3814826B2 (en) | Vector control method for synchronous motor | |
EP0301036B1 (en) | Control system for a variable-reluctance motor, and method | |
JPS6331493A (en) | Controller for synchronous motor | |
JPH0683585B2 (en) | Induction Motor Servo Control System Improves Transient Response by Excitation Angle Control | |
SU1515322A1 (en) | A.c. electric drive | |
Werner et al. | Speed and torque control of a permanent magnet excited transverse flux motor for direct servo-drive applications | |
SU1112520A1 (en) | Electric drive | |
Chin et al. | A stepper motor controller | |
JPS6258899A (en) | Method and apparatus for stabilizing step motor | |
SU604112A1 (en) | Method of control of synchronous motor |