RU2377715C2 - Scheme and method of determining operating mode of electric motor and their use - Google Patents
Scheme and method of determining operating mode of electric motor and their use Download PDFInfo
- Publication number
- RU2377715C2 RU2377715C2 RU2007112691/09A RU2007112691A RU2377715C2 RU 2377715 C2 RU2377715 C2 RU 2377715C2 RU 2007112691/09 A RU2007112691/09 A RU 2007112691/09A RU 2007112691 A RU2007112691 A RU 2007112691A RU 2377715 C2 RU2377715 C2 RU 2377715C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric motor
- difference signal
- sampling
- mode
- signal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Stepping Motors (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к электродвигателям. Более конкретно настоящее изобретение относится к схеме определения режима работы электродвигателя и соответствующему способу, а также к клапану и летательному аппарату, в котором используется такая схема.The present invention relates to electric motors. More specifically, the present invention relates to a circuit for determining an operating mode of an electric motor and a corresponding method, as well as to a valve and an aircraft using such a circuit.
Современные электродвигатели являются широко используемыми электромеханическими преобразователями электрического тока в механическую силу. Их действие, как правило, основывается на физическом явлении электромагнитных сил. Электрический ток создает магнитное поле, которое может воздействовать на другое магнитное поле, находящееся рядом с проходящим электрическим током. Поэтому электрический ток может использоваться для вращения магнитного ротора электродвигателя и вала, который соединен с ротором.Modern electric motors are widely used electromechanical converters of electric current into mechanical force. Their action, as a rule, is based on the physical phenomenon of electromagnetic forces. An electric current creates a magnetic field that can act on another magnetic field located next to the passing electric current. Therefore, electric current can be used to rotate the magnetic rotor of the electric motor and the shaft, which is connected to the rotor.
С другой стороны, изменяющееся магнитное поле создает напряжение в проводнике, которое находится рядом с этим полем. Это напряжение известно как противоэлектродвижущая сила или противоЭДС. В настоящем описании для обозначения этой электродвижущей силы используется термин "противоэлектродвижущая сила".On the other hand, a changing magnetic field creates a voltage in the conductor, which is located next to this field. This voltage is known as counter electromotive force or counter emf. In the present description, the term "counter electromotive force" is used to refer to this electromotive force.
Шаговый двигатель является специальным видом электродвигателей. В большинстве случаев он имеет ряд обмоток, являющихся частью статора и воздействующих на ротор, который может быть выполнен из постоянного магнита. Достоинством шагового двигателя является использование нескольких обмоток статора, что позволяет осуществлять точное позиционирование. Для шагового двигателя необходимо устройство управления, которое осуществляет управление обмотками статора. Устройство управления шагового двигателя может задавать направление его вращения путем управляемого запитывания его различных обмоток в последовательности, соответствующей направлению вращения. Устройства управления также способны управлять скоростью вращения шаговых электродвигателей.A stepper motor is a special type of electric motor. In most cases, it has a number of windings that are part of the stator and act on the rotor, which can be made of a permanent magnet. The advantage of a stepper motor is the use of several stator windings, which allows accurate positioning. A stepper motor requires a control device that controls the stator windings. The control device of the stepper motor can set the direction of its rotation by controlled feeding of its various windings in a sequence corresponding to the direction of rotation. The control devices are also able to control the speed of rotation of the stepper motors.
Шаговые электродвигатели могут использоваться в самых различных применениях, в которых требуется управляемая механическая сила, и могут использоваться, например, для управления вентилем системы кондиционирования воздуха на летательном аппарате. Необходимо определять положение клапана для того, чтобы направлять соответствующие управляющие сигналы в электродвигатель для управления проходным сечением вентиля. Поэтому в большинстве случаев необходимы дополнительные датчики для определения положения вентиля. Использование таких дополнительных датчиков означает дополнительный вес, что для летательных аппаратов является существенным недостатком.Stepper motors can be used in a wide variety of applications that require controlled mechanical force, and can be used, for example, to control an air conditioning valve on an aircraft. It is necessary to determine the position of the valve in order to direct the corresponding control signals to the electric motor to control the flow area of the valve. Therefore, in most cases, additional sensors are needed to determine the position of the valve. The use of such additional sensors means extra weight, which is a significant drawback for aircraft.
Другим вариантом определения положения вентиля может быть идентификация режима работы электродвигателя, используемого для привода вентиля. В этом случае термин "режим работы" означает, что, определяя, вращается или нет шаговый электродвигатель, и, учитывая длительность его вращения, можно определить положение, в котором находится вентиль.Another option for determining the position of the valve may be to identify the operating mode of the electric motor used to drive the valve. In this case, the term "operation mode" means that, by determining whether or not the stepper motor rotates, and, given the duration of its rotation, it is possible to determine the position in which the valve is located.
Целью настоящего изобретения является создание улучшенной электронной схемы для определения режима работы электродвигателя.The aim of the present invention is to provide an improved electronic circuit for determining the operating mode of an electric motor.
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, указанным в пункте 1 его формулы, вышеуказанная цель может быть достигнута с помощью схемы определения режима работы электродвигателя, которая содержит датчик и блок определения режима работы, причем датчик является частью электродвигателя. Блок определения режима работы предназначен для определения режима работы электродвигателя, который является либо режимом вращения, либо режимом фиксации (запирания).In accordance with the embodiment of the present invention referred to in paragraph 1 of its formula, the above objective can be achieved using a circuit for determining the operating mode of the electric motor, which includes a sensor and a unit for determining the operating mode, the sensor being part of the electric motor. The unit for determining the operating mode is designed to determine the operating mode of the electric motor, which is either a rotation mode or a locking (locking) mode.
Предпочтительно, схема должна обеспечивать определение текущего состояния электродвигателя. Таким образом, можно будет определить, находится ли электродвигатель в состоянии вращения или он зафиксирован. Если вал электродвигателя не заблокирован каким-либо посторонним предметом, вал может поворачиваться в соответствии с сигналами управления, которые поступают в электродвигатель из устройства управления. Если же вал зафиксирован, то электродвигатель может выдавать сигнал о том, что в текущий момент вал по какой-то причине заблокирован. Анализ режима работы электродвигателя может обеспечивать возможность для устройства управления реагировать соответствующим образом.Preferably, the circuit should provide a determination of the current state of the electric motor. Thus, it will be possible to determine whether the motor is in a rotational state or is it locked. If the motor shaft is not blocked by any foreign object, the shaft can rotate in accordance with the control signals that enter the electric motor from the control device. If the shaft is fixed, then the motor can give a signal that the shaft is currently blocked for some reason. An analysis of the operating mode of the electric motor may enable the control device to respond accordingly.
Датчик, который является частью электродвигателя, обладает тем достоинством, что позволяет снизить вес по сравнению с устройствами, в которых для определения режима работы электродвигателя используется дополнительный элемент. Так, датчик, встроенный в электродвигатель, мог бы обеспечить снижение веса летательного аппарата, в котором используется предлагаемая в изобретении схема.The sensor, which is part of the electric motor, has the advantage of reducing the weight compared to devices in which an additional element is used to determine the operating mode of the electric motor. Thus, a sensor integrated in an electric motor could provide a reduction in the weight of an aircraft that uses the circuit of the invention.
Датчик может содержать дополнительно катушку, которая выполнена так, что при вращении ротора электродвигателя в катушке индуцируется противоэлектродвижущая сила.The sensor may further comprise a coil, which is designed so that when the rotor of the electric motor rotates, a counter electromotive force is induced in the coil.
Индуцирование в катушке противоэлектродвижущей силы является сигналом обратной связи двигателя в отношении фактического режима работы. Если электродвигатель вращается, то ротор поворачивается, и индуцируется противоэлектродвижущая сила. Этот вид обратной связи можно назвать преобразованием механической величины в электронный сигнал. Такое преобразование в электронный сигнал создает возможность для использования электронной схемы с целью анализа фактического режима работы.Induction of a counter-electromotive force in the coil is a feedback signal of the engine with respect to the actual mode of operation. If the electric motor rotates, then the rotor rotates, and a counter-electromotive force is induced. This type of feedback can be called the conversion of a mechanical quantity into an electronic signal. Such conversion into an electronic signal makes it possible to use an electronic circuit to analyze the actual operating mode.
В качестве катушки может использоваться обмотка статора электродвигателя. Использование обмотки статора электродвигателя в качестве катушки позволяет использовать в качестве датчика часть двигателя. Таким образом, можно получать сигнал обратной связи из электродвигателя без необходимости использования дополнительных элементов для реализации такой обратной связи.As a coil, the stator winding of an electric motor can be used. Using the stator winding of the electric motor as a coil allows you to use part of the motor as a sensor. Thus, it is possible to obtain a feedback signal from an electric motor without the need for additional elements to implement such feedback.
Схема может содержать дополнительно дифференциальный усилитель. Дифференциальный усилитель содержит первый и второй входы, причем на первый вход подается напряжение питания, а второй вход соединен с катушкой.The circuit may further comprise a differential amplifier. The differential amplifier contains the first and second inputs, and the first input is supplied with voltage, and the second input is connected to the coil.
Дифференциальный усилитель выполняет операцию вычитания двух входных напряжений, и на его выход передается сигнал, представляющий разницу входных напряжений. Таким образом, обеспечивается возможность сравнения двух сигналов по их разности.The differential amplifier performs the operation of subtracting two input voltages, and a signal representing the difference in input voltages is transmitted to its output. Thus, it is possible to compare two signals by their difference.
Дифференциальный усилитель имеет первый выход и приспособлен для того, чтобы вырабатывать на этом первом выходе первый разностный сигнал или второй разностный сигнал. Когда электродвигатель вращается, дифференциальный усилитель вырабатывает на своем первом выходе первый разностный сигнал, который соответствует режиму вращения электродвигателя. Когда вал электродвигателя зафиксирован, и электродвигатель заблокирован, на первом выходе дифференциального усилителя вырабатывается второй разностный сигнал, который соответствует режиму фиксации электродвигателя. Первый и второй разностные сигналы различаются в момент выборки. Момент выборки находится во временном интервале выборки и может использоваться для выборки первого и второго разностных сигналов и их различения.The differential amplifier has a first output and is adapted to generate a first difference signal or a second difference signal at this first output. When the electric motor rotates, the differential amplifier generates at its first output a first differential signal, which corresponds to the rotation mode of the electric motor. When the motor shaft is fixed and the motor is locked, a second differential signal is generated at the first output of the differential amplifier, which corresponds to the fixing mode of the motor. The first and second difference signals differ at the time of sampling. The sampling time is in the sampling time interval and can be used to sample the first and second difference signals and distinguish them.
Предпочтительно на первом выходе дифференциального усилителя может вырабатываться изменяющийся во времени характеристический сигнал, определяемый режимом работы электродвигателя. Таким образом, только выход разностного усилителя может анализироваться для определения фактического режима работы электродвигателя. Поскольку выходной сигнал, соответствующий режиму вращения, и выходной сигнал, соответствующий режиму фиксации, имеют отличающиеся характеристики, то их можно различить. Различение этих сигналов возможно просто путем сравнения одного выборочного значения, взятого в момент выборки для определения того, является ли фактический сигнал на первом выходе дифференциального усилителя первым или вторым разностным сигналом.Preferably, a time-varying characteristic signal, determined by the mode of operation of the electric motor, can be generated at the first output of the differential amplifier. Thus, only the output of the differential amplifier can be analyzed to determine the actual mode of operation of the electric motor. Since the output signal corresponding to the rotation mode and the output signal corresponding to the locking mode have different characteristics, they can be distinguished. Distinguishing these signals is possible simply by comparing one sample value taken at the time of sampling to determine whether the actual signal at the first output of the differential amplifier is the first or second difference signal.
Схема может содержать дополнительно схему выборки и хранения. Эта схема соединена с первым выходом дифференциального усилителя. Схема выборки и хранения также соединена с устройством управления электродвигателем. Устройство управления электродвигателем выполнено таким образом, чтобы запускать схему выборки и хранения для выборки первого или второго разностного сигнала в момент выборки.The scheme may further comprise a sampling and storage scheme. This circuit is connected to the first output of a differential amplifier. The sampling and storage circuit is also connected to a motor control device. The motor control device is designed to trigger a sampling and storage circuit for sampling the first or second difference signal at the time of sampling.
Схема выборки и хранения способна просто измерять величину в заданный момент времени и хранить ее значение до тех пор, пока она не будет обработана соответствующим анализатором. Использование устройства управления электродвигателем для запуска схемы выборки и хранения обеспечивает возможность синхронизации выборки сигнала с вращением электродвигателя. Момент выборки задается периодическим сигналом так, что он может быть связан с вращением электродвигателя.The sampling and storage scheme can simply measure the value at a given point in time and store its value until it is processed by the appropriate analyzer. The use of an electric motor control device to start a sampling and storage circuit makes it possible to synchronize the signal sampling with the rotation of the electric motor. The sampling time is set by a periodic signal so that it can be associated with the rotation of the electric motor.
Поскольку в качестве датчика используется обмотка статора электродвигателя, то может быть предпочтительным синхронизировать момент выборки с вращением электродвигателя. Возможно, что в какой-то момент обмотка статора используется для вращения двигателя. Поэтому в этом случае через обмотку статора проходит ток для создания магнитного поля, обеспечивающего вращение ротора, содержащего постоянный магнит. Таким образом, в те моменты, когда через катушку проходит ток, она не может использоваться для считывания противоэлектродвижущей силы. Устройство управления электродвигателем "знает", когда через катушку протекает ток, и поэтому может запускать схему выборки и хранения с учетом этого обстоятельства в соответствующий момент времени. Таким моментом может быть момент, когда первый и второй разностные сигналы различаются, и по катушке не проходит ток. В схеме выборки и хранения первый и второй разностные сигналы, изменяющиеся во времени, приводятся к дискретным значениям, представляющим режим работы электродвигателя.Since the stator winding of the electric motor is used as the sensor, it may be preferable to synchronize the sampling time with the rotation of the electric motor. It is possible that at some point the stator winding is used to rotate the motor. Therefore, in this case, a current passes through the stator winding to create a magnetic field that rotates the rotor containing a permanent magnet. Thus, in those moments when current flows through the coil, it cannot be used to read the anti-electromotive force. The motor control device “knows” when current flows through the coil, and therefore can trigger a sampling and storage circuit taking this into account at the appropriate time. Such a moment may be the moment when the first and second difference signals are different, and no current passes through the coil. In the sampling and storage scheme, the first and second difference signals varying in time are reduced to discrete values representing the operation mode of the electric motor.
Схема может дополнительно содержать компаратор. У компаратора имеется третий и четвертый входы и второй выход. Третий вход компаратора соединен со схемой выборки и хранения. На четвертый вход компаратора подается опорное напряжение. Компаратор устроен таким образом, чтобы сравнивать сигналы, поступающие на третий и четвертый входы, и вырабатывать на втором выходе третий сигнал, который соответствует режиму работы электродвигателя.The circuit may further comprise a comparator. The comparator has a third and fourth inputs and a second output. The third input of the comparator is connected to a sampling and storage circuit. The reference voltage is applied to the fourth input of the comparator. The comparator is designed in such a way as to compare the signals received at the third and fourth inputs, and generate a third signal at the second output, which corresponds to the operation mode of the electric motor.
Компаратор может сравнивать два напряжения. Поскольку первый разностный сигнал и второй разностный сигнал различаются в момент выборки, то создается возможность для сравнения третьего входа компаратора с опорным значением, если имеется первый или второй разностный сигнал. Иначе говоря, первый и второй разностные сигналы являются периодическими функциями напряжения по времени. Величины напряжения первого разностного сигнала и второго разностного сигнала отличаются в момент выборки. Выборка этих периодических функций в момент выборки обеспечивает сведение определения временной функции к определению дискретного значения напряжения. Компаратор используется для идентификации фактической дискретной величины напряжения и определения фактического режима работы. Дискретная величина на втором выходе компаратора соответствует режиму работы электродвигателя.The comparator can compare two voltages. Since the first difference signal and the second difference signal are different at the time of sampling, it is possible to compare the third input of the comparator with the reference value, if there is a first or second difference signal. In other words, the first and second difference signals are periodic functions of voltage over time. The voltage values of the first difference signal and the second difference signal differ at the time of sampling. The selection of these periodic functions at the time of sampling provides the reduction of the definition of the time function to the determination of the discrete value of the voltage. The comparator is used to identify the actual discrete voltage value and determine the actual operating mode. The discrete value at the second output of the comparator corresponds to the operation mode of the electric motor.
Схема может дополнительно содержать индикатор, который предназначен для отображения режима работы электродвигателя. Использование индикатора дает возможность визуального представления информации о режиме работы электродвигателя. Таким образом, обеспечивается возможность быстрого получения информации о фактическом режиме работы электродвигателя.The circuit may further comprise an indicator that is designed to display the operating mode of the electric motor. Using the indicator makes it possible to visually present information on the operation mode of the electric motor. Thus, it is possible to quickly obtain information about the actual mode of operation of the electric motor.
Схема может дополнительно содержать микропроцессор. Микропроцессор используется для передачи управляющего сигнала в электродвигатель, причем управляющий сигнал имеет два значения: сигнал, задающий вращение электродвигателя в первом направлении, и сигнал, задающий вращение электродвигателя во втором направлении. Кроме того, процессор используется для определения режима работы электродвигателя, соответствующего управляющему сигналу. Таким образом, микропроцессор может путем анализа режима работы электродвигателя определять его работоспособность, причем работоспособность соответствует длительности режима вращения между первым и вторым режимами фиксации.The circuit may further comprise a microprocessor. The microprocessor is used to transmit a control signal to the electric motor, the control signal having two values: a signal specifying the rotation of the electric motor in the first direction, and a signal specifying the rotation of the electric motor in the second direction. In addition, the processor is used to determine the operation mode of the electric motor corresponding to the control signal. Thus, the microprocessor can, by analyzing the operating mode of the electric motor, determine its operability, and the operability corresponds to the duration of the rotation mode between the first and second fixing modes.
Микропроцессор может быть использован для определения работоспособности механической системы, например, он может индицировать работоспособность механической системы, в которой определенная последовательность режимов работы электродвигателя выполняется в соответствии с управляющим сигналом. То есть он может обеспечивать индикацию работоспособности системы, указывая, что определенная длительность режима вращения обнаружена между двумя режимами фиксации. Микропроцессор может обеспечивать управление электродвигателем и анализировать приходящие из него ответные сигналы, в результате чего микропроцессором вырабатывается сигнал о работоспособности или неработоспособности системы. Такая возможность может оказаться необходимой для проверки систем летательного аппарата перед работой.The microprocessor can be used to determine the operability of a mechanical system, for example, it can indicate the operability of a mechanical system in which a certain sequence of electric motor operating modes is performed in accordance with a control signal. That is, it can provide an indication of the health of the system, indicating that a certain duration of the rotation mode is detected between the two fixing modes. The microprocessor can provide control of the electric motor and analyze the response signals coming from it, as a result of which the microprocessor generates a signal about the system's operability or inoperability. Such an opportunity may be necessary to test aircraft systems before work.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается вентиль, привод которого осуществляется электродвигателем, содержащим схему, выполненную в соответствии с настоящим изобретением.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a valve which is driven by an electric motor comprising a circuit configured in accordance with the present invention.
Как правило, привод вентилей осуществляется от электродвигателей. Для определения работоспособности обычно в этих вентилях используются дополнительные датчики положения. Применение электродвигателя с предлагаемой в настоящем изобретении схемой обеспечивает возможность использования вентиля без дополнительных датчиков положения. То есть в этом случае возможно уменьшение веса.As a rule, valves are driven by electric motors. To determine performance, usually these valves use additional position sensors. The use of an electric motor with the circuit proposed in the present invention makes it possible to use a valve without additional position sensors. That is, in this case, weight reduction is possible.
Объектом изобретения является также летательный аппарат, содержащий схему, выполненную в соответствии с настоящим изобретением.The object of the invention is also an aircraft containing a circuit made in accordance with the present invention.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ определения режима работы электродвигателя с помощью датчика, который является частью электродвигателя.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method for determining an operating mode of an electric motor using a sensor that is part of an electric motor.
Ротор электродвигателя вращается в первом направлении и индуцирует в катушке противоэлектродвижущую силу. Эта противоэлектродвижущая сила может сравниваться с напряжением питания, в результате чего может вырабатываться первый разностный сигнал или второй разностный сигнал. Первый разностный сигнал соответствует режиму вращения электродвигателя, а второй разностный сигнал соответствует режиму фиксации электродвигателя. Первый и второй разностные сигналы различаются в момент выборки. То есть первый разностный сигнал или второй разностный сигнал выбирается в момент выборки. Первый разностный сигнал или второй разностный сигнал сравнивается с опорным напряжением, и таким образом может быть определено режим работы электродвигателя.The rotor of the electric motor rotates in the first direction and induces an anti-electromotive force in the coil. This counter electromotive force can be compared with the supply voltage, as a result of which a first difference signal or a second difference signal can be generated. The first difference signal corresponds to the rotation mode of the electric motor, and the second difference signal corresponds to the fixation mode of the electric motor. The first and second difference signals differ at the time of sampling. That is, the first difference signal or the second difference signal is selected at the time of sampling. The first difference signal or the second difference signal is compared with the reference voltage, and thus, the operation mode of the electric motor can be determined.
Как можно видеть, основным моментом настоящего изобретения является определение режима работы электродвигателя с помощью схемы вместе с датчиком, который является частью электродвигателя. Это позволяет снизить вес системы, которая способна определить режим работы электродвигателя.As you can see, the main point of the present invention is to determine the operating mode of the electric motor using a circuit together with a sensor, which is part of the electric motor. This reduces the weight of the system, which is able to determine the mode of operation of the electric motor.
Эти и другие особенности настоящего изобретения станут более ясными из нижеприведенного описания вариантов его реализации.These and other features of the present invention will become clearer from the following description of options for its implementation.
Варианты реализации настоящего изобретения описываются ниже со ссылками на следующие чертежи:Embodiments of the present invention are described below with reference to the following drawings:
Фигура 1 - вид блок-схемы одного из иллюстративных вариантов реализации настоящего изобретения.Figure 1 is a view of a block diagram of one illustrative embodiment of the present invention.
Фигура 2 - схема шагового электродвигателя.Figure 2 - diagram of a stepper motor.
Фигура 3 - структурная логическая схема определения режима работы электродвигателя в соответствии с одним из иллюстративных вариантов реализации настоящего изобретения.Figure 3 is a structural logic diagram for determining the operating mode of an electric motor in accordance with one illustrative embodiment of the present invention.
Фигура 4 - временная диаграмма первого разностного сигнала, представляющего режим вращения.Figure 4 is a timing diagram of a first difference signal representing a rotation mode.
Фигура 5 - временная диаграмма второго разностного сигнала, представляющего режим фиксации.5 is a timing chart of a second difference signal representing a latching mode.
Фигура 6 - блок-схема способа определения режима работы электродвигателя.Figure 6 is a flowchart of a method for determining an operating mode of an electric motor.
Фигура 7 - вид летательного аппарата, содержащего схему в соответствии с настоящим изобретением.Figure 7 is a view of an aircraft containing a circuit in accordance with the present invention.
На фигуре 1 представлена блок-схема одного из возможных вариантов реализации настоящего изобретения. Устройство управления шаговым электродвигателем 48 указано обозначением 2. Устройство 2 управления задает направление и скорость вращения шагового электродвигателя 48. Для этого устройство 2 управления передает управляющие сигналы в шаговый двигатель 48. Шаговый двигатель 48 может быть использован для привода механической системы, например вентиля 49. В шаговый двигатель 48 встроен датчик 50, который способен определять режим работы электродвигателя 48. В качестве датчика 50 может использоваться катушка шагового двигателя 48, то есть в этом случае для определения режима работы двигателя 48 не надо использовать каких-либо дополнительных устройств.The figure 1 presents a block diagram of one of the possible embodiments of the present invention. The control device of the
Сигналы, полученные датчиком 50, передаются в блок 52 определения режима работы. Блок 52 определения режима работы является электронной схемой, которая способна вырабатывать дискретные сигналы, соответствующие режиму работы шагового двигателя 48. Имеются два возможных состояния шагового двигателя 48, а именно: режим вращения, соответствующий вращению шагового двигателя 48 и вала 56, и режим фиксации, соответствующий состоянию фиксации шагового двигателя 48 и вала 56. Блок 52 определения режима работы запускается устройством 2 управления шаговым двигателем. Для этого между блоком 52 определения режима работы и устройством 2 управления шаговым двигателем имеется связь.The signals received by the sensor 50 are transmitted to the operation
Дискретный сигнал значения режима работы, вырабатываемый схемой 52 определения режима работы, передается в блок 54 анализа. Блок 54 анализа может, например, быть индикатором 53, на котором отображается фактическое режим работы, или микропроцессором 55, который способен обрабатывать принятое значение режима работы и анализировать сигналы. Использование микропроцессора 55 может быть необходимым, если требуется анализировать последовательность режимов работы.The discrete signal of the value of the operating mode generated by the
На фигуре 2 приведена схема шагового электродвигателя 48. В состав шагового двигателя 48 входит ротор, содержащий постоянный магнит с южным магнитным полюсом 22 и северным магнитным полюсом 23. В середине ротора имеется вал 56, который вращается, если шаговый двигатель 48 включен. Вокруг ротора крестообразно через 90 градусов расположены статоры шагового двигателя 48. Статоры содержат обмотки 14, 16, 18 и 20 и сердечники, на которые намотаны обмотки. Ток, протекающий через каждую из обмоток 14, 16, 18, 20, вызывает появление магнитного полюса статора. Полюс статора притягивает соответствующий полюс 22 или 23 ротора. Вместе с ротором поворачивается также вал 56, так как ротор занимает устойчивое положение, когда противоположные полюса находятся друг против друга.Figure 2 shows a diagram of a
Для вращения электродвигателя 48 устройство 2 управления шаговым двигателем управляет током, протекающим через обмотки 14, 16, 18 и 20, в чередующейся последовательности. Иначе говоря, для вращения ротора и оси 56, например, по часовой стрелке устройство 2 управления включает первую фазу 6 для прохождения тока от источника 4 напряжения через обмотку 14 в фазу 6 с появлением магнитного полюса на обмотке 14 статора, который притягивает соответствующий полюс 22 или 23. Затем устройство 2 управления включает вторую фазу 8 для прохождения тока от источника 4 напряжения через обмотку 16 и далее во вторую фазу 8. Статор обмотки 16 имеет в этот момент такую же полярность, какую перед этим имел статор обмотки 14, и теперь магнитное поле обмотки 16 притягивает полюс 22 ротора, в результате чего происходит поворот вала на 90 градусов. Затем то же самое осуществляется с третьей фазой 10 и обмоткой 18, и далее с четвертой фазой 12 и обмоткой 20. Затем снова включается первая фаза 6 и обмотка 14. Для вращения вала 56 в противоположном направлении последовательность включений осуществляется в обратном порядке.To rotate the
Как видно из вышеизложенного, для поворота вала шагового двигателя питание на обмотку статора подается только на короткий промежуток времени. Остальное время питание на обмотку устройством 2 управления не подается, так что физическое явление индукции создает в свободной обмотке противоэлектродвижущую силу (противоЭДС). ПротивоЭДС создается только в те моменты времени, когда ротор с постоянным магнитом 22, 23 вращается. Таким образом, наличие ЭДС является показателем режима вращения шагового двигателя 48.As can be seen from the above, to rotate the stepper motor shaft, power is supplied to the stator winding only for a short period of time. The rest of the time, no power is supplied to the winding by the
На фигуре 3 представлена структурная логическая схема определения режима работы электродвигателя 48 в соответствии с одним из иллюстративных вариантов реализации настоящего изобретения. На фигуре показано устройство 2 управления, которое управляет работой шагового двигателя 48. Включая в заданной последовательности фазы 6, 8,10 и 12, а также соответствующие обмотки 14, 16, 18 и 20 статора электродвигателя 48, устройство 2 управления активизирует вращение электродвигателя 48 и вала 56. Схема 52 определения режима работы электродвигателя 48 соединена с линией 4 и одной из фаз 6, 8, 10 или 12. На линию 4 подается напряжение источника питания. На фигуре 3 схема 52 определения режима работы электродвигателя 48 подключена к четвертой фазе 12. Напряжение 4 питания подается на первый вход дифференциального усилителя 24. С выхода фазы 12 сигнал подается на второй вход 28 дифференциального усилителя 24.The figure 3 presents a structural logic diagram for determining the operating mode of the
Сигнал фазы 12 также является напряжением. Усилитель 24 осуществляет вычитание сигналов на первом входе 26 и втором входе 28 и выдает результат на первом выходе 30. Сигнал на втором входе 28 дифференциального усилителя имеет характерную форму в зависимости от режима работы электродвигателя 48. Таким образом, сигнал, получаемый на первом выходе 30, также имеет характерную форму. Он представляет собой изменение напряжения во времени. На первом выходе 30 дифференциального усилителя могут различаться две разных формы сигнала.The
Первый разностный сигнал 64 соответствует режиму вращения электродвигателя 48. Второй разностный сигнал 62 соответствует режиму фиксации электродвигателя 48. Оба сигнала являются периодическими, и разница между ними наиболее заметна в момент выборки, который находится во временном интервале выборки 58, 60. Соответствующий разностный сигнал на выходе 30 подается на вход 32 схемы 36 выборки и хранения. Схема 36 выборки и хранения обеспечивает выборку входного сигнала в заданный момент времени. Момент времени, в который схема 36 выборки и хранения осуществляет выборку входного сигнала на входе 32, определяется триггером, соединенным с входом 34 этой схемы. Вход 34 соединен с устройством 2 управления шаговым двигателем 48. Устройство 2 управления имеет подробную информацию о вращении ротора. Поэтому обеспечивается возможность запуска схемы 36 выборки и хранения в такой момент времени, когда первый разностный сигнал, соответствующий режиму вращения электродвигателя 48, и второй разностный сигнал, соответствующий режиму фиксации электродвигателя 48, имеют наибольшие отличия. Выборка на входе 32 сигнала, который является либо первым разностным сигналом 64, либо вторым разностным сигналом 62, в момент выборки упрощает обнаружение фактического разностного сигнала. Выбранное значение подается из схемы 36 выборки и хранения в фильтр 38 низких частот для сглаживания сигнала перед его поступлением на третий вход 42 компаратора 44.The
На четвертый вход 40 компаратора 44 подается опорное напряжение 41. Компаратор 44 обеспечивает сравнение сигнала на третьем входе 42 с сигналом на входе 40 и индикацию того, превышает или нет сигнал на входе 42 опорное напряжение 41 на четвертом входе 40. Если сигнал на третьем входе 42 ниже, чем опорное напряжение 41 на четвертом входе 40, то сигнал на втором выходе 46 компаратора 44 указывает на режим вращения шагового электродвигателя.A
В противном случае, если сигнал на третьем входе 42 выше, чем опорное напряжение 41, то сигнал на втором выходе 46 указывает на режим фиксации шагового электродвигателя 48. Поэтому сигнал на втором выходе 46 компаратора 44 является дискретной величиной, указывающей на режим работы двигателя. Этот сигнал может использоваться для последующей обработки, например, для отображения рабочего режима на индикаторе 53, или же он может использоваться для анализа микропроцессором 55.Otherwise, if the signal at the
Микропроцессор 55 может использоваться в качестве блока 54 анализа, вырабатывающего управляющий сигнал для передачи в устройство 2 управления. Микропроцессор 55 обеспечивает управление электродвигателем 48 через устройство 2 управления с помощью программы, которая используется в стандартных условиях работы. Например, электродвигатель 48 может использоваться для привода вентиля. Режим работы для вентиля 49 может означать, например, что в его закрытом положении вал двигателя зафиксирован. Этот режим фиксации должен определяться микроконтроллером. Затем микроконтроллер может переключить направление вращения электродвигателя 48, и после этого в микроконтроллер будет поступать со второго выхода 46 компаратора 44 сигнал, соответствующий режиму вращения электродвигателя 48. Этот сигнал будет поступать в блок 54 анализа в течение определенного интервала времени, пока вентиль 49 не зафиксирует вал 56 электродвигателя, что является указанием достижения конечного положения. С этого момента микропроцессор 55 снова будет получать информацию о режиме фиксации электродвигателя 48. Путем анализа последовательности режимов фиксации и вращения вместе с продолжительностью режима вращения микропроцессор 55 сможет определять работоспособность вентиля.The
На фигуре 4 приведена временная диаграмма первого разностного сигнала 64, представляющего режим вращения. На этой фигуре представлен график первого разностного сигнала 64. По оси Х отложено время, а по оси ординат - величина напряжения сигнала 64. Например, вал 56 шагового двигателя 48 поворачивается со скоростью 540 шагов в секунду. Первый разностный сигнал 64 снимается с первого выхода 30 дифференциального усилителя в том случае, если электродвигатель 48 поворачивается без блокировки. Как можно видеть на фигуре 4, первый разностный сигнал 64 является периодическим. Поэтому сигнал повторяется с периодом 59. Периодический сигнал типичен для вращательного движения. Сравнивая первый разностный сигнал 64 со вторым разностным сигналом 62, можно отметить, что на временных интервалах 58 и 60 отличия между сигналами 64 и 62 наиболее заметны. Например, величина первого разностного сигнала 64 в области 58 и в интервале выборки 60 может быть равна - 16 В. Таким образом, выборка первого разностного сигнала 64 в момент времени, находящийся в интервале 58 или 60, является наиболее надежной для различения первого разностного сигнала 64 и второго разностного сигнала 62. Сигнал 64 в последней четверти имеет прямоугольную форму 61. В этом примере сигнал 64 получается вычитанием напряжения питания в линии 4 и сигнала четвертой фазы 12. Прямоугольная область 61 представляет собой область, в которой на фазу 12 и обмотку 20 по сигналу устройства 2 управления подается напряжение, и они не могут использоваться для обнаружения сигнала.Figure 4 is a timing chart of a
На фигуре 5 представлена временная диаграмма второго разностного сигнала, представляющего режим фиксации. На фигуре 5 представлен второй разностный сигнал 62 на первом выходе 30 дифференциального усилителя 24 (аналогично первому разностному сигналу на фигуре 4). По оси Х отложено время, а по оси ординат - величина напряжения сигнала 62. Электродвигатель 48 управляется устройством 2 управления, которое задает 540 шагов в секунду, однако вал двигателя зафиксирован. Величина сигнала во временных интервалах 58 и 60 равна 0 В. Таким образом, выборка во временных интервалах 58 и 60 обеспечивает с высокой степенью надежности различение между первым разностным сигналом 64 и вторым разностным сигналом 62 в результате всего лишь одной выборки величины в момент выборки.5 is a timing diagram of a second difference signal representing a latching mode. Figure 5 shows the
На фигуре 6 представлена блок-схема способа определения режима работы электродвигателя. На стадии S1 ротор электродвигателя вращается в первом направлении. При вращении ротора, имеющего полюсы 22 и 23 постоянного магнита, в катушке 14, 16, 18 или 20 индуцируется противоэлектродвижущая сила, в зависимости положения полюсов 22 и 23 постоянного магнита ротора. При сравнении противоэлектродвижущей силы и напряжения питания 4 путем их вычитания на стадии S3, на стадии S4 получают первый разностный сигнал 64 или второй разностный сигнал 62. Первый разностный сигнал 64 соответствует режиму вращения электродвигателя. Второй разностный сигнал 62 соответствует режиму фиксации электродвигателя 48. На стадии S5 осуществляется выборка соответствующего разностного сигнала в момент выборки. Результат выборки на стадии S6 сравнивается с опорным напряжением 41. На стадии S7 определяется фактический режим работы электродвигателя, и на шаге S8 индицируется режим работы электродвигателя 48.The figure 6 presents a block diagram of a method for determining the operating mode of the electric motor. In step S1, the rotor of the electric motor rotates in the first direction. Upon rotation of the rotor having the
На фигуре 7 представлен вид летательного аппарата, содержащего схему в соответствии с настоящим изобретением.The figure 7 presents a view of an aircraft containing a circuit in accordance with the present invention.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007112691/09A RU2377715C2 (en) | 2004-09-17 | 2004-09-17 | Scheme and method of determining operating mode of electric motor and their use |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007112691/09A RU2377715C2 (en) | 2004-09-17 | 2004-09-17 | Scheme and method of determining operating mode of electric motor and their use |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007112691A RU2007112691A (en) | 2008-10-27 |
RU2377715C2 true RU2377715C2 (en) | 2009-12-27 |
Family
ID=41643200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007112691/09A RU2377715C2 (en) | 2004-09-17 | 2004-09-17 | Scheme and method of determining operating mode of electric motor and their use |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2377715C2 (en) |
-
2004
- 2004-09-17 RU RU2007112691/09A patent/RU2377715C2/en active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007112691A (en) | 2008-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7288956B2 (en) | Device and method for detecting rotor speed of a multiple phase motor with bipolar drive | |
KR101748188B1 (en) | Method for detecting a step loss condition | |
KR100949447B1 (en) | Method and apparatus for detecting a stopped condition in a stepping motor | |
US20110133682A1 (en) | Method and device for detecting step losses of a step motor | |
JP4267424B2 (en) | Stepper motor drive device | |
US9013133B2 (en) | Method and apparatus for stepper motor stall detection | |
US5783916A (en) | Apparatus and method for generating rotor position signals and controlling commutation in a variable reluctance electric motor | |
EP2151917A2 (en) | Method for controlling a two-phase d.c. brushless motor without a position sensor | |
EP1783891A1 (en) | Control of switched reluctance machines | |
US7518332B2 (en) | Brushless synchronous motor and driving control apparatus therefor | |
US8525452B2 (en) | Counter electro-motoric force based functional status detection of an electro-motor | |
JP2017200433A (en) | Method of determining rotor position of permanent-magnet motor | |
TW201622338A (en) | Actuator drive having a brushless two-phase dc motor and use of such a dc motor | |
KR20180021659A (en) | Method for sensor-free determination of the orientation of the rotor of an ironless PMSM motor | |
US7880423B2 (en) | Method and apparatus for stepper motor stall detection | |
JP5400167B2 (en) | Method for detecting the operating state of an electric stepping motor | |
US20080061724A1 (en) | Position detection device for permanent magnetic machines | |
RU2377715C2 (en) | Scheme and method of determining operating mode of electric motor and their use | |
US7812562B2 (en) | Method and apparatus for high speed stepper motor stall detection | |
EP1575158B1 (en) | Rotor position detection of a brushless DC motor | |
US9673740B2 (en) | Determining a rotor offset | |
CN112039372A (en) | Motor phase sequence detection method, terminal and storage medium | |
KR100327862B1 (en) | Initial position detection and starting algorithm of BLDC motor using inductance variation | |
JPS62118785A (en) | Starter for commutatorless motor | |
JPH02286000A (en) | Driver for stepping motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |