SU1098099A1 - Устройство дл управлени шаговым двигателем - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ с электрическим дроблением шага, содержащее распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого , подключенньй к источнику посто нного тока, образован двум  ключами , основным датчиком тока, включенным между г горым ключом и общей шиной источника питани , встречным диодом, св зывающим с одним из выводов фазы двигател , основным релейным элементом с входом задани  тока, соединенным выходом с входом первого ключа через первый элемент И, св занный вторым входом с вьтходом распределител  и одним входом второго элемента И, подключенного выходом к входу второго ключа, о тличающеес  тем, что, с целью повышени  точности отработки шага и надежности, каждый канал усилител  мощности снабжен датчиком опорного напр жени , дополнительным релейным элементом, двум , суммирующими усилител ми, аналоговым переключателем , инвертором и дополнительным датчиком тока, включенным между облцей шиной источника питани  и встречным диодом и подключенным выходом к сигнальному входу аналогового переключател , соединенного управл ющим входом с выходом инвертора , а выходом - с инвертирующим (Л входом первого суммирующего усилител , неинвертирующий вход которого подключен к выходу основного датчика тока, а выход - к второму входу основного релейного элемента,и второму входу дополнительного релейного элемента, соединенного вьгхосо дом с другим входом второго эле00 мента И и входом инвертора, а первым входом - с выходом второго сумми;о со рующего усилител , подключенного входом к входу задатчика тока основного релейного элемента и выходу датчика опорного напр жени .

Description

Изобретение относитс   к злектрс технике н може быть использованодл  управпенк  шаговыми двигател м с электрическим дроблением шага в системах числового программного уп равлени  металлореж тцими станками; координатографии н . fisBecTHo зстройство дл  управле ни  шагоБььм двигателем,, содержащее распределитель; многоканальный уси лигель мощности, регул торы напр лсени  и ггреобразователи код - аналоГр измен юпще уставки на входах регул торов напр жени  ,1 , Недостатками этого устройства   л ютс  низка  точность дроблени  шага и неудовлетворительное качест во движени  в области низких часто обусловленные отсутствием форсировани  процессов спадани  тока при формировании ступенчато-синусоидальной кривой фазного тока Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  устройство дл  управлени  шаговым двигателем с электрическим дроблением шага, содержащее распределите и.щульсов и многоканальный усилитель г ощностир каж,цый канал которо лэдключенг-гьгй к расточнику посто нно тока, образован двум  ключами, датч ко;-г тока вкл.юченньм между вторЬЕ --; ключом и сбще.й шиной источника пит кк ; сггечиым диодом, св зывающ ш последнюю с однит из выводов фазы двигател ., и релейньи элементом с входом задани  тока, соединенным вы ходом с входом первого ключа через перзьт элемент И, св занный вторьм входом с выходом распределител  и Блодом второго элемента И, подключенного зыходом к входу второго ключа,, Это устройство обеспечивает формирование симметричной кривой фазного тока .путем форсировани  про цессоЕ спадани  токов в моменть времени задаваемые импульсами упрг ,влени51 I, 2 « Недостатком известного устройства  вл етс  временной принцип управлени  ;,, при котором заранее задаетс  длительность импульса, опреде л ющего врем  спадани  тока. Такое построение устройства предопрелел 8Т необходимость настройки схемы под конкретный тнп и даже экземпл р шагового двигател . Кроме того, параметры двигател  завис т от температуры его обмоток (фаз), котора  в процессе работы измен етс  в широких пределах, что вызывает искажение фазовых токов, снижает точность электрического дроб, шага и ухудшает качество движени  привода . Целью изобретени   вл етс  повышение точности отработки шага и надежности . Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  управлени  шаговым двигателем с электрическим дроблением шага содержащем распределитель Импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого , подключенньй к источнику посто нного тока, образован двум  ключами, основным датчиком тока, включенным между вторым ключом и общей шиной источника питани , встречным диодом, св зывающим последнюю с одним из выводов фазы двигател ,и основным релейнь м элементом с входом задани  тока, соединенным выходом с входом первого ключа через перБьш элемент И, св занный вторым входом с выходом распределител  и одним входом второго элемента И, подключенного выходом к входу второго ключа, каждый канал усилител  мощности снабжен датчиком опорного напр жени , дополнительным релейным элементом, двум  суммирующими усилител ми, аналоговым переключателем, инвертором и дополнительным датчиком тоточника питани  и встречным диодом и подключенным выходом к сигнальному входу аналогового переключател , соединенного уттравл ющим входом с выходом инвертора, а выходом - с инвертирующим входом первого суммирующего усилител , неинвертирующий вход которого подключен к выходу основногО датчика тока, а выход - к второму входу основного релейного элемента и второму входу дополнительного релейного элемента, соединемного выходом с другим входом второго элемента И и входом инвертора,а первым входом - с выходом второго суммирующего усилител , подключенного входом к входу задани  тока основного рвлейного элемента и выходу датчика опорного напр жени . На фиг. 1 приведена блок-схема устройства дл  одного канала усилител  мощностиi на фиг/ 2 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства.

Устройство(фиг, 1) содержит первый 1 и второй 2 ключи, соединенные последовательно с фазой 3 шагового двигател  и датчиком тока (резистором ) 4 и подключенные к источнику посто нного тока U. Фаза 3 св зана с зажимами источника питани  также встречными диодами 5 и 6, В цепь диода 6 включен дополнительный датчик тока (резистор) 7. На входах ключей 1 и 2 установлены элементы И 8 и 9, вторые входы которых соединены с выходом распределител  10, Вывод резистора 4, св занный с ключом 2, подключен к неинвертируюцему входу суммирующего усилител  11. Вывод резистора 7, соединенный со встречным диодом 6, подключен к сигнальному входу аналогового переключател  12, управл ющий вход которого соединен с выходом инв1ертора 13, а выход - с инвертирующим входом усилител  11. Выход усилител 11 подключен к вторьм входам основного 14 и дополнительного 15 релейных элементов (компараторов). Первы вход релейного элемента 15 подключен к выходу второго суммирующего усилител  16, один из входов которого объединен с первым входом компаратора -14 и  вл етс  входом задани  тока, а второй св зан с выходом датчика опорного напр жени  17. Выходы релейных элементов 14 и 15 соединены с первыми входами элементов И 8 и 9, Вход инвертора .13 подключен к выходу дополнительного релейного элемента 15.

Устройство работает следующим образом ,

В исходном состо нии сигнал U , на выходе распределител  импульсов 10 (или другого узла, задающего требуемую диаграмму коммутации фаз шагового двигател ) и напр жение U на входе задани  тока равны нулю, В этом случае на выходах элементов И 8 и 9 напр жени  также равны нулю , ключи 1 и 2 закрыты и фаза 3 дви-гател  отключена от источника питани  и . Напр жение на выходах релейных элементов (компараторов) 14 и 15 положительно (единичный уровень ) , когда напр жение на их первы входах больше, чем напр жение на втрых входах, и равно нулю в противном случае или при нулевых сигналах на обоих входах. Тогда в исходном состо нии на выходе основного компаратора 14 сигнал U,(фиг. 1 и 2) отсут ствует, а на выходе дополнительного компаратора 15 имеетс  положительный уровень О.. 5 поскольку напр жение на его первом входе определ етс  как

U4.-.K(JU.,.U3) ,

где К - коэффициент передачи сум-мирующего усилител  16i AU-j - напр жение на выходе датчика опорного напр жени  17; Ц напр жение, задающее ве , личину фазного тока,и в исходном состо нии (при (}, 0)

- U4 - К ., Л ., О

Выходной положительный сигнал компаратора 15 через инвертор 13 закрывает аналоговый переключатель 12. При поступлении положительного потенциала U-, с выхода распределител  10 и одновременной подаче на вход задани  тока устройства уставки U, , определ ющей величину фазноJ

го тока, на выходе основного компаратора 14 по вл етс  единичный уровень и2(фиг. 2), Такой же уровень устанавливаетс  на выходах элементов И 8 и 9 и ключи 1 и 2 открываютс , подключа  фазу 3 двигател  к источнику питани  (J . Требуема  скорость нарастани  фазного

тока(требуемый коэффициент форсировани  электромагнитных переходных процес .сов)обеспечиваетс  соответствующим выбором напр жени  питани  U . Падение напр жени  (Jr на резисторе 4, выполн ющем функции датчика тока, поступает на неинвертирующий вход суммирующего усилител  11, Напр жение на инвертирующем входе усилител  11 при этом равно нулю, так как диод

6 закрыт и ток через пополнительный резистор 7 не протекает, а кроме того., закрыт аналоговый переключатель 12, поскольку на выхоле лополнительного компаратора 15 прополжает оставатьс  единичный уровень, В этом случае выходное напр жение усилител  11 UQC будет пропорционально напр жению Uj (фиг. 1) и фазному току 1ф. В момент времени t (фиг. 2)

напр жение U,, постигает величины

и,. г 4LI, (где Uj - зона неос

чувствительности компаратора 14), что соответствует равенству средне значени  фазного тока величине, за данной уставкой и , на выходе комп ратора 14 устанавливаетс  нулевое значение U (фиг,2),ключ 1 закрывает и фазный ток, поддерживае гый ЭДС само индукции фазы, продолжает протекат по цепи: фаза 3 - ключ 2 - резисто 4 - резистор 7 - диод 6. При этом скорость изменени  (уменьшение) фа ного тока будет много меньше скорости его нарастани . По мере умен шени  фазного тока уменьшаетс  напр жение и и при достижении им 1 величины и., и, -- л и на выходе компаратора 14 по вл етс  положительный потенциал (J-, , вновь открывающий ключ 1, после чего описанные процессы повтор ютс ,, Таким образом, в схеме осуществл етс  импульсное поддержание фазного тока, определ емого уставкой (J, . При ступенчатом увеличении задающего напр жени  U (фиг, 2) искажени , обусловленные запаздывани ем процессов изменени  тока, определ ютс  величиной питающего напр жени  (J, параметрами двигател  и соответствующим выбором U, При этом может быть достигнута форма тока, искажени  которои не превышают допустимых. В процессе формировани  восход щей ветви кривой фазного тока напр жение U,,j U. + ЛО на первом вхо де дополнительного компаратора 15 остаетс  большим, чем Ц., этом его положительньп выходной потенциал поддерживает открытое состо ние ключа 2 и закрытое состо ние аналогового переключател  12, и падение напр жени  на дополнительном резисторе 7 в паузах работы ключа не поступает на вход усилител  11. При ступенчатом уменьшении (фиг, 2) , и и ,,-i-4U, в ходные напр жени  компараторов Н и 15 станов тс  нулевыми, что приводит к запиранию ключей 1 и 2 и открыванию аналогового переключател  12. К фазе 3 прикладываетс  о рицательное напр жение U и происходит форсированное спадание тока в фазе (фиг, 2) по контуру: фаза 3 диод 5 - встречно включенный источ ник -I) - диод 6 - резистор 7, Падение напр жени  на резисторе , пропорциональное фазному току, поступает через открытый аналоговый переключатель 12 на инвертирующий вход усилител  11, выходное напр жение которого UQJ- вновь будет повтор ть фазный ток (соответствие Upj, фазному току устанавливаетс  выбором сопротивлени  .резисторов 4 и 7 и коэффициентов передачи усилител  11 по инвертирующему и неинвертирующему входам). По мере уменьщени  фазного тока и соответственно .. положительное напр жение по вл етс  сначала, на выходе компарато-а 15 (при U U + jj и - ,, где и Uj- зона нечувствительности компаратора 15), ключ 2 в момент времени t2(фиг, 2) открываетс  и ток продолжает спадать по контуру: фаза 3 - ключ 2 резистор 4 - резистор 7 - диод 6 (анашоговый переключатель 12 при этом закрываетс  и сигнал обратной св зи по току снимаетс  с резистора 4), а затем (при U Uj - j и на выходе компаратора 14, что приводит к открыванию ключа 1 и переходу уст-ройства к поддержа 1ию нового значени  фазного тока, определ емому U фиг. 2). Таким образом, введение в устройство описанных элементов и св зей обеспечивает формирование симметричной кривой фазного тока путем непосредственного и непрерывного контрол  за мгновенными значени ми фазных токов двигател . Устройство пригодно дл  управлени  шаговым двигателем с любым числом фаз при любой кратности дроблени  шага в разомкнутых и замкнутых шаговых электроприводах . Технические преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключаютс  в его упрощении , повьшении надежности и расширении функциональных возможностей, достигаемых за счет исключени  узлов , определ ющих такт коммутации, моменты изменени  задающих напр жений и формирующих импульсы требуемой длительности. Использование непрерывного контрол  за мгновенным 7 значением фазного тока обуславлнв ет минимальные отклонени  формы кривой фазног-о тока от формы зада10980998 ющих напр же гий, что повьгагает точ ность электрического дроблени  шага и качество привода.

Claims (1)

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

   ίΐ