SU1206949A1 - Устройство дл управлени @ -фазным шаговым двигателем с электрическим дроблением шага - Google Patents

Description

. 1

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  управлени  многофазными cjaro- выми двигател ми в системах автоматизированного электропривода,,

Цель изобретени  состоит в повышении точности отработки дробных шагов,

На фиг.I представлена структурна  схема устройства с цифровым регул тором тока; на фиг,2 - то же, с ана- . логовым регул тором тока; на фиг.З - струтстурна  схема формировател  пш- ротно-модулированных ( ШИМ) сигналов

Устройство с цифровым регул тором тока (фиг.1) в каждом из m каналов управлени  содержит ключевой усилитель 1 мощности, коммутирующий ток соответствующей фазы 2 двигател , датчик 3 тока, соединенный последовательно между ключевым усилителем 1 мощности и нулевой шиной 4 источника 5 питани , регул тор тока, включающий в себ  аналого-цифровой пре- образователь 6, подключенный входом к выходу датчика 3 тока, и блок 7 сравнени  кодов, соединенный первыми входами с выходами аналого-цифрового преобразовател  6, формирователь 8 ШИМ-сигналов, подключенный управл ющими.входами 9 и 10 к-выходам схемы сравнени  кодов, а выходом 11 - к входу ключевого усилител  1 мощности и многоразр дное посто нное запоминающее устройство 12, подключенное своими выходами к вторым входам блока 7 сравнени  кодов.

Устройство содержит также общие дл  всех каналов реверсивные двоичные счетчики строк 13 и столбцов 14 подключенные выходами к соответствующим управл ющим входам-многоразр дных посто нных запоминающих устройств 12 всех каналов, а входами - к соответствующим шинам низко- частотных импульсов тактировани  15 обнулени  16, реверса 17, и шину 18 высокочастотных импульсов тактировани , подключенную к тактовым входам 19 формирователей ШИМ-сигналов 8 всех каналов.

Устройство с аналоговым регул тором тока .фиг. 2 ) отличаетс  от устройства с цифровым регул тором тока (фиг.1) тем, что в каждом из w каналов управлени  регул тор тока вместо аналого-цифрового преобразовате069492

л  6 и блока 7 сравнени  кодов содержит блок 20 сравнени  напр жений и подключенный к его первому входу цифроаналоговый преобразователь 5 21, входы которого соединены с выходами запоминающего устройства 12, а второй вход схемы 20 сравнени  нап - р жений соединен с выходом датчика 3 тока, а выходы схемы 20 сравнени 

10 напр жений соединены с управл ющими входами формировател  8 иММ-сигналов.

Формирователь 8 ШИМ-сигналов содержит ( фиг.З ) сумматор 22, нереверсивный 23 и реверсивный 24 двоичные

15 счетчики и делитель 25 частоты. В нем перва  и втора  группы входов сумматора 22 подключены соответственно к выходам нереверсивного 23 и реверсивного 24 двоичных счетчиков, 20 а его выход 26 переноса  вл етс 

выходом 11 формировател  8 ШИМ-сигналов , вьпсод переноса 27 нереверсивного двоичного счетчика 23 соединен с входом делител  25 частоты, а

25 его тактовый вход 28  вл етс  тактовым входом 19 формировател  8 МИМ- сигналов, тактовый вход 29 реверсивного двоичного счетчика 24 подключен к выходу делител  25 частоты, а его

30 входы суммировани  30 и вычитани  31  вл ютс  соответственно управл ющими входами 9 и 10 формировател  8 ПШМ-сигналов.

5

В основе, функционировани  предлагаемого устройства лежит принцип

электрического дроблени  шага путем потактного ступенчатого изменени  токов смежных фаз двигател , при котором дл  каждой фазы двигател  формируетс  по заданному закону эталонный ступенчато-измен ющийс  периодический ток, он в каждом такте управлени  сравниваетс  с фактически протекающим через данную фазу

током и по их разности управл етс  усилитель мощности этой же фазы так, чтобы фактический ток стремилс  к заданному значению эталонного тока. Этот принцип позвол ет полу0 чить требуемый закон отработки

дробных шагов и повышает точность их отработки.

Роли задатчиков эквивалентных двоичных кодов ступенчато измен ющих5 с  эталонных токов выполн ют многоразр дные посто нные запоминающие устройства 12 с реверсивными двоичными счетчика строк 13 и столбцов 14.

Наборы двоичных кодов различных эталонных уровней квантовани  управл ющих токов в зависимости от требуемого закона квантовани  и числа фаз m двигател  записьшаютс  в пос- 5 то нные запоминакнцие устройства 12 смежньк каналов с определенным сдвигом друг относительно друга.

Дл  управлени  усилител ми мощности 1 по сигналам блоков сравне- 10 ни  используютс  формирователи 8 НИМ-сигналов.

Устройство с цифровым регул тором тока (фиг.I) работает следующим образом.15

В начальном состо нии на шину 16 подаетс - сигнал установки устройства в исходное состо ние О . При этом дчетчики 13 и 14 устанавливаютс  в нулевые исходные состо ни  20 и через внутренние дешифраторы строк и столбцов запоминающих устройств 12 выбираютс  эквивалентные двоичные коды, соответствующие квантованным, по требуемому закону, эталонным уров-25 н м управл ющих токов отдельных каналов . В соответствии с требуемым направлением вращени  двигател  к шине 17 прикладьшаетс  единичный или нулевой- логический уровень потенциа- зо ла.

При подаче на шину 18 высокочастотных импульсов тактировани  Т на выходах формирователей 8 ИИМ-сигналов устанавливаютс  высокочастотные пе- 35 риодические сигналы с определенными скважност ми, под действием которых на ключевые усилители 1 мощности в фазах 2 двигател  устанавливаютс  соответствующие уровни токов управ- О лени . Эти токи, преобразу сь в дат чиках 3 тока в соответствующие эквивалентные напр жени ,поступают к входам аналого- цифровых преобразова- телей 6. В зависимости от соотноше- 45 НИИ двоичных кодов на первых от 1Щ6) и вторых (ОТ МПЗУ 12) входах блоков 7 сравнени  кодов на их выходах формируютс  соответствующие искретные управл ющие сигналы. Под 50 их вли нием на выходах 1I формирователей 8 ШИМ-сигналов устанавливаютс  такие скважности высокочастотных сигналов, которые нормируют токи в фазах 2 двигател  в соответствии 55 с заданными их эталонными значени ми. ри этом эквивалентные входы эталонных и фактических токов на первых и

вторых входах блоков 7 сравнений кодов уравновешиваютс , что приводит к возникновению нулевых управл ющих сигналов на входах 9 и 10 формирователей 8 ШИМ-сигналов и, тем самым, стабилизации соответствующих скважностей на их входах.

Таксе состо ние устройства сохран етс  до поступлени  первого низкочастотного импульса тактировани  Т на шину 15.

В такт поступлени  на шину 15 периодических тактир-ующих импульсов низкой частоты « , в соответствии с законом формировани  управл ющих токов, в многоразр дных посто нных запоминающих устройствах 2 через их счетчики строк 13 и стобцов 14 поочередно выбираютс  эквивалентные двоичные коды последующих уровней ступенчато измен ющихс  токов каждой фазы двигател . Это приводит к периодическому вьюоду из равновесий блоков 7 сравнени  кодов и возникновению на их выходах определенньпс управл ющих сигналов, привод щих к соответствующим изменени м скважностей на выходах 11 формирователей 8 ПШМ-сигналов. Благодар  этому соответствующим образом периодически измен ютс  режимы переключени  ключевых усилителей 1 мощности и в фазах 2 двигател  устанавливаютс  очередные значени  токов управлени . В результате этого на выходах датчиков 3 тока устанавливаютс  новые значени  напр жений, которые . после преобразований в эквивалетные цифровые коды в аналого-цифровых преобразовател х 6 поступают к первы входам блоков 7 сравнени  кодов. При равенстве этих кодов в каждом такте управлени  кодам, периодически выдаваемым из запоминающих устройств 12 к вторым входам блоков 7 сравнени , кодов в последних периодически воз-г никают состо ни  равновеси , а на выходах 11 формирователей 8 ШИМ-сигналов - фиксированные значени  скважностей . Это приводит к периодическому формированию ступенчато измен ющихс  токов в фазах 2 двигател  в соответствии с заданным законом их квантовани  и отработке двигателем равномерных дробных шагов.

Реверсирование устройства осуществл етс  при изменении потенциала

на шине 17, при котором мен ютс  режимы пересчета счетчиков 13 и 14 и, следователь, пор док выдачи двоичных кодов с эталонных ступенчатых уро;в- ней токов, записанных в многоразр дных посто нных запоминающих устройств 12 - в соответствии с прин тым законом управлени  двигателем, Отличие в работе устройства с аналоговым регул тором тока заключаетс  в том, что в каждом канале управлени  сравниваютс  не двоичные коды дискретных уровней эталонных и фактических токов, а эквивалентные им напр жени . Это осуществл етс  в блоках 20 сравнени  напр жений При этом преобразовани  двоичных этлонных кодов в соответствующие напржени  производ тс  дифроаналоговыми преобразовател ми 21. А управление формировател ми 8 ШИМ-сигналов осуществл етс  дискретными выходными сигналами блоков 20 сравнени  напр жений в зависимости от соотношений напр жений на выходах датчиков 3 тока и цифроаналоговых преобразователей 21. Уравновешивани  входных напр жений схем 20 сравнений приводит к- возникновению на их выходах нулевых управл ющих сигналов,

В обоих случа х выполнени  в запоминающих устройствах 12 может быт записан любой закон программного формировани  эталонных кодов уровне квантовани  токов двигател .

При записи синусоидального закона можно добитьс  высокой плавно сти и равномерности движени , а также высокой точности отработки дробных щагов.

Работа формировател  3 ШИМ-сигналов л фиг. 31 заключаетс  в следующем .

Предположим, что в исходном состо нии формировател  8 ШИМ-сигналов его реверсивньй двоичный счетчик 24 находитс  в нулевом состо нии, а на его входах 30 и 31 приложены соответственно единичный (.1) и нулевой (0) логические потенциалы, обеспечивающие режим суммировани .

При подаче на вход 19 высокочастотных импульсов тактировани  Tg на выходе переноса 26 сумматора 22 устанавливаетс  посто нный нулевой потенциал. Это состо ние поддерживаетс  до момента поступлени  из

делител  25 частоты первого такти- р тощего импульса на вход 29 реверсивного счетчика 24. J Поступление от выхода переноса 27 счетчика 23 единицы в счетчик 24 через делитель 25 частоты приводит к установлению на выходе переноса 26 сумматора 22 периодических

10 высокочастотных импульсов с частотой - и со скважностью N , где - коэффициент дроблени  основного шага двигател .

Аналогично этому поступаюпще

15 на вход 29 реверсивного счетчика 24 последующие импульсы привод т к поочередному возникновению на выходе переноса 26 сумматора 22 вы - сокочастотных импульсов с убывающей

J iFI N-r

скважностью

А при полном заполнении этого счет- ика единицами на выходе 26 переноса сумматора 22 устанавливаетс  посто нный единичный потенциал.

При пбложении на входах 30 и 31 противоположных по отношению к вышеуказанным потенциалов управлени  в счетчике 24 создаетс  режим вычитани , что приводит к формированию на выходе переноса 26 сумматора 22 высокочастотных импульсов с нарастающей скважностью - ; - ;... ;

М-Ч со

f

В случае одновременного приложени  к входам 30 и 31 счетчика 24 нулевых потенциалов на выходе переноса 26 сумматора 22 поддерживаютс  высокочастотные импульсы с определен ной неизменной скважностью, соответствующей записанному в счетчике 24 коду. .

Последнее состо ние формировател  8 ицда-сигналов соответствует

установлению определенного уровн  тока через данную фазу двигател , соответствующего заданному ( соответствующим запоминающим устройством 12 данного канала ) значению

эталонного тока.

Разр дности аналого-цифровых преобразователей 6, блоков 7 сравнени  кодов и многоразр дных посто нных запоминающих устройств 12 ( фиг.1), а также разр дности цифро-аналоговых преобразователей 21 (,фиг.2) и двоичных счетчиков 23 и 24 (фиг.З) выбираютс  в соответствии с выбранньм числом уровней квантовани  фазных токов, т.е. коэффициенту дроблени .N основного шага шагового двигател . Объем пам ти запоминающих устройств 12 ЕЫ- бираетс  равным произведению числа фаз гг и коэффициента N дроблени  шага, а разр дности счетчиков 13 и 14 - в соответствии с этим числом. Коэффициент делени  делител  25 частоты (фиг.З) выбираетс  исход  из задаваемого числа циклов периодического повторени  высокочастотных импульсов с одинаковой скважностью на выходе 11 формировател  8 ШИМ-сиг налов.

Частота высокочастотных импульсов, тактировани  на шине 18 выбираетс  исход  из величины электромагнитной i времени данного двигател . А частота низкочастотных импульсов тактировани  на шине 15 выбираетс  в соответствии с требуемоей скоростью вращени  ротора двигател .

Благодар  введению обратной св зи по току в каждом канале управлени  устран етс  вли ние нестабильности напр жени  питани  и условий эксплуатации, вследствие этого по- вьш1аетс  точность отработки дробных шагов.

е эС::

Составитель В.Алфимов Редактор Н.Пушненкова Техред М.Надь Корректор В.Бут га

Заказ 8732/58 ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектна , 4

г.З

19

Claims (4)

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ην-ФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ДРОБЛЕНИЕМ ШАГА, содержащее источник питания, шины высокочастотных и низкочастотных импульсов тактирования,шины обнуления и реверса,каналы управления по числу фаз, каждый из которых включает в себя ключевой усилитель мощности и связанное с ним выходом постоянное матричное запоминающее устройство

с дешифраторами строк и столбцов, подключенный к входам дешифраторов строк всех каналов двоичный реверсивный счетчик с подключенными к соответствующим шинам входами обнуления, реверса и тактирования, а также подключенный к входам дешифратора столбцов двоичный счетчик с входами обнуления и тактирования, соединенными с соответствующими шинами, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения точности отработки дробных шагов, в каждый канал дополнительно

введены датчик тока фазы, формирователь широтно-модулированных сигналов, соединенный с шиной высокочастотных импульсов тактирования, и регулятор тока, соединенный входами с датчиком · тока и выходом постоянного запоминающего устройства, а выходами - с входами формирователя широтно-модулированных сигналов, выход которого соединен с входом ключевого усилителя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что формирователь широтно-модулированных сигналов содержит двоичный сумматор ко- в

дов, нереверсивный и реверсивный “

двоичные счетчики, делитель частоты, выходом связанный с тактовым входом реверсивного счетчика, а входом - с выходом переноса нереверсивного счетчика, выходы обоих счетчиков соединены с входами сумматора кодов, выход переноса которого является выходом формирователя, тактовым входом которого является вход нереверсивного счетчика, а управляющими входами входы суммирования и вычитания реверсивного счетчика.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т личающееся тем, что регулятор тока содержит аналого-цифровой? преобразователь и соединенный входом блок сравнения кодов.

4. Устройство по пп.1 и 2, личающееся тем, что

лятор тока содержит цифроаналоговый

преобразователь и соединенный с ним

входом блок сравнения напряжений.

Ц «о 1206949

с ним

о т оегун*

. 1