SU1246330A1 - Устройство дл управлени шаговым двигателем - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и направлено на повышение . равномерности движени  и устойчивости шагового двигател .. Устройство дл  управлени  двигателем содержит распределитель 1 импульсов и многока- нальньш усилитель мощности, каждый канал которого включает ключевые элементы 2 и 5, формирователь 6 импульсов форсировани , инверторы 7 и 8, элементы И 9 и ИЛИ 10, диод 11 рекуперации . Относительна  длительность импульса форсировани  растет при увеличении частоты управлени , поэтому в области низких частот, где колебани  скорости значительны, фаза 3 двигател  закорачиваетс  на длительное врем , что обеспечивает большое демпфирование. Однако в области высоких частот большое демпфирование снижает нагрузочные свойства двигател , поэтому здесь целесообразно уменьшить врем , в течение которого о.тключенна  фаза закорочена. Изменение времени, в течение которого отключенна  фаза закорочена-,- обеспечиваетс  автоматически. 2 ил. С $ (Л § и О) со со 2lff й/г/

Description

I

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к управлению шаговыми двигател ми, и может быть использовано в дискретных системах автоматического и программного управ- лени , например, металлорежущих станков с числовым программным управлением , координатографах и т.д.

Цель, изобретени  - повышешие равномерности движени  и устойчивости шагового двигател .

На фиг.1 приведена функциональна  схема устройства дл  управлени  шаговым двигателем; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов на основных элементах схемы, по сн ющие принцип ее работы.

Устройство (фиг.1) содержит распрделитель 1 импульсов и многоканальный усилитель мощности, кa. ка- нал которого включает в себ  первый ключевой элемент 2, св зывающий фазу 3 шагового двигател  через разделительный диод 4 с источником посто нного тока низкого уровн  U , второй ключевой элемент 5, св зывающий фазу 3 с источником посто нного тока высокого уровн  U, формирователь 6 импульсов форсировани , пер- вьй и второй инверторы соответствен но 7 и 8, элементы И 9 и ИЛИ 10, диод 1 1 рекуперации. Устройство может содержать датчик 12 тока, подключен ньй к входу формировател  6 импульс форсировани  (штрихова  лини ,фиг.1

Формирователь 6 импульсов может быть подключен входом к входу первого элемента 2 или к датчику 12 тока. Выход формировател  6 импульсов подключен к второму входу элемента ИЛИ 10 и входу второго инвертора 8, соединенного выходом с вторым и третьим входами элементов И 9 смежных каналов усилител  мощности. Первый вход элемента 1ШИ 10, подключенного выходом к входу второго ключевого элемента.5, соединен с выходом элемента И 9, первый вход которого подключен через первый инвертор 7 к .входу первого ключевого элемента 2, а второй и третий входы элемента И 9 соединены с выходами вторых инверторов 8 смежных с данным каналов.

Устройство работает следующим образом .

При подаче на вход распределител  1 импульсов сигнала управлени  fx, (фиг, 2) на его входах вьфабатыва

5

0 5 о

5

ютс  напр жени  пр моугольной формы V 5 которые поступают на вход первого ключевого элемента 2 и открывают его. Одновременно формирователь импульсов форсировани  вьфаба- тывает импульс U (фиг.2), который через элемент ПОИ 10 поступает на вход второго ключевого элемента 5. При открывании первого и второго ключевых элементов к фазе 3 шагового двигател  прикладываетс  повышенное напр жение U (U, фиг.2), что обеспечивает ускоренное (форсированное) нарастание тока i.

Длительность t импульса форсировани  Un может вырабатыватьс  в функции времени по сигналу И , поступающему на вход формировател  6, или в функции тока i в фазе двигател , сигнал, пропорциональный которому, поступает на вход формировател  6 с датчика 12 тока. Способ формировани  длительности tcp импульса форсировани  и,, в функции времени или тока не  вл етс  существенным и не вли ет на работу схемы. По окончании импульса форсировани  UH второй ключевой элемент 5 закрываетс  и к фазе 3 через разделительный диод 4 прикладываетс  низкое напр жение U , обеспечивающее протекание в фазе тока, близкого к номинальному.

После того как сигнал U,, на выходе распределител  1 импульсов становитс  равньм нулю (момент време40

НИ t , фиг. 2);, ток в фазе 3 замыкаетс  по цепи: диод 11 рекуперации, встречно включенный источник U, источник и.,, разделит ел ьньш диод 4. При этом к фазе 3 прикладываетс  встречное напр жение , а накопленна  в ней электромагнитна  энерги  передаетс  в .источник питани  / Под действием встречно приложенного напр жени  ток в отключенной фазе быстро спадает до нул , что обеспечивает высокое быстродействие привода и работу шагового двигател  в области высоких частот.

После спадани  тока icp до нул  встречное напр жение , запирает диод 11 рекуперации и цепь фазы 3 оказываетс  разомкнутой, что уменьшает внутреннее демпфирование двига- 35 тел , снижает устойчивость движени  и вызывает большие колебани  мгновенной скорости, ухудшающие равномерность движени . Дл  повьш:ени 

50

демпфирующих свойств шагового двигател  в рассматриваемой схеме после спадани  тока в фазе до нул , момент которого соответствует окончанию импульса форсировани  Ut, , сигнал еди- нично о уровн  с выхода первого инвертора 7 открывает элемент И 9, на

.остальных входах которого также присутствуют сигналы единичного уровн . Сигнал единичного уровн  с выхода элемента И 9 через элемент ИЛИ 10 вновь открывает второй ключевой элемент 5, что обеспечивает закорачивание фазы 3 по цепи: диод 11, ключевой элемент 5. В закороченной фазе 3 под действием ЭДС вращени  протекает ток, вызывающий демпфирование колебаний мгновенной скорости ротора двигател . Если отключенную фазу 3 держать закороченной при коммутации

.смежных с ней фаз, имеющ51х магнитную .св зь, то это замедл ет протекание в них электромагнитных переходных процессов нарастани  и спадани  тока, что приводит к снижению диапазона рабочих частот привода. Поэтому в рассматриваемой схеме предусмотрены св зи смежных каналов усилител  мощности через инверторы 8, запирающие элемент И 9 и, соответственно, второй ключевой элемент 5 при включении формировател  6 импульсов любого из смежных каналов. Дл  четырехфазного двигател , например, перва  фаза должна быть разомкнута при включении

второй и четвертой фаз.

Относительна  длительность импульса форсировани  и растет при увеличении частоты управлени  fy, поэтому в области низких частот, где колеба- ни  скорости значительны, фаза двигател  закорачиваетс  в рассматриваемой схеме на длительное врем , что обеспечивает большое демпфирование. Однако в области высоких частот большое демпфирование снижает нагрузочные свойства двигател , поэтому здесь целесообразно уменьшить врем , в течение которого отключенна  фаза закорочена . В рассматриваемой схеме изменение времени,, в течение которо- то отключенна  фаза закорочена, обеспечиваетс  автоматически. Поскольку длительность t,p импульса форсировани  Uj, практически недзменна, а пе-;;

риод коммутации с ростом частоты управлени  уменьшаетс , то с ростом частоты уменьшаетс  и врем , в течение

10

15

20

25

0

30

35

5

которого отключенна  фаза закорочена. Таким образом, демпфирование с ростом частоты уменьшаетс , что обеспечивает сохранение нагрузочной способности двигател  и широкого диапазона рабочих частот. .

Описанный принцип работы устройства сохран етс  независимо от направлени  движени  шагового двигател , которое определ етс  сигналами на входах Б и Н распределител  1 импульсов . При сигнале логической единицы на входе В и логического нул  на входе -Н распределитель импульсов обеспечивает пр мое чередование переключаемых фаз и соответствующее ему направление движени  щагового двигател  . Если на вход Н подан сигнал логической единицы, а на вход В - логического нул , то пор док чередовани  фаз и направление движени  двигател  измен етс  на обратные.

Вьшолнение устройства управлени  шаговым двигателем по рассматривае-. мой схеме позвол ет исключить различного рода внешние демпфирующие устройства, устанавливаемые по валу двигател  и снижающие его нагрузочные свойства и быстродействие.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  управлени  шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого включает в .себ  первый ключевой элемент, подключенный входом к соответствующему выходу распределител  импульсов и св зывающий фазу двигател  через разделительный диод с источником посто нного тока низкого уровн , а через диод рекуперации - с источником посто нного тока высокого уровн , подключенного к разделительному диоду через второй ключевой элемент, и формирователь импульсов форсировани , отличающе ес  тем, что, с целью повышени  равномерности движени  и устойчивости шагового двигател , каждьш канал усилител  мощности снабжен элементами И, ИЛИ и двум  инверторами , первьй из которых подключен входом к входу первого ключевого элемента , а выходом - к первому входу элемента И своего канала, соединенного вторьм и третьим входами с выходами вторых инверторов смежных каналов , а выходом - с первым входом элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу второго ключевого элемента, а вторым входом - к выходу формирова/УК к к N к к к

   i

   л

   тел  импульсов форсировани  и входу второго инвертора, соединенного выходом с вторым и третьим входами элементов И смежных каналов.

   fpuB.2

   Редактор Н.Бобкова

   Составитель 3.Горн к :,

   Техред Л.ОлейникКорректор М.Максимипшнец

   Заказ 4019/54Тираж 631Подписное

   BHmilTH Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб,, д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул. Проектна , 4