SU1594672A1 - Способ определени положени ротора шагового двигател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике, в частности к системам автоматического управлени , и может быть использовано в замкнутом цифровом электроприводе с шаговыми и синхронными двигател ми без применени  специальных датчиков положени . Цель изобретени  состоит в повышении точности определени . Способ определени  положени  ротора двигател  основан на выделении сигналов ЭДС движени  с ортогонально расположенных обмоток двигател  и последующей их аналого-цифровой обработке. Отличие способа от известных заключаетс  в том, что сигналы ЭДС выдел ют путем разделени  во времени процесса управлени  двигателем и измерени  сигналов его ЭДС движени , а обработку сигналов ЭДС производ т с помощью компенсационного след щего аналого-цифрового преобразовани  с фильтрацией высокочастотной составл ющей и интегрированием сигнала ошибки. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к управлению электрическими машинами и может быть использовано в дискретном эле- ктроприводе, в частности многокоординатном .

Цель изобретени  состоит в повышении точности измерени  положени  ротора без специальных датчиков.

На чертеже приведена функциональна  схема устройства дл  реализации способа.

Сущность способа заключаетс  в следующем.

На каждой обмотке двигател  суммарное напр жение при запитке от источника тока равно

UK 1к() R,L,%li. EJt)

dt

(О

-где E(t) - ЭДС движени  в фазе К

(К 1 или 2).

Дл  того, чтобы выделить из суммарного напр жени  на обмотке U, сигнал ЭДС движени  E(t), необходимо устранить две составл нлцие от сигнала запитки обмотки: падение напр жени  на активном сопротивлении обмотки lK(t)-RA и ЭДС самоиндукции

dlK(t)

L --т-- . В известных способах устранение обеих составл ющих пронзвосд

;о

4

О)

го

дитс  методом компенсации. Дл  этого формируютс  напр жени , равные по величине и противоположные по знаку указанным составл ющим. Если член Ij,(t)-R., компенсируетс  дос гаточно точно, так как значение R само по себе мало и мало измен етс , то точ dlK(t) |на  компенсаци  члена

крайне затруднительна из-за большой вели- |чины индуктивности обмотки двигат(2л  и ее сильной зависимости от воздушного зазора между ротором-И статором двигател , а также от уровн  и часто- 1ТЫ в обмотке.

В данном способе синусн.о-коси1гус- ные токи в обмотках двигател  I(t) делают ступенчато-измеи юишмис . Тог dl.(t)

да член L

в момент скачка

1 dt

принимает некоторое максимальное значение , а затем экспоненциально уменьшаетс  до нул , максимально приближа сь к нему перед очередн1 П -5 скач- ком тока. Поэтому напр жени  на обмотках двигател  измер ют в моменты перед скачком тока и запоминают их до следующего аналогичного момента. Этим обеспечиваетс  исключение члена

L из суммарного сигнала с о k dt

.моток определ емого выражени  (1). Затем обычным методом компенсиругпт в полученных сигналах член I (t)- R и выдел ют тем caiviBiM искомые сигналы ЭДС E(t).

Дл  аналого-цифровой обработки таких ступенчатых синусно-косинусных сигналов используют операцию компен- сационного след щего :аналого цифро- вого преобразовани  с Фильтрапией.высокочастотной составл ющей и интегрированием сигнала ошибки. Таким путем можно обрабатывать ступенчатые вход- ные синусно-косинусные сигналы и |тем самым реализовать высокую точ . s-iocTb предлагаемого выделени  сигналов ЭДС и в конечном счете достичь увеличени  точности всей цепи пере- мещение ротора - аналоговые сигналы ЭДС - цифровой код. Согласно этому методу один из сигналов ЭДС Е . . Е - f(t)sinu((t) умножают Hacos/i(

а другой сигнал Еа Е -f (t)cos.)/(t) на sin|tt,(u), где f(t) - ступенчата  ,фyнkцIi  , - амплитуда сигналов ЭД c (t) - положение подвижной части дгател  в функции времени, /i(u)

0

0

25 :,Q

5

Q 5

,

55

дискретный аргумент, формируемый по выходному коду N,  вл ющемус  конечным результатом цифроаналоговой обработки .

Затем получают разностный сигнал ошибки U, равный

U Ер f (t)(t) -соз;з(и) - - coso(t) .sin(u) 2) ЕО- f((t) - /i(u)

Аргумент /з(и) измен ют в зависимости от сигнала и так, чтобы сигнал ошибки U стремилс  к нулю. В этом случае o(t) (u), а выходной код N  вл етс  цифровым эквивалентом преобразуемого параметра о((Ё).,При изменении параметра a(t) во времени в таком методе код N будет отсле- лсиВать его значение, посто нно компенсиру  через изменение сигнал ошибки и.

Устройство дл  реализации предлагаемого способа состоит из блока I возбуждени  двигател  2, блоков 3 и 4 хранени  аналоговых сигналов, регул торов 5 и 6 напр жени  аналоговых сумматоров 7-9, аналого-цифровых перемножителей 10 и.11, фильтра 12, интегратора 13, преобразовател  напр жение - частота (ПНЧ) 14, блока 15 знака, реверсивного счетчика 16 и синусно-косинусного цифрового преобразовател  17, Блок возбуждени  двигател  имеет три входа управлени  (Вх. 1 , ВХ..2.И Вх.З) режимом . движени  двигател , соответственно с помощью задага-1Я максимума I. тока запитки, фазовой скорости движени  tt/ и интервала 1} между ступеньками тока. Ес- V(H блок возбуждени  двигател  выполн етс  по схеме с внешней токовой обратной св зью, то он имеет еще два входа (Вх.4 и Вх.5) дл  подключени  к резистора обратной св зи ос1 ос2 включенным в цепь за- пктки обмоток двигател  (указанные цепи показаны на чертеже пунктиром). Токозвые выходы вых.1 и вых,2 блока 1 подключены к обмоткам двигател  2.и информационным входам блоков 3 и 4 хранени  аналоговых сигналов. Синхронизирующий вых,5 блока 1 соединен с управл ющими входами блоков 3 и 4, выходы которых подключены к одним из входов сумматоров 7 и 8. Вых.З и 4

блока 1 через регул торы 5 и 6 св - заны с другими входами сумматоров 7 и 8, Выходы сумматоров 7 и 6 св заны с аналоговыми входами перемножи- тёлей 10 и 11, цифровые входы которы св заны соответственно с синусным и косинусным выходами преобразовател  17, вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика 16, Выходы перемножителей 10 и 11 соединены с выходами сумматора 9, выход которого через последовательно включенные . Фильтр 12 и интегратор 13 св зан с входом преобразовател  14 и блока 15 знака. Выходы последних соединены соответственно с тактовыми и знаковым входами реверсивного счетчика 16

Устройство работает следукщим образом .

Двигатель 2 с двум  ортогональными обмотками запитывают от блока 1 возбуждени  двум  ступенчато измен ющимис  синусно-косинусными токами.

Далее выдел ют сигналы ЭДС Е (t) и EjCt) из суммарного напр жени  и и и„. на обмотках двигател  в дискретных точках. Дл  этого напр жени  и , и и с обмоток двигател  подают на информационные входы блоков 3 и 4 хранени . На входы управлени  этих блоков подают сигнал синхронизации с вых.5 блока 1. Этот сигнал представл ет собой короткий им- пульс, по которому происходит запись напр жений U и U в блоки хранени . В результате записи на выходе блоков 3 и 4 хранени  по вл ютс  напр жени  и, и и

Ef момент записи. Момент заI писи , т.е. момент поступлени  им- цульса синхронизации с блока 1, непосредственно предшествует очередному скачку тока в обмотках двигател . Таким образом, с помощью элементов аналоговой пам ти в виде блоков 3 и 4 Формируют исходные ступенчатые сигналы , равные напр жени м на обмотках двигател  в воменты перед скачком токов запитки и сохран ющие свое значение между этими моментами.

Вычитают из исходных ступенчатых сигналов сигналы, равные падению напр жени  от Tolfa запитки на внешнем активном сопротивлении цепи запитки. Дл  этого на вых.З и 4 Формируют напр жени 

из

и.

UQ- f (t)sincjt и. . f (t)cosW t

72

где UQ kljji k - посто нный коэффициент .

Пропускают эти сигналы через регул торы 5 и 6 и устанавливают на их выходах напр жени , равные

и

RI

R ,-f (t) -sinwt

и

R2 lo Rj f(t)-cosa;t ,

Сигналы ЭДС Е(t) и ) получают на выходе сумматоров 7 и 8 после вычитани  сигналов с блоков 3, 5 и 4, 6 соответственно.

По полз енным ступенчатым синусно- косинусным Сигналам ЭДС Е (t) и ) определ ют цифровой код положени  ротора путем компенсационного след щего аналого-цифрового преобра5

0

5

0

0

зовани  с Фильтрацией высокочастотной составл ющей и интегрированием сигнала ошибки. Дл  этого подают сигналы ЭДС на аналоговый вход перемножителей 10 и 11. На цифровые входы перемножителей поступают коды с си- нусно-косинусного преобразовател  17, на вход которого поступает цифровой код N с реверсивного счетчика 16. В качестве преобразоватеп  может быть использовано любое посто нное программируемое запоминающее устройство с синусно-косинусной прошивкой. Полученные после перемножени  сигналы с выходов перемножителей 10 и 11 вычитаютс  аналоговым сумматором 9. В ре- . зультате на выходе cy iмaтopa получают сигнал ошибки. После Фильтрации и интегрировани  сигнала ошибки блоками 12 и 13 он поступает на входы ПНЧ 14 и блока 15 знака. В зависимости от знака и значени  сигнала ошибки реверсивный счетчик осуществл ет изменени  кода N. на его выходе. Это изменение делают таким, чтобы сиг- , нал ошибки на выходе.блока 9 при изменении N стремилс  к нулю. В этом случае по цифровому коду N на выходе реверсивного счетчика определ ют текущее положение ротора двигател .

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позвол ет повысить точность определени  положени  ротора двигател  и обладает по сравнению с ним р дом преимуществ.

При увеличении точности расшир етс  и диапазон допустимых скоростей движени  ротора, так как точность выделени  и обработки сигналов ЭДС не зависит от их уровн  и частоты.

0

5

Обеспечиваетс  возможность точного определени  Ьоложени  ротора шн- .рок ого класса двигателей, имеющих большую и непосто нную величину ин- дуктивности обмоток (например, пленарного шагового двигател  на воздушной подушке).

Существенно упрощаетс  реализующее способ устройство при резком сокращении в нем числа необходимых регулировок - йсего до двух.

Claims (1)

1. Исключаютс  грубые случайные ощиб- ки определени  положени  ротора, т.е увеличиваетс  помехозащищенность за счет наличи  эффекта усреднени  конечного результата. Формула изобрете.ни 

   Способ определени  положени  рото- ,ра щагового двигател  с парами орто-

   гонально расположеннь1х обмоток, вклю чакнций питание одной обмотки в паре синусоидальным, а другой - косинусо- идальным токами, выделение на каждой обмотке ЭДС движени  и преобразовани их в цифровой код, о т л и,ч а ю - щ и и с   тем, что, с целью повьппе- ни  точности, упом нутые токи измен ют скачками, ЭДС движени  вьщел ют в моменты времени, предшествующие скачкам, вычитают: из них падени  напр жени  на активном сопротивлении обмоток и результаты преобразуют в цифровой код посредством нелинейного компенсационного аналого-цифрового преобразовани  с фильтрацией и интегрированием ошибки.