SU1612372A1

SU1612372A1 - Устройство дл управлени шаговым двигателем

Info

Publication number: SU1612372A1
Application number: SU894633764A
Authority: SU
Inventors: Борис Николаевич Шпикалов; Алексей Ефимович Машкевич
Original assignee: Предприятие П/Я А-3070
Priority date: 1989-01-09
Filing date: 1989-01-09
Publication date: 1990-12-07

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в системах управлени с шаговыми двигател ми. Целью изобретени вл етс повышение надежности работы шаговых двигателей в режимах с механической перегрузкой. Устройство включает в себ элемент ИЛИ 1, счетчик 22 и дополнительный RS-триггер 23, а в каждый канал управлени по числу фаз введены первый 14 и второй 15 одновибраторы, элементы И 18 - 20 и RS-триггер 23. Введение указанных элементов позвол ет надежно формировать команду при режиме с механической перегрузкой и отключать шаговые двигатели. 2 ил.

Description

Фиг.7

Изобретение относитс к управлению электрическими машинами и может использоватьс в дискретном электроприводе.

Цель изобретени - повышение надежности путем отключени двигател при механической помехе движению.

На фиг. 1 приведена функциональна схема устройства дл управлени шаговым двигателем; на фиг. 2 - временна диаграмма работы устройства.

Устройство содержит четыре канала управлени по числу фаз, ШД I, II, III, IV, каждый из которых содержит первый ключевой элемент 1, св зывающий выход источника 2 посто нного тока высокого напр жени с одним зажимом 3 фазы двигател , подключенным через разделительный диод 4 к выходу источника 5 посто нного тока низкого напр жени , второй ключевой элемент 6, св зывающий другой зажим фазы 3 двигател , подключенный к выходу 5 источника тока низкого напр жени через разделительный диод и резистор с общей шиной источников высокого и низкого напр жений через датчик 9 тока, соединенный выходом с первым входом компаратора 10 и первым входом амплитудного детектора 11, управл ющий вход которого подключен к инверсному выходу триггера 12, соединенного пр мым выходом с выходом инвертора 13, соединенного входом с входом одновибрато- ра 14, а выходом - с входом одновиб- ратора 15, подключенного выходом к первому входу элемента И 16, соединенного вторым входом с пр мым выходом RS-тригге- ра 17, R-вход которого подключен к выходу элемента И 18. Устройство содержит также элементы И 19 и 20, выходы каждого из каналов управлени вл юш.иес одновременно выходом четвертого элемента И 16 под- ключень к входам элемента ИЛИ 2, выход которого соединен со счетным входом счетчика 22, подключенного выходом к RS- триггеру 23, инверсный выход которого подключен к входу первого 19 и второго 20 элементов И, выходы элементов И 19 и И 20 подключены соответственно к входам усилителей 24 и 25., Шина К вл етс шиной контрол , шина И св зана с выходом источника импульсов.

Устройство работает следующим образом .

Перед началом работы на R-вход допо.т- нительного триггера 23 подаетс сигнал «Сброс. Устройство готово к работе. Когда на входную шину устройства управлени (вход инвертора 13) поступает импульс А (фиг. 2) управлени , инвертированный импульс В с выхода инвертора 13 переключает триггер 12 в состо ние, обеспечивающее открывание транзистора 1, в результате чего транзисторы 1 и 6 открываютс и по фазе 3 двигател начинает протекать токовый сигнал 1ф-(фиг. 2), скорость нарастани которого определ етс величиной напр жени источника 2.

5

Ток в фазе шагового двигател с пассивным ротором измен етс по определен ному закону, завис щему от перемещени кор и изменени магнитных параметров системы, причем уменьшение кор

5 тока (t2 на фиг. 2) соответствует отработке шага. Падение напр жени на резис- тивном датчике 9 тока, пропорциональное току фазы 1ф двигател , поступает на сигнальный вход амплитудного детектора 11,

0 служащего дл запоминани экстремума тока в момент ti и его хранени .

Амплитудный детектор может быть выполнен и на операционных усилител х и запоминающем конденсаторе, шунтированным ключом, например транзистором.

Сигнал UM (фиг. 2) с выхода амплитудного детектора J1 поступает на первый вход компаратора 10, на второй вход которого подаетс падение напр жени с датчика 9 тока. Компаратор 10 напр жени произво0 дит сравнение мгновенных значений напр жений на датчике 9 тока и выходе амплитудного детектора 11. На выходе компаратора 10 формируетс импульс С (фиг. 2), поступающий на инверсный вход триггера 12, возвраща его по заднему фронту импульса в исходное состо ние, соответствующее закрытому состо нию транзистора 1. Одновременно сигнал с инверсного выхода триггера 12 поступает на управл ющий вход амплитудного детектора 11, обнул его до прип хода следующего запускающего импульса А на входную шину устройства управлени . Транзистор 6 при этом остаетс открытым, и токовый сигнал 1ф в фазе 3 поддерживаетс источником 5 низкого напр жени . После прекращени действи входного им , пульса А закрываетс транзистор 6 и токовый сигнал в фазе 3 спадает до нул .

Ускорение процесса«спада токового сигнала в отключаемой фазе 3 двигател обесQ печиваетс цепью разр да, состо щей из диода 7 и резистора 8. Длительность форсированного импульса С, определ ющего врем подключени фазы 3 к источнику 2 высокого напр жени соответствует энергии, необходимой Дл перемещени ротора на

5 один шаг, и измен етс в зависимости от изменени механической нагрузки (уменьща- етс при уменьшении механической нагрузки и увеличиваетс при ее увеличении).

Рассмотрим работу устройства управле- 0 ни при действии механической перегрузки типа «механическа помеха (механический упор). При возникновении перегрузки на ведомом валу шаговый двигатель выпадает из синхронизма и его ротор начинает со- верщать колебательные движени в преде- лах углового щага. При этом на вход устройства продолжают поступать сигналы управлени фазами двигател , соответствующие заданному направлению вращени .

5

Дл рассматриваемого устройства управлени четырехфазным шаговым двигателем периодичность диаграммы дл каждой фазы составл ет четыре управл ющих такта.

При воздействии управл ющих импульсов и возникновении перегру жи («механической помехи) на две из четырех фаз шагового двигател будут поступать управл ющие сигналы в момент сто нки ротора. При этом в диаграмме фазного тока этих

Поскольку в устройство уг;равлении периодически поступают имг:ульсы управлени , устройство управлени при наличии ме- ханичесхок помехи будет вырабатывать в каналах управлени ссжтветствующкх фаз импульсы сварийной ситуации, которые, по- на счетчик 22 через элемент ИЛИ 21, уменычают содержимое начальной уставки. При обч ле;ши на выходе счетчика па вл - етск сигнал, который, поступа на S-вход

фаз отсутствует экстремум, ибо не проис- 10 дополнительного RS-триггера 23, переклю- ходит отработки шага 1ф.торм. (фиг. 2). При чает его в единичное С1х:то ние. При этом этом на выходе компаратора не вырабатываетс импульс напр жени (С на фиг. 2) и рассматриваемые фазы не переключаютс с источника 2 высокого напр жени на ис

нг шине К возникает команда аварийного режима (перегрузка). Низкий уровень напр жени на инверсном выходе RS-триггера 23 запрешает прохождение управл ющих , сигналов на ключевые элементы 1 и 6 фаз каналов упрпвлени и обесточиваег фазы,. Шаговый двигатель отключаетс .

Устройство управ ченн ;новь подготавливаетс к работе по подаче сигнала «Сброс,

точник 5 низкого напр жени .

С поступлением yпpaBv Joщeгo сигнала на фазы срабатывают одновибраторы 14 и 15 (одновибратор 14 вырабатывает импульс по фронту пр мого управл ющего сигнала, а

одновибратор 15 - по фронту инзертиро- 20 постучаюший на R-вход дополнительного ванного сигнала - сигналы Д и Е на фиг. 2). RS-триггера 23 после анализа команды

Импульсом Ол1новибратора i4 по входу S переключаетс RS-триггер 17 и на его выходе Q (фиг. 2) по вл етс разрешающий высокий уровень напр жени , поступающий

аварийного режима.

Такс; - ьыполкение устройства при .меха- ническ; . перегрузках анализирует режим работы дзнгате.11 и в случае «устойчивой

на один из входов элемента И 6, на вто- механической перегрузки вырабатывает корой вход которого поступает импульс с одно- вибратора 15. При работе ojaroBoro двигател без перегрузки импульс компаратора 10, осуществл ющий переключение фазы с источника 2 на источник 5, одновре.менно в формироз.ани51 команды. течение действи управл ющего импульса через элелч нт И 18 сбрасывает триггер 17 и на врем прихода импульса одновибра- тора 15 на одном из входов элемента И 16 будет низкий (запрещающий) уровень сиг- кала. Импульс одновибратора 15 -(соответствующий окончанию действи управл ющего сигнала) не проходит на счетный вход счетчика 22 через элемент ИЛИ 21.

Перед началом работы в счетчик 22 записываетс уставка (двоичный код, соответствующий по числу импульсов надежному 40 ДИОД к выходу источника посто нного тока

35

манду aaapsiHHoro режима и отключает шаговый двигатель. Величина уставки, введенна 3 счетчик, определ ет степень устой- чивост - механической перегрузки и врем

Claims

Формула изсбретени

Устройство дл упргвлени шаговым двиг телем с каналами управлени по числу фаз двигател , содержащее в каждом канале первый и второй усилители, первый ключевой элемент, св зывающий выход ис- точ.чика посто нного тока выхокого напр жени с одним зажимом фазы двигател , подключенным через разделительный

обнаружению аварийной ситуации). Величина уставки, введенна в счетчик, определ ет степень «устойчивости .механической перегрузки. Величина уставки, соответствующа одному биту двоичного кода, вы вл ет кратковременную перегрузку, котора может произойти при приработке механического редуктора привода, а соответствующ,а п битам двоичного кода формирует команду при «устойчивой, механической перегрузке типа внешн .механическа помеха.

Счетчик 22 работает на вычитание. .С возникновеннем перегрузки, при которой компаратор не вырабатывает импульса напр жени , в течение действи управл ющего сигнала RS-триггер 17 находитс во взвенизкого напр жени , второй ключевой элемент , св зывающий другой зажим фазы двигател , подключенный к источнику тока низкого ;зпр жени через разделительный диод и резистор, с общей шиной источни45 ков Bbicoi oro н низкого напр жений через датчик тока, соединенный выходом с первым нходом компаратора и первым входом амплитудного детектора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, которого подключен к инзерсно.

50 ьхолу пеового триггера, инверсный выхоп которого соединен с управл ющим входом амплитудкого детектора, а пр мой вход соединен с инвертором, вход которого предназначен дл соединени с источником сигденном состо нии и через элемент И 16 про-55 налов, причем выходы первого и второго

ходит импульс одновибратора 15, который, ус.члкте-ей подключены к управл ющим вхопроход через элемент ИЛИ 21, вычитаетдам соответствующих ключевых элементов,

один бит информации из ранее записанныхотличающеес тем, что, с целью повышени

в счетчик 22.надежности работы шагового двигател пу5

Поскольку в устройство уг;равлении периодически поступают имг:ульсы управлени , устройство управлени при наличии ме- ханичесхок помехи будет вырабатывать в каналах управлени ссжтветствующкх фаз импульсы сварийной ситуации, которые, по- на счетчик 22 через элемент ИЛИ 21, уменычают содержимое начальной уставки. При обч ле;ши на выходе счетчика па вл - етск сигнал, который, поступа на S-вход

дополнительного RS-триггера 23, переклю- чает его в единичное С1х:то ние. При этом

дополнительного RS-триггера 23, переклю- чает его в единичное С1х:то ние. При этом

нг шине К возникает команда аварийного режима (перегрузка). Низкий уровень напр жени на инверсном выходе RS-триггера 23 запрешает прохождение управл ющих , сигналов на ключевые элементы 1 и 6 фаз каналов упрпвлени и обесточиваег фазы,. Шаговый двигатель отключаетс .

Устройство управ ченн ;новь подготавливаетс к работе по подаче сигнала «Сброс,

постучаюший на R-вход дополнительного RS-триггера 23 после анализа команды

аварийного режима.

Такс; - ьыполкение устройства при .меха- ническ; . перегрузках анализирует режим работы дзнгате.11 и в случае «устойчивой

механической перегрузки вырабатывает коформироз .ани51 команды.

механической перегрузки вырабатывает коформироз .ани51 команды.

манду aaapsiHHoro режима и отключает шаговый двигатель. Величина уставки, введенна 3 счетчик, определ ет степень устой- чивост - механической перегрузки и врем

механической перегрузки вырабатывает ко формироз.ани51 команды.

40 ДИОД к выходу источника посто нного тока

35

Формула изсбретени

Устройство дл упргвлени шаговым двиг телем с каналами управлени по числу фаз двигател , содержащее в каждом канале первый и второй усилители, первый ключевой элемент, св зывающий выход ис- точ.чика посто нного тока выхокого напр жени с одним зажимом фазы двигател , подключенным через разделительный

40 ДИОД к выходу источника посто нного тока

низкого напр жени , второй ключевой элемент , св зывающий другой зажим фазы двигател , подключенный к источнику тока низкого ;зпр жени через разделительный диод и резистор, с общей шиной источни45 ков Bbicoi oro н низкого напр жений через датчик тока, соединенный выходом с первым нходом компаратора и первым входом амплитудного детектора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, которого подключен к инзерсно.

50 ьхолу пеового триггера, инверсный выхоп которого соединен с управл ющим входом амплитудкого детектора, а пр мой вход соединен с инвертором, вход которого предназначен дл соединени с источником сигтем его отключени при механической помехе движению, введены шины записи начальной уставки, контрол и сброса, элемент ИЛИ, счетчик и RS-триггер, а в каждый канал управлени ншедены четыре эле- мента И, два одновибратора и второй RS- триггер, причем инверсный выход RS-тригге- ра подключен- к первому входу первого и вторш-о элементов И каждого канала, пр мой вых( /; его выведен на шину контрол , R-вход ги .гчлючен к шине сброса, а S-вход - к вы- ходу счетчика, вход записи которого соединен с шиной записи начальной уставки, счетный вход - с выходом элемента ИЛИ, каждый вход которого подключен к выходу четвертого элемента И соответствующего канала управлени , первым входом четвертый элемент И каждого канала соединен через первый одновибратор с выходом инвертора , а вторым входом - с пр мым выходом второго RS-триггера, R-вход которого соединен с выходом третьего элемента И, подключенного первым входом к выходу компаратора , вторым входом - к входу второго одновибратора, входу инвертора и второму входу второго элемента И, а S-вход - с выходом второго одновибратора, причем выходы первого и второго элементов И подключены к входам соответствующих усилителей , а пр мой выход первого триггера подключен к второму входу первого элемента И.

1-срлорн