SU738092A1 - Устройство дл управлени шаговым двигателем - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к электроприводам, и может быть использовано дл  управлени  шаговым двигателем в системах автоматического регулировани . Известно устройство дл  управлени  шаговым двигателем, содержащее многоканальный датчик положени  ротора, св занный со входами усилителей мощности, коммутирующих фазы двигател  и осуществл ющих модул цию фазных напр жений И Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  устройство дл  управлени  шаговым двигателем содержащее элемент сравнени , многоканальный датчик положени  ротора, св занный со входами усилителей мощности, коммутирующих фазы двигател , через элементы И, вторые входы которых соединены с выходом широтно-импульсного модул тора 2. Недостатком указанных устройств  вл етс  невозможность получени  равномерного движени  при низких скорост х . Целью изобретени   вл етс  повышение равномерности движени  шагового двигател . Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство содержит преобразователь многофазной системы напр жени  датчика . в однофазную пилообразную и функциональный генератор пилообразного напр жени  с элементом синхронизации, св занный своими входами с выходами датчика положени , а выходом - с одним входом элемента сравнени , подключенного вторым своим входом к выходам датчика положени  через преобразователь многофазной системы напр : сений в с днофазную . Такое вьгаолнение устройства повышает равномерность движени  шагового двигател  благодар корректировке;законов изменени  фезных токов в функции текущего положени  ротора двигател . На фиг. 1 приведена функциональна  схема предлагаемого устройства, применительно к четырехфааному шаговому двигателю, на фиг. 2-3 - временные диаграммы сигналов на отдельных элементах устройства и моментные кривые дл  различных режимов работы. Устройство (фиг. 1) содержит шаговый двигатель 1, на валу которого укреплен многофазный датчик 2 положени  ротора, выходы которого через ключи 3 - 6, св занные управл ющими выходами с первой группой формирователей 7 - 10, входы которых соединены с выходами датчика, св заны с входами суммирующего усилител  11, выход которого подключен к первому входу элемента сравнени  12, соединенного выходом со входом широтно-импульсного модул тора 13. Второй вход элемента сравнени  через ключи 14 и 15, управл емые по шинам 16 и 17, соответственно св зан с шиной задающего сигнала 18 и с выхо дом управл емого функционального генера тора 19, управл ющий вход которого через элемент ИЛИ 20 подключен к выходам второй группы формирователей 21 - 24, входы которых соединены с выходам первой группы формирователей, Фазные обмотки шагового двигател  через усилители мощности 26 - 28 св заны с выходами элементов ИЛИ 29 - 32, первые входы которых соединены с выходами вто рой группы элементов И 33 - 36, а вторые входы-с выходами второй группы элементов И 37 - 40. Первые входы элементов И первой группы св заны с выходами первой группы формирователей, а вторые входы - с выходом широтнонмпульсного модул тора. Первые входы элементов И второй группы св заны с выходами первой группы формирователей, а вторые входы через инвертор 41-е выходом широтно-импульсного модул тора. Работа описанного устройства при подаче управл ющего сигнала по шине 18 по сн етс  временными дИ1аГраммами сиг наПов на отдельных элементах (фиг. 2) где показаны напр жени  Ujj на выхода фаз датчика 2 положени  ротора Д. ,Дл Дл .Д напр жени  Uqi на выходах Ф, Фл, Фд, Ф формирователей 7-10; напр жени  Ut, на выходах К, ,, К, К i ключей 3-6; сигналы,, поступающие с выхода суммирующего усилител  U и по шине задающего сигнала U на два входа устройства сравнени  12; сигнал и у на входе шйротно-импульсного моду738092 л тора 13, а также сигналы Uf и U на выходе этого модул тора и инвертора 41 соответственно. Положение ротора шагового двигател  в пределах одн.ого полюсного делени  однозначно определ етс  номером формировател  первой группы, имеющего в данный момент времени высокий потенциална выходе и уровнем сигнала на выходе фазы датчика, подключенной в данный момент через один из аналоговых ключей 3 - 6 на вход суммирующего усилител  11. Сигнал с датчика имеет вид многофазной системы непрерывных напр жений треугольной формы, причем, геометри  ротора датчика согласована с геометрией ротора машины. .Текущее значение уровн  сигнала с фазы датчика на выходе суммирующего усилител  сравниваетс  устройством сравнени  12с величиной уровн  управл ющего сигнала на шине задающего сигнала 18 или с выхода управл емого функционального генератора 19. Коэффициент заполнени  К о импульсной последовательности на выходе широтно-импульсного модул тора 13 пропорционален величине разностного сигнала на выходе устройства сравнени , а коэффициент заполнени  импульсной последовательности на выходе инвертора 41 будет при этом (1 - Ко) Сигнал с выхода каждого из формирователей 7-10 управл ет одним из элементов И группы 33 - 36 и одним из элементов И группы 37 - 40. Например , сигнал, с выхода формировател  7 подключает сигнал с выхода широтноИмпульсного модул тора через элементы И 33, ИЛИ 29, усилитель мощности 25 к первой фазешагового двигател  и проинвертированный инвертором 41 сигнал модул тора через элементы И 38, ИЛИ 30, усилитель мощности 26 - ко второй обмотке шагового двигател . Частота следовани  импульсов на выходе широтно-импульсного модул тора выбираетс  во много раз больше частоты собственных колебаний электропривода. При этом среднее значение токов в об- мотках двигател  пропорционально коэффициенту заполнени  импульсной последовательности , поступающей на усилители мощности. В эаёиЬйМЪсГй ot уровн  управл ющего сигнала, поступающего по шине 18 возможны различные режимы работы устройства .

При величине управл ющего сигнала, поступающего по шине 18 на устройство сравнени  12, превышающего амплитуду сигнала, поступающего на другой вход устройства сравнени  с выхода суммирующего усилител  11, на выходе устройства сравнени  формируетс  сигнал посто нной амплитуды, которому соответствует импульсный сигнал с К -j -1 на выходе широтно импульсного модул тора 13 (см. фиг. 2, а). В этом случае шаговый двигатель работает в режиме бесколлек- торной машины посго нного тока.

При величине управл ющего сигнала, равного амплитуде сигнала с выхода суммирующего усилител , на выходе устройства сравнени  формируетс  пилообразный сигнал с периодом, соответствующим , времени отработки одного шага, которому соответствует импульсный сигнал с измен ющимс  К,, от К, -1 до Kj-0 на выходе широтно-импульсного модул тора (см. фиг. 2,6).

Таким образом, за период отработки одного шага.среднее значение тока в одной из включенных фаз изменитс  от установившегос  значени  до нул , а в другой фазе наоборот. Суммарна  моментна  характеристика, образуема  токами двух фаз шагового двигател , равномерно сместитс  в диапазоне одного шага.

При уровне -управл ющего сигнала на шине 18 меньшем, чем амплитуда сигнала с выхода суммирующего усилител , на выходе элемента сравнени  формируетс  управл ющий сигнал, соответствующий заданной уровнем сигнала на шине 18 позиции ротора внутри шагового инвер-; тора. При этом на выходе широтно-импульсного модул тора формируетс  импульсный сигнал с K-j , определ емым величиной сигнала на выхода устройства сравнени , и суммарна  моментна  характеристика , образуема  токами двух включенных соседних фаз шагового двигател , равномерно сместитс  в промежуточное положение, обеспечива  установку ротора двигател  в необходимое положение внутри одного шага. В случае отклонени  ротора от положени , определ емого управл ющим сигналом, поступающим .по шине 18, величина сигнала с датчика 2 и, следовательно, с выхода суммирующего усилител  также изменитс  в ту или другую сторону. Это приведет к изменению .величины сигнала на выходе устройства сравнени  и к изменению Ко импульсного сигнала на выходе широтноимпульсного модул тора. Изменение К импульсного сигнала вызовет изменение соотношени  токов во включенных фазах шагового двигател , суммарна  моментна  характеристика, образуема  токами , сместитс  в направлении, необходимом дл  возвращени  ротора шагового двигател  в положение, определ емое управл ющим сйгналом V:

При подаче управг  ющего сигнала на

Р шину 17 на вход устройства сравнени  12 через ключ 15 задающи.й сигнал поступает с выхода управл емого функционального генератора 19. Форма упs: равл ющего сигнала повтор ет форму сигнала датчика положени  2 в те отрезки времени, на которые ключи 3-6 подключают соответствующие выходы через суммирующий усилитель 11 к элементу сравнени  12 (В описьгеаемом варианте

0 при линейной форме сигналов с датчика управл емый функциональный генератор должен быть генератором линейно измен ющегос  напр жени , например,интегра5 тором). Запускаетс  функциональный генератор от передних фронтов сигналов с формирователей 7 - 1О, выдел емых формировател ми 21-24 через элемент ИЛИ 2 О. При этом происходит процесс непрерывного сравнени  текущего значени  уровн  сигнала функционального генератора 19 и сигнала датчика 2, вырабатываемого на выходе суммирующего усилител  11.

При скорост х нарастани  сигнала

5 функционального генератора, меньщих скорости механических переходных процессов шагового двигател , осуществл етс  процесс непрерывного слежени  сигнала датчика за сигналом с выхода функционального генератора, и следовательно , положени  ротора за сигналом функционального генератора.

Работа схемы по непрерьганому сле5 жению полностью аналогична вышеописанному процессу установки дискретных значений позиции внутри одного шага.

Работа устройства в режиме бескол- лекторной машины посто нного тока на

0 высоких скорост х при стабилизации скорости иллюстрируетс  временными диаграммами и моментными кривыми на фиг. 3. Здесь фиг. 3, а соответствует случаю, когда скорость шагового двига5 тел , определ ема  крутизной сигнала с датчика, меньше скорости, задаваемой ,крутизно.й сигнала Up на выходе функционального генератора; фиг. 3, б соответствуёт екоростй шагового двигател  больше заданной. Сигналы с пр мого и инвертированного выходов генератора 13, соответственно й; и UH уЬлЬвйгб пЬка (ёанныё в меньшем масштабе времени, определ ют уровень возбуждени   двух фай двигател , участвующих в формировании суммарной моментной характеристики На фиг. 3 дл  обоих случаев показаны четыре реализации суммарной моментной характеристики, 1, П, Ш, .„О15У 5„ видно, что при оставании скорости от заданной, двигатель пострдано находитс  под действием положительных разгон ющих Моментов, в случае опережени  балйнс положительных и отрицательных движущих моментов воздействует на двигатель в сторбну уменьшени  его скорости . Этим достигаетс , стаб1ш 1заци  скорости в режиме бесколлекторной машины посто нного тока. Таким образом, устройство обеспечивает следующие режимы работы двигате- л Г позЩйбнйроваМИё внутри шага; равноМерное движение ротора при работе в режиме самокоммутации; стабилизацию и управление скоростью в режиме самоком-«утацйи; управл емое равномерное движение на низких и инфранизких-скорост х Устройство также позвол ет получить различные сочетани  указанных выше режимов путем простейших переключений во внешних цеп х управлени . ПоследЬвйтельность этих режимов в различных рёМййуётс Е 4HcfS эПёКТричесКИМ путем без применени  механических св зей и устройств, например,редукторов 73 с зубчатыми и другими передачами. Это позвол ет значительно уменьш1 ть вес и р1азмеры и увеличить надежность приводов с шаговым двигателем дл  роботов, манипул торов, ycTaiHOBOK автоматического скрайбировани  и других систем, в которых требуетс  сочетание подобных разнообразных режимов работы привода. Формул а изобретен и   Устройство дл  управлени  шаговым дбигателем, содержащее элемент сравне.ни , многоканальный датчик положени  ротора, св занный со в5содами усилителей Мощности, коммутирующих фазы двигател , через элементы И, вторые входы которых соединены с выходом широтно-импульсного модул тора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  равномерности движений, оно содержит преобразователь многофазной системы нап- р жений датчика в однофазную пилообразную и функциональный генератор пилообразного Н1апр жени  с элементом синхронизации , св занный своими входами с выходами датчика положени , а выходом - с одним вхедбМ элемента сравнени , под- ключеного вторым своим входом к выходам датчика положени  через преобра- . зователь многофазной системы напр жений в однофазную. Источники информации, прин тые во вн.имание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 556542, кл. Н 02 К 29/02, 1974, 2.Патент США № 3305713, кл. 318-138, 1967.

ПЯППППГ ШПППМГ.

1ПППППП innumm:

t

S

. tpot.2

Claims (1)

1. Формула.изобретения

   Устройство для управления шаговым Двигателем, содержащее элемент сравнения, многоканальный датчик положения ротора, связанный со входами усилителей мощности, коммутирующих фазы двигателя, через элементы И, вторые входы которых соединены с выходом широтно—импульсного модулятора, отличающееся тем, что, с целью повышения равномерности движения, оно содержит преобразователь многофазной системы напряжений датчика в однофазную пилообразную и функциональный генератор пилообразного напряжения с элементом синхронизации, связанный своими входами с выходами датчика положения, а выходом — с одним ВхЪдом элемента сравнения, под— ключеного вторым своим входом к выходам датчика положения через преобра- . зователь многофазной системы напряжений в однофазную.