SU752728A1

SU752728A1 - Apparatus for double-stack step electric motor control

Info

Publication number: SU752728A1
Application number: SU772462207A
Authority: SU
Inventors: Игорь Петрович Копылов; Борис Алексеевич Ивоботенко; Георгий Ашотович Мелкумов; Владимир Григорьевич Доброслов; Александр Антонович Булаев; Александр Андреевич Барабанщиков
Original assignee: Московский Ордена Ленина Энергетический Институт
Priority date: 1977-03-14
Filing date: 1977-03-14
Publication date: 1980-07-30

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления электрическими машинами.The invention relates to electrical engineering and can be used in control systems of electric machines.

Известно устройство для управления двухпакетным шаговым электродвигателем, содержащее распределитель импульсов и усилитель мощности [1].A device for controlling a two-pack stepper motor containing a pulse distributor and a power amplifier [1].

Наиболее близким по технической сущности является устройство для управления двухпакетным шаговым электродвигателем, содержащее подключенные выходами к обмоткам двигателя два усилителя мощности, соединенные входами с выходами распределителя импульсов [2].The closest in technical essence is a device for controlling a two-pack stepper motor, containing two power amplifiers connected by outputs to the motor windings, connected by inputs to the outputs of the pulse distributor [2].

Известные устройства не позволяют обеспечить быстрое подавление колебаний ротора электродвигателя после отработки заданного перемещения, что снижает быстродействие и точностные показатели привода с шаговыми двигателями.Known devices do not allow for rapid suppression of oscillations of the rotor of the electric motor after practicing a predetermined movement, which reduces the speed and accuracy of the drive with stepper motors.

Указанные колебания ротора шагового двигателя обусловлены избыточной энергией, вводимой в двигатель с целью получения максимального быстродействия. Амплитуда и время затухания этих колебаний возрастают с увеличением частоты команд, степени форсирования электромагнитных процессов и с уменьшением нагрузки.These oscillations of the rotor of a stepper motor are due to excess energy introduced into the motor in order to obtain maximum speed. The amplitude and decay time of these oscillations increase with increasing frequency of commands, the degree of forcing of electromagnetic processes and with decreasing load.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности отработки за2 данного перемещения двухпакетным шаговым двигателем.The aim of the invention is to increase the speed and accuracy of mining for a given movement of a two-pack stepper motor.

Цель достигается тем, что в устройство для управления двухпакетным шаговым 5 электродвигателем, содержащее подключенные выходами к обмоткам двигателя два усилителя мощности, соединенные входами с выходами распределителя импульсов, введены блок выделения и преобразования Ю ЭДС и блок переключений, включенный между выходами распределителя и входами одного из усилителей мощности и связанный своими потенциальными входами с выходам!) второго усилителя мощности через 15 блок выделения и преобразования ЭДС.The goal is achieved in that a device for controlling a two-pack step 5 electric motor, comprising two power amplifiers connected by outputs to the motor windings connected by inputs to the outputs of the pulse distributor, introduces a U EMF extraction and conversion unit and a switching unit connected between the outputs of the distributor and the inputs of one of power amplifiers and connected by its potential inputs to outputs!) of the second power amplifier through 15 EMF extraction and conversion unit.

Такое выполнение устройства обеспечивает эффективное демпфирование колебаний ротора шагового электродвигателя после отработки серии импульсов, что повы20 шает быстродействие и точность отработки перемещения.This embodiment of the device provides effective damping of the oscillations of the rotor of the stepper motor after working out a series of pulses, which increases the speed and accuracy of working out the displacement.

На фиг. 1 показана структурная блоксхема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — функциональная блок-схема блока пе25 реключений применительно к двухпакетному шаговому двигателю, имеющему четыре фазы в каждом пакете; на фиг. За, б, в и г — векторные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства при различных 30 комбинациях включенных фаз.In FIG. 1 shows a structural block diagram of the proposed device; in FIG. 2 is a functional block diagram of a switching unit as applied to a two-pack stepper motor having four phases in each package; in FIG. For, b, c and d are vector diagrams explaining the principle of operation of the device with various 30 combinations of the included phases.

Устройство для управления (см. фиг. 1) содержит распределитель 1 импульсов, усилители 2 и 3 мощности, двухпакетный (пакеты 4 и 5) шаговый электродвигатель 6, блок 7 выделения и преобразования ЭДС, блок 8 переключений с шиной 9 управления.The control device (see Fig. 1) contains a pulse distributor 1, power amplifiers 2 and 3, a two-pack (packages 4 and 5) stepper motor 6, an emf allocation and conversion unit 7, a switching unit 8 with a control bus 9.

Блок переключений (см. фиг. 2) содержит четыре логических элемента И 10, четыре логических элемента ИЛИ 11, четыре инвертора 12 и четыре логических элемента И 13.The switching block (see Fig. 2) contains four logical elements AND 10, four logical elements OR 11, four inverters 12 and four logical elements AND 13.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Во время отработки программного перемещения на шину 9 блока 8 переключений (см. фиг. 1) подается логический «0», например, от задатчика программы движения, который запирает логические элементы ИDuring the development of the programmed movement, a logical “0” is supplied to the bus 9 of the switching unit 8 (see Fig. 1), for example, from the master of the movement program, which locks the logical elements AND

10. На выходе элемента И 10 также имеется логический «0», который не оказывает логического воздействия на элемент ИЛИ 11 и, одновременно преобразуясь в инверторе 12 в логическую «1», разрешает прохождение команд от распределителя импульсов через элемент И 13. Таким образом, во время отработки программы сигналы от блока 7 не поступают на обмотки пакета 5 двигателя, которые коммутируются только импульсами от распределителя импульсов по цепи: выход распределителя 1—элемент ИЛИ 11 — элемент И 13 — вход усилителя 3 мощности.10. The output of the element And 10 also has a logical “0”, which does not have a logical effect on the element OR 11 and, while being converted in the inverter 12 to a logical “1”, allows the passage of commands from the pulse distributor through the element And 13. Thus, during the development of the program, the signals from block 7 do not enter the windings of the motor package 5, which are switched only by pulses from the pulse distributor in the circuit: the output of the distributor 1 — element OR 11 — element 13 — input of the power amplifier 3.

После окончания программного перемещения блок 8 переключений обеспечивает возможность управления обмотками пакета 5 шагового двигателя от блока 7 выделения и преобразования ЭДС. На вход блока 7 поступает напряжение с ортогональных обмоток I и II пакета 4 (см. фиг. 3, а), переменная составляющая которого представляет собой ЭДС вращения.After the end of the programmed movement, the switching unit 8 provides the ability to control the windings of the package 5 of the stepper motor from the EMF selection and conversion unit 7. The input of block 7 receives voltage from the orthogonal windings I and II of package 4 (see Fig. 3, a), the variable component of which is the emf of rotation.

Физическая основа работы предлагаемого устройства состоит в том, что ЭДС обмоток I и II — Ει и £ц несут в себе информацию о положении и скорости ротора:The physical basis of the operation of the proposed device is that the EMF of the windings I and II - £ι and £ c carry information about the position and speed of the rotor:

__ d<? __ d<e dQ __ _щ d<f dt d& di d& ’ где ω—мгновенная скорость ротора; φ— потокосцепление обмотки; © — положение ротора. Учитывая, что электромагнитный момент Μ=ί· — , можно при постоянной dQ скорости вращения и установившихся токах в обмотках (w = const, i=const) считать, что Е (ί)=Λ4(Θ), т. е. ЭДС обеспечивает информацию о моменте. После отработки программы устойчивое положение, где должен зафиксироваться привод, определяется точкой устойчивого равновесия на характеристике Μ (Θ). Момент, действующий на ротор, зависит при этом только от положения, что приводит к затухающим колебаниям относительно устойчивой точки с начальной амплитудой ]θ|^π.__ d <? __ d <e dQ __ _u d <f dt d & di d &'where ω is the instantaneous speed of the rotor; φ — flux linkage of the winding; © - rotor position. Taking into account that the electromagnetic moment is Μ = ί · -, it can be assumed that E (ί) = Λ4 (Θ), i.e., the EMF provides, at constant dQ rotational speed and steady currents in the windings (w = const, i = const) information about the moment. After working out the program, the stable position where the drive should be fixed is determined by the point of stable equilibrium on the characteristic Μ (Θ). The moment acting on the rotor depends only on the position, which leads to damped oscillations of a relatively stable point with an initial amplitude] θ | ^ π.

Эффект демпфирования обеспечивается, если электромагнитный момент поставлен в зависимость от положения и направления вращения. Это достигается тем, что включенные обмотки пакета 4 остаются под током, а обмотки пакета 5 (Г, И', III', IV') переключаются полным напряжением источника. При этом момент действует всегда против направления вращения, если переключение обмоток пакета 5 осуществляется по сигналам ЭДС в некоммутируемых измерительных обмотках I и II. Знак ЭДС обмоток I и II позволяет определить с точностью до квадранта на фазовой плоскости (Θ, ω) положение и знак скорости ротора. На фиг. 3 а, б, в, г показаны четыре возможных ситуации и требуемое включение в каждой ситуации обмоток V, II', III', IV'^The damping effect is ensured if the electromagnetic moment is made dependent on the position and direction of rotation. This is achieved by the fact that the included windings of the package 4 remain energized, and the windings of the package 5 (G, I ', III', IV ') are switched by the full voltage of the source. In this case, the moment always acts against the direction of rotation, if the switching of the windings of packet 5 is carried out according to the EMF signals in non-switched measuring windings I and II. The sign of the EMF of the windings I and II allows determining, up to a quadrant on the phase plane (Θ, ω), the position and sign of the rotor speed. In FIG. 3 a, b, c, d shows four possible situations and the required inclusion in each situation of the windings V, II ', III', IV '^

Направление результирующего вектора v показывает положение искусственно смещенной в результате переключения обмоток I^z, II', III', IV⁷ точки устойчивого равновесия пакета 5. В моменты времени, когда скорость и ЭДС равны нулю, схема восстанавливает основную комбинацию включенных обмоток, соответствующую заданной точке останова.The direction of the resulting vector v shows the position of the point of stable equilibrium of packet 5 artificially biased as a result of switching the windings I ^z , II ', III', IV ^7. At times when the speed and EMF are zero, the circuit restores the main combination of the included windings corresponding to the given point breakdown.

Блок выделения и преобразования ЭДС формирует из синусоидальных сигналов ЭДС обмоток I и II импульсы управления, поступающие затем по четырем каналам через блок переключений на обмотки пакета 5 шагового двигателя.The EMF extraction and conversion unit generates control pulses from the sinusoidal EMF signals of the windings I and II, which then arrive through four channels through the switching unit to the windings of the package 5 of the stepper motor.

Данное устройство, осуществляя управление процессом торможения, существенно уменьшает свободные колебания двигателя в процессе остановки, что повышает быстродействие привода и точность отработки заданного перемещения.This device, by controlling the braking process, significantly reduces the free vibrations of the engine during the stop process, which increases the speed of the drive and the accuracy of working out a given movement.

Claims

The control device (see Fig. 1) comprises a pulse distributor 1, power amplifiers 2 and 3, a two-packet (packets 4 and 5) stepper motor 6, a block 7 for selecting and converting EMF, a switching block 8 with control width 9. The switching unit (see Fig. 2) contains four logical elements AND 10, four logical elements OR 11, four inverters 12 and four logical elements AND 13. The device operates as follows1, in the same way. During the testing of the program movement on the bus 9 of the switching unit 8 (see Fig. 1) a logical "O" is supplied, for example, from the setter of the motion program, which locks the logic elements AND 10. The output of the element 10 also has a logical "O, which is not has a logical effect on the element OR AND and, simultaneously transforming in inverter 12 into logical "1, allows commands from the pulse distributor to pass through element 13. Thus, during the program the signals from block 7 are not received to the windings of the packet 5 Ateli, which are switched only by pulses from the pulse distributor along the circuit: the output of the distributor 1-element OR 11 - element AND 13 - input of amplifier 3 power. After the program movement is completed, the switching unit 8 provides the ability to control the windings of the stepper motor package 5 from the EMF extraction and conversion unit 7. The input of block 7 receives a folder from the orthogonal windings I and II of packet 4 (see Fig. 3, a), the variable component of which is the EMF of rotation. The physical basis of the operation of the proposed device is that the EMF of windings I and II - EI and EII carry information about the position and speed of the rotor: - 1. - C), where f is the instantaneous rotor speed; f - flux traceability of the winding; in - the position of the rotor. Considering that electromagnetic,. . rfm momeit -, it is possible at a constant rotational speed and established currents in the windings (with const, t const) to assume that E ((Q), i.e. the EMF provides information about the moment. After working out the program a stable position where fix the drive, determined by the point of stable equilibrium on the characteristic M (v). The moment acting on the rotor depends only on the position, which leads to damped 7 8 oscillations relative to a stable point with an initial amplitude. The damping effect is provided if the electromagnetic moment t is dependent on the position and direction of rotation. This is achieved by the fact that the included windings of the packet 4 remain energized, and the windings of the packet 5 (Y, YY, III, IV) are switched by the full voltage of the source. if the switching of the windings of the packet 5 is effected by the electromotive force signals in the non-switched measuring windings I and II, the sign of the electromotive force of the windings I and II allows determining the position and sign of the rotor speed with an accuracy of quadrant on the phase plane (O, (o)). FIG. 3 a, b, c, d four possible situations are shown and the required inclusion in each situation of the windings G, II, III, IV. The direction of the resultant vector v indicates the position of the stable equilibrium point of the package 5 artificially displaced by switching the windings G, II, IG, IV. At the instants of time when the speed and the emf are zero, the circuit restores the main combination of the included windings corresponding to the set breakpoint. The EMF extraction and conversion unit forms from the sinusoidal signals of the EMF windings I and II control pulses, which then arrive through four channels through the switching unit to the windings of the package 5 of the stepper motor. This device, by controlling the braking process, significantly reduces the free oscillations of the engine in the process of stopping, which increases the drive speed and the accuracy of working out a given movement. An apparatus for controlling a two-packet stepper motor, having two power amplifiers connected to the motor windings connected to the motor windings and connected to the outputs of a pulse distributor, characterized in that, in order to improve the speed and accuracy of the specified displacement, an EMF and EMF conversion unit is inserted into it and switching unit connected between the outputs of the distributor and the inputs of one of the power amplifiers and connected with its potential inputs to the outputs of the second a power amplifier through the isolation unit and converting the emf. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 544086, cl. H 02 R 8/00, 1975.

2. US patent number 3500156, cl. 318-138, 10.03.70.

.