SU936340A1 - Устройство дл управлени шаговым электродвигателем - Google Patents

Description

(5) УСТРОЙСТВО дл  УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

1

Изобретение относитс  к электротехнике и может-быть использовано дл  ..управлени  шаговыми электродви- ; гател ми с электрическим дроблением шага в системах числового программного управлени  (ЧПУ) металлорежущими станками, координатографами и т.д.

Известно устройство дл  управлени  шаговым электродвигателем, содержащее Q усилители мощности, коммутирующие фазы двигател , управл емые от датчика положени , установленного на валу двигател  l j.

Недостатком этого устройства  вл етс  небольшой диапазон регулировани  скорости и положени , что обусловлено ограниченным числом тактов коммутации шагового двигател  и не- 20 возможностью получени  требуемого угла коммутации фаз, определ ющего в , конечном итоге скорость движени  замкнутого шагового электроприрода.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  управлени  шаговым электродвигателем с электрическим дроблением шага и датчиком положени  на валу, содержащее усилители мощности, преобразователи коданалог , посто нные запоминающие устройства, сумматор и блок управлени . Ойо осуществл ет электрическое дробление шага, уменьшающее дискретность регулировани  положени  вала двигател  и расшир ющее диапазвн регулировани  скорости путем изменени  с малой дискретностью угла коммутации фаз 2j.

5

Claims (2)

1. Недостатком устройства  вл етс  низка  надежность, обусловленна  использованием импульсного (инкре-. ментного) датчика положени  и счетчиков , обладающих низкой помехоустойчивостью . Кроме того, выполнение .импульсного датчика положени  при больших кратност х электрического дроблени  шага (малых дискретност х привода) представл ет собой трудноразрешимую технологическую задачу, поскольку его разрешающа  способнос ( число импульсов за оборот) должна быть равна или кратна разрешающей способности привода. Применение импульсного датчика вызывает усложнение схемы, обусловленное необходимостью введени  элементов, обеспечи вающих временную синхронизацию импульсов управлени  и импульсов обра ной св зи, поступающих с датчика. Цель изобретени  - повышение надежности и расширение диапазона регулировани  шага (дискретности). Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  управлени шаговым электродвигателем с датчико положени  на валу, содержащем усили тели мощности, преобразователи коданалог , посто нные запоминающие .устройства , сумматор и блок управлени , вверены генератор тактовых импульсов, функциональный синус-косинусный преобразователь, преобразо ватель фаза-код и делитель, соедине ный входом с выходом генератора так товых импульсов, кодовыми входами с входами функционального синус-косинусного преобразовател , подключе ного выходами синусного и косинусного напр жений к входам датчика, св занного выходом с первым входом преобразовател  фаза-код, второй ВХОД которого соединен с выходом оп ного сигнала делител , третий - с выходом генератора тактобых импульсов , а выход - с первым входом сумматора , подключенного вторым входом к выходу блока управлени , а выхода МИ - к входам посто нных запоминающих устройств. На фиг. 1 приведена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - временные-диаграммы, по сн ющие его работу. Устройство (фиг. 1) содержит генератор тактовых импульсов 1, делитель 2, функциональный синус-косинусный преобразователь 3. выходы синусоидального UgJ.. и косинусоидал ного напр жений которого подключены к входам двухфазного датчика положени  (например, вращающегос  трансформатора). Выход датчика положени  k и выход опорного сигнала делител  2 соединены с двум  входами преобразовател  фаза-код 5, третий вход которого подключен к выходу генератора 1. Выход преобразовател  фаза - код 5 подключен к одному из входов сумматора 6, соединенного вторым своим входом с выходом блока управлени  7- Выходы сумматора через посто нные запоминающие устройства 8 и 9 и. преобразователи код-аналог 10 и 11 соединены со входами усилител  мощности 12, коммутирующего фазы шагового двигател  13. Устройство работает следующим образом . В исходном состо нии на выходе блока управлени  7 сформирован нулевой код, т.е. . Преобразователь фаза-код 5 в каждом периоде напр жений и и и е , .питающих фазы датчика k и формируемых посредством генератора 1 , делител  2 и функционального преобразовател  3, преобразует фазу выходного напр жени  датчика k относительно опорного сигнала, постугуэющего с делител  2, в код Ni(), единице которого соответствует шаг двигател  в схеме с электрическим дроблением. Дл  работЫ схемы необходимо, чтобы код на выходе преобразовател  фаза-код 5 был св зан с углом поворота, соединенных между собой валов датчика и двигател  13 и их параметрами соотношением N -kmg. угол поворота вала двигагде тел  (датчика); коэффициент электрического дроблени  шага; ( естественный шаг двигател ; число фаз двигател ; | цела  часть числа k-- dim р - число пар полюсов двигател , код NI/) определ ет положение. ротора шаговог двигател  внутри его полюсного делени  f 27Г|рВыходной код сумматора 6, который в этом случае () будет равен N( N,, через посто нные запоминающие устройства 8.и 9. преобразователи код-аналог 10 и 11 и усилитель мощности 12 устанавливает некоторую комбинацию включенных фаз двигател  13 и величин фазных токов так, что результирующий вектор магнитного | пол  статора совпадает с продольной осью ротора. Jлектромагнитный момент двигател  при этом равен нулю. Рассмотренное состо ние устройства соответствует началу отсчета на временных диаграммах, приведенных на фиг. 2 (диаграммы построены дл  примера использовани  датчика с одной парой полюсов). Если в таком режиме () к вал двигател  приложить внешний вращающ момент, то под его действием вал дв гател , а вместе с ним и вал датчика , придут в движение. При этом фаза выходного напр жени  датчика 1 относительно опорного сигнала делител  2 Д (фиг. 2) будет линейно измен тьс  в течение каждого оборота на Збо. Преобразователь фаза-код 5 преобразует это изменение фазы в ли нейный циклический код N с периодо повторени  и максимальным значением m единиц (фиг. 2). Так как , то выходной код сумматора 6. будет повтор ть код Ny, т.е. . Код N с помощью посто нных запоминающих устройств 8 и 9 преобразуетс  в ступенчато-синусоидальные коды Nj и N (фиг. 2), которые, в свою очередь, преобразуютс  линейными преобразовател ми код-аналог 10 и 11 в ступенчато-синусоидальные напр жени  и и и 2, определ ющие уставки фазных токов (дл  упрощени  на фиг. 2 и 3 ступенчато-синусоидал ные коды и напр жени  представлены их огибающей). Кроме того, посто нные запоминающие устройства 8 и 9 формируют сигналы U и Ui, осуществл ющие коммутацию ключевых элементов усилител  мощности в срответстВИИ с выбранной диаграммой коммутаци шагового двигател . В результате сов местного действи  напр жений U ...LL усилитель мощности 12 формирует в фа зах шагового двигател  токи i ... i ( фиг. 2). При этом смещение ротора шагового двигател  под действием внешних сил вызывает такое же смещение результирующего вектора магнит ного пол  статора и электромагнитный момент, развиваемый двигателем, буде оставатьс  равным нулю (при малых кратност х дроблени  внутри каждого исскуственного шагао си . будет иметь место некоторый фиксирующий момент, развиваемый двигателем, обус ловленный дискретным характером перемещени  результирующего вектора ма нитного пол  статора). Дл  создани  электромагнитного момента и приведени  ротора шагового . двигател  в движение, например вперед , с помощью блока управлени  7 на второй вход сумматора 6 подают код (фиг. 1 и 3) . максимальное значение которого не должно превышать . При этом код N N,j+Ny на выходе сумматора 6 получает приращение , что эквивалентно его сдвигу на угол Чк (фиг. 3). Соответствующий сдвиг получают токи ... i и результирующий вектор электромагнитного момента , положение которого определ етс  кодом N ,. смещаетс  относительно пррдольной оси ротора шагового двигател , определ емой кодом N, что вызывает электромагнитный момент и приводит 8 движение вал двигател . Циклический код с выхода преобразовател  фаза-код 5f суммируемый с кодом N вызывает перемещение результирующего вектора магнитного пол  статора синхронно с движением ротора. При этом Поддерживаетс  рассогласование вектора пол  и оси ротора, заданные кодом Ny. Дл  работы схемы необходимо, чтобы сумматор 6 работал по циклическому закону так, чтобы максимальное значение кода на его выходе N. не превышало значени  m , т.е. . Работа сумматора описы .ваетс  соотношени ми iNujtNu при (Nл+N,)me N,: N -meпpи (,,)mf fjI-Ny при (Nv()-Ny)0 Nvf-N -fm при (Nvf-Nv)0 Момент, развиваемый двигателем, пропорционален рассогласованию результирующего вектора магнитного пол  статора и оси ротора (коду N) и работа устройства в этом режиме эквивалентна разгону двигател  посто нного тока. Мен   величину кода N. на втором входе сумматора 6, можно обеспечить любое значение электромагнитного момента двигател . Подача на второй вход сумматора 6 отрицательного дополнительного ) кода вызывает изменение знака момента, развиваемого двигателем . Формиру  на втором входе сумматора 6 с помощью блока управлени  7 необходимые значени  кода Ny, можно обеспечить работу шагового привода в любом режиме, получа  в зависимости от назначени  системы слежени , позиционирование и программирование движени . Такое выполнение устройства позвол ет не разрабатывать специальные датчики положени , а использовать серийные синус-косинусные вращающиес  трансформаторы, обладающие малыми габаритами и низкой стоимостью . Структура предлагаемого устрой ства позвол ет изменить коэффициент дроблени  шага (дискретность привода) при неизменном датчике путем изменени  коэффициента делени  делител  и коэффициента пересчета преобразовател  фаза-код, т.е. воздействием на электронную часть схемы. Предложенное устройство может быть использовано при любом числе пар полюсов датчика положени  и двигател  и коэффициента электричес кого дроблени  шага, путем выполнени  преобразовател  фаза-код 5 и сумматора .6 с.соответствующими коэффициентами пересчета. Такое исполнение устройства обес печивает широкие функциональные воз можности привода и расшир ет диапа зон регулировани  шага (дискретности ) привода. Технико-экономический эффект от внедрени  предлагаемого устройства обусловлен снижением стоимости привода за счет исключени  дорогосто щих импульсных датчиков положени , увеличением его помехоустойчивости поскольку информаци  с датчика положени  повтор етс  в течение 1 аждого периода питающих его напр жений и случайные импульсные помехи не нарушают работы привода. Кроме того, широкие функциональные возможности позвол ют разработать р д модифика ций привода, отличающихс  дискретностью , на основе одних и тех же двигател  и датчика положени . 8 Формула изобретени  Устройство дл  управлени  шаговым электродвигателем с электрическим дроблением шага и датчиком положени  на валу, содержащее усилитель мощности, преобразователи код-аналог , посто нные запоминающие устройства , сумматор и блок управлени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности и расширени  диапазона регулировани  шага, введены генератор тактовых импульсов, функциональный синускосинусный преобразователь, преобразователь фаза-код и делитель, соединенный входом с выходом генератора тактовых импульсов, кодовыми выходами - с входами функционального синус-косинусного преобразовател , подключенного выходами синусного и косинусного напр жени  к входам датчика , св занного выходом с первым входом преобразовател  фаза-код, второй вход которого соединен с выходом опорного сигнала делител , третий - с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с первым входом сумматора, подключенного вторым входом к выходу блока управлени , а выходами - к входам посто нных запоминающих устройств. I. , Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Лученко В,Е., Рубцов В.П. Электропривод с шаговыми двигател ми .- Итоги науки и техники, сер. Электропривод и автоматизаци  промышленных установок. Т. 6, М., 1978, с. .
2. 2. Чиликин М.Г. и др. Замкнутый дискретный электропривод с цифровым управлением в сб. Труды МЭИ, вып. 325, 1977, с. .

   т

   &

   1

   t-fT

   I

   Л I

   Фиг.2