Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1984 года по МПК H02P8/22 

Изобретение относитс я к злектрс технике н може быть использованодля управпенкя шаговыми двигателям с электрическим дроблением шага в системах числового программного уп равления металлореж тцими станками; координатографии н . fisBecTHo зстройство для управле ния шагоБььм двигателем,, содержащее распределитель; многоканальный уси лигель мощности, регуляторы напрялсения и ггреобразователи код - аналоГр изменяюпще уставки на входах регуляторов напряжения ,1 , Недостатками этого устройства я ляются низкая точность дробления шага и неудовлетворительное качест во движения в области низких часто обусловленные отсутствием форсирования процессов спадания тока при формировании ступенчато-синусоидальной кривой фазного тока Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага, содержащее распределите и.щульсов и многоканальный усилитель г ощностир каж,цый канал которо лэдключенг-гьгй к расточнику постоянно тока, образован двумя ключами, датч ко;-г тока вкл.юченньм между вторЬЕ --; ключом и сбще.й шиной источника пит ккя; сггечиым диодом, связывающ ш последнюю с однит из выводов фазы двигателя., и релейньи элементом с входом задания тока, соединенным вы ходом с входом первого ключа через перзьт элемент И, связанный вторьм входом с выходом распределителя и Блодом второго элемента И, подключенного зыходом к входу второго ключа,, Это устройство обеспечивает формирование симметричной кривой фазного тока .путем форсирования про цессоЕ спадания токов в моменть времени задаваемые импульсами упрг,влени51 I, 2 « Недостатком известного устройства является временной принцип управления ;,, при котором заранее задается длительность импульса, опреде ляющего время спадания тока. Такое построение устройства предопрелеля8Т необходимость настройки схемы под конкретный тнп и даже экземпляр шагового двигателя. Кроме того, параметры двигателя зависят от температуры его обмоток (фаз), которая в процессе работы изменяется в широких пределах, что вызывает искажение фазовых токов, снижает точность электрического дроб, шага и ухудшает качество движения привода. Целью изобретения является повышение точности отработки шага и надежности. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага содержащем распределитель Импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого, подключенньй к источнику постоянного тока, образован двумя ключами, основным датчиком тока, включенным между вторым ключом и общей шиной источника питания, встречным диодом, связывающим последнюю с одним из выводов фазы двигателя,и основным релейнь м элементом с входом задания тока, соединенным выходом с входом первого ключа через перБьш элемент И, связанный вторым входом с выходом распределителя и одним входом второго элемента И, подключенного выходом к входу второго ключа, каждый канал усилителя мощности снабжен датчиком опорного напряжения, дополнительным релейным элементом, двумя суммирующими усилителями, аналоговым переключателем, инвертором и дополнительным датчиком тоточника питания и встречным диодом и подключенным выходом к сигнальному входу аналогового переключателя, соединенного уттравляющим входом с выходом инвертора, а выходом - с инвертирующим входом первого суммирующего усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к выходу основногО датчика тока, а выход - к второму входу основного релейного элемента и второму входу дополнительного релейного элемента, соединемного выходом с другим входом второго элемента И и входом инвертора,а первым входом - с выходом второго суммирующего усилителя, подключенного входом к входу задания тока основного рвлейного элемента и выходу датчика опорного напряжения. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для одного канала усилителя мощностиi на фиг/ 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство(фиг, 1) содержит первый 1 и второй 2 ключи, соединенные последовательно с фазой 3 шагового двигателя и датчиком тока (резистором) 4 и подключенные к источнику постоянного тока U. Фаза 3 связана с зажимами источника питания также встречными диодами 5 и 6, В цепь диода 6 включен дополнительный датчик тока (резистор) 7. На входах ключей 1 и 2 установлены элементы И 8 и 9, вторые входы которых соединены с выходом распределителя 10, Вывод резистора 4, связанный с ключом 2, подключен к неинвертируюцему входу суммирующего усилителя 11. Вывод резистора 7, соединенный со встречным диодом 6, подключен к сигнальному входу аналогового переключателя 12, управляющий вход которого соединен с выходом инв1ертора 13, а выход - с инвертирующим входом усилителя 11. Выход усилител 11 подключен к вторьм входам основного 14 и дополнительного 15 релейных элементов (компараторов). Первы вход релейного элемента 15 подключен к выходу второго суммирующего усилителя 16, один из входов которого объединен с первым входом компаратора -14 и является входом задания тока, а второй связан с выходом датчика опорного напряжения 17. Выходы релейных элементов 14 и 15 соединены с первыми входами элементов И 8 и 9, Вход инвертора .13 подключен к выходу дополнительного релейного элемента 15.

Устройство работает следующим образом,

В исходном состоянии сигнал U , на выходе распределителя импульсов 10 (или другого узла, задающего требуемую диаграмму коммутации фаз шагового двигателя) и напряжение U на входе задания тока равны нулю, В этом случае на выходах элементов И 8 и 9 напряжения также равны нулю, ключи 1 и 2 закрыты и фаза 3 дви-гателя отключена от источника питания и . Напряжение на выходах релейных элементов (компараторов) 14 и 15 положительно (единичный уровень) , когда напряжение на их первы входах больше, чем напряжение на втрых входах, и равно нулю в противном случае или при нулевых сигналах на обоих входах. Тогда в исходном состоянии на выходе основного компаратора 14 сигнал U,(фиг. 1 и 2) отсут ствует, а на выходе дополнительного компаратора 15 имеется положительный уровень О.. 5 поскольку напряжение на его первом входе определяется как

U4.-.K(JU.,.U3) ,

где К - коэффициент передачи сум-мирующего усилителя 16i AU-j - напряжение на выходе датчика опорного напряжения 17; Ц напряжение, задающее ве, личину фазного тока,и в исходном состоянии (при (}, 0)

- U4 - К ., Л ., О

Выходной положительный сигнал компаратора 15 через инвертор 13 закрывает аналоговый переключатель 12. При поступлении положительного потенциала U-, с выхода распределителя 10 и одновременной подаче на вход задания тока устройства уставки U, , определяющей величину фазноJ

го тока, на выходе основного компаратора 14 появляется единичный уровень и2(фиг. 2), Такой же уровень устанавливается на выходах элементов И 8 и 9 и ключи 1 и 2 открываются, подключая фазу 3 двигателя к источнику питания (J . Требуемая скорость нарастания фазного

тока(требуемый коэффициент форсирования электромагнитных переходных процес.сов)обеспечивается соответствующим выбором напряжения питания U . Падение напряжения (Jr на резисторе 4, выполняющем функции датчика тока, поступает на неинвертирующий вход суммирующего усилителя 11, Напряжение на инвертирующем входе усилителя 11 при этом равно нулю, так как диод

6 закрыт и ток через пополнительный резистор 7 не протекает, а кроме того., закрыт аналоговый переключатель 12, поскольку на выхоле лополнительного компаратора 15 прополжает оставаться единичный уровень, В этом случае выходное напряжение усилителя 11 UQC будет пропорционально напряжению Uj (фиг. 1) и фазному току 1ф. В момент времени t (фиг. 2)

напряжение U,, постигает величины

и,. г 4LI, (где Uj - зона неос

чувствительности компаратора 14), что соответствует равенству средне значения фазного тока величине, за данной уставкой и , на выходе комп ратора 14 устанавливается нулевое значение U (фиг,2),ключ 1 закрывает и фазный ток, поддерживае гый ЭДС само индукции фазы, продолжает протекат по цепи: фаза 3 - ключ 2 - резисто 4 - резистор 7 - диод 6. При этом скорость изменения (уменьшение) фа ного тока будет много меньше скорости его нарастания. По мере умен шения фазного тока уменьшается напряжение и и при достижении им 1 величины и., и, -- л и на выходе компаратора 14 появляется положительный потенциал (J-, , вновь открывающий ключ 1, после чего описанные процессы повторяются,, Таким образом, в схеме осуществляется импульсное поддержание фазного тока, определяемого уставкой (J, . При ступенчатом увеличении задающего напряжения U (фиг, 2) искажения, обусловленные запаздывани ем процессов изменения тока, определяются величиной питающего напряжения (J, параметрами двигателя и соответствующим выбором U, При этом может быть достигнута форма тока, искажения которои не превышают допустимых. В процессе формирования восходящей ветви кривой фазного тока напряжение U,,j U. + ЛО на первом вхо де дополнительного компаратора 15 остается большим, чем Ц., этом его положительньп выходной потенциал поддерживает открытое состояние ключа 2 и закрытое состояние аналогового переключателя 12, и падение напряжения на дополнительном резисторе 7 в паузах работы ключа не поступает на вход усилителя 11. При ступенчатом уменьшении (фиг, 2) , и и ,,-i-4U, в ходные напряжения компараторов Н и 15 становятся нулевыми, что приводит к запиранию ключей 1 и 2 и открыванию аналогового переключателя 12. К фазе 3 прикладывается о рицательное напряжение U и происходит форсированное спадание тока в фазе (фиг, 2) по контуру: фаза 3 диод 5 - встречно включенный источ ник -I) - диод 6 - резистор 7, Падение напряжения на резисторе , пропорциональное фазному току, поступает через открытый аналоговый переключатель 12 на инвертирующий вход усилителя 11, выходное напряжение которого UQJ- вновь будет повторять фазный ток (соответствие Upj, фазному току устанавливается выбором сопротивления .резисторов 4 и 7 и коэффициентов передачи усилителя 11 по инвертирующему и неинвертирующему входам). По мере уменьщения фазного тока и соответственно .. положительное напряжение появляется сначала, на выходе компарато-а 15 (при U U + jj и - ,, где и Uj- зона нечувствительности компаратора 15), ключ 2 в момент времени t2(фиг, 2) открывается и ток продолжает спадать по контуру: фаза 3 - ключ 2 резистор 4 - резистор 7 - диод 6 (анашоговый переключатель 12 при этом закрывается и сигнал обратной связи по току снимается с резистора 4), а затем (при U Uj - j и на выходе компаратора 14, что приводит к открыванию ключа 1 и переходу уст-ройства к поддержа 1ию нового значения фазного тока, определяемому U фиг. 2). Таким образом, введение в устройство описанных элементов и связей обеспечивает формирование симметричной кривой фазного тока путем непосредственного и непрерывного контроля за мгновенными значениями фазных токов двигателя. Устройство пригодно для управления шаговым двигателем с любым числом фаз при любой кратности дробления шага в разомкнутых и замкнутых шаговых электроприводах . Технические преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключаются в его упрощении, повьшении надежности и расширении функциональных возможностей, достигаемых за счет исключения узлов, определяющих такт коммутации, моменты изменения задающих напряжений и формирующих импульсы требуемой длительности. Использование непрерывного контроля за мгновенным 7 значением фазного тока обуславлнвяет минимальные отклонения формы кривой фазног-о тока от формы зада10980998ющих напряже гий, что повьгагает точ ность электрического дробления шага и качество привода.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ с электрическим дроблением шага, содержащее распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого, подключенньй к источнику постоянного тока, образован двумя ключами, основным датчиком тока, включенным между г горым ключом и общей шиной источника питания, встречным диодом, связывающим с одним из выводов фазы двигателя, основным релейным элементом с входом задания тока, соединенным выходом с входом первого ключа через первый элемент И, связанный вторым входом с вьтходом распределителя и одним входом второго элемента И, подключенного выходом к входу второго ключа, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности отработки шага и надежности, каждый канал усилителя мощности снабжен датчиком опорного напряжения, дополнительным релейным элементом, двумя, суммирующими усилителями, аналоговым переключателем, инвертором и дополнительным датчиком тока, включенным между облцей шиной источника питания и встречным диодом и подключенным выходом к сигнальному входу аналогового переключателя, соединенного управляющим входом с выходом инвертора, а выходом - с инвертирующим (Л входом первого суммирующего усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к выходу основного датчика тока, а выход - к второму входу основного релейного элемента,и второму входу дополнительного релейного элемента, соединенного вьгхосо дом с другим входом второго эле00 мента И и входом инвертора, а первым входом - с выходом второго сумми;о со рующего усилителя, подключенного входом к входу задатчика тока основного релейного элемента и выходу датчика опорного напряжения.