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

:л

со

4 11 Изобретение откосится к электротехнике, а именно к управлению шаговыми электродвигателями, и может быть использовано, например, в установках для вырашивания монокристал лов. По основному авт. св. № 514410 известно устройство для управления rti-фазным шаговым двигателем с ц кратным дроблением шага, содержащее распределитель импульсов, ho -канальный усилитель мощности с регуляторами напряжения, изменяющими токи в фа зах двигателя по сигналам преобразователей код - аналог, подключенных входами к выходам распределителя, и преобразователь ит - тактной системы Импульсов в W-тактную, связывающий входы усилителя с выходами распределителя, выполненного ПП1-так тным Cll. Недостатком указанного устройства является ступенчатый характер измене ния токов в (Ьазах шагового двигателя что не позволяет получить равномерно движение в области низких частот. Целью изобретения является повыше ние равномерности движения шагового двигателя. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для управления п фазным шаговым двигателем с v -кратным дроблением шага, содержащем распределитель импульсов, m -канальный усилитель мощности с регуляторами напряжения, изменяющими токи в фазах двигателя по сигналам преобразователей код - аналог, подключенных входами к выходам распределителя, и преобразователь/inn -тактной системы импульсов в m -тактную, связывающий входы усилителя с выходами распределителя, выполненного и -тактным, введены преобразователь частота аналог и интегрируюпше элементы по числу преобразователей код - аналог, каждый из которых подключен сигнальным входом к выходу соответствующего преобразователя код - аналог, выходом - к входу регулятора напряжения, а управляющим входом - к выходу преобразователя частота - аналог, соединенного своими входами с входами распределителя импульсов. Такое выполнение устройства обеспечивает формирование непрерывных, близких к синусоидальным, кривых фазных токов, т.е. устраняет ступен942чатый характер изменения токов и движения ротора двигателя. Нл фиг. 1 приведена функциональная схема устройства применительно к четырехфазному шаговому двигателю; на фиг. 2 - схема одного из вариантов выполнения преобразователя частота - аналог; на фиг. 3 временные диаграммы сигналов на основных элементах схемы, поясняющие работу устройства применительно к работе четырехфазного двигателя с коэффициентомдробления шага Ко 4. Устройство, содержит шаговый двигатель1,nvn -тактньп распределитель 2 импульсов, преобразователь Snwi тактного кода в m -тактный, усилитель 4 мощности, коммутирующий фазы шагового двигателя 1, регуляторы 5 и 6 напряжения, соединенные с выходами преобразователей код - аналог 7 через интегрирующие элементы 8. Интегрирующий элемент 8 может быть выполнен, например, на полевом транзисторе 9, предпочтительнее с изолированным затвором, и конденсаторе 10. Возможно построение интегрирующего элемента 8 на базе операционного усилителя, что, однако, несущественно. Каждый интегрирующий элемент 8 своим управляющим входом, которым является управляющий электрод (затвор) транзистора 9, подключен к выходу преобразователя 11 частота аналог, соединенного своими входами с входами .) ч распределителя 2 импульсов. Преобразователь 11 частота - аналог может быть построен на аналоговых элементах, по схеме, приведенной на фиг. 2, или на дискретных элементах, что также не является существенным. Простейший преобразователь частота аналог (фиг. 2) может включать в себя элемент ИЛИ 12, формирователь 13 импульсов и интегрирующую RC-цепь 14, . на выходе которой вырабатывается сигналивыч W, где k - коэффициент передачи преобразователя;f - частота управления шаговым двигателем. . Устройство работает следующим образом. Распределитель 2 импульсов преобразует последовательность управляющих импульсов Ue,- (фиг, 3), поступающих от генератора (не показан) с частото f на один из входов В (вперед) или Н (назад), в nm -тактную систему кодов. Преобразователи 7 код - анало преобразуют 1уг -тактный код в изменя ющийся по ступенчатому закону аналоговый сигнал, а преобразователь nwтактного кода в yv .-тактный - в сигналы управления каналами усилителя 4мощности. В результате на выходах преобразователей код - аналог 7 при принятом коэффициенте дробления Kq 4 вьфабатываются ступенчатые напря жения (фиг.З). При подаче ступенчатых сигналов и 1,2, и Из 4 на входы интегрирующих эле ментов 8 происходит их сглаживание. В результате на входы регуляторЬв 5и 6 напряжения поступают сигналы практически непрерывной формы. После распределения по фазам посредством усилителя 4 мощности эти сигналы пре образуются в фазные напряжения Ц-Uij (фиг. 3, сплошные линии, для сравнения пунктирными линиями показаны фаз ные напряжения, которые имели бы мес ть при отсутствии интегрирующих элементов 8) . Преобразование ступенчатых сигналов в непрерывные, осуществляемое интегрирующими элементами 8, возможно только при определенном соотношении постоянной времени Tf интегрирующего элемента и периода следования импульсов управления Ти 1/f, выдержать которое в широком диапазоне изменения частоты управления невозможно при Т, const. Для регулирова ния Ту, в функции частоты управления f и, следовательно, для поддержания постоянным соотношения в широком диапазоне изменения частоты f управления в устройство введен преобразователь 11 частота - аналог. При выполнении преобразователя 1 частота - аналог по схеме на фиг.2 линейная зависимость постоянной составляющей выходного напряжения инте рирующей RC-цепи 14 обеспечивается постоянной длительностью Сф const импульсов, вырабатываемых формирователем 13. Элемент Ш1И 12 обеспечивает подачу на формирователь 13 вход ных импульсов Ug независимо от направления движения шагового двигателя. Напряжение на выходе премлорачии; теля 11 частота - анало , упеличпппющееся с ростом f, уменьшает сопротипление перехода транзистора 9, т.е. его эквивалентное сопротивление, а следовательно, и постоянную времени ТЛ Изменение Т в функции частоты управления f обеспечивает плавное изменение ступеней фазното иапряжени(1 и гладкий характер кривой фазного напряжения в широком диапазоне частот. Непрерывный характер кривой фаз-. ного напряжения и тока оОеспечипаст высокую степень равномерности движения шагового двигателя (колебания скорости менее 2%) даже при небольшом коэффициенте дробления шага (порядка 10-16). Введение иггтегрирующих элементов 8 в устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага обеспечивает повышение плавности движения при любом законе изменения фазного наттряжения, B.ipnбатываемом преобразователем 7 коданалог. Требуемьпй закон изменения фазного напряжения и тока зависит от многих факторов: типа двигателя, насыщения магнитной системы и т.д. Наиболее легко может быть получен ступенчатоI линейный закон изменения управляющих напряжений, вырабатываемых преобразователями 7 код - аналог. Он реализуется на базе двоичного реверсивного счетчика, образующего реверсивный распределитель 2 импульсов, и линейном цифро-аналоговом преобразователе. Для получения более сложного закона изменения фазных напряжений, например синусоидального, обеспечивающего более равномерное деление шага, между линейным цифро-аналоговым преобразователем и реверсивным счетчиком вводят постоянное или программируемое запоминающее устройство. Введение интегрирующих элементов 8 не превращает тем не менее рассматриваемьм шаговый призод в непрерывный. Шаговый привод и в этом случае сохраняет, свои свойства. При прекращении подачи импульсов управления в фазах двигателя устанавливаются неизменные токи, соотношение которых определяет положение ротора двигателя. Введение интегрирующих элементов и преобразователя частота - аналог

511151946

более чем ч 10 раз уменьшает колеба- привод для получения высокостабильнЪк ния мгновенной скорости двигателя, низких и сверхнизких скоростей, исчто позволяет использовать шаговый ключив редукторы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ m -ФАЗНЬГМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ по авт. св. № 514410, отличающееся тем, что, с целью повышения равномерности движения шагового двигателя, в него введены преобразователь частота - аналог и интегрирующие элементы по числу преобразователей код - аналог, каждый из которых подключен сигнальным входом к выходу соответствующего преобразователя код - аналог, выходом к входу регулятора напряжения, а управляющим входом - к выходу преобразователя частота - аналог, соединенного свог ими входами с входами распределителя импульсов.

и Const

В

Ug

I I I I I J I I i J I I .1 I

i/8t.№-Kf

Фиг. 2

-u -г-Vt

3