Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1985 года по МПК H02P8/12 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для управления шаговыми двигателями. Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее датчик тока в цепи отрицательной обратной связи по току, ключи, перекли чающие обмотки двигателя по сигналу обратной связи с высокого напряжения на низкое, и ключи, подключающие обмотки двигателя к источнику низкого напряжения, а также цепи переключения, состоящие из триггеров, элементов И и ИЛИ, инверторов и усилителей 1. Недостатком устройства является низкая надежность при работе шагового двигателя на изменяющуюсямеханическую нагрузку на его валу, обуслов ленная возможностью потери шага при увеличении нагрузки. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой ство для управления шаговьм двигателем, содержащее первый ключевой элемент, связывающий выход источника постоянного тока высокого напряжения с одним зажимом фазы двигателя, подключенным через разделительный диод к выходу источника постоянного тока низкого напряжения, второй ключевой элемент, связывающий другой зажим фазы двигателя, подключенный к разрядному диоду, с общей шиной источни . ков высокого и низкого напряжений . через датчик тока, соединенный выходом с nepBbiM входом компаратора, под ключенного выходом к инверсному входу триггера, соединенного прямым вхо дом с источником сигнала управления, а прямым выходом - с входом первого ключевого элемента Zj . Однако период проводимости ключевого элемента, подключающего фазу двигателя к высокому напряжению, выбирается в соответствии с заданным моментом инерции шагового двигателя и механической нагрузки на его валу. Изменение механической нагрузки двигателя может привести к сбою при отработке шага, что снижает надежность работы двигателя, так как датчик тока рассчитан на номинальную нагрузку Цель изобретения - повьшюние надежности работы шагового двигателя с пассивным ротором при изменяющейся механической нагрузке. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый ключевой элемент, связьтающий выход источника постоянного тока высокого напряжения с одним зажимом фазы двигателя, подключенным через разделительный диод к выходу источника постоянного тока низкого напряжения второй ключевой элемент, связывающий другой зажим фазы двигателя, подключенньй к разрядному диоду, с об1дей шиной источников высокого и низкого напряжений через датчик тока, соединенный выходом с первым входом компаратора, подключенного выходом к инверсному входу триггера, соединенного прямым входом с источником сигнала управления, а прямым выходом с входом первого ключевого элемента, введен амплитудный детектор, сигналь ный вход которого соединен с датчиком тока, управляющий вход подключен к инверсному выходу триггера, а выход - к второму входу компараторй. На фиг. 1 приведена схема устройства для управления одной фазой шагового двигателя; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений и токов на основных элементах схемы; на фиг. 3 - одна из возможных схем амплитудного детектора. Устройство содержит фазу 1 шагово гЪ двигателя, первый ключевой элемент на транзисторе 2, второй ключевой элемент на транзисторе 3, резистивньй датчик А тока, источник 5 высокого напряжения, источник 6 низкого напряжения и разделительный диод 7. Между общей точкой соединения фазы 1 с транзистором 3 и источником 6 низкого напряжения включена Цепь из диода 8 и резистора 9. Входная шина 10 устройства подключена к прямому входу триггера 11 через инвертор 12. Прямой выход триггера 11 связан с базой транзистора 2 через усилитель 13, а база транзистора 3 связана с входной шиной 10 устройства через второй усилитель 14. Входная шина 10 подключена к выходу источника сигнала управления (не показан). Амплитудный детектор 15 ft компаратор 16 образуют цепьотрицательной обратной связи по току нагрузки. Временные диаграммы сигналов 17-24 на элементах схемы уст-ройства приведены на фиг. 2. Одна из возможных схем амплитудной го детектора 15 (фиг. 3) состоит из операционных усилителей 25 и 26, кон денсатора 27 и ключа 28. Входы 29 и 30 амплитудного детектора являются соответственно сигнальным и управляющим входами, а выход операцирнного усилителя 26 - выходом 31 амплитудного детектора 15. Устройство работает следующим образом. Когда на входную шину 10 устройст ва управления поступает импульс 17 (фиг. 2) .управления, инвертированный импульс 18 с выхода инвертора 12 перебрасьшает триггер 11 в состояние обеспечивающее открывание транзистора 2, в результате чего транзисторы 2 и 3 открываются и по фазе 1 двигателя начинает протекать токовый сигнал 19, скорость нарастания которогр определяется величиной источника 5 высокого напряжения. Ток в фазе шагового двигателя с пассивным ротором изменяется по опре деленному закону, зависящему от пере мещения якоря и изменения магнитных параметров системы, причем уменьшени тока (tfl на фиг 2) соответствует отработке шага. Падение напряжения на резистивном датчике 4 тока, пропорциональное току 19 фазы 1 двигате ля, поступает на сигнальный вход 30 (фиг. 3) амплитудного детектора 15, служащегодля запоминания экстремума t, (фиг. 2) токового сигнала 19 и его хранения на конденсаторе 27. В цепь обратной связи амплитудного детектора 15 включен повторитель на операционном усилителе 26, уменьшающий погрешность детектирования, обусловленную напряжением смещения нуля входными токами и конечным усилением операциойного усилителя 25. Конденсатор 27 -зашунтирован ключом 28, например, транзистором, предназначенным для сброса значения напряжения, хранимого в амплитудном детекторе 15 Вход 29 1а1юча 28 является управляющим входом амплитудного детектора 15 Сигнал 21 с выхода 31 (фиг. 3) амплитудного детектора 15 поступает на второй вход компарать-ра 16, на первый вход которого приходит ййгнап с резистивного датчика 4 тока. Компа ратор 16 производит сравнение.мгновенных .значений напряжений на диаграмме сигналов 19 и 21. На выходе компаратора 16.формируется импульс 22, поступающий на инверсный вход триггера 11, возвращая его в исходное состояние, соответствующее закрытому состоянию транзистора 2. Одновременно сигнал 23 с инверсного выхода триггера 11 поступает на управляющий вход амплитудного детектора 15 (на вход 219 ключа 28), разряжая конденсатор 27 и отключая отрицательную обратную связь до прихода следующего запускающего импульса 17 на входную шину 10 устройства управления. Транзистор 3 при этом остается открытым и токовый сигнал 19 в фазе 1 поддерживается источником 6 низкого напряжения. После прекращения действия входного импульса 24 закрывается транзистор 3 и токовый сигнал 1р в фазе 1 спадает до нуля. I Ускорение процесса спада токового сигнала 19 в отключаемой обмотке 1 двигателя обеспечивается цепью разряда, состоящей из диода 8 и резистора 9. ; Введение в отрицательную оЬратную связь по току в предлагаемом устройстве амплитудного детектора позволяет период проводимости транзистора 2, в течение которого к фазе двигателя прикладывается высокое напряжение источника 5, автоматически регулировать в зависимости от приложенной к валу двигателя механической нагрузки. Причем длительность форсированного импульса соответствует энергии, необходимой для перемещения ротора на один шаг. Уменьшегме механ.иеской нагрузки приводит к более быстрой отработке шага и более раннему отклкзчен ш повышенного напряжения (t. на диаграмме сигнала 20, фиг.2) Увеличение механической нагрузки приводит к увеличению продолжительности периода (0-t на диаграмме сигнала 20, фиг. 2) приложения к фазе 1 повьшеиного напряжения. Таким образом, изобретение уменьшает потери в двигателе и повышает надежность его работы при изменяющейся нагрузке на его валу.

17 W

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее первый . ключевой элемент.,связываюпц1й выход источника постоянного тока высокого напряжения с одним зажимом фазы двигателя, подключенным через разделиЮ тельный диод к выходу источника . постоянного тока низкого напряжения, второй ключевой элемент, связывающий другой зажим фазы двигателя, подключенный к разрядному диоду,с общей пивной источников высокого и низкого наряжений через датчик тока, соединенный выходом с первым входом компаратора, подключенного выходом к инверсному входу триггера, соединенного, прямым входом с источником сигнала управления, а прямым выходом - с входом первого fcлючeвoгo элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы i шагового двигателя с пассивным ротором при изменяющейся механической на(Л грузке, в него введен амплитудный детектор, сигнальный вход которого соединен с датчиком тока,, управляющий вход подключен к .инверсному выходу триггераj а выход - к второму входу компаратора. :о эо ю

V

АЛ

V

n

tyt

Фиг.г

.J