Устройство для управления @ -фазным шаговым двигателем Советский патент 1986 года по МПК H02P8/12 

ностн и формирователь 13 импульсов форсирования. Разделение функций фор-. мирования заданной кривой фазного тока и форсирования переходных процессов, осуществляемое с помощью регуляторов 7 и 8 напряжения и ключей 10

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению ша- говьгми двигателями, и может быть использовано в приводах подач металлорежущих станков с числовым програм- мным управлением, координатографах и т.д.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования и повьшение точности отработки шага.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства, применительно к четьфехф.азному двигате 1ю; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов на ост новных фунциональных элементах, по- ясняюш 1е работу устройства при коэффициенте дробления шага К а 3; на фиг.З - дешифратор; на фиг.4 - формирователь импульсов.

Устройство (фиг.1) содержит рас- пределитапь 1 импульсов, преобразова- . тель 2hm-TaKTHoro кода Bfri-тактньй,- дешифратор 3 числа каналов распределителя импульсов в число ключей, элементы И 4, преобразователи 5 и 6 код- аналог, регуляторы 7 и 8 напряжения (стабилизаторы тока), разделительные диоды 9, ключевые элементы 10, разрядные диоды 11, Ьг1 -канальный усилитель 12 мощности и формирователь 13 импульсов форсирования.

Вьтолнение дешифратора 3 зависит от кода, вырабатываемого распределителем импульсов. При построении распределителя импульсов на базе регист- ра сдвига, вырабатывающего код (сигналы Х,-Х, фиг. 2), Дешифратор 3 может быть выполнен по схеме (фиг.З) и содержит четыре элемента ИЛИ 14 (по числу ключей 10) с элементами И 15 на входе, число которых для каждогЪ канала определяется коэффициентом дробления (в рассматриваемом случае ) Число входов элементов И 15 опредеобеспечивает постоянство динамических характеристик шагового двигателя во всем диапазоне рабочих частот, Это, в свою очередь, повышает точность отработки шага и расширяет диапазон рабочих частот, 4 ил.

ляется кодом, вырабатываемым распределителем 1 импульсов.

Формирователь (фиг.4) содержит элемент ИЛИ 16 (элемент ИЛИ необходи в том случае, если распределитель импульсов имеет два импульсных входа В и Н соответственно движения вперед, и назад), ключ 17, интегрирующую RC -цепочку 18 и пороговый элемент 19.Фазы 20 двигателя подключены к выходам усилителя 12 мощности.

Регуляторы 7 и 8 напряжения могут быть как импульсными, так и параметрическими. Предпочтительнее их выполнять в виде параметрических транзисторных стабилизаторов тока.

Преобразователи 5 и 6 код-аналог могут быть выполнены на базе цифро- аналоговых преобразователей, если распределитель импульсов выполняется на базе двоичного реверсивного счетчика.

Преобразователь hrn-тактного кода в t-n-тактный выполняется на элементах по схеме, аналогичной схеме, приведенной на фиг.З, и зависит от кода, вырабатываемого распределителем игф- пульсов„

Устройство работает следующим образом,

И tпyльcы управления с частотой ,{ (фиг„2) поступают на один из вхо- дов В или Н распределителя 1 импуль- сов, который преобразует их в hi-n- тактную систему прямоугольных напряжений. Применительно к двенадцати- тактной коммутации четырехфазного шагового двигателя ( ь 3,Ki 4; hm 12) диаграммы выходных сигналов ,j, распределителя 1 импульсов показаны на фиг.2. Преобразователь 2 hm -тактного кода в i-ч -тактный преобразует пт-кана,пьную систему напряжений , в t-n-канальную ( , фиг. 2), которая используется для управления ьл-канальным усилителем 12 мощности, коммутирую11Ц1м фазы 20 шагового двигателя. Преобразователи 5 и 6 код-аналог по сигналам распределителя 1 импульсов обеспечивают подачу на входы регуляторов 7 и 8 напряжения близких к синусоидальным ступенчатых напряжений Up , U (фиг.2), Число ступеней определяется кратностью дробления шага и

а вид кривой

напряжения - типом двигателя. Регуляторы 7 и 8 тока в соответствии с заданием обеспечивают формирование на 5 фазах 20 ступенчатых напряжений (токов) I/, -и (фиг. 2).

С помощью дешифратюра 3 и элементов И 4 импульсы, вырабатываемые формирователем 13, распределяются по 20 ключам 10. При включении ключа 10 к фазе 20 прикладывается повышенное напряжение Ll , обеспечивающее быстрое достижение током заданного знаВ области высоких частот, когда регуляторы 7 и 8 не обеспечивают и за влияния индуктивности фаз подде жания заданной кривой фазного тока эту функцию вьтолняют ключи 10, об печивая форсированное нарастание т ка. При формировании спадающей вет фазного тока регуляторы 7 и 8 и делю чи 10 Запираются, что обеспечивает форсированное спадение тока через разрядные диоды 11, При этом энерги накопленная фазами 20, рекуперирует ся в источник питания U, , При дальнейшем увеличении частоты t длительность импульса форсирования t становится соизмеримой, или большей периода следования импульсов управления, В этом случае к фазам 20 шагового двигателя приложено повышенчения. Импульсы форсирования L tp, - - «F I ное напряжение в течение всего

35

40

(фиг,2) подаются на фазы 20 двигателя только при формировании нарастающей ветви переднего фронта фазового напряжения кривой фазного тока. На спадающей ветви фазного тока импульсыЗО форсирования на фазы 20 не подаются. Спадающая ветвь кривой фазного тока формируется регуляторами 7 и 8 напряжения .

Разделение функций формирования заданной кривой фазного тока и форсирования переходных процессов, осуществляемое в рассматриваемой схеме с помощью регуляторов 7 и 8 напряжения и ключей 10, обеспечивает постоянство динамических характеристик шагового двигателя во всем диапазоне рабочих частот. Это, в свою очередь, повышает точность отработки шага и расширяет диапазон рабочих частот. Действительно, в области низких частот основную задачу формирования фазных токов выполняют регуляторы 7 и 8 напряжения, работающие в режиме параметрических (или импульсных) стабилизаторов тока и подключенные к источнику L(, низкого уровня. Это ,обеспечивает высокую точность формирования заданной кривой фазного тока и практическое отсутствие пульсации тока при высоком КПД схемы. Отсутствие пульсаций тока снимает ограничения на допустимый коэффициент дроб45

50

55

времени включенного состояния ключе вого элемента усилителя мощности.

Устройство обеспечивает плавный (Переход из области низких частот в (область высоких частот без дополнительных переключений и измерений ча тоты, что упрощает ее и повышает на дежность. Обеспечивается также формирование симметричной кривой фазно тока при нарастании и спадании без введения специальных датчиков тока и переключающих схем.

Формула изобретения

Устройство для управления и-1-фазным шаговым двигателем с и-кратным дроблением шага, содержащее источник постоянного тока, распред литель импульсов, 1-п -канальный усилитель мощности, регуляторы напряжения,связанные выходами с фазами двигателя, а входами подключенные к выходим пре образователей код-аналог, соединенны входами с выходами распределителя импульсов, связанньми через преобразователь ьт-тактного кода в -такт- ный с входами усилителя мощности, отличающееся тем, что. с целью расширения .диапазона регулирования скорости и повышения точности отработки шага, оно снабжено дополнительным источником постоянного

ления шага, которьп в рассматриваемой схеме может достигать 1000,

Таким образом, в рассматриваемой схеме может быть существенно повышена точность отработки шага.

В области высоких частот, когда регуляторы 7 и 8 не обеспечивают из- за влияния индуктивности фаз поддержания заданной кривой фазного тока, эту функцию вьтолняют ключи 10, обеспечивая форсированное нарастание тока. При формировании спадающей ветви фазного тока регуляторы 7 и 8 и делю- чи 10 Запираются, что обеспечивает форсированное спадение тока через разрядные диоды 11, При этом энергия, накопленная фазами 20, рекуперируется в источник питания U, , При дальнейшем увеличении частоты t длительность импульса форсирования t становится соизмеримой, или большей периода следования импульсов управления, В этом случае к фазам 20 шагового двигателя приложено повышенное напряжение в течение всего

35

40

ЗО

5

0

5

времени включенного состояния ключевого элемента усилителя мощности.

Устройство обеспечивает плавный (Переход из области низких частот в (область высоких частот без дополнительных переключений и измерений частоты, что упрощает ее и повышает надежность. Обеспечивается также формирование симметричной кривой фазного тока при нарастании и спадании без введения специальных датчиков тока и переключающих схем.

Формула изобретения

Устройство для управления и-1-фазным шаговым двигателем с и-кратным дроблением шага, содержащее источник постоянного тока, распред литель импульсов, 1-п -канальный усилитель мощности, регуляторы напряжения,связанные выходами с фазами двигателя, а входами подключенные к выходим пре-. образователей код-аналог, соединенных входами с выходами распределителя импульсов, связанньми через преобразователь ьт-тактного кода в -такт- ный с входами усилителя мощности, отличающееся тем, что. с целью расширения .диапазона регулирования скорости и повышения точности отработки шага, оно снабжено дополнительным источником постоянного

512Ab

тока, не менее чем одним, ключевым элементом с, двухвходовым элементом И на входе, дешифратором числа каналов распределителя импульсов в число ключевых элементов и формирователем 5 импульсов, подключенным входами к входам распределителя импульсов, а выходом - к первым входам элементов И, соединенных вторыми входами с выхо(1 ЛDИп п п п п п

J

I

: :

:

п0

.

п п n

31 .6- .

дами дешифратора ч исла каналов распределителя импульсов в число ключевых элементов, подключенного входами к выходам распределителя импульсов, причем ключевые элементы соединяют дополнительный источник постоянного тока с клеммами фаз двигателя, связанных с выходами регуляторов напряжения.

.Лп п п

лIL

r-J

Фиг.2

.16

П Фйг. IS

В

н

I

к ИЦ

Редактор Н.Бобкова

Фиг.

Составитель З.Горник Техред: Л. Олейник

Заказ 4019/54Тираж 631Подписное

ВИИИПИ Государственного коиитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5/

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор М.Пожо

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению-шаговыми двигателями. Цель изобретения - расцррение диапазона регулирования и повьш1ение точности обработки шага. Устройство содержит распределитель 1 импульсов, преобразователь 2ьнл-такт- ного кода Bt -тактный, дешифратор 3 числа каналов распределителя импульсов в число ключей, элементы И 4, преобразователи 5 и 6 код-аналог, регуляторы 7 и 8 напряжения (стабилизаторы тока), разделительные диоды 9, ключевые элементы 10, разрядные диоды 1 i, нл -канальный усилитель 12 мощW N9 Од 00 00