Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1987 года по МПК H02P8/12 

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в дискретном электроприводе с шаговыми двигателями.

Цель изобретения состоит в повышении быстродействия и плавности движения ,

На фиг. 1 приведена функциональная схема; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит компаратор 1, формирователь 2 импульсов, первьй 3

и второй 4 предварительные усилители, ig тора 10 происходит во всех каналах одусилитель 5 постоянного тока, первый 6 и второй 7 ключевые элементы, опт- рон 8, последовательно соединенные первьй диод 9, конденсатор 10, второй диод 11, датчик 12 тока, фазу 13, резистор 14.

Выход компаратора 1 подключен к входам первого предварительного усилителя 3 и формирователя 2 импульсов, выход которого соединен с вхо- дом второго предварительного усилителя 4. Выходы первого 3 и второго 4 предварительных усилителей подключены соответственно к вход ам первого 6 и второго 7 ключевьк элементов. Один вывод первого ключевого элемента 6 подключен к первому полюсу источника питания, другой - к общей-точке соединения конденсатора 10 и второго диода 11. Один вывод второго ключевого элемента 7 подключен к общей точке соединения первого диода 9 и конденсатора 10, другой - к общей точке соединения второго диода 11, датчика 12 тока и резистора 14. Входы оптрона 8 подключены соответственно к резистору 14 и общей точке соединения датчика 12 тока и фазы 13, выходы - к усилителю 5 постоянного тока и второму полюсу источника питания. Выход усилителя 5 постоянного тока подключен к второму входу компаратора 1, первьй вход которого является входом устройства. Первьй

20

25

новременно. На вход компаратора 1 подается управляющий сигнал, амплитуда которого задает ток в фазе 13 двигателя. Управляющий- сигнал сравнивается с сигналом обратной связи, ко- торьй снимается датчиком 12 тока, опт- роном 8 и усиливается усилителем 5 постоянного тока. Так как ток в фазе 13 после заряда конденсатора 10 отсутствует, то на выходе компаратора 10 появляется сигнал, которьй усиливается первым предварительным усилителем 3 и открывает первый ключевой элемент 6.

30

Одновременно сигнал с выхода.компаратора 1 поступает на вход формирователя 2 импульсов. На выходе формирователя 2 импульсов формируется импульс длительностью Г , которьй уси35 ливается вторым предварительным усилителем 4 и открывает второй ключевой элемент 7 на время форсирующего импульса. Открывание ключевых элементов 6 и 7 происходит одновременно, диоды

40 9 и 11 закрываются. По цепи; первьй полюс источника питания, первьй ключевой элемент 6, конденсатор 10, заряженный до напряжения Up, второй ключевой элемент 7, датчик 12 тока, фа45 за 13 двигателя, второй полюс источника питания - начинает протекать ток, при этом в первьй момент времени к фазе двигателя прикладывается удвоенное напряжение, образованное последо45 за 13 двигателя, второй полюс и ка питания - начинает протекат при этом в первьй момент време фазе двигателя прикладывается у ное напряжение, образованное п

вывод первого диода 9 подключен к первому полюсу источника питания. Второй 50 нательным включением источника

вывод фазы соединен с вторым полюсом источника питания.

питания и заряженным до напряж и конденсатором 10. Это обесп

ет форсированное нарастание то фазе двигателя. По окончании ф 55 Рующего импульса второй ключев

На фиг. 2 показано изменение напряжения и тока в следующих точках схемы: 15 - на первом входе компаратора, 16 - на втором входе компаратора, 17 - на его выходе, 18 - на выходе формирователя импульсов, 19 на фазе двигателя, 20 - ток в фазе двигателя.

Устройство работает следующим образом.

После включения питания конденса- т.ор 10 заряжается от источника питания Uf, по цепи: первьй полюс источника питания и, первьй диод 9, конденсатор 10, второй диод 11, датчик 12 тока, фаза 13 двигателя, второй полюс источника питания U,, . Изменение положения ротора двигателя не происходит, так как заряд конденса

новременно. На вход компаратора 1 подается управляющий сигнал, амплитуда которого задает ток в фазе 13 двигателя. Управляющий- сигнал сравнивается с сигналом обратной связи, ко- торьй снимается датчиком 12 тока, опт- роном 8 и усиливается усилителем 5 постоянного тока. Так как ток в фазе 13 после заряда конденсатора 10 отсутствует, то на выходе компаратора 10 появляется сигнал, которьй усиливается первым предварительным усилителем 3 и открывает первый ключевой элемент 6.

Одновременно сигнал с выхода.компаратора 1 поступает на вход формирователя 2 импульсов. На выходе формирователя 2 импульсов формируется импульс длительностью Г , которьй усиливается вторым предварительным усилителем 4 и открывает второй ключевой элемент 7 на время форсирующего импульса. Открывание ключевых элементов 6 и 7 происходит одновременно, диоды

9 и 11 закрываются. По цепи; первьй полюс источника питания, первьй ключевой элемент 6, конденсатор 10, заряженный до напряжения Up, второй ключевой элемент 7, датчик 12 тока, фаза 13 двигателя, второй полюс источника питания - начинает протекать ток, при этом в первьй момент времени к фазе двигателя прикладывается удвоенное напряжение, образованное последонательным включением источника

питания и заряженным до напряжения и конденсатором 10. Это обеспечивает форсированное нарастание тока в фазе двигателя. По окончании форси- 55 Рующего импульса второй ключевой

элемент 7 закрывается, ток продолжает течь по цепи: первьй полюс источника питания, первьй ключевой элемент 6, открытьй второй диод 11, датчик

13

t2 тока, фаза 13 двигателя, второй полюс источника питания. Компаратор 1 осуществляет непрерывное сравнение сигнала обратной связи, амплитуда которого пропорциональна току в фазе 13, с управляющим сигналом.

После того как ток в фазе 13 достигнет требуемой величины, сигнал на выходе компаратора 1 снимается, ключевой элемент 6 закрывается. В фазе 13 возникает ЭДС самоиндукции Ер, которая прикладывается последовательно с источником питания Up к конденсатору 10.

Ток в фазе 13 поддерживается за счет заряда конденсатора 10. Как только ток в фазе 13 станет меньше заданного, компаратор 1 вырабатывает сигнал, который открывает первый 6 и второй 7 ключевые злементы, и весь процесс повторяется.

В результате коммутации первого 6 и второго 7 ключевых элементов ток в фазе 13 поддерживается в соответст- ВИИ с заданным, который определяется управляющим сигналом на входе компаратора 1. Таким образом осуществляется преобразование непрерывного входного изменения тока в последователь- ность широтно-модулированных импульсов напряжения.

По окончании управляющего сигнала на входе компаратора 1 первьш 6 и вто рой 7 ключевые элемента закрываются. Конденсатор 10 заряжается до напряжения Е + Un под действием ЭДС самоиндукции фазы 13, включаемой последовательно с источником питания. Включение конденсатора 10 в разрядную цепь фазы 13 обеспечивает ускоренное спадание тока.

С приходом нового управляющего сигнала на вход компаратора 1 первьш 6 и второй 7 ключевые элементы открываются. По цепи: первый полюс источника питания, первый ключевой элемент 6, конденсатор 10, заряженный до напряжения Е + Up, второй ключевой элемент 7, датчик 12 тока, фаза 13 двигателя, второй полюс источника питания - начинает протекать ток.К фазе 13 двигателя прикладьгоается напряжение Е р + 2и„, образованное последовательным включением источника питания с напряжением U и конденсате-

ю5

заряженного до напряжения Е +

1 , CUClpn/IVCnnui VJ д-1

+ Up. Весь процесс повторяется.

Такое построение предлагаемого устройства обеспечивает более ускоренное нарастание тока в фазе 13 двигателя по сравнению с известным ,у которого форсирующее напряжение равно Е + и„, что повьшает быстродействие

с л привода.

5

5 Q

0

5

0

Устройство для управления шаговым двигателем имеет более высокую точность формирования тока в фазе двигателя за счет наличия обратной связи по току, которая позволяет осуществить изменение тока в фазе двигателя по определенному закону (например, синусои дальному), что улучшает плавность движения, повьш ает точность шагового привода.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее источник постоянного напряжения и каналы управления по числу фаз двигателя, каждьй из которых включает в себя первый и второй ключевые элементы, соединенные последовательно первый диод, конденсатор и второй диод, соединенные последовательно с фазой двигателя, при этом первый ключевой элемент соединяет первый полюс источника постоянного напряжения с общей точкой конденсатора и второго диода, второй ключевой элемент шунтирует конденсатор и второй диод, а фаза двигателя соединена с вторым полюсом источника постоянного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и плавности движения, в каждый канал управления введены датчик тока, компаратор и формирователь импульсов, связанные выходами соответственно с управляющими входами первого и второго ключевых элементов, при этом вход формирователя импульсов соединен с выходом компаратора, первьй вход которого свя- . зан с датчиком тока, второй вход является входом задания тока фазы, вывод первого диода соединен с первым полюсом источника постоянного напряжения.

15

Фиг.2

Изобретение относится к электротехнике в частности к управлению шаговыми двигателями в системах управления металлообрабатывающих станков, координатографов, графопостроителей, промьшшенных роботов. Цель состоит в повышении быстродействия и плавности движения. Устройство содержит компаратор 1, формирователь 2 импульсов, первый 3 и второй 4 предварительные усилители, усилитель 5 постоянного тока, первьй 6 и второй 7 ключевые элементы, оптрон 8, последовательно соединенные первый диод 9, конденсатор 10, второй диод 11, датчик 12, фазу 13, резистор 14. Наличие обратной связи позволяет повысить точность формирования тока в фазе двигателя, позволяет формировать различные (например, синусоидальный, экспоненциальный) законы изменения тока, что улучшает плавность движения и точность шагового привода. Устройство имеет высокое быстродействие и КПД за счет импульсного форсирования тока и использования рекуперируемой энергии отключаемой фазы. 2 ил. 5 (Л СО |со со ос