Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1988 года по МПК H02P8/20 

о

)

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в дискретном электроприводе автоматизированных технологических установок.

Цель изобретения состоит в повышении быстродействия и точности регулирования перемещения.

На фиг. 1 приведена функциональная с.хема устройства; на фиг. 2 - характеристика вход-выход элемента сравнения частотных сигналов.

Устройство (фиг. 1) содержит распределитель 1 импульсов с входами направления движения (В, Н) и управления, многоканальный усилитель 2 мощности, связанный с фазами 1нагового двигателя 3, а также два источника 4 и 5 частотных сигналов - |рг|)Г),«|.4агели напряжение - частота, два час1()1.ч1,1х компаратора 6 и 7, генератор 8 OHOpiiuii частоты, два / 5-триггера 9 и 10, два э.юмеита ИЛИ 11 и 12 и два элемента И 13 и 14.

Вы.ход первого преобразователя 4 напряжение частога подключен к первому входу не) частотного компаратора 6, соединенного вторым входом с выходом второго преобразователя 5 напряжение-частота. Преобразовате.чп 4 и 5 напряжение частота cBH3aHiji своими входами с технологической установкой - объектом управления и с внешни.м задающим устройством (не показан). Выходы нервого частотного компаратора Г) через первый эле.мент ИЛИ 11 соединены с одним из входов элемента И 14. ()днопмепн1 1Й вход э.пемента И 13 соединсм с вьгходом генератора 8 опорной частоты, связанного также со вторым входом второго частотного ко.мпаратора 7. Иервый вход частотного компаратора 7 подключен к выходу э. 1емента ИЛИ 11. Выходы ко.мпаратора 7 соединен 1 с входами второго / 5-триггера 10 подключен1шго выхода.ми к входа.м элементов И 13 и 14, выходы которых через элемент ИЛИ 12 связаны со входом управления раснределителя 1 импульсов. Входы направ- , 1еиия движения В и Н раснределителя 1 импульсов соедипены с выходами первого / 5-триг1ч ра 9, подключенного своими входами к выходам первого частотного компаратора 6.

Вы.ходы распределителя 1 имгп льсов соединены с входами многоканального усилите.чя 2 мощности, к выходам кот(;р()го подключены фазы HiaroBoro двигателя 3, воз- действу юнгего на управления (не показан) .

Устройство работает следующим образом.

Апа.юювые сигпалы задания режима работы установки и н текущего значения контролируемого параметра обратной связи L , Hocryiiaiouuie соответственно на входы ipe- образовате.чей 4 и 5 напряжение- частота, npe(j6pa:i Н)тся н имну.1ьсные си1-налы с частотами

0

(7:. и (. ty.x:,

где /(з; /(ос - соответственно коэффициенты передачи преобразователей 4 и 5. Частотные сигналы сравниваются первым частотным

компаратором б, выполняющим функции элемента сравнения. Частотный компаратор может быть выполнен, например, по схеме вычитателя импульсов.

Частотный компаратор 6 вырабатывает на одном из своих выходов импульсные сигналы разностной частоты в зависимости от соотношения входных частот /з и /ос. При импульсы с частотой -/ос фор- .мируются на первом выходе компаратора 6. Иа втором его входе импульсы отсутствуют.

5 При /1./з импульсы с частотой Д/2 /ос-/з вырабатываются на второ.м выходе частотного компаратора 6, а на первом его выходе отсутствуют. Импульсы разностной частоты А/1 и Д/2 через элемент ИЛИ 11 поступают на вход управления распределителя 1 им0 пульсов. С помощью / 5-триггера 9 выделяется нанравление движения шагового двигателя 3. Ири импульсы с частотой A/I поступают па вход R триггера 9, который уста11авливается в положение, соответствуюc luee сигналу логической «1 на прямом выходе и сигналу логического «О - на инверсном. Этой комбинации сигналов, поступающих на входы В и Н распределителя 1 импульсов, соответствует порядок коммутации фаз щагового двигателя 3, обеспечивающий

Q его движение в условно.м направлении вперед, вызывающем увеличеие сигнала обратной связи , т. е. компенсацию рассогласования частот A/I. При /| /э имнульсы с частотой А/2 поступают на вход S триггера 9, что приводит к смене сигналов на его

5 выходах. Сигнал логического «О, поступающий на вход В, и сиг нал ;югической «1, поступающий на вход Н распределителя 1 импульсов, изменяют порядок коммутации фаз шагового двигателя 3 на обратный, т. е. вызывают его реверс.

Элемент сравнения частотных сигналов /I и /ос, выполненный на базе частотного компаратора 6, эле.мента ИЛИ 11, и RS- триггер 9 имеют линейную характеристику вход-выход, показанную на фиг. 2 штрихо5 вой линией. Наличие такого линейного элемента сравнения в замкнутой системе автоматического уравнения не позволяет получить высокую точность и быстродействие при отработке различных возмущений. Действительно, шаговый двигатель имеет огра0 ниченную частоту управления, так называемую частоту приемистости, выше которой процесс управления двигателем существенно усложняется. Для надежной работы щагового двигателя в за.мкнутой системе автоматического управления необходимо так

5 выбрать коэффициент усиления, чтобы максимально возможному сигналу рассогласования .(7о( соответствовала макси- .мальная частота управления /у «акс, меньшая

частоты приемистости /„, т. е. должно выполняться условие /V . Выполнение этого условия ограничивает допустимый коэффициент усиления системы величиной

/(„.,

где A/MaKc A j/ i /(i(,/)(:.

Это снижает точность и быстродействие системы регулирования.

Для повышения точности и быстродействия системы регулирования с исполнительным шаговым двигателем необходимо иметь характеристику вход-выход элемента сравнения с ограничителем, показанную на фиг. 2 сплошной линией. Нелинейная характеристика элемента сравнения при неизменной максимальной частоте /у ,, позволяет увеличить коэффициент передачи

.

до величины, определяемой требуемой точностью, т. е. минимальной частотой рассогласования Л/мин.

Получение нелинейной характеристики элемента сравнения в предлагаемом устройстве обеспечивается введением дополнительных частотного компаратора 7, RS- триггера 10, элементов И 13, 14, ИЛИ 12 и генератора 8 опорной частоты. Генератор 8 опорной частоты настраивается на частоту F,, Коэффициенты передачи К и /().; увеличиваются до необходимого с точки зрения требуе.мой точности значения. При или , что имеет место при отсутствии сигнала обратной связи L или задания U, частота импульсов /у, поступающих на вход управления распределителя 1 импульсов, должна быть ограничена допустимой величиной. Для этого импульсы разностной частоты Л/ : или Д/2, поступаюшие через эле.мент ИЛИ 1 1 на первый вход частотного компаратора 7, сравниваются с опорной частотой /,;„ импульсов, поступаюших с генератора 8 на второй вход частотного компаратора 7. Если Л/; или меньше /„„, то на втором выходе частотного компаратора 7 вырабатываются импульсы с частотой 4/,/ ,,,, -A/ I.J, на первом выходе компаратора 7 импульсы отсутствуют. Импульсы с частотой Л/ поступают на вход R триггера 10 и устанавливают его в положение, соответствующее сигналу логической «1 на инверсно.м выходе и сигналу логического на прямом. Эти сигналы разрешают работу элемента И 14 и запреп1ают прохождение импульсов через элемент И 13, т. е. с выхода генератора 8. Таким образом, при Д/|2 fun схема работает так, как описано выше, т. е. импульсы управ, 1ения поступают на вход

распределителя 1 импульсов с выходов час - тотного компаратора 6.

При импульсы разностной частоты - /„„ формируются па втором

выходе компаратора 7, что приводит к перебросу триггера 10 в состояние, соответствующее сигналам логической «1 на его прямом выходе и логического - на-инверсном. Такая комбинация сигналов на выходах триггера 10 приводит к запиранию элемента

И 14, т. е. к запрещению поступления импульсов с частотой Л/12 на вход распределителя 1 и.мпульсов. Одновременно сигналом логической «1 разрешается работа элемента И 13, что обеспечивает подачу на вход

распределителя 1 и.мпульсов с частотой /„„. Выбор направления движения по-прежнему определяется сигналами рассогласования А/1 и А/2. Такое состояние элементов сохраняется до тех пор, пока (,. При /.;-. схе.ма вновь разрешает прохождение

импульсов с частотой A/i или А/2 па вход управления распреде,тите,тя 1 импульсов. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает отработку любых рассогласований с максимально допустимой для шагового двигателя частотой и повьппагг точность регулирования за счет уве,1ичения коэффициента усиления.

Формула изобретения

Устройство для управления П1аговы.м двигателем, содержащее коммутатор фаз двигателя, включающий распределитель импульсов с входами управления и направ.те- ния движения и усилитель мощности, два источника частотных сигналов, под,ключенных выходами к входам частотного компаратора, соединенного выходами с входами элемента ИЛИ и / 5-триггера, выходы которого подключены к входам направления движения коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности регулирования перемещения, введены генератор опорной частоты, два эле.мента И и дополнительные частотный компаратор, / 5-триггер и элемент ИЛИ, подключенный выходом к входу управления коммутатора.

входами - к выходам элементов И, соединенных первыми входами с выходами дополнительного / 5-триггера, причем второй вход одного элемента И соединен с выходом гене- )ат(фа опор.чой частоты, второй вход дрхто- го элемента И - с выходом основного элемента ИЛИ, а выходы генератора опорной частоты и основного элемента ИЛИ нодклю чены к входам дополните.чыюго частотного компаратора, подключенного вы.чодами к входам дополнительно1 о / 5-тригтера.

fon

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления шаговыми двигателями в дискретных и цифровых системах автоматического управления различными технологическими установками. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности регулирования перемещения. Устройство для управления шаговым двигателем содержит распределитель импульсов 1 с входами управления и направления движения и два источника частотных сигналов 4, 5, подключенных выходами к входам частотного компаратора 6, выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ II и / 5-тригге- ра 9, подключенного выходами ко входам направления движения распределителя импульсов 1. Устройство содержит также i nie- ратор 8 опорной частоты, два элемент i И 13, 14, а также дополнительный частотный компаратор 7, / 5-триггер 10 и элемент ИЛИ 12, который подключен выходом ко входу управления распределите.:|Я I, а в.ходами к выходам элементов И. Первые входы элементов И соединены с выходами дополнительного / 5-триггера 10, а вторые - с выходами генератора 8 и основного элемента ИЛИ II, связанными также с входами дополнительного частотного компаратора 7, выходы которого подключены ко входам допо.тигельного / S-триггера 10. Устройство позволяет увеличить коэффициент усиления по частоте, не превосходя при этом частоту приемистости. 2 ил. (Л

-4/,

пин

HUH

foe

fon

фиг. 2