Устройство для управления шаговым электродвигателем Советский патент 1988 года по МПК H02P8/12 

to

О5

11410266

зобретение относится к электролис вт с Sсвхо ИЛ ин ге де 10 ЧА

10

управления шаговыми двигателями (ищ), и может быть использовано в электроприводах станков с числовым программным управлением, роботов, манипуляторов и т.д.

Целью изобретения является повышение точности регулирования скорости и положения шагового электропривода и упрощение настройки.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства/ на фиг.2 - временные диаграммы напряжений на выхо- 5 дах элементов и блоков и тока обмотки.

Устройство содержит распределитель импульсов 1 и многоканальный регулятор фазного тока, каждый канал которого включает в себя ключевой усили- 20 тель мощности 2, выполненный по схеме моста, в одну из диагоналей которого включена фазная обмотка 3, вторая диагональ подключена к источнику пи- .

тания, аналоговый сумматор 4, встреч- 25 ходе распределителя импульсов 1 при- но направленные диоды 5, датчик тока 6, релейный элемент 7 с зоной нечувствительности, задатчик 8 величины тока, блок 9 формирования сигнала реверса тока, первый вход которого 30 связан с распределителем импульсов

1,второй вход - с выходом релейного элемента 7, а выход связан с входом инвертора 10 и одним из входов первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, второй вход которого и один из входов второго элемента ИСКЛЮЧАКЖ1ЕЕ ИЛИ 12 связаны с выходом релейного элемента 7, второй вход второго элемента ИСКЛЮЧМ11ЧЕЕ ИЛИ 12 связан с выходом инвертора 10, выходы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 и 12 связаны с- входами ключевого усилителя мощности

2.В нулевую шину источника питания включен датчик тока 6, связанный че35

40

45

сутствует логический нуль. В этом случае на выходе релейного элемента 7 - логический нуль. Тогда на выходе элемента 12 устанавливается логическая единица, что приводит к открыванию нижнего левого и верхнего правого транзисторов ключевого усилителя мощности 2. Ток в обмотке 3 начинает нарастать в положительном направлении. При достижении током величины 1з0,д+ UI/2, где I (лд - требуемое значение тока и - ширина зоны нечувствительности релейного элемента 7, элемент 7 переключается, на выходе триггера 15 устанавливается логическая единица, сигнал на выходе элемента 12 изменяется на логический нуль, а на выходе элемента 11 - на логическую единицу. Открытые ранее транзисторы закрываются и открывается противоположная пара транзисторов. К нагрузке прикладывается обратное напряжение и ток начинает спадать, происходит рекуперация энергии из обмотки 3 в источник питания, что соответствует отрицательному импульсу напряжения на выходе датчика 6.

рез диод, включенный в прямом направлении, с суммирующим входом аналогового сумматора 4 и через диод, включенный в обратном направлении, - с вычитающим входом аналогового сумматора 4 и с задатчиком величины тока 8. Кроме того, блок формирования сигнала реверса тока 9 включает в себя инвертор 13, элемент И-НЕ 14, два R-S триггера 15 и 16, элемент ИЛИ 17, элемент задержки 18, причем вход S- триггера 15 через релейный элемент 7 соединен с выходом аналогового сумматора 4, вход R связан с распреде0

5

0

лителем импульсов 1, а выход связан с одним из входов элемента И-НЕ 14, второй вход элемента И-НЕ 14 соединен с R-входом триггера 15, а выход - с Sвходом триггера 16, R-вход которого связан с S-входом триггера 15, а выход с одним из входов элемента ИЛИ 17, второй вход которого через инвертор 13 соединен с S-входом триггера 16, а выход через элемент задержки 18 связан с входом инвертора 10 и одним из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11.

Устройство работает следующим образом.

Предположим, что в исходном сос тоянии ток в фазной обмотке 3 равен нулю, Задатчик 8 вьщает потенциал, величина которого пропорциональна требуемому значению тока в фазной обмотке 3. При включении устройства триггера 15 и 16 автоматически сбрасываются в нуль. Кроме того, на вы5 ходе распределителя импульсов 1 при- 0

5

0

5

0

5

сутствует логический нуль. В этом случае на выходе релейного элемента 7 - логический нуль. Тогда на выходе элемента 12 устанавливается логическая единица, что приводит к открыванию нижнего левого и верхнего правого транзисторов ключевого усилителя мощности 2. Ток в обмотке 3 начинает нарастать в положительном направлении. При достижении током величины 1з0,д+ UI/2, где I (лд - требуемое значение тока и - ширина зоны нечувствительности релейного элемента 7, элемент 7 переключается, на выходе триггера 15 устанавливается логическая единица, сигнал на выходе элемента 12 изменяется на логический нуль, а на выходе элемента 11 - на логическую единицу. Открытые ранее транзисторы закрываются и открывается противоположная пара транзисторов. К нагрузке прикладывается обратное напряжение и ток начинает спадать, происходит рекуперация энергии из обмотки 3 в источник питания, что соответствует отрицательному импульсу напряжения на выходе датчика 6.

При достижении током величины 12Р(д-Л1/2 элемент 7 переключается вновь, что приводит к смене полярности прикладываемого к обмотке 3 напряжения и ток начинает нарастать. Таким образом, происходит импульсная

3U

стабилизация тока в обмотки 3 на заданном уровне.

Изменение направления тока в обмотке 3 задается изменением состояния распределителя импульсов 1..При появлении на выходе распределителя импульсов 1 логической единицы изменяется состояние триггера 1 5 и на его выходе устанавливается нуль. При этом устройство работает, по-прежнему стабилизируя ток на заданном уровне в прежнем направлении.

Как только наступит момент изменения потенциала на выходе элемента 7 с нуля на единицу, элемент 13 переключается, на выходе элемента 14 потенциал изменяется с единицы на нуль, на выходе блока 17 появляется единица и с некоторой задержкой и на выходе блока 18 появляется единица. Это приводит к смене потенциалов на выходе элементов 11 и 12 на противоположные . В конечном итоге это приводит к смене полярности напряжения, прикладываемого к обмотке 3, в результате чего ток в ней начинает спадать до нуля, а затем нарастать в противоположном направлении со стабилизацией его на заданном блоком 8 уровне описанным способом.

Временные диаграммы работы устройства для случая, когда команда на реверс тока поступает в момент спада тока в обмотке 3, показаны на фиг.2.

Назначение блоков 13-18 - сдвиг команды на реверс тока на некоторый интервал времени для предотвращения аварийной ситуации в устройстве, возникающей при их отсутствии, если бы команда на реверс тока от блока 1 пришла в момент его спадания. В этом случае в обмотке 3 вовник бы всплеск тока, ограничиваемый лишь напряжением питания и активным сопротивлением фазной обмотки. Блоки 13-18 задерживают реверс тока до переключения моста на рост тока. Длительность временной задержки, формируемая элементом 18, выбирается минимально возможной при настройке устройства и служит для исключения совпадения фронтов импульсов, обеспечивая Надежную работу устройства.

Предлагаемое устройство благодаря наличию одного датчика тока, расположенного в общей шине источника питания, удобно в настройке, обеспечивает меньший уровень пульсаций выход6

ного тока в фазной обмотке 1 Щ и более надежно в работе по сравненшо с известными устройствами. Наиболее эффективно устройство в установках с жесткими требованиями к амплитуде колебаний их подвижных частей, вызываемых пульсациями фазных токов ШД.

Формула изобретения

1. Устройство для управления шаговым электродвигателем, содержащее распределитель импульсов и многоканальный регулятор фазного тока, каждый канал которого включает в себя ключевой усилитель мощности, выполненный по схеме моста, в одну из диагоналей которого включена фазная обмотка шагового двигателя, а вторая диагональ подключена к источнику питания, аналоговый сумматор, датчик тока, релейньй элемент, входом связанный с выходом аналогового сумматора, и задатчик величины фазного

тока,

отличающееся тем,

5

5

что, с целью повьщ1ения точности регулирования скорости и положения шагового электропривода, в каждый канал

0 регулятора фазного тока введены инвертор, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два встречно направленных диода, блок формирования сигнала реверса тока, первый вход которого связан с распределителем импульсов, второй вход - с выходом релейного элемента, выход- с входом инвертора и одним из входов первого элемента ИСКПЮЧАЮОЩЕ ИЛИ, второй вход которого и один из вхоQ дов второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходом релейного элемента, второй вход второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШШ подключен к выходу инвертора, выходы элементов ИСКЛЮ- . ЧАЮЩЕЕ ИЛИ связаны с входами ключевого усилителя мощности, в нулевую , шину источника питания включен датчик тока, связанный через диод, включенный в прямом направлении с

суммирующим входом аналогового сумматора, и через диод, включенный в обратном направлении, - с вычитающим входом аналогового сумматора, соединенного с задатчиком величины тЪка.

2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок формирования сигнала реверса тока содержит дополнительный инвертор, эле5

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам управления шаговыми электродвигателями, и может быть использовано в электроприводах станков с числовым программным управлением, роботов, ма- .нипуляторов и т.д. Цель изобретения состоит в повьппении точности регулирования скорости и положения шагового электропривода. Устройство содержит многоканальный регулятор фазного тока, каждый канал которого включает в себя мостовой усилитель мощности 2, датчик тока 6, задатчик тока 8, аналоговый сумматор 4, релейный элемент 7, блок формирования сигнала реверса тока 9, элементы ИСКЛЮЧАВДЕЕ ИЛИ 11 и 12. Устройство обеспечивает форсированное нарастание и снижение тока обмотки в обоих направлениях с использованием одного датчика тока 6, соединенного с общей точкой схемы. При этом блок 9 разрешает реверс только при нарастании тока, благодаря чему предотвращается его неконтролируемое возрастание. 1 з.п.- ф-лы, 2 ил. Ф (Л