Устройство для программного управления @ -фазным шаговым двигателем Советский патент 1988 года по МПК G05B19/40 

00

а ел сд

N)

Изобретение относится к электротехнике, может быть использ.овано в автоматизированных системах -с дискреным электроприводом для электричес- кого дробления шага т-фазного шагового двигателя и является усовершенствованием устройства по авТоСВ, П67586.

Цель изобрения - расширение функ- циональных возможностей устройства путем обеспечения оперативного изменения Коэффициента дробления основного шага двигателя.

На фиг. 1 приведена функциональна схема устройства для га-фазного двигателя; на фиГо 2 - то же, применительно к 4-фазному двигателю; на |фиг 3-5 - временные диаграммы изме :нения токов в фазах 4-фазного двига- ;теля соответственно при коэффициентах дробления N 8,4,2; на фиг 6- ;8 - номограммы векторов моментов 4- , фазного двигателя соответственно |При коэффициентах дробления N 8,4,2

Устройство (фиГо ) содержит блок I1 задания программ, первый 2 и вто- iрой 3 (двоичный счетчики, первый 4 ;И второй 5 сз маторы, первый 6 и вто jрой 7 инверторы, элементы И 8 и ИЛИ ;9, мультиплексоры lO.l-lO.m каналов, |фазные обмотки 11,1-ll.m двигателя, |гр5ашу из К-1 элементов И 12.1-12.КI группу из К-1 инверторов 13.1-13.К-1 |и шины 14.1-14.К-1 выходов изменения коэффициента дробления тага блока 1 задания программы

Кроме того, устройство (фиг.2), содержит мультиплексторы 15-18, фазные обмотки 19-22 двигателя, элемен- ты И 23 и 24, инверторы 25 и 26 и шины 27 и 28 изменения коэффициента дробления шага с соответствующих выходов блока 1 задания программ.

Устройство например, 4-фазным ша- говым двигателем при коэффициентах дробления N 8,4,2(фиг.2-8), работает с ледзгющим образом.

Тактовая последов ательно сть высокочастотных импульсов с частотой fg из блока 1 задания программ непре- рьгонр поступает на вход первого (двоичного) счетчика 2, работающего на суммированиео

Коэффициент дробления N основного шага задается при помощи приложения из блока 1 задания программ к шинам 27 и 28 соответствующей кодовой комбинацией нулевых и единичных логических уровней потенциалов. Так, например, при N 8 к шинам 27 и 28 прилагается код 1 I, при N 4 - соответственно код 01., а при N 2 - код 00

При любом коэффициенте дробления N исходным является состояние, при котором второй (двоичный. счетчик 3 находится в нулевом состоянии.

Если N 8, то в исходном сост.оя НИИ на выходах элементов И 23 и 24 устанавливается кодовая комбинация 00, на выходе переноса первого сумматора 4 присутствует нулевой потенциал, а на выходе первого инвертора

6- единичные потенциалы. В отличие от этого на выходе переноса второго сумматора 5 устанавливаются высокочастотные импульсы широтно-импульс- ной модуляции (ШИМ) со скважностью 8/3, а на выходе второго инвертора

7и элемента ИЛИ 9 - импульсы со скважностью 8/5. На выходе элемента И 8 устанавливается нулевой потенциал.

Благодаря тому, что выбраны пер- вые каналы мультиплексоров 15-18 через обмотку 21 третьей фазы двигателя протекает ток, равный 3/8 1,, а через обмотку 22 четвертой фазы номинальный ток 1. При этом в первой 9 И второй 20 обмотках фаз двигателя токи отсутствуют. Это состояние системы соответствует исходной точке О на фиг. 3 и 6.

С поступлением из блока 1 задания программ первого низкочастотного имг- пулъса на вход счетчика 3 в него за- письтается число 1. Это приводит к появлению на выходах элементов И 23 и 24 кодовой комбинации 10, на выходе переноса первого сумматора 4 - высокочастотных ШИМ-сигналов со скважностью 8, а на выходе переноса второго сумматора 5 - аналогичных ШИМ-сигналов со скважностью 8/2. При этом в обмотке 19 первой фазы двигателя устанавливается ток 1/8 1ц, а в обмотке 21 третьей фазы - ток 2/8 I Одновременно с этим обмотка 20 второй фазы продолжает оставаться обесточенной, а через обмотку ,22 четвертой фазы продолжает протекать номинальный ток 1ц. В результате этого ротор двигателя отрабатьшает первый дробный шаг, равный о(др , где е(рс - величина основного шага двигателя. Это состояние системы на фиг.З и 6 соответствует рабочей точ- Ке 1.

С приходом последующих двух низкочастотных импульсов на выходах элементов И 24 появляются коды П1 и 11, ток через обмотку 19 первой фазы достигает третьей элементарной

ступени (2/8 1, и 3/8 I }, а ток через обмотку 21 третьей фазы стзтен- чато падает до нуля (1/8 о) при неизменньк токах в обмотках второй 20 и четвертой 22 фаз Эти состояния на фиг, 3 и 6 соответствуют рабочим точкам 2 и 3. Поступление четырех последующих низкочастотных импульсов приводит к ступенчатому увеличению тока в о бмотке 19 первой фазы (4/8 IH, 5/8 „, 6/8 I

1ц) и ступенчатому уменьшению тока в обмотке 22 четвертой фазы (7/8 1„, 6/8 1ц , 5/8 1„ и 4/8 „) при неизменных нулевых токах в обмотках второй 20 и третьей 21 фаз. Эти состояния системы на фиг, 6 соответствуют рабочим точкам 4 - 7,

Этим завершается первая четверть цикла работы устройства, при котором ротор двигателя отрабатьшает восемь дро.бных шагов. При достижении вторым счетчиком 3 цифры 7 происходит переполнение его младших разрядов, поступление очередного низкочастотного импульса приводит к записи единицы в его старших разрядах и нулей в младших разрядах. В результате этого выбираются вторые каналы мультиплексоров J5-J8, На выходых первого сумматора 4 и элемента И 8 устанавливается нулевой потенциал, а на выходах первого инвертора 6 и элемента ИЛИ 9 - единичный потенциал. При этом на выходе переноса второго сумматора 5 формируются высокочастотные ШИМ-сиг- налы со скважностью 8/3, а на выходе инвертора 7 - ШИМ-сигналы со скваностью 8/5, Благодаря этому в обмотке 19 первой фазы двигателя протекает номинальный ток I ц, а в обмотке 22 четвертой фазы - ток, величиной 3/8 1ц, при нулевых токах в обмотках второй 20 и третьей 21 фаз (фиг, 3 и 6, точки 8), .

Поступление трех последующих низкочастотных импульсов приводит к ступенчатому увеличению тока в обмотке

20 второй фазы (1/8 1у, 2/8 I

н

3/8 „) и одновременному ступенчато8655

му уменьшению тока в обмотке 10 первой фазы и нулевом токе в обмотке 21 третьей фазы. Эти состояния системы на фиг, 3 и 6 соответствуют .рабочим точкам 9 - П. .

Дальнейшее поступление четырех низкочастотных импульсов второй четверти цикла приводит к ступенчатому уменьшению тока в обмотке 19 первой

10

фазы (7/8 IH, 6/8 IP, 5/8 I

4/8 I)) и одновременному ступенчатому увеличеншд; тока в обмотке 20 дто- ройг фазы 4/8 1ц, 5/8 1„, 6/8 „,

15 7/8 1() при обесточенных состояниях обмоток третьей 21 и четвертой 22 фаз. Эти состояния системы на фиг,3 и 6 соответствуют рабочим точкам 12 - М5, Этим завершается вторая

20 четверть цикла работы устройства.

После переполнения младших разрядов второго счетчика 3 в его старшие разряды записьшается цифра 2 и выбираются третьи каналы мультиплексо25 ров 1.5-18, В результате этого в течение первых четырех тактов третьей че.тверти цикла ток в обмотке 19 первой фазы ступенчато умейьшается до

0

5

0

5

0

5

нуля, в обмотке 20 второй фазы поддерживается на номинальном уровне Тц , в обмотке 21 третьей фазы ступенчато увеличивается до уровня 3/8 1, а в обмотке 22 четвертой фазы подцержи- на нулевом уровне, В течение последующих четырех тактов ток в обмотках первой 19 и четвертой 22 фаз поддерживается на нулевом уровне, в обмотке 20 второй фазы ступенчато падает до уровня 4/8,1,,, в об- мотке 21 третьей фазы растет до уровня 7/8 If,., Эти состояния системы на фиг, 3 и 6 соответствуют рабочим точкам 16 - 23,

По завершении третьей четверти цикла младшие разряды второго счетчика 3 снова переполняются и с приходом первого низкочастотного импульса четвертой четверти цикла они обнуляются, В результате в его старшие разряды записьшается число 3 и выбираются четвертые каналы мультиплексоров 15-18,

За четвертую четверть цикла ротор принимает рабочие положения 24 - 31 (фиг,3 и 6), после которых вся система возвращается в исходное состояние.

5j

Последующие циклы работы устройства происходят аналогично первому циклу.

Таким образом, за один полный цикл работы устройства двигатель отрабатывает 32 дробных шага (при числе фаз m 4 и коэффициенте дробления N 8 и электромагнитный вектор совершает полный оборот вокруг своей оси.

Если к шинам 27 и 28 изменения коэффициента дробления приложен код 01, устройство обеспечивает коэффициент дробления основного Шага N 4 (при m 4). При этом запирается по входу элемент И 23 (фиг.2). На его выходе устанавливается постоянный нулевой потенциал, а на выходе инвертора 25 - постоянный единичный-потенциал. В результате этого не все низкочастотные импульсы, поступающие из блока 1 задания программ к второму счетчику 3, приводят к периодическому изменению кодов на вторых входах сумматоров 4 и 5, а только каждый второй. В соответствии с этим скважность формируемых на выходах пе- реносов первого 4 и второго 5 сумма- уторов ШИМ-сигналов периодически изменяются не с элементарными ступенями, а двойными. Это приводит к тому, что фазные точки в обмотках двигателя периодически изменяются с соответствующими двойными ступенями и система поочередно принимает рабочие положения, соответствующие точкам О, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, J8, 20, 22, 24, 26,, 28 и 30 (фиг.4 и 7). Таким образом, основной шаг двигателя де- лится на коэффициент N 4.

Если к шинам 27 и 28 управления коэффициентом дробления приложен код OQ, устройство обеспечивает коэффи- циент дробления основного шага 4- фазно го двигателя N 2. При этом по входам запираются оба.элемента И 23 и 24 (фиг.2). На их выходах устанав56

ливаются.постоянные нулевые потенциалы, а на выходах инверторов 25 к 26 - постоянные единичные потенциалы. Коды на- вторых входах сумматоров 4 и 5 изменяются на каждом четвертом низкочастотном импульсе. Скважность формируемых на выходах переносов

первого 4 и второго 5 сумматоров ШИМсигналов периодически изменяются

учетверенньми элементарными ступенями В результате система поочередно принимает рабочие состояния, соответ- ствующие точкам , 4, 8, 12,

16, 20, 24 и 28 (фиг.5 и 8). Таким образом, основной шаг двигателя делится на коэффициент N 2.

При т-фазном двигателе коэффициент пересчета второго двоичного счетчика 3 выбирается равным N m.

В общем случае значением N определяются: максимальный коэффициент дробления основного шага двигателя, коэффициент пересчета первого двоичного счетчика 2 и коэффициент пере- .счета младших разрядов второго двоичного счетчика 3. Значением m определяются: фазность двигателя, количество мультиплексоров, количество

информационных входов каждого из

мультиплексоров и коэффициент пересчета старших разрядов, второго двоичного счетчика 3.

Для обеспечения обратного направления вращения ротора двигателя (реверсирования) необходимо п еревести в режим вычитания только второй двоичный счетчик Зо

Частота импульсов, подаваемая на шину высокочастотного тактирования, выбирается исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя, а частота импульсов,

подаваемая на шину низкочастотных управляющих импульсов, - в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.

5J

S

So

«

fe

X 6

6 4

«M

H5s

M

5

t-CM

«41

f

чл

I

-

S5

CM

Vb

tl

s

1

5:i

§:

4J

/

o

C)

:J

ez

s

четИергт цихла

ШИН

ifemtiffn циляа

iniii

Hmmttfrnt цилт

О г t 6

и /

IS It W к

2 2S 28 30

1

Z

3

I9t

J9)

l

la.

Illlllll n ИМИ nil nil.

0 г ft S 8 to tt n II 18 и

1-,

i

13

12

/f

Жсраза

23

20

22

2

I срази 11 Щ 8

31

30

г5 26 Ш(рази

27

28

29

.б

Iqjasa

8

30

26

28

Ж(риз(1

fPll2.1

I (раза

12

20

2

Псраза

Ж(ради