Замкнутый шаговый электропривод Советский патент 1989 года по МПК H02P8/14 

N)

3151

Изобретение относится к технике управления электрическими машинами и может 6bjTb использовано в дискретном электроприводе.

Цель изобретения - повышение нагрузочной способности и расширение диапазона регулирования скорости.

Иа чертеже приведена функциональная схема замкнутого шагового электропривода.

Замкнутый шаговый электропривод содержит шаговый двигатель I с установленным на его валу датчиком 2 положения ротора, выход которого подключен к блоку 3 обработки сигналов датчика 2,, Первый выход этого блока, на котором вырабатывается аналоговый сигнал cOi, пропорциональный мгновенной скорости ротора двигателя .1 , подключен к первому входу регулятора 4, на второй вход которого поступает сигнал СО 1,) задающий требуемое значение скорости двигателя. Второй (дополнительный) выход блока 3 обработки сигналов датчика, на котором формируется кодовый сигнал , определяюоий положение ротора двигателя 1 в пределах его полюсного деления, подключен к одному из входов сумматора 5..Бьгходы сумматора 5 через постоянные запоминающие устрой- .ства б и 7 подключены к цифровым входам ц1-1фроаналоговь Х преобразователей 8 и 9, «на аналоговые входы кото- Iрых с выхода регулятора 4 подается сигнал, пропорциональный.ошибке системы по скорости. Выходы цифроар1ало- говых преобразователей 8 и 9 через функциональные преобразователи 10 и 11 соединены с входами усилителей 2 и 13 мощности, к которым подключены фазы (обмотки унравления) 14 и 15 шагового двигателя 1. Первый выход блока 3 обработки сигналов датчика, кроме того, соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 16, выхо ды которого подключены к входам дополнительного постоянного. запо1-1инаю- щего устройства 17. Выход последнего соединен с входом задания максимально го момента сумматора. Цифровые входы и выходы блоков 3, 16, 17, 5, б и 7 показаны на схеме в однолинейном изоб раженни.

Электропривод работает следующим образом.

Предположим, что управляющее воздействие оЗг, задающее требуемое знаР

404

чение скорости ротора двигателя 1, постоянно. Будем также считать, что к валу двигателя пp ffloжeн постоянный

момент нагрузки. Тогда в установившемся режиме вал двигателя будет вращаться с практически постоянной скоростью 03, близкой к заданному значению Q,. При вращении вала двига10 теля и связанного с ним датчика 2 положения на первом (верхнем по чертежу) выходе блока 3 обработки сигналов датчика формируется аналоговый сигнал Q,, пропорциональный мгновен15 ной скорости вращения ротора двигателя 1. На втором выходе блока 3 формируется кодовый пилообразный сигнал Ыр характеризующий положение ротора двигателя 1 в пределах его полюсного деления.

Пилообразный код N поступает на второй вход сумматора 5. На первый вход сумматора 5 поступает код Б с

выхода постоянного запоминающего уст7S 1 -,

- роиства 17, который в рассматриваемом установившемся рей;име работы системы (при Qi const) постоянен. Выходной код сумматора 5 N изменяется по пилообразному закону, описываемому .при вращении двигателя в условном положительном направлении выражениями

20

5

0

30

N,

К, В

при (N,+ в) п; N, + В -п при (N,+ в) п.

где п - число шагов двигателя внутри его полюсного деления. При вращении в обратном направлении код N2 изменяется по закону нри ( в) 0;

N - В

- В +п при (N,- в) 0.

Циклическая работа сумматора 5 по приведенным законам организуется со- с ответствуюЕ1ИМи внутренними обратными связями.

Таким образом, суммирование входных кодов вызывает сдвиг выходного .кода W. сумматора относительно кода N на угол Ср g, нропорциональный ве- личине кода В.

Выходной код сумматора 5 поступает на входы постоянных запоминающих устройств 6 и 7, преобразующих пилообразный код Ng в коды, изменяющиеся но синусоидальному и косннусоидаль- ному законам, программируемым при изготовлении привода. Эти коды подаются на цифровые входы умножающих циф5

5151

роаналоговых преобразователер 8 и 9, формирующих аналоговые синусоидальный и косинусоидальный сигналы, амплитуда которых определяется сигналом ошибки системы по скорости, снимаемым с регулятора 4. Аналоговые сигналы через функциональные преобразова тели 10 и 11, обеспечивающие линеаризацию моментных характеристик двигателя 1, поступают на входы усилителей 12 и 13 мощности, близких по характеристикам к идеальным источникам тока, и задают амплитуду и форму токов в фазах 14 и 15 двигателя 1. При этом вектор результирующего электромагнитного поля двигателя, положение которого определяется кодом N, оказывается сдвинутым на угол ср ц по отношению к оси ротора, определяемой кодом И , что необходимо для возникновения электромагнитного момента дви гателя 1,

Угол q g представляет собой угол коммутации бесконтактного двигателя постоянного тока, в режиме которого работает шаговый двигатель в рассматриваемой замкнутой системе управления.

Дпя обеспечения максимальных момента и мощности на валу двигателя 1 - угол коммутации должен изменяться с изменением скорости вращения ротора по следующему закону:

,. ,11 , II ± 5 - arctg --{)

. - x-Wm де h - внутреннее деформирование, обусловленное первой гармоникой ЭДС вращения; X - относительное значение постоянной времени обмоток управления (фаз) двигателя; относительное значение скорости вращения ротора двигателя.

6

Для реализации оптимальных характеристик привода в устройство введе ны аналого-цифровой преобразователь 16

и постоянное запоминающее устройство 17, в котором при изготовлении устройства программируется оптимальньй закон изменения угла комнутапии скорости вращения ротора со.,, описываемый соотношением (). Аналого-цифровой преобразователь 16 преобразует аналоговый сигнал о скорости ротора tj,, формируемый на первом выходе блока 3 обработки сигналов датчика 2, в

пропорциональный цифровой код, поступающий на вход запоминающего устройства 17. При изменении скорости вращения двигателя, например, вследствие изменения управляющего воздей

ствия СО г блоки 16 И 17 обеспечивают

изменение угла коммутацииCfg.

Таким образом, введение в замкнутый шаговый электропривод аналого- цифрового преобразователя и постоян- ного запоминающего устройства обеспечивает максимальное использование нагрузочных свойств двигателя.

Формула изобретения

Замкнутый шаговый электропривод по авт.св. № 1259465, отличающийся тем, что, с целью повышения нагрузочной способности и рас

ширения диапазона регулирования скорости,- дополнительно введены аналого-цифровой преобразователь и постоянное запоминающее устройство, ,, а выход блока обработки сигналов датчика подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, соединенного выходом с входом постоянного запоминающего устройства,- выход которого подключен к входу сумматора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления с шаговыми электродвигателями, в частности, в системах программного управления. Цель изобретения состоит в повышении нагрузочной способности и расширении диапазона регулирования скорости. Шаговый электропривод содержит шаговый электродвигатель 1, датчик положения 2, блок 3 обработки сигналов датчика, регулятор 4, сумматор 5, постоянные запоминающие устройства 6,7 и умножающие цифроаналоговые преобразователи 8,9, соединенные через функциональные преобразователи 10,11 с усилителями мощности 12, 13. В устройство введены аналого-цифровой преобразователь 16 и постоянное запоминающее устройство 17, изменяющее угол коммутации в функции мгновенной скорости ротора электродвигателя. 1 ил.