Устройство для управления @ -фазным шаговым двигателем с дроблением шага Советский патент 1989 года по МПК H02P8/22 

тт т„«f«.

СП

с

4

jj j- I y.f У.2 1.1гк-з)у.(

ри.г i

. 15

Изобретение относится к технике управления электрическими машинами и может быть использовано в прецизионном шаговом электроприводе.

Цель изобретения - повышение точности отработки шагов, увеличение момента и повьш1ение его равномерности.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства применительно к га- фазному шаговому двигателю; на фиг. 2-4 - то же, применительно соответственно к 5-, 6- и 8-фазным двигателям; на фиг. 5-7 - номограммы результирующих моментов применительно к 5-, 6- и 8-фазным двигателям; на фиг. 8 - временные диаграммы функционирования устройства применительно к 5-фазному двигателю при коэффициенте дробления основного шага .

Устройство содержит (фиг. 1) стабилизаторы I.l-l.m тока по числу m фаз двигателя, преобразователь 2 код - аналог, источник 3 опорного напряжения, реверсивный счетчик 4, подключенный прямыми выходами разрядов, кроме старшего, к входам преобразователя 2 код - аналог, ревер- сивньй распределитель 5 импульсов, подключенный входами к выходам за- ема и перецоса счетчика 4, m групп 6.1-6.т кдачей-с К ключами в каждой

., та группе, где К г при четных m и К

m+I

--- при нечетных т, выходы -которых в каждой группе объединены и .подключены к входам соответствующих стабилизаторов I.l-6.m тока, а их управляющие входы подключены со сдви гом на один канал к смежньш выходам реверсивного распределителя 5 импульсов, аналоговьй вычитатель 7, (т+1)-ю 8.1 и (т+2)-ю 8.2 группы ключей с двумя ключами в каждой группе. Выход (т+1)-й группы 8.1 ключей соединен с сигнальныг-ш входами первых ключей каждой из m групп б,.т ключей. Управляющие входы первых ключей (m+I)-и и ()-й групп 8.1 и 8.2 ключей, подключены к инверсному, а управляющие входы их вторых ключей - к пpямo ry выходам старшего разряда реверсивного счетчика 4.Сиг- нальный вход первого ключа (т+1)-й .группы 8.1 соединен.с первым входом аналогового вычитателя 7 и выходом

4

преобразователя 2 код - аналог, Сиг- наль.ные входы второго ключа (т+1)-й группы 8.1 и первого ключа (т+2)-й

группы 8.2 соединены с источником 3 опорного напряжения и вторым входом аналогового вычитателя 7, выход которого соединен с сигнальным входом второго ключа (т+2)-й группы 8.2.

Выходы ключей (т+2)-й группы 8.2 соединены с сигнальными входами первого (9.1), третьего (9.3), пятого (9.5),.. ., (9. (2К-3))-го ключей .дополнительно введенной (т+3)-й группы 9. Выходы с первого по (2К-4)-й ключей (т+3)-й группы 9 попарно соединены между собой и подключены соответственно к сигнальным входам с второго по (К-1)-й ключей каждой

из m групп ключей 6, а управляющие входы соединены с шинами У.1-У.(2К-4) управления режимом. Сигнальные входы второго (9.2), четвертого (9.4), шестого (9.6),...,(9.(2К-4))-го клю- .чей (т+3)-й группы 9 соединены с ши-i ной и-сточника 3 опорного напряже- ния. Выход (2К-3)-го ключа (т+3)-й группы 9 соединен с сигнальными входами всех ключей m групп ключей б, а управляющ1ш вход - с (2К-4)-й шиной У.(2К-4) управления режимом.

Устройство, например, в случае управления 5-фазным щаговым двигателем при коэффициенте дробления шага и числе уровней модуляции .токов фаз работает следующим образом.

В исходном состояний устройства

на прямых разрядных выходах (например 1р, 2р, Зр на фиг. 2) счетчика 4 присутствуют нулевые логические потенциалы, а на инверсном выходе старшего его разряда - единичньш потенциал. При этом на выходе преоб ра- зователя 2 код - аналог имеется нулевой потенциал, а на выходе аналогового вычитателя 7 - максимальный

потенциал Е , . В открытом состоянии находятся первые ключи из групп 8.I

и 8.2 На первом выходе распределителя 5 присутствует еднничньй логический потенциал, а на всех остальных выходах - нулевой логический по- тенциал. Благодаря этому в открытом состоянии находятся также первьй ключ из группы 6.1, третий ключ из гругшы 6.4 и второй ключ из группы .6,5„ В первом режиме управления уст515

ройством, при котором к шине У.1 подается единичный потенциал, а к шине У.2 - нулевой потенциал, в открытом состоянии находится также ключ 9.1. В результате этого фазы Ф1-Ф4 двигателя и стабилизаторы 1.1-1.4 находятся в обесточенном состоянии, а по фазе Ф5 через стабилизатор 1.5 протекает максимальный ток I.,. Такое

п

же исходное состояние фаз обеспечивается та1сже при втором режиме уп- р авления, когда У. , У.. Этому исходному состоянию соответствуют точки О на фиг. .5-7.

Импульсы управления с частотой f от внешнего генератора (не показан) поступают на один из входов в (условное движение Вперед) или Н (условное движение Назад) двоичного реверсивного счетчика 4, коэффициент пересчета К которого выбирается равным требуемому коэффициенту Р дробления основного шага. Двоичный код, вырабатываемьй на прямых выходах разрядов счетчика 4, кроме старшего разряда, преобразователем 2 код - аналог преобразуется при движении Вперед в ступенчато нарастающее напряжение. Аналоговый вычитатель 7 преобразует это напряжение в ступенчато убывающее напряжение.

Коды, вырабатываемые на прямом и инверсном выходах старшего разряда счетчика 4 (например, Зр на фиг.2 обеспечивают соответствующее переключение ключей групп 8.1, 8.2 и коммутацию выходных напряжений преобра- зователя 2 код - аналог и аналоговог вычитателя 7. Благодаря этому на .выходах ключей групп 8.1 и 8.2 формируются ступенчато нарастающее Ugj и ступенчато убывающее Ug напряжения: (фиг. 8). Напряжение Ug, непосред- ственно, а напряжение . через соответствующие а1ючи 9 (в зависимости от кода, приложенного к управляющим режимом шинам У) поступают к входам определенных выходных ключей 6.

Реверсивный распределитель 5 импульсов переключается от выходных сигналов Заем и Перенос счетчика 4 (в зависимости от направления движения) и своими выходными сигналами и. .-Uc „, обеспечивает коммутацию клюuJi I О« П(

чей групп 6.1-6.т и поочередное подключение преобразователя 2 код - аналог, аналогового вычитателя 7 nipi

46

источника 3 опорного напряжения к соответствующим стабилизаторам 1.1- 1.га тока. При этом в фазах двигателя формируются ступенчато изменяющиеся токи i((j|j. Число уровней квантования (модуляции) токов в каждой фарзе получается равным N . При по

ступлении импульсов в счетчик 4 результирующий момент поочередно прини-. мает положения, указанные на фиг.5-7 в виде точек 1, 2, 3,... В результате этого вал двигателя вращается

с дробными шагами.

Изменение направления движения обеспечивается сменой подачи тактовых импульсов на входы реверсивного счетчика 4.

Изменение режима дробления шага производится сменой кода на управляющих пшнах У.1-У.(2К-4). В случае управления 6-фазным двигателем (фиг. 3 и 6) первый режим обеспечивается при У. и У. (аналогично управлению 5-фазным- двигателем). В случае управления 7- и 8-ми фазными двигателями (фиг. 4 и 7) первый режим обеспечивается при У, и У.2

У.., второй режим - при У.1 У. и У.., третий режим - при У.. и У... Циклограммы формируемых ступенчатых фазных токов при первом и втором режимах для представлены на фиг. 8 в виде объединенных временных диаграмм (i,, )

В общем случае число возможных

т-2 режимов управления равно при четтп-1 „

ных m и -«- при нечетных т. При всех

значениях m первые режимы управления аналогичны описанным для прототипа режимам.

Число тактов переключения выходных каналов распределителя 5 импульсов выбирается равным числу га фаз .шагового двигателя.

Стабилизаторы I.l-l.m тока обеспе- чнвают заданные токи в обмотках двигателя независимо от изменений на- пряжения питания и сопротивления фаз ;шагового двигателя.

i Особенностями дополнительно -обеспечиваемых предлагаемым устройством режимов являются тенденция увеличения по модулю векторов результирующих моментов двигателей с ростом числа

m фаз (фиг. 5-7), повьтение равномерности распределения по полю этих моментов и повышение точности отработки дробных шагов„

Все эти особенности в итоге спо- собствуют повьш1ению плавности хода и улучшению качества движения шаговых двигателей с числом фаз .

Формула изобретения

Устройство для управления го-фазным шаговым двигателем с дроблением шага, содержащее стабилизаторы тока по числу фаз двигателя, преобразователь код - аналог, источник опорного Напряжегшя, реверсивный счетчик, подключенный прямыми выходами разрядов, кроме старшего, к входам преобразователя код - аналог, реверсив- ньй распределитель импульсов, под- кшоченньй входами к выходам заема и переноса счетчика, m групп ключей с двумя ключами в каждой группе, выходы которых в каждой группе объединены и подключены к входам соответствующих стабилизаторов тока, а их управляющие входы подключены к смежным выходам реверсивного распределителя импульсов, аналсговьй вычита тель, ()-ю и (т+2)-ю группу клю- ней с двунЯ юиочами в.каждой группе, причем выход (т+1)-й группы ключей соединен с сигнальными входами первых ключей каждой из m групп ключей, управляющие входы первых ключей (т+1)-й и (т+2)-й групп ключей подключены к инверсному, а управляющие рходы их .вторых ключей - к прямому выходам старшего разряда реверсивного счетчика, сигнальный вход перво- .го ключа (т+1)-й группы соединен с первым входом аналогового вьиитателя

и выходом преобразователя код - аналог, сигнальные входы второго ключа (т+1)-и труппы и первого ключа

(т+2)-й группы соединены с источником опорного напряжения и вторым входом аналогового вычитателя, выход которого соединен с сигнальным входом второго ключа (т+2)-й группы,

отличающееся тем, что, с целью увеличения результирующего момента, повышения равномерности его распределения по полю и повышения точности отработки дробных шагов,

дополнительно введены (т+3)-я группа из 2К-3 ключей, 2К-4 шин управления режимом дробления, в каждую из m групп ключей дополнительно введены К-2 ключей, подключенных выходами к

входу соответствующего стабилизатора тока, а управляющими входами - к

смежным выходам реверсивного распре,, га делителя импульсов, где К при.

четгагх m и-К при нечетных т,

причем выходы ключей (т+2)-й группы соединены с сигнальными входами первого, третьего, пятого,...,(2К-3)-го ключей (т+3)-й группы, выходы с первого по (2К-4)-й ключей (т+3)-й группы попарно соединены между собой и подключены соответственно к сигнальным входам с второго по (К-1)-й ключей каждой из m групп ключей, а

управляющие входы соединены с шинами управления режимом с первой по (2К-4)-ю соответственно, сигнальные входы второго, четвертого, шестого, ,.,, (2К-4)-го ключей (го+3)-й группы соединены с шиной источника опорного напряжения, выход (2К-3)-го ключа (т+3)-й группы соединен с сигнальными входами всех К-х ключей m групп ключей, а управляющий вход г с

(2к-4)-й шиной управления режимом.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионном шаговом электроприводе. Цель изобретения - увеличение результирующего момента, повышение его равномерности и повышение точности отработки дробных шагов. Устройство содержит стабилизаторы 1 тока по числу фаз M двигателя, преобразователь 2 код-аналог, источник 3 опорного напряжения, реверсивный счетчик 4, реверсивный распределитель 5 импульсов, M групп ключей 6 с К ключами в каждой группе, где К=M/2 при четных M и К= M+1 /2 при нечетных M, M+1-ю и M+2-ю группы ключей с двумя ключами в каждой группе, M+3-ю группу ключей с 2К-3 ключами и 2К-4 шин управления режимами. Это позволяет при помощи изменения кодов на управляющих шинах обеспечить M-2 /2 режимов дробления шага при четных M и M-1 /2 режимов при нечетных M. Дополнительно обеспечиваемые режимы обладают большим результирующим моментом, большей равномерностью его распределения по полю, а также повышенной точностью отработки дробных шагов. 8 ил.

.В I .«

.П

Фаг. г

..s T.f/

1сраза

2сразо

Фаг.

5сраэа

сроза

Зфазв

Фиг. 5

т фаза

2 фаза

Зфаза

Фиг.7

6 срази

5(pffja

Фиг. 6

ЙФЙЗСГ

7сраза

Вфаза

5фаза

Цфаза

фиг. 8

реВерс