Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1990 года по МПК H02P8/00 H02P8/14 

для порогового элемента 11 Ur 0.

и; и.

для порогового элемента 12 U 2/3 Uc, Ui 1 /3U0; для порогового элемента 23 U3 1/3 Uc, U 2/3 U0.

и; и.

10

Схема реэистивного делителя 45 опорного напряжения U и его соединение с переключателями 25-27 для формирования указанных уставок приведены на фиг.З, где положение переключателей соответствует единичному сигналу на выходе релейного элемента 10. В момент t 0 релейный элемент 10 переходит в нулевое со- стояние и переключатели 25-27 устанавливаются в положения.противоположные показанным на При этом уставка первого порогового эле- мента 11 принимает значение , jc уставка второго порогового элемента 12 Uj 2/3U0 и уставка третьего порогового элемента 23 1/3U0,

В момент t Т/2 (Т - период колебаний) релейный элемент 10 переключается в единичное состояние и переключатели 25-27 переходят в показанные на фиг.З положенияs в результате чего уставки принимают новые

20

значения: и U0; U - 1 /3 U0; Uj - 2/3U0.

Первый 11 и второй J 2 пороговые элементы находятся в единичных со стояниях, при которых напряжение интегратора U превышает их уставки. Третий пороговый элемент 23 имеет инверсную статическую характеристику, поскольку сигнал UM поступает на его инвертирующий вход. Поэтому единичное состояние третьего порогового I элемента соответствует неравенству

Т в интервале

25

bs

и„

t

U, U,. в интервале

О

Т

f t

2

Т.

и

На фиг.4 приведены временные диаграммы изменения напряжений на выходах интегратора 4, релейного элемента 10 и пороговых элементов 11, 12 и 23, поясняющие работу устройства. Как видно из временных диаграмм, выходные напряжения U, , U , элементов сдвинуты по

U пороговых

2п

а относительная

фазе на угол - ,

длительность импульсов С/Т составляет 1/2. Частота вращения двигателя пропорциональна напряжению Uax и определяется выражением

15611868

чение релейного и порогового элементов осуществляется от одного и того же опорного источника,в результате чего колебания напряжения этого источника практически не влияют на фазовый сдвиг и относительную длительность импульсов управления. Это обеспечивает повышение точности управления и улучшает механические характеристики двигателя, особенно в области высоких частот, где нарушение фазовых соотношений может вызывать снижение момента и сбои в работе двигателя.

При положительном входном напряжении (U6 0) устройство работает аналогично, за исключением того, что управляемый коммутатор 13 под действием нулевого сигнала управления С второго выхода 3 блока 1 выявления модуля и знака входного сигнала устанавливается в положение, противоположное описанному при UBX 0. Действительно , при U 6 х 0 операционный усилитель 48 охвачен отрицательной обратной связью через диод 52 и на его выходе действует отрицательное напряжение, при котором диод 58 заперт и Ut 0. В то же время на первом выходе 2 блока выявления модуля и знака входного сигнала возникает напряжение U Uex (UBxI, как и для случая U вх 0. Поэтому частота вращения двигателя не зависит от полярности напряжения Uex. Однако при положительном входном сигнале благодаря тому, что коммутатор 13 переключает пороговые элементы 23 и 12 на входах усилителей 20 и 21, изменяется порядок коммутации фаз двигателя.

Работа устройства с трехфазным двигателем в трехтактном режиме (с парной коммутацией обмоток управления) происходит аналогично и требует лишь изменения уставок пороговых элементов согласно схеме на фиг.З.

При нулевом сигнале на выходе релейного элемента 10 уставки пороговых элементов 11, 12 и 23 имеют зна чения U, О, U, 2/3U0, U, 2/3Uc

30

35

40

45

50

s v , .J 2 , VJj - Ј.,

а при переключении релейного,элемента 10 уставки принимают значения U{ 2/3U0, и О, U 2/3Ue. Фазовый сдвиг между выходными напряжеА8

6f шаг/сJ.

Благодаря имеющимся в схеме свя- зям формирование уставок на переклюПри нулевом сигнале на выходе релейного элемента 10 уставки пороговых элементов 11, 12 и 23 имеют зна чения U, О, U, 2/3U0, U, 2/3Uc

5

s v , .J 2 , VJj - Ј.,

а при переключении релейного,элемента 10 уставки принимают значения U{ 2/3U0, и О, U 2/3Ue. Фазовый сдвиг между выходными напряжениями

и„ , и,2 u2J

пороговых элементов также составляет 2/3J/, однако относительная длительность импульсов

Г/Т 2/3. Частота вращения двигате« fАв 3f шаг/с Как И в режиме шеститактной коммутации при отрицательном входном напряжении (Uflx 0), управляемьй коммутатор 13 подключает пороговый элемент 12 в усилителю 21, а пороговый элемент 23 - к усилителю 20 „

При положительных входных сигналах (Ug 0) управляемый коммутатор 13 переключает пороговые элементы 12 и 23 на входах усилителей 20 и 21 и порядок коммутации фаз двигателя изменяется на обратный.

Рассмотрим работу устройства с четырехфазными двигателями. В этом случае четвертая фаза двигателя подключается к выходу усилителя 21, а третья фаза - к выходу усилителя 22, который управляется от четвертого порогового элемента 24, имеющего, как и третий пороговый элемент 2j3, инверсную статическую характеристику по отношению к сигналу интегратора 4

В восьмитактном режиме для получения необходимой последовательности напряжений на выходах пороговых элементов 11, 12, 23 и 24 уставки выбираются следующим образом. При нулевом состоянии-релейного элемента 10 U 1/4U0, Ua 3/4U0, U3 1/2U0,

0.

При единичном состоянии релейноэлемента 10 Uf, U0, U 1/2 U0 , 1/4 UOJ Uj. 3/4 U0.

Фазовый сдвиг выходных напряжений пороговых элементов составляет 1/2-tT, относительная длительность импульсов С/Т 3/8, а частота вращения двигателя

1

U

го

и ,

LA8

4 U ex , , -, , umr/cj

Схема коммутации уставок, снимаемых с резистивного делителя опорного напряжения U0, приведена на фиг.6

При U ,х 0 напряжение на второй и четвертой фазах двигателя совпадает соответственно с выходными напряжениями третьего 23 и второго 12 пороговых элементов

При Uex 0 вторая фаза двигателя подключается к второму пороговому элементу 12, а четвертая фаза - к третьему пороговому элементу 23, в результате чего порядок коммутации фаз изменяется на противоположный.

61186

10

10

Для четырехтактного режима с парной коммутацией обмоток двигателя (фиг.7), когда фазовый сдвиг выходных напряжений пороговых элементов равен 1Г/2 при относительной длительности импульсов /Т 1/2, уставки пороговых элементов должны выбираться в соответствии с равенствами U,- О, U4 1/2U, U,- 1/2U0, U4- Up при нулевом сигнале на выходе релейного элемента 10. При единичном сигнале на выходе релейного элемента 10 уставки пороговых элементов при5

U.

U

и;1/2U

в

нимают значения U 3 - 1/2U0, U{ б.

Частота вращения двигателя определяется выражением:

5

0

5

0

5

0

5

0

Јдй irlfЈ Сшаг/с)

A

Аналогично рассмотренному при изменении полярности входного сигнала UflK с помощью управляемого коммутатора 13 обеспечивается изменение порядка чередования напряжений на фазах двигателя.

Очевидно, что рассмотренный четырехтактный режим с парной коммутацией обмоток двигателя позволяет использовать предлагаемое устройство также для управления двухфазными двигателями При этом обмотки управления двигателя подключаются к выходам усилителей 19 и 20 или 21 и 22.

Таким образом, устройство обеспечивает управление двух-, трех- и четырехфазными двигателями со скоростью, пропорциональной абсолютной величине входного напряжения, причем направление вращения двигателя определяется полярностью входного напряжения Наряду с возможностью управления различными по конструкции двигателями устройство позволяет изменять режим коммутации обмоток двигателя, обеспечивая трех- и шести- тактные режимы работы для трехфазных двигателей и четырех- и восьмитакт- ные режимы для четырехфазных двигателей.

Использование величины напряжения входного сигнала для управления скоростью движения и его знака для определения направлением позволяет легко подключать устройство к наиболее распространенным регуляторам, реагирующим на отклонение параметра от заданного.

И

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления шаговыми двигателями в системах автоматического управления. Цель изобретения состоит в повышении точности и расширении эксплуатационных возможностей. Устройство содержит блок 1 выявления модуля и знака управляющего сигнала, пороговые элементы 11, 12, 23, 24, управляемый коммутатор 14, релейный элемент 10, усилители 19-22 мощности. Частота коммутации пропорциональна величине входного сигнала, его знак определяет направление движения. Обеспечивается управление трех- и четырехфазным двигателем в различных режимах коммутации. 7 ил.

Ј-M4

i

98II9SI