Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1990 года по МПК H02P8/36 

Фиг.7

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может использоваться в дискретном электроприводе.

Цель изобретения - повышение надежности путем отключения двигателя при механической помехе движению.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства.

Устройство содержит четыре канала управления по числу фаз, ШД I, II, III, IV, каждый из которых содержит первый ключевой элемент 1, связывающий выход источника 2 постоянного тока высокого напряжения с одним зажимом 3 фазы двигателя, подключенным через разделительный диод 4 к выходу источника 5 постоянного тока низкого напряжения, второй ключевой элемент 6, связывающий другой зажим фазы 3 двигателя, подключенный к выходу 5 источника тока низкого напряжения через разделительный диод и резистор с общей шиной источников высокого и низкого напряжений через датчик 9 тока, соединенный выходом с первым входом компаратора 10 и первым входом амплитудного детектора 11, управляющий вход которого подключен к инверсному выходу триггера 12, соединенного прямым выходом с выходом инвертора 13, соединенного входом с входом одновибрато- ра 14, а выходом - с входом одновиб- ратора 15, подключенного выходом к первому входу элемента И 16, соединенного вторым входом с прямым выходом RS-тригге- ра 17, R-вход которого подключен к выходу элемента И 18. Устройство содержит также элементы И 19 и 20, выходы каждого из каналов управления являюш.иеся одновременно выходом четвертого элемента И 16 под- ключень к входам элемента ИЛИ 2, выход которого соединен со счетным входом счетчика 22, подключенного выходом к RS- триггеру 23, инверсный выход которого подключен к входу первого 19 и второго 20 элементов И, выходы элементов И 19 и И 20 подключены соответственно к входам усилителей 24 и 25., Шина К является шиной контроля, шина И связана с выходом источника импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы на R-вход допо.т- нительного триггера 23 подается сигнал «Сброс. Устройство готово к работе. Когда на входную шину устройства управления (вход инвертора 13) поступает импульс А (фиг. 2) управления, инвертированный импульс В с выхода инвертора 13 переключает триггер 12 в состояние, обеспечивающее открывание транзистора 1, в результате чего транзисторы 1 и 6 открываются и по фазе 3 двигателя начинает протекать токовый сигнал 1ф-(фиг. 2), скорость нарастания которого определяется величиной напряжения источника 2.

5

Ток в фазе шагового двигателя с пассивным ротором изменяется по определен ному закону, зависящему от перемещения якоря и изменения магнитных параметров системы, причем уменьшение якоря

5 тока (t2 на фиг. 2) соответствует отработке шага. Падение напряжения на резис- тивном датчике 9 тока, пропорциональное току фазы 1ф двигателя, поступает на сигнальный вход амплитудного детектора 11,

0 служащего для запоминания экстремума тока в момент ti и его хранения.

Амплитудный детектор может быть выполнен и на операционных усилителях и запоминающем конденсаторе, шунтированным ключом, например транзистором.

Сигнал UM (фиг. 2) с выхода амплитудного детектора J1 поступает на первый вход компаратора 10, на второй вход которого подается падение напряжения с датчика 9 тока. Компаратор 10 напряжения произво0 дит сравнение мгновенных значений напряжений на датчике 9 тока и выходе амплитудного детектора 11. На выходе компаратора 10 формируется импульс С (фиг. 2), поступающий на инверсный вход триггера 12, возвращая его по заднему фронту импульса в исходное состояние, соответствующее закрытому состоянию транзистора 1. Одновременно сигнал с инверсного выхода триггера 12 поступает на управляющий вход амплитудного детектора 11, обнуляя его до прип хода следующего запускающего импульса А на входную шину устройства управления. Транзистор 6 при этом остается открытым, и токовый сигнал 1ф в фазе 3 поддерживается источником 5 низкого напряжения. После прекращения действия входного им, пульса А закрывается транзистор 6 и токовый сигнал в фазе 3 спадает до нуля.

Ускорение процесса«спада токового сигнала в отключаемой фазе 3 двигателя обесQ печивается цепью разряда, состоящей из диода 7 и резистора 8. Длительность форсированного импульса С, определяющего время подключения фазы 3 к источнику 2 высокого напряжения соответствует энергии, необходимой Для перемещения ротора на

5 один шаг, и изменяется в зависимости от изменения механической нагрузки (уменьща- ется при уменьшении механической нагрузки и увеличивается при ее увеличении).

Рассмотрим работу устройства управле- 0 ния при действии механической перегрузки типа «механическая помеха (механический упор). При возникновении перегрузки на ведомом валу шаговый двигатель выпадает из синхронизма и его ротор начинает со- верщать колебательные движения в преде- лах углового щага. При этом на вход устройства продолжают поступать сигналы управления фазами двигателя, соответствующие заданному направлению вращения.

5

Для рассматриваемого устройства управления четырехфазным шаговым двигателем периодичность диаграммы для каждой фазы составляет четыре управляющих такта.

При воздействии управляющих импульсов и возникновении перегру жи («механической помехи) на две из четырех фаз шагового двигателя будут поступать управляющие сигналы в момент стоянки ротора. При этом в диаграмме фазного тока этих

Поскольку в устройство уг;равлении периодически поступают имг:ульсы управления, устройство управления при наличии ме- ханичесхок помехи будет вырабатывать в каналах управления ссжтветствующкх фаз импульсы сварийной ситуации, которые, по- на счетчик 22 через элемент ИЛИ 21, уменычают содержимое начальной уставки. При обч ле;ши на выходе счетчика паявля- етск сигнал, который, поступая на S-вход

фаз отсутствует экстремум, ибо не проис- 10 дополнительного RS-триггера 23, переклю- ходит отработки шага 1ф.торм. (фиг. 2). При чает его в единичное С1х:тояние. При этом этом на выходе компаратора не вырабатывается импульс напряжения (С на фиг. 2) и рассматриваемые фазы не переключаются с источника 2 высокого напряжения на ис

нг шине К возникает команда аварийного режима (перегрузка). Низкий уровень напряжения на инверсном выходе RS-триггера 23 запрешает прохождение управляющих, сигналов на ключевые элементы 1 и 6 фаз каналов упрпвления и обесточиваег фазы,. Шаговый двигатель отключается.

Устройство управ чення ;новь подготавливается к работе по подаче сигнала «Сброс,

точник 5 низкого напряжения.

С поступлением yпpaBv яJoщeгo сигнала на фазы срабатывают одновибраторы 14 и 15 (одновибратор 14 вырабатывает импульс по фронту прямого управляющего сигнала, а

одновибратор 15 - по фронту инзертиро- 20 постучаюший на R-вход дополнительного ванного сигнала - сигналы Д и Е на фиг. 2). RS-триггера 23 после анализа команды

Импульсом Ол1новибратора i4 по входу S переключается RS-триггер 17 и на его выходе Q (фиг. 2) появляется разрешающий высокий уровень напряжения, поступающий

аварийного режима.

Такс; - ьыполкение устройства при .меха- ническ; . перегрузках анализирует режим работы дзнгате.11я и в случае «устойчивой

на один из входов элемента И 6, на вто- механической перегрузки вырабатывает корой вход которого поступает импульс с одно- вибратора 15. При работе ojaroBoro двигателя без перегрузки импульс компаратора 10, осуществляющий переключение фазы с источника 2 на источник 5, одновре.менно в формироз.ани51 команды. течение действия управляющего импульса через элелч нт И 18 сбрасывает триггер 17 и на время прихода импульса одновибра- тора 15 на одном из входов элемента И 16 будет низкий (запрещающий) уровень сиг- кала. Импульс одновибратора 15 -(соответствующий окончанию действия управляющего сигнала) не проходит на счетный вход счетчика 22 через элемент ИЛИ 21.

Перед началом работы в счетчик 22 записывается уставка (двоичный код, соответствующий по числу импульсов надежному 40 ДИОД к выходу источника постоянного тока

35

манду aaapsiHHoro режима и отключает шаговый двигатель. Величина уставки, введенная 3 счетчик, определяет степень устой- чивост - механической перегрузки и время

Формула изсбретения

Устройство для упргвления шаговым двигятелем с каналами управления по числу фаз двигателя, содержащее в каждом канале первый и второй усилители, первый ключевой элемент, связывающий выход ис- точ.чика постоянного тока выхокого напряжения с одним зажимом фазы двигателя, подключенным через разделительный

обнаружению аварийной ситуации). Величина уставки, введенная в счетчик, определяет степень «устойчивости .механической перегрузки. Величина уставки, соответствующая одному биту двоичного кода, выявляет кратковременную перегрузку, которая может произойти при приработке механического редуктора привода, а соответствующ,ая п битам двоичного кода формирует команду при «устойчивой, механической перегрузке типа внешняя .механическая помеха.

Счетчик 22 работает на вычитание. .С возникновеннем перегрузки, при которой компаратор не вырабатывает импульса напряжения, в течение действия управляющего сигнала RS-триггер 17 находится во взвенизкого напряжения, второй ключевой элемент, связывающий другой зажим фазы двигателя, подключенный к источнику тока низкого ;зпряжения через разделительный диод и резистор, с общей шиной источни45 ков Bbicoi oro н низкого напряжений через датчик тока, соединенный выходом с первым нходом компаратора и первым входом амплитудного детектора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, которого подключен к инзерсно.

50 ьхолу пеового триггера, инверсный выхоп которого соединен с управляющим входом амплитудкого детектора, а прямой вход соединен с инвертором, вход которого предназначен для соединения с источником сигденном состоянии и через элемент И 16 про-55 налов, причем выходы первого и второго

ходит импульс одновибратора 15, который, ус.члкте-ей подключены к управляющим вхопроходя через элемент ИЛИ 21, вычитаетдам соответствующих ключевых элементов,

один бит информации из ранее записанныхотличающееся тем, что, с целью повышения

в счетчик 22.надежности работы шагового двигателя пу5

Поскольку в устройство уг;равлении периодически поступают имг:ульсы управления, устройство управления при наличии ме- ханичесхок помехи будет вырабатывать в каналах управления ссжтветствующкх фаз импульсы сварийной ситуации, которые, по- на счетчик 22 через элемент ИЛИ 21, уменычают содержимое начальной уставки. При обч ле;ши на выходе счетчика паявля- етск сигнал, который, поступая на S-вход

дополнительного RS-триггера 23, переклю- чает его в единичное С1х:тояние. При этом

дополнительного RS-триггера 23, переклю- чает его в единичное С1х:тояние. При этом

нг шине К возникает команда аварийного режима (перегрузка). Низкий уровень напряжения на инверсном выходе RS-триггера 23 запрешает прохождение управляющих, сигналов на ключевые элементы 1 и 6 фаз каналов упрпвления и обесточиваег фазы,. Шаговый двигатель отключается.

Устройство управ чення ;новь подготавливается к работе по подаче сигнала «Сброс,

постучаюший на R-вход дополнительного RS-триггера 23 после анализа команды

аварийного режима.

Такс; - ьыполкение устройства при .меха- ническ; . перегрузках анализирует режим работы дзнгате.11я и в случае «устойчивой

механической перегрузки вырабатывает коформироз.ани51 команды.

механической перегрузки вырабатывает коформироз.ани51 команды.

манду aaapsiHHoro режима и отключает шаговый двигатель. Величина уставки, введенная 3 счетчик, определяет степень устой- чивост - механической перегрузки и время

механической перегрузки вырабатывает ко формироз.ани51 команды.

40 ДИОД к выходу источника постоянного тока

35

Формула изсбретения

Устройство для упргвления шаговым двигятелем с каналами управления по числу фаз двигателя, содержащее в каждом канале первый и второй усилители, первый ключевой элемент, связывающий выход ис- точ.чика постоянного тока выхокого напряжения с одним зажимом фазы двигателя, подключенным через разделительный

40 ДИОД к выходу источника постоянного тока

низкого напряжения, второй ключевой элемент, связывающий другой зажим фазы двигателя, подключенный к источнику тока низкого ;зпряжения через разделительный диод и резистор, с общей шиной источни45 ков Bbicoi oro н низкого напряжений через датчик тока, соединенный выходом с первым нходом компаратора и первым входом амплитудного детектора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, которого подключен к инзерсно.

50 ьхолу пеового триггера, инверсный выхоп которого соединен с управляющим входом амплитудкого детектора, а прямой вход соединен с инвертором, вход которого предназначен для соединения с источником сигтем его отключения при механической помехе движению, введены шины записи начальной уставки, контроля и сброса, элемент ИЛИ, счетчик и RS-триггер, а в каждый канал управления ншедены четыре эле- мента И, два одновибратора и второй RS- триггер, причем инверсный выход RS-тригге- ра подключен- к первому входу первого и вторш-о элементов И каждого канала, прямой вых( /; его выведен на шину контроля, R-вход ги .гчлючен к шине сброса, а S-вход - к вы- ходу счетчика, вход записи которого соединен с шиной записи начальной уставки, счетный вход - с выходом элемента ИЛИ, каждый вход которого подключен к выходу четвертого элемента И соответствующего канала управления, первым входом четвертый элемент И каждого канала соединен через первый одновибратор с выходом инвертора, а вторым входом - с прямым выходом второго RS-триггера, R-вход которого соединен с выходом третьего элемента И, подключенного первым входом к выходу компаратора, вторым входом - к входу второго одновибратора, входу инвертора и второму входу второго элемента И, а S-вход - с выходом второго одновибратора, причем выходы первого и второго элементов И подключены к входам соответствующих усилителей, а прямой выход первого триггера подключен к второму входу первого элемента И.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления с шаговыми двигателями. Целью изобретения является повышение надежности работы шаговых двигателей в режимах с механической перегрузкой. Устройство включает в себя элемент ИЛИ 1, счетчик 22 и дополнительный RS-триггер 23, а в каждый канал управления по числу фаз введены первый 14 и второй 15 одновибраторы, элементы И 18 - 20 и RS-триггер 23. Введение указанных элементов позволяет надежно формировать команду при режиме с механической перегрузкой и отключать шаговые двигатели. 2 ил.

1-срлорн