Способ управления шаговым двигателем Советский патент 1991 года по МПК H02P8/00 

1

(21)4694447/07 (22) 23.05.89 (46)07,05.91. Бюл. № 17

(71)Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники

(72)В.Г.Букреев, В.С.Титов и С.К.Соснин (53)621.313.525(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР Ns 1417162, кл. Н 02 Р 8/00, 1987.

Соколов М.М. и Рубцов В.П. Дискретный электропривод механизмов электротермических установок.- М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 36-39.

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

(57) Изобретение относится к электротехни-. ке и может быть использовано в электроприводах с- шаговыми и синхронными двигателями. Цель изобретения - повышение устойчивости вращения шагового двигателя. Способ состоит в задании изменения тока фазы по синусоидальному закону, причем амплитуду синусоиды вначале устанавливают максимальной, а при достижении током фазы величины ограничения она ступенчато уменьшается, пока не станет ниже величины ограничения. 4 ил.

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в дискретном электроприводе с электрическим дроблением шага.

Цель изобретения состоит в повышении устойчивости вращения.

Рассмотрим способ при постоянной частоте формирования задающего сигнала тока в фазах шагового электродвигателя, поступающего на входширотно-импульсно- го модулятора (ШИМ). При этом напряжение на фазах двигателя имеет вид импульсных последовательностей постоянной амплитуды, где частота импульсов определяется частотой ШИМ, а длительность - амплитудой задающего сигнала. В режиме поочередного формирования таких последовательностей в фазах двигателя частота вращения вала определяется частотой задающего сигнала.

При пуске двигателя из неподвижного состояния задающий сигнал тока в одной из фаз формируется с максимально возможным задающим значением (рассчитанным,

4

например, из условия предельного ускорения). При достижении текущего значения тока в фазе двигателя значения заданного токоограничения формируется импульс переключения амплитуды задающего сигнала тока. В соответствии с этим уменьшается значение длительности импульса широтко- импульсного сигнала. Закон изменения амплитуды задающего сигнала может быть выбран пропорциональным, экспоненциальным и т.д. (в зависимости от задач управления электроприводом, где используется шаговый электродвигатель). При этом дискретность задающего сигнала выбирается из условия минимума амплитуды колебаний момента двигателя при переключении задающего сигнала с одного уровня на другой. Наименьшее значение задающего сигнала определяется из условия непрерывности тока в фазах электродвигателя при импульсном регулировании напряжения питания.

Таким образом, в каждой фазе шагового электродвигателя формируется ток, максимальное значение которого приближено к

Ј

О 4 х|

00

Ю

заданному значению токоограничения, что обеспечивает наряду с малым временем переходного процесса поддержание заданной формы тока в фазах двигателя. Это приводит к более устойчивому запуску дви- гателя из неподвижного состояния и шает устойчивость вращения вала двигателя при номинальной нагрузке. Кроме того, предлагаемый способ позволяет формировать необходимую токовую .диаг- рамму в первоначальный момент для преодоления, например,сил потокосцепления, создаваемых полюсами ротора с постоянными магнитами.

Способ может быть реализован про- граммно или, в данном случае, на основе аппаратных средств,

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - структурная схема логического бло- ка; на фмг.З - структурная схема счетчика импульсов; на фиг,4 - временные диаграммы, иллюстрирующие формирование тока в фазе двигателя.

Устройство, подключенное к шаговому электродвигателю 1, содержит последовательно соединенные генератор 2 импульсов, первый счетчик 3 импульсов, первое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 4, умножитель 5, преобразователь 6 код - интервал, логический блок 7, выходы которого подключены к входам усилителя 8 мощности, выход датчика 9 тока фаз электродвигателя 1 через компаратор 10, формирователь 11, второй счетчик 12, второе постоянное запоминающее устройство 13 подключен к другому входу умножителя 5, выходы генератора 2 импульсов подключены к синхронизирующим входам преобразователя 6 ,код - интервал, логического блока 7, счетчика 12 импульсов.

Логический блок 7 (фиг.2) содержит делитель 14 частоты, две схемы из IK-тригге- ров 15 и 16 логических схем ИЛИ 17, 18 и И 19, 20 с перекрестными связями, схему НЕ 21 м 4 группы последовательно соединенных схем И 22-29, С-входы IK-триггеров 15 и 16 соединены с выходом делителя 14 частоты, вход которого подключен к выходу генератора 2 импульсов, первые входы логических схем И 23, 25, 27 и 28, выходы которых являются выходами логического блока 7, объединены и подключены к выходу преобразователя 6 код - интервал.

Счетчик 12 импульсов (фиг.З) содержит последовательно соединенные делитель 30 частоты, логическую схему ИЛИ 31, счетчик 32, выход которого является выходом счетчика 12, другой вход схемы ИЛИ 31 соединен с выходом формирователя импульсов

на логической схеме И-НЕ 33 и RC-цепи, суммирующий вход счетчика 32 соединен с выходом формирователя 11, а вход делителя 30 частоты - с выходом генератора 2.

На фиг.4 обозначены диаграммы тока 34 в фазах шагового двигателя, импульсов 35 напряжения с выхода формирователя 11, импульсов 36 напряжения с выхода делителя 30.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени (при включении источника питания устройства) счетчики 3 и 12 устанавливаются в исходное состояние и на адресных входах ПЗУ 4 и 13 устанавливается начальный адрес. При поступлении импульсов с выхода генератора 2 на вход счетчика 3 на выходе ПЗУ 4 изменяется нормированное значение кода в соответствии с формой сигнала (например, синусоидальной), записанной в ПЗУ 4. После умножения умножителем 5 нормированных значений синусоидального сигнала на величину кода, считываемого из ПЗУ 13, на вход преобразователя 6 код - интервал поступает задающий сигнал синусоидальной формы с максимально возможной амплитудой. Таким образом, на вход логического блока 8 поступает последовательность импульсов, длительность которых модулирова- на по синусоидальному закону. 8 соответствии с сигналами тактовой частоты, поступающими с выхода генератора 2 (фиг.1) на С-входы IK-триггеров 15 и 16 логического блока 7 (фиг.2), кольцевая пересчетная схема на элементах 15-20 формирует последовательности импульсов в виде меандра (однофазное управление шаговым электродвигателем), поступающие на первые входы логических схем 23, 25, 27 и 29,

После появления сигнала Пуск, равного логической 1 (фиг.2), широтно-модули- рованный сигнал поступает через одну из логических схем 23, 25, 27 и 29 на вход усилителя 8 мощности. В одной из фаз шагового двигателя 1 появляется ток 34 (фиг.4), который нарастает по определенной характеристике задающего сигнала. При достижении током допустимого значения 0гр на выходе формирователя 11 формируется импульс 35 напряжения (фиг.4), который изменяет состояние счетчика 12. Новоезначение кода на его выходе определяет меньшее значение кода на выходе ПЗУ 13.

Ток 34 (фиг.4) фазы двигателя 1 спадает до пересечения со следующей характеристикой задающего сигнала. Далее весь процесс повторяется до момента, при котором амплитудное значение задающего сигнала

становится меньше допустимого тока I0rp. По окончании процесса протекания тока в фазе двигателя делителем 30 частоты (фиг.З) формируется импульс 36 напряжения (фиг.4), который через схему ИЛИ 31 поступает на С-вход счетчика 32 (фиг.З), устанавливая его тем самым в начальное состояние. При поступлении импульса управления от логического блока 7 черзз усилитель 8 мощности на следующую фазу двигателя 1 описанный выше процесс формирования тока повторяется,

Максимальная скорость нарастания тока с начале и изменение тока по синусоидальному загону повышают устойчивость вращения.

от.

Фаг 2.

0

Формула изобретения Способ управления шаговым двигателем, состоящий в том, что задают изменение тока в фазе двигателя по синусоидальному закону, измеряют ток в фазе, сравнивают мз- меренное значение тока с заданным.и по результатам сравнения изменяют скчаж- ность импульсов напряжения на фазе, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости вращения при изменении момента нагрузки, перед пуском двигателя устанавливают максимальное значение амплитуды синусоиды задания тока и задание ограничения этой амплитудь1 при установившемся режиме, а при превышении током фазы задания ограничения ступенчато уменьшают амплитуду.

j..

смг.2 .

Фиг 3 отп

3455

3/5

0X2 4