Устройство для позиционного управления шаговым двигателем Советский патент 1991 года по МПК H02P8/00 

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в системах позиционного управления технологическими механизмами.

Цель- изобретения состоит в повышении быстродействия путем уменьшения времени переходных процессов при пуске и торможении двигателя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для управления шаговым двигателем на фиг. 2 временные диаграммы сигналов на основных элементах схемы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит коммутатор 1 шагового двигателя 2, генератор импульсов 3 с выходом 4, трехвходовые элементы И 5-9, двухвходовый элемент И 10, элементы ИЛИ 11-13 RS- триггер 14, одновибраторы 15-18, инверторы 19 и 20, реверсивный счетчик импульсов 21.

Генератор импульсов 3 имеет вход4 задания частоты, выход генератора импульсов связан с первыми входами трехвходовых элементов И 5 и 6, соединенных вторыми входами с шинами выбора направления движения вперед (В) и назад (Н), а третьими входами - с выходом инвертора 19, подключенного входом к выходу одновибратора 16, подсоединенного входом к выходу одновибратора 15, связанного с выходом элемента ИЛИ 13, входы которого соединены с шинами выбора направления движения В и Н.

Выходы элементов И 5 и 6 соединены с первыми входами элементов ИЛИ 11 и

сл

00

GO

ОЭ

ел

12, вторые входы которых связаны с выходами трехвходовых элементов И 7 и 8, а первые входы последних подключены к выходу генератора 3, вторые входы - к выходам RS-триггера, третьи входы - к выходу трехвходового элемента И 9, связанного первым вхо-. дом с выходом генератора импульсов 3, вторим входом - с выходом одновибра- тора 18, а третьим входом - с выходом нулевого разряда реверсивного счетчика 21, первый вход которого подключен к выходу двухвходового элемента И 10, подсоединенного входами к выходу од- новибратора 16 и выходу 4 генератора импульсов 3. Второй вход счетчика 21 связан с выходом трехвходового элемента И 9, выход инвертора 20, соединенного входом с выходом элемента ИЛИ 13, подключен к входу одновибратора 17, связанного выходом с входом одновибратора 18.

Выходы элементов ИЛИ 11 и 12 соединены с входами коммутатора 1, к выходам которого подключены обмотки шагового двигателя 2.

Устройство работает следующим образом.

Генератор импульсов 3 вырабатывает управляющие импульсы с заданной частотой f-v (см. фиг.2а).

Для движения шагового двигателя 2 вперед (В) или назад (Н) в момент времени ЈgKA (см. фиг.26 и в) поступает сигнал с шин выбора направлениях В или Н на соответствующий логический элемент И 5 или 6. Единичный логический сигнал на одной из шин В или Н разрешает работу коммутатора 1 и, следовательно, движение двигателя 2 в соответствующем направлении. Нулевой сигнал на обеих шинах В и Н запрещает прохождение импульсов управления ЕиНа входы коммутатора 1, т.е. прекращает движение.

Подача на входы коммутатора серии импульсов с равными интервалами обеспечивает колебательный переходный процесс пуска с большим перерегулированием по скорости и с медленным за- туханием. При введении паузы (перерыва в подаче импульсов) (см. фиг.2в, последовательность управляющих импульсов) переходный процесс установления заданной скорости шагового двигателя 2 проходит без перерегулирования и затухает значительно быстрее, чем при непрерывной последовательности импульсов управления.

Теоретическими исследованиями установлено, что при разгоне, близком к оптимальному, начало паузы ср от момента включения Ј 6)сл и конец ее отп (см- фиг.2г и д) определяются уравнениями

ЈСр, 1 + 2М, Оотп, 1,9 + 2.7М,

где L- t СОо - относительное время,

С0а л|РМ/иакс/1 - круговая частота собственных колебаний;

5I приведенный к валу

шагового двигателя момент инерции; М М../М ..„„л относительный момент

И ЛЛхД K.V.

нагрузки, QF - число пар полюсов.

Перерыв в подаче импульсов управления в предлагаемом устройстве обеспечивается одновибраторами 15 и 16. При поступлении единичного логическо- 5 го сигнала на шину В или Н через элемент ИЛИ 13 запускается одновибратор 15, который отсчитывает время Јcpi первой пачки импульсов (см. фиг.2). Задним фронтом импульса одновибратора 15 запускается одновибратор 16. Сигнал с его выхода через инвертор 19 запрещает через элементы И 5 или 6 подачу импульсов управления на коммутатор на время Ј Отп « После окончания импульса, вырабатываемого одно- 5 вибратором 16, на коммутатор 1 поступают импульсы с неизменной частотой Ј и, (см. фиг.2и, к). После окончания всей серии импульсов шаговый двигатель останавливается, причем процесс

0

0

5

0

торможения также сопровождается колебаниями и медленно затухает, что снижает быстродействие, которое определяется временем от момента прекращения подачи импульсов до момента полной остановки шагового двигателя. Оптимальное управление процессом тор- мокения с введением дополнительных импульсов после окончания первичной серии импульсов позволяет уменьшить перерегулирование и время торможения.

Исследования показали, что времена настройки одновибраторов 17, 18, определяющие процесс торможения, могут быть определены для любых шаго- вых двигателей по выражениям

срг

1,1 + 1,3 М,

от па

2,1 + 1,3 М.

Особенностью позиционного управления шаговым двигателем является неизменность числа импульсов первоначальной серии, определяющей перемещение механизма. Этим обусловлено введение в схему реверсивного счетчика 21. Кроме того, схема должна запомнить, в каком направлении было задано движение до начала торможения. С этой целью сигналы на шинах В и Н дублируются PS-триггером. С выходов RS-триггера 14 сигналы подаются на вторые входы трехвходовых элементов И 7, 8, формирующих процесс торможения. Для поступления импульсов fu в обход основных каналов движения (через И 5 и 6) на первые входы элементов И 7 и 8 подаются импульсы с выхода генератора 3.

При снятии сигналов единичного уровня с шины В или Н инвертор 20 запускает одновибратор 17, формируюфш импульс длительностью vcp (см, фиг.2ж). Одновибратор 17 запускает одновибратор 18, который формирует импульс длительностью отпо (см- фиг.2з).

Реверсивный счетчик 21 запоминает число импульсов, исключенное из первоначальной серии за время Јотп Поэтому для сохранения неизменным числа импульсов первоначальной серии - число дополнительных импульсов, поступающих на входы коммутатора 1 через элементы И 7 и 8, контролируется счетчиком 21. Как только число импульсов, поступивших через элементьГ И 7 и 8, станет равным числу импульсов, исключенных при разгоне, , счетчик 21 переходит в нулевое состояние и сигнал нулевого уровня на era выходе запирает элементы И 7-9, прекращая прохождение импульсов управления на йход коммутатора 1.

Формула изобретения

1. Устройство для позиционного уп- ра,вления шаговым двигателем, содержащее коммутатор фаз двигателя с входами управления прямого и обратного движений, генератор импульсов управления с входом задания частоты и две шины выбора направления движения, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия путем уменьшения времени переходных процес- сов при пуске двигателя, в него вве

Ю

15

дены два трехвходовых элемента И, элемент ИЛИ, два одновибратора и инвертор, соединенный выходом с первыми входами обоих элементов И, связанных выходами с входами управления прямого и обратного движений коммутатора, вторыми входами - с выходом генератора импульсов, .а третьими - с шинами выбора направления движения, соединенными также с входами элемента 1ШИ, подключенного выходом к входу первого одновибратора, соединенного выходом с входом второго одновибратора, выход которого подключен к входу инвертора.

0

5

2. Устройство поп.1, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия путем умень0 шения времени процесса торможения двигателя, в него дополнительно введены второй инвертор, RS-триггер, два элемента ПЛИ, три трехвходовых и один двухвходовый элементы И, реверсивный

5 счетчик, третий и четвертый одновиб- раторы, выход последнего из которых подключен к второму входу третьего дополнительного трехвходового элемента И, вход четвертого одновибратора

Q через третий одновибратор и дополнительный инвертор связан с выходом основного элемента ИЛИ, соединенного своими входами с входами RS-триггера, подключенного выходами к вторым входам первого и второго дополнительных

5 трехвходовых элементов И, подключенных первыми входами - к выходу генератора импульсов, третьими входами - к выходу третьего дополнительного трехвходового элемента И, связанного также с входом вычитания реверсивного счетчика, выход которого подключен к третьему входу третьего дополнительного элемента И, соединенного своим первым входом с выходом генератора импульгов, подключенного также к второму входу дополнительного двух- входового элемента И, соединенного первым входом с выходом второго одно- вибратора, а выходом - с входом сложения реверсивного счетчика, причем выходы первого и второго дополнительных трехвходовых элементов И подключены к вторым входам дополнительных элементов ИЛИ, связывающих своими

5 первыми входами и выходами входы управления прямого и обратного движений коммутатора с выходами основных трехвходовых элементов И.

0

1 Ц

ь

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для позиционного управления технологическими механизмами. Цель изобретения состоит в повышении быстродействия путем уменьшения времени переходных процессов при пуске и торможении. Для этого на двигатель при разгоне подается биксированное количество уп- равллюцих импульсов, затем следует фиксированная пауза, после чего подается непрерывная последовательность импульсов на время движения. При торможении сначала прекращается подача импульсов на время фиксированной паузы, татем подается фиксированное количество импульсов, затем прекращается подача импульсов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. S (Л

L

L отхл г

Составитепь R.Алфимов Редактор Т.Иванова Техреп М.Дидык

fejc

Оиг. 2

Корректор П.Патаи