Электропривод Советский патент 1993 года по МПК H02P8/00 

тель импульсов обеспечивает коммутацию фаз 12 шагового двигателя 1 в прямой последовательности, соответствующей условному направлению движения Вперед. При . сигнале единичного уровня на входе Н и 5 нулевого уровня на входе В обеспечивается коммутация фаз двигателя в обратной последовательности, что соответствует движению в условном направлении Назад. Состояния, когда на оба входа В и Н распре- 10 делителя импульсов 4 поданы одновременно единичные или нулевые сигналы, являются запрещенными и должны быть исключены При формировании сигналов управления. 15

Многоканальная система управляющих напряжений прямоугольной формы, вырабатываемых распределителем импульсов 4, усиливается многоканальным усилителем мощности 3, силовые элементы которого 20 осуществляют последовательно коммутацию фаз 12 шагового двигателя 1, При отключении каждая фаза 12 шагового двигателя шунтируется диодом 13 разделиельной цепи, что обеспечивает уменьше- 25 ние коммутационных напряжений на силовых элементах усилителя мощности 3.

Шаговый двигатель является колебательной электромеханической системой в связи с чем его движение как при обработке 30 одного шага, так и при обработке серии шагов с различной частотой, сопровождается колебаниями угла и скорости. Эти колебания ухудшаюл качество движения (плавность движения) и могут служить при- 35 чиной потери устойчивости в области частот резонанса. Собственно шаговый двигатель, особенно при управлении от усилителя мощности со свойствами источника тока, обладает низкими демпфирующими свойст- 40 вами, что является причиной длительного затухания колебаний, составляющего десятки периодов. Использование внешнего демпфера позволяет снизить колебания угла и скорости и приблизить процессы изме- 45 нения угла и скорости к апериодическим. Демпфер более эффективен в области низких частот управления, когда колебания мгновенной скорости в несколько раз превышает ее значение, а устойчивость движе- 50 ния может быть нарушена. В области высоких частот управления, когда движение носит непрерывный характер, колебания скорости малы и эффективность демпфера снижается, однако и в области высоких час- 55 тот демпфирование колебаний мгновенной скорости позволяет повысить нагрузочную способность шагового двигателя и устойчивость его движения. Применение демпфера предлагаемой конструкции в сочетании с

блоком управления возбуждением демпфера позволяет повысить эффективность демпфирования колебаний скорости в области низких частот управления и уменьшить его вредное влияние на быстродействие и нагрузочную способность в области высоких частот управления. Управление режимом работы демпфера обеспечивается следующими схемами блока управления.

На фиг. 5 приведена схема блока управления, использующая аналоговые сигналы. Импульсы управления, поступающие на вход распределителя импульсов 4 и соответ- ствен.но вход блока управления демпфером 6, преобразуются преобразователем 14 в аналоговый сигнал, пропорциональный частоте f. Усилитель 15 инвертирует этот сигнал. В результате с увеличением частоты управления f сигнал, поступающий на вход усилителя 5 демпфера, уменьшается. При этом уменьшаются ток в обмотке 11 демпфера (см, фиг. 4) и создаваемый этим током демпфирующий момент. Изменение тока в обмотке 11 демпфера и, соответственно, демпфирующего момента, обратно пропорционального частоте управления, обеспечивает повышение эффективности его использования, поскольку в области низких частот небольшой демпфирующий момент устраняет колебания угла и скорости, не влияя на нагрузочную способность и быстродействие привода, а Б области высоких частот уменьшенный демпфирующий момент не оказывает существенного влияния не быстродействие и нагрузочную способность.

Наиболее простой является схема блока управления демпфером, приведенная на фиг. 6. Здесь одновибратор 16 на каждый импульс управления частотой f формирует импульс измененной длительности, который усиливается усилителем 5 демпфера. Таким образом, с поступлением каждого импульса управления на вход распределителя импульсов 4 обмотка 11 демпфера подключается усилителем мощности 5 к источнику питания постоянного тока U и демпфирующий момент создается только на органичен- ном отрезке времени, определяемом длительностью переходного процесса. По окончанию импульса обмотка 11 демпфера отключается от источника питания U. Такая схема блока управления демпфером обеспечивает эффективное демпфирование в области низких частот управления и более высокий КПД, поскольку при длительной стоянке шагового двигателя обмотка 11 демпфера обесточена и не потребляет энергию.

Схема блока управления демпфером, представленная на фиг. 7, обеспечивает

сдвиг во времени момента включения обмотки 11 демпфера относительно начала коммутаций фаз. Этот сдвиг по времени обеспечивается первым одновибратором 16, запускаемым импульсами управления, поступающими на тактовый вход распределителя импульсов 4, После окончания импульса, вырабатываемого первым одновибратором 16, запускается второй одновибратор 17, обеспечивающий выключение усилителя мощности 5 и, следовательно, возбуждение обмотки 11 демпфера. Благодаря сдвигу во времени момента возбуждения демпфера отработка шага при коммутации фаз 12 шагового двигателя происходит без тормозящего демпфирующего момента, т.е. максимальным быстродействием. По окончании отработки шага, время которого определяется экспериментально и задается длительностью импульса, вырабатываемого первым одновибратором 16, включается возбуждение демпфера, что обеспечивает интенсивное затухание колебательного процесса. Таким образом, в сравнении со схемой на фиг. 6 блока управления демпфером схема на фиг. 7 обеспечивает более эффективную работу демпфера и повышает быстродействие привода при отработке единичных шагов, когда движение носит пульсирующий характер. В области высоких частот.схемы на фиг. 6 и 7 обеспечивают почти непрерывное протекание тока в обмотке демпфера, что несколько уменьшает нагрузочную способность шагового двигателя.

Более гибкое управление демпфером в зависимости, от частоты управляющих импульсов обеспечивает схема блока управления демпфером, приведенная на фиг. 8. Здесь также, как и в схеме фиг. 7, обеспечивается сдвиг во времени момента возбуждения демпфера относительно момента коммутации фаз 12 шагового двигателя, но время возбуждения изменяется в зависимости от частоты управления f. Это осуществляется третьим одновибратором 18 с регулируемой длительностью импульса. Аналоговый вход одновибратора 18 через инвертирующий усилитель 15 и преобразователь частота-напряжение подключен ко входу первого одновибратора 16, т.е. ко входу блока управления демпфером 6. Импульсный вход одновибратора Т8 подключен ко входу второго одновибратора 17. Таким образом, при поступлении на тактовый вход f распределителя импульсов 4 и, соответственно, на вход блока управления де(лпфе- ром б импульса управления запускается первый одновибратор 16. Задним фронтов импульса.вырабатываемого одновибратором 16, запускается второй 17 и третий 18 одновибраторы. Длительность импульса, вырабатываемого вторым одновибратором 17, неизменна, а длительность импульса на

выходе третьего одновибратора 18 будет уменьшаться при увеличении частоты управления f. При низких частотах управления f, соответствующих режиму единичных шагов, длительность импульса, вырабатывае0 мого третьим одновибратором 18, будет максимальна. Если устанавливают равной длительности импульса, вырабатываемого вторым одновибратором 17.

Импульсы с выходов одновибраторов 17

5 и 18 поступают на входы элемента И19. Единичный сигнал на выходе элемента И19 будет существовать до тех пор, пока на его обоих входах присутствуют сигналы единичного уровня. Длительность импульса на вы0 ходе элемента И19 будет определять время возбуждения обмотки. 11 демпфера. В области низких частот, когда длительность импульсов на выходах второго 17 и третьего 18 одновибраторов приблизительно равны,

5 время, возбуждения обмотки 11 демпфера .будет неизменным. С увеличением частоты управления f на выходе преобразователя 14. частота-напряжение увеличивается аналоговый сигнал. При этом на выходе инверти0 рующего усилителя 15, т.е. на аналоговом входе одновибратора 18, сигнал уменьшается, что приводит к уменьшению длительности импульса, вырабатываемого этим одновибратором. В результате с ростом

5 частоты f элемент И19 будет запираться раньше до окончания импульса, вырабатываемого вторым одновибратором 17, т.е. длительность возбуждения обмотки 11 демпфера будет уменьшаться с ростом часто0 ты управления f. Следовательно, в области высоки, частот демпфирующий момент уменьшается, что повышает быстродействие и нагрузочную способность привода. Таким образом, рассмотренные схемы

5 блока управления демпфером обеспечивают гибкое регулирование демпфирующего момента в зависимости от частоты управления. чтопповышает плавность движения и быстродействие привода с шаговым двига0 телем.

Формула изобретения 1. Электропривод, содержащий шаговый двигатель с демпфером, снабженным жестко связанным с валом двигателя метал5 лическим диском, усилитель мощности, выход которого подключены к фазам обмотки шагового двигателя и источнику постоянного тока, а входы - к выходам распределителя импульсов, снабженного входами направления движения и тактовым входом, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия и плавности движения, демпфер снабжен многополюсной магнитной системой, составленной из С-образных маг- нитопроводов с катушками, соединенными между собой последовательно согласно, образуя однофазную обмотку, а диск демпфера установлен между полюсами С-образных магнитопроводов, дополнительно введены одноканальный усилитель мощности, связывающий обмотку демпфера с источником постоянного тока, и блок управления демпфером, который входом соединен с тактовым входом распределителя импульсов, а выходом -с входом дополнительного усилителя мощности.

2. Электропривод по п. 1, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что блок управления демпфером выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя частота-напряжение и инвертирующего усилителя.

3.Электропривод по п. 1, о т п и ч а ю - щ и и с я тем, что блок управлений демпфером выполнен в виде одновибратора.

4.Электропривод поп. 1.отпичаю- щ и и с я тем, чтс блок управления демпфером выполнен в виде двух последовательно соединенных одновибраторов.

5.Электропривод по п. 1,отличаю- щ и и с я тем, что блок управления демпфером выполнен в виде двух последовательно соединенных одновибраторов, третьего одновибратора с регулируемой задержкой, импульсный вход которого соединен с выходом первого одновибраторз, а аналоговый вход

через последовательно соединенные инвертирующий усилитель и преобразователь частота-напряжение соединен с входом пераого одновибратора, являющегося входом блока управления демпфером, выход второго и

третьего одновибраторов подключены к входам элемента И, выход которого является выходом блока управления демпфером.

Фиг

ФигЗ

W

«иг. 4. yf

1 . Г i y--i

I

J

.1

Фиг. 5.

Ј

L,

Of

02

Фиг. 8.

Редактор

Составитель В.Рубцов Техред М.Моргентал

У l

1-.Ш

/

/c/

1

-J

& #

Сиг. 6.

№#

I ,-J

k/fw

J

Корректор М.Самборская