Шаговый электропривод Советский патент 1982 года по МПК G05B11/01 

(5) ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

,. Изобретение относится к приборо строению и автоматике и может быть использовано для получения точных ми роперемещений в приводах с повышенны ми требованиями по точности при наличии значительных по уровню магнитных помех, например, в электронных микроскопах . Известен шаговый электропривод, содержащий электрострикционный шаговый двигатель, движущий элемент которого снабжен измерителем приращения длины и стопорными устройствами, и источником питания 1. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является шаговый электропривод, содержащий генератор прямоугольных импульсов, интегр тор, первый вход которого соединен с первым входом исполнительного механизма, и последовательно соединенные задатчик, триггер и первый ключ 2. Однако изпестный привод обладает невысокой точностью при отработке neремещении, не равных целому числу шагов. Цель изобретения - повышение точности электропривода. Поставленная цель достигается тем, что в электроприводе установлены последовательно соединенные рдновибратор, элемент ЗИ и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом пер вого ключа и вторым входом исполнительного механизму, а выход - со входом задатчика перемещения, второй вход триггера соединен со входом одновибратора, а выход триггера соединен совторым входом элемента ЗИ, третий вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, а выход со входом интегратора, второй выход которого соединен со вторым входом первого ключа, причем интегратор выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя кода с избыточными разрядами и преобразоватепя hOfl-налряжения, кроме того, в нем установлен Элемент 2И-2ИЛИ, Входы которого соединены с соответствующими выходами интегратора,, а выход - с тр тьим входом второго ключа, На чертеже представлена блок-схема устройства. Блок-схема содержит генератор пря моугольных импульсов 1, одновибратор 2, триггер 3 элемент ЗИ Ц, преобразователь кода 5, преобразователь код-напряжения 6, пьезоэлемент 7, стопорные устройства 8, задатчик 9, первый и второй ключи 10 и 11, элемент 2И-2ИЛИ 12, интегратор , исаолнительный механизм Н, клемма установки исходного состояния 15, клем ма Пуск 16, Qj,,..Q выходы разрядов преобразователя кода 5. Предлагаемый электропривод работает следующим образом. Для установки электропривода в исходное состояние на клемму 15 подается импульс напряжения, при этом на выходе триггера 3 устанавливается потенциал логического нуля, на выходах всех разрядов Q...Q преобразователя кода 5 а также во всех разрядах счетчика, в задатчике перемещения 9 устанавливаются логические нули. В элект роприводе в качестве задатчикв 9 при меняется цифровой задатчик перемещения, состоящий из счетчика импульсов набора переключателей, связанных с его выходами, и блока совпадения. При подаче импульса Пуск на клемму 16 на выходе триггера 3, вход элемента ЗИ и управляющем входе ключа 10 устанавливается логическая единица. Ключ 10, в свою .-очередь включает одно из стопорных устройств исполнительного механизма 1, Сигнал Пуск с клеммы 16 подаеТ|Ся также и на вход одновибратора 2, 1при этом на время выдержки одновибратора 2 запрещается прохождение импульсов с вы хода генератора 1 через элемент ЗИ на вход преобразователякода 5 винтеграторе t3. Время выдержки одйовиб ратора 2 выбирается несколько большим, чем время срабатывания стопорных устройств 8 в исполнительном ме ханизме k, что обеспечивает сохране ние величины первого шага. По окончании времени выдержки одновибратора 2 на двух входах элемента 3 и устанавливаются логические единицы, на его третий вход поступают импульсы от генератора 1 , которые с выхода элемента ЗИ А поступают на входы преобразователя кода 5 и цифрового задатчика 9- Распределитель кода Джонсона 5 при этом интегрирует входные импульсы в коде Джонсона. С выходов разрядов преобразователя кода 5 сигналы поступают на входы преобразователя код-напряжения 6, который преобразует комбинацию упомянутого кода в напряжение, управляющее пьезоэлементом 7, и исполнитель.ногОмеханизма I. Простейший вариант преобразователя кода Джонсона в напряжение может быть выполнен по принципу суммирования элементарных напряжений. Например, в виде цепочки последовательно включенных источников напряжения, гашунтированных ключами, управляющие входы которых подключены к выходам распределителя кода Джонсона. При , задавая различные значения ЭДО Ъ элементарных источниках, легко скомпенсировать нелинейность типа гистерезиса пьезоэлемента 7- С интеграторами других типов эта операция затруднена отсутствием симметрии либо кода, либо характеристики интегратора при реверсе движения. Для питг1ния движущего пьезоэлемента, как правило, требуются высокое (несколько сотен Вольт) напряжение, которое с преобразователями код-напряжение, построенными по принципу суммирования токов, получить невозможно без высококачественных усилителей постоянного тока, С точки зрения стабильности выходного напряжения, суммирование ЭДС источников с фиксированными промежуточный уровнями предпочтиteльнee усилителей постоянного тока. Поэтому выбранный тип интегратора оптимален а рассматриваемом пьезоприводе. Предлагаемый электропривод позволяет автоматически останавливать исполнительный механизм на любом интервале в пределах шага. Точность выхода на заданную позицию при этом определяется количеством -разрядов распределителя кода Джон,сона 5. Ключ 10 управляющий стопорными устройствами 8, соединен с выходом разрядами преобразователя кода 5 поэтому переключение одного из стопорных устройств происходит при изменении состояния выхода разряда N. Наличие избыточных разрядов в преобразователе кода 5 позволяет повысить предельную частоту элементарных подвижек, которая. обь1чно ограничивается временем срабатывания стопорных устройств 8 исполнительного механизма 1. Для обеспечения синхронной работы ключа 11, установленного на входе цифрового задатчика перемещения 9 И движущего пьезоэлемента 7, к управляющему входу этого ключа- подключен выход элемента 2И-2ИЛИ 12, входы которого присоединены к выходам раз. рядов Q, QN 1 QN распределителей кода Джонсона 5 соответственно. При этом счетчик в цифровом задатчике-перемещения 9 работает только при рабочем ходе исполнительного механизма 1. Для изменения направления движения электропривода необходимо переключить вход ключа инвертированный выход .разряда 0. распределителя кода Джонсона 5 и реверсировать счетчик в цифровом задатчике перемещения 9. Остановка исполнительного механизма Н происходит автоматически при достижении набранного в цифровом задатчике перемещения 9 числа импулъсов (т.е. величина перемещения При известной величине единичной подвижки ), При этом на выходе цифрового ,Ьадатчика перемещения 9 появляется импульс напряжения. Который переводит триггер 3 в состояние, при котором на его выходе появляется логический нуль, что запрещает прохождение импульсов напряжения с генератора 1 на ход распределителя кода Джонсона 5- Одновременно запирается ключ 10 управляющий стопорными устройствами 8 и фиксируется напряжение на движущем пьезоэлементе 7. Это состояние сохраняется до тех пор, пока не будет задана новая величина перемещения и подан импульс напряжения Пуск на клемму 16 на входе электропривода или не будет произведена установка исходного состояния путем подачи импульса на клемму 15. Таким образом, обеспечивается автоматическая отработка перемещений не равных целому числу . шагов. Под шагом здесь подразумевается путь, пройденный исполнительным, механизмом за время полного цикла в стопорных устройствах 8. Точность отработки заданного перемещения в предлагаемом электроприводе определяется количеством рабочих разрядов преобразователя кода Джонсона 5 и может быть задана заранее. При наличии избыточных разрядов -в распределителе кода Джонсона 5 переходный процесс в стопорных устройствах 8 накладывается на паузу, возникающую при срабатывании данных разрядов. Напряжение на выходе преобразователя код-напряжение 6 в упомянутых паузах остается неизменным, по-, скольку выходы избыточных разрядов не заведены в преобразователь код-напряжение 6, однако на их срабатывание тратится несколько тактов, за счет чего и возникает пауза. Величина паузы должна превышать длительность переходного процесса в стопорном устройстве. Таким образом удается нейтрализовать влияние электромеханической постоянной стопорных устройств 8 на предельную частоту элементарных подвижек и повысить за счет этого точность электропривода. Формула изобретения . 1. Шаговый электропривод, содержащий генератор прямоугольных импульсов, интегратор, первый выход которого соединен с первым входом исполнительного механизма, и последовательно соединенные задатчик перемещения, триггер и первый ключ, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности электропривода, в нем установлены последовательно соединенные одновибратор, элемент ЗИ и второй ключ, второй вход которого соединен ,. с выходом первого ключа, и вторым входом исполнительного механизма, а выход - с входом задатчика перемещения, второй вход триггера соединен с входом одновибратора, а выход триггера соединен с вторым входом элемента ЗИ, третий вход которого соединён с выходом генератора прямоугольных импульсов, а выход - с входом интегратора, второй выход которого соединен с вторым входом первого ключа. 2.Электропривод по п. 1, о т л ичающийся тем, что интегратор выполнен в виде последовательно содиненных преобразователя кода и преобразователя код-напряжение. 3.Электропривод по пп. 1 и 2, о тичаюцийся тем, что, с цеью повышения предельной частоты электопривода, в нем установлен элемент

7 935872В

2И-2ИЛИ, вХоды которого.соединены с1, Авторское свидетельство СССР соответствующими выходами интеграто-V 16259,.кл G 05 В И/), 09. П.62. pdi а выход - с третьим входом второго ключа. . i2. Экспресс-информация. ЭлектриИсточники информации,s ческие машины и аппараты, N 3 от

принятые во внимание При экспертизе21 января 1970 г.