Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1982 года по МПК H02P8/22 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления шаговыми двигателями с электрическим дроблением шагов в системах числового программного управления металлорежущими станками, координатографами и т.д. Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель, многоканальный усилитель мощности, регуляторы напряжения и преобразователи код-аналог, изменяю щие уставки на входах регуляторов напряжения fl . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является уст ройство для управления шаговым двигателем с электрическим дробление|М шага, содержащее распределитель и много каналь« 1й усилитель мощности, каждый канал которого, подключенный к источнику постоянного тока, образован двумя ключами и датчиком тока, включенными последовательно с фазой двигателя, и релейным элементом, соединенным одним входом с датчиком тока, а выходом - со входом первого ключа через элемент И, связанный вторым входом с выходом распределителя f2. Недостатком известных устройств является низкая точность дробления шага, обусловленная отсутствием форсирования процессов спадания тока при формировании спадающей ветви ступенчато-синусоидальной кривой фазного тока, что приводит к неравномерному делению шага, не обеспечивает необходимой.точности отработки шага и качества движения привода. Цель изобретения - повышение точности отработки шага и улучшение качества движения привода. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага каждый канал многоканального усилителя мощности снабжен элементом И-НЕ, дополнительным элементом и, формирователем импульсов и дешифратором второй половины тэкта, подключенным своими входами к выходам распределителя, а выходом - к первому входу элемента И-НЕ, соединенного втор1)м входом с выходом формирователя импульсов, вход которого связан со входами распределителя , а выходом - со вторым входом основного элемента И и первым входом дополнительного элемента И, подключенного вторым своим входом к третьему входу основного элемента И и выходу распределителя, а выходом ко входу второго ключа. Кроме того, в устройстве для улравления шаговым двигателем формирователь выполнен в виде RS-триггера, вход S которЬго связан с входом распределителя, вход R - с выходом реле

ного элемента, а выход -.со вторым входом элемента И-НЕ.

Такое выполнение устройства обеспечивает форсирование процессов на спадающей ветви кривой фазного тока что позволяет сформировать симметричную кривую тока, достигнув при этом равномерного деления шага. Рав номерное деление в динамике обеспечивает, кроме того, повышение качества движения в области низких и средних 4acTot. На фиг. 1 представлена блок-схем устройства для одного канала усилителя мощности, первый вариант; на фиг. 2 - временные диаграммы измене ния напряжения и тока для случая трехкратного дробления шага; на фиг. 3 - блок-схема устройства для одного канала, второй вариант. Устройство (фиг. 1). содержит пер вый 1 и второй 2 ключи, соединенные последовательно с фазой 3 шагового двигателя и датчиком тока 4 в фазе и подключенные к источнику питания постоянного тока U. Фаза 3 связана с зажимами источника питания также встречными диодами 5 и 6. На входах ключей 1 и 2 включены элементы И 7 и 8. Распределитель 9 связан своими входами направления движения 8 и Н через элемент ИЛИ 10 со входом формирователя импульсов 11, а выходами - со входами дешифратора второй половины тока 12, определяющего спа дающую ветвь кривой фазного тока. Выходы формирователя импульсов 11 и дешифратора 12 подключены ко входам элемента И-НЕ 13, выход которого 9

ному зажиму источника питания U. При этом ключ V обеспечивает периодическое подключение фазы 3 к другому зажиму источника питания U 1 соединен со вторым входом элемента И 7 и первым входом элемента И 8, Первый вход элемента И 7 соединен с выходом релейного элемента 1, третий вход - со вторым входом И 8 и выходом распределителя импульсов 9Во втором варианте выполнения устройства (фиг. 3) формирователь импульсов выполнен в виде RS-триггера 11, связанного входом S с выходами распределителя 9, входом R с выходом релейного элемента Ik, а выходом - со вторым входом элемента И-НЕ 13. Устройство работает следующим образом. По командам с распределителя 9, управляемого вxoд tolми импульсами и (см. фиг.2), открывается ключ 2, подключающий фазу 3 двигателя к од(Фиг. 2 Уф). Управление ключом 1 осуществляется от релейного элемента и элемента И 7, обеспечивающих импульсное поддержание в фазе заданного значения тока ф, которое задается сигналом уставки U на входе релейного элемента I. Элемент И 7 разрешает работу цепи токовой обратной связи по сигналу распределителя 9Цепь обратной связи, включающая в себя датчик тока , релейный элемент Н и элемент И 7, обеспечивает поддержание тока при поступлении на разрешающий вход элемента И 7 единичного уровня с распределителя 9. Ключ 1 открыт при Uj7 UQC Кдц ,,, (где Ксс коэффициент передачи датчика тока 4), когда на выходе релейного элемента 1Ц имеет место единичный уровень. При на выходе релейного элемента Н возникает нулевой уровень и ключ 1 закрывается. Задающее напряжение U; на входе релейного элемента 1 изменяется по ступенчато-синусоидальному закону, число ступеней которого определяется кратностью дробления шага (фиг. 2). Формирование восходящей ветви кривой фазного тока (фиг. 2) происходит путем поочередной коммутации ключа 1 при включенном ключе 2. Ког- . да ключ 1 включен к фазе 3 двигателя прикладывается повышенное напряжение и KфiфR ф(где Кф- коэффициент форсирования напряжения; RO - активное сопротивление фазы), что обеспечивает формирование восходящей ветви кри вой фазного тока с малыми искажениями, обусловленными запаздыванием про UPCCOB нарастания тока. Дешифратор 12, формирователь IV, элементы И-НЕ 13 и И 8 обеспечивают tp формировании нисходящей ветви кривой фазного тока отключение вместе с ключом 1 и ключа 2. Дешифратор (2 определяет состояние распределителя 9, соответствующие нисходящей ветви фазного тока (вторую половину такта коммутации фазы), а формирователь 11 - моменты коммутации, в которые необходимо производить форсирование процесса спадания тока. При поступлении на оба входа элемента И-НЕ 13 единичных уровней на его выходе вырабатывается нулевой уровень, который, поступая на входы элементов И 7 и И 8, запирает ключи 1 и 2. Происходит форсированное спадание то ка в фазе 3 по контуру: фаза 3, диод 5, встречно включенный источник U, диод 6. Процесс спадания тока описывается при этом выражением ном Ф Крибые фазного тока ф и напряжения Уф для этого случая приведены на фиг. 2. Закрытое состояние ключей 1 и 2 сохраняется на все время дейст вия импульса, сформированного формирователем 11. После окончания импуль са ключи 1 и 2 открываются и вновь работает канал поддержания тока на ключе 1, а ключ 2 открыт до поступления на входы распределителя 9 очередного импульса управления U«. Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы длительность единичного импульса на выходе формирователя импульсов 11 была больше времени спада ния тока на одну ступень, определяемого из уравнения (1). Во втором варианте устройства (фиг. 3) функции формирования импульсов управления, закрывающих ключи 1 и 2 для форсированного спадания тока в фазе, выполняет R-S-триггер 11. Для работы этой схемы датчик тока Ц должен быть включен непосредственно в цепь фазы 3 шагового двигателя, что обеспечивает контроль тока при отключенном ключе 2. Отличие в работе второго варианта схемы состоит в том, что время. В течение которого ключи 1 и 2 закрыты, определяется по моменту достижения током фазы заданного значения () а не по заранее установленной длительности импульса, вырабатываемого формирователем 11 на фиг. 1. Такое выполнение формирователя позволяет расширить эксплуатационные возможности схемы, поскольку во втором варианте исключается необходимость настройки заданной длительности импульса применительно к каждому конкретному двигателю. Кроме того, контроль длительности отключенного состояния ключей 1 и 2 непосредственно по току фазы, а не по времени, повышает точность формирования заданной кривой фазного тока. Таким образом, введение в устройство дополнительных элементов и связей обеспечивает формирование симметричной кривой фазного тока с одновременной рекуперацией в источник питания накопленной в фазе электромагнитной энергии. В свою очередь, формирование симметричной кривой фазного тока при дроблении обеспечивает равномерное деление шага, повышая в динамике одновременно и качество движения. Устройство пригодно для управления шаговым двигателем с любым числом фаз при любой кратности дробления шага. Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства обусловлен повышением точности и улучшением качества движения, что способствует повышению точности обрабатываемых изделий при использовании устройства, например, в системах числового программного управления металлорежущими станками. Формула изобретения 1. Устройство для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага, содержащее распре целитель и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого, подключенный к источнику постоянного тока, образован двумя ключами и датчиком тока, включенными последовательно с фазой двигателя, и релейным элементом, соединенным одним входом с датчиком тока, а выходом с входом первого ключа через элемент 79 И, связанный вторым входом с выходом распределителя, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности отработки шага, каждый канал усилителя снабжен элементом И-НЕ дополнительным элементом И, формирователем импульсов и дешифратором второй половины такта, подключенным своими входами к выходам распределителя , а выходом - к первому входу элемента И-НЕ| соединенного вторым входом с выходом формирователя импульсов, вход которого связан с входами распределителя, а выходом - с вторым входом основного элемента И и первым входом дополнительного элемента И, подключенного вторым своим входом к третьему входу основного элемента И и выходу распределителя, а выходом - к входу второго ключа. 2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что формирователь импульсов выполнен в RS-триггера, вход S которого связан с входами распределителя, вход R с выходом релейного элемента, а выход - с вторым входом элемен- . та И-НЕ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 02 Р 7/62 1973. 2.Луценко В.Е., Рубцов В.П. Электропривод с шаговыми двигателями. Итоги науки и техники. Сер. Электропривод и автоматизация промышленных установок, т. 6. М., Т978, с. 58-59.