Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике в частности к управлению шаговыми двигателями в системах управления металлообрабатывающих станков, координатографов, графопостроителей, промьшшенных роботов. Цель состоит в повышении быстродействия и плавности движения. Устройство содержит компаратор 1, формирователь 2 импульсов , первый 3 и второй 4 предварительные усилители, усилитель 5 постоянного тока, первьй 6 и второй 7 ключевые элементы, оптрон 8, последовательно соединенные первый диод 9, конденсатор 10, второй диод 11, датчик 12, фазу 13, резистор 14. Наличие обратной связи позволяет повысить точность формирования тока в фазе двигателя, позволяет формировать различные (например, синусоидальный, экспоненциальный) законы изменения тока, что улучшает плавность движения и точность шагового привода. Устройство имеет высокое быстродействие и КПД за счет импульсного форсирования тока и использования рекуперируемой энергии отключаемой фазы. 2 ил. 5 (Л СО |со со ос

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК с59 4 Н 02 P 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4070421/24 — 07 (22) 26.05.86 (46) 23.09.87. Бюл. 9 35 (72) С.А.Яскевич, К.А.Яскевич и А.С.Саликов (53) 62 i.3 13.525(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1115 197, кл. Н 02 P 8/1984.

Патент Англии 9 1335794 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике в частности к управлению шаговыми двигателями в системах управления металлообрабатывающих станков, координатографов, графопостроителей, промьппленных роботов. Цель состоит в повьппении быстродействия и плавноÄÄSUÄÄ 1339870 А1 сти движения. Устройство содержит компаратор 1, формирователь 2 импульсов, первый 3 и второй 4 предварительные усилители, усилитель 5 постоянного тока, первый 6 и второй 7 ключевые элементы, оптрон 8, последовательно соединенные первый диод

9, конденсатор 10, второй диод 11, датчик 12, фазу 13, резистор 14. Наличие обратной связи позволяет повысить точность формирования тока в фазе двигателя, позволяет формировать различные (например, синусоидальный, экспоненциальный) законы изменения тока, что улучшает плавность движения и точность шагового привода. Устройство имеет высокое быстродействие э и КПД за счет импульсного форсирования тока и использования рекуперируемой энергии отключаемой фазы. 2 ил.

1339870

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в дискретном электроприводе с шаговыми двигателями.

Цель изобретения состоит в повышении быстродействия и плавности движения °

На фиг. 1 приведена функциональная схема, на фиг. 2 — временные диаграм- 0 .мы сигналов, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит компаратор 1, формирователь 2 импульсов, первый 3 и второй 4 предварительные усилители, 15 усилитель 5 постоянного тока, первый

6 и второй 7 ключевые элементы, оптрон 8, последовательно соединенные первый диод 9, конденсатор 10, второй диод 11, датчик 12 тока, фазу 13, резистор 14.

Выход компаратора 1 подключен к входам первого предварительного усилителя 3 и формирователя 2 импульсов, выход которого соединен с вхо дом второго предварительного усилителя 4. Выходы первого 3 и второго

4 предварительных усилителей подключены соответственно к входам первого 6 и второго 7 ключевых элементов.

Один вывод первого ключевого элемента 6 подключен к первому полюсу источника питания, другой — к общей-точке соединения конденсатора 10 и второго диода 11. Один вывод второго ключевого элемента 7 подключен к

35 общей точке соединения первого диода

9 и конденсатора 10, другой — к общей точке соединения второго диода

11, датчика 12 тока и резистора 14.

Входы оптрона 8 подключены соответственно к резистору 14 и общей точке соединения датчика 12 тока и фазы

13, выходы — к усилителю 5 постоянного тока и второму полюсу источника питания. Выход усилителя 5 постоян- 46 ного тока подключен к второму входу компаратора 1, первый вход которого является входом устройства. Первый вывод первого диода 9 подключен к первому полюсу источника. питания. Второй бб вывод фазы соединен с вторым полюсом источника питания.

На фиг. 2 показано изменение напряжения и тока в следующих точках схемы: 15 — на первом входе компаратора, 16 — на втором входе компаратора, 17 — на его выходе, 18 — на выходе формирователя импульсов, 19 на фазе двигателя, 20 — ток в фазе двигателя.

Устройство работает следующим образом.

После включения питания конденсатор 10 заряжается от источника питания U по цепи: первый полюс источника питания U,, первый диод 9, конденсатор 10, второй диод 11, датчик

12 тока, фаза 13 двигателя, второй полюс источника питания U . Изменеи ние положения ротора двигателя не происходит, так как заряд конденсатора 10 происходит во всех каналах одновременно. На вход компаратора 1 подается управляющий сигнал, амплитуда которого задает ток в фазе 13 двигателя. Управляющий сигнал сравнивается с сигналом обратной связи, который снимается датчиком 12 тока, оптроном 8 и усиливается усилителем 5 постоянного тока. Так как ток в фазе

13 после заряда конденсатора 10 отсутствует, то на выходе компаратора

10 появляется сигнал, который усиливается первым предварительным усилителем 3 и открывает первый ключевой элемент 6. !

Одновременно сигнал с выхода. компаратора 1 поступает на вход формиI рователя 2 импульсов. На выходе формирователя 2 импульсов формируется импульс длительностью, который усиливается вторым предварительным усилителем 4 и открывает второй ключевой элемент 7 на время форсирующего импульса. Открывание ключевых элементов

6 и 7 происходит одновременно, диоды

9 и 11 закрываются, По цепи: первый полюс источника питания, первый ключевой элемент 6, конденсатор 10, заряженный до напряжения U, второй ключевой элемент 7, датчик 12 тока, фаза 13 двигателя, второй полюс источника питания — начинает протекать ток, при этом в первый момент времени к фазе двигателя прикладывается удвоенное напряжение, образованное последовательным включением источника литания и заряженным до напряжения конденсатором 10. Это обеспечивает форсированное нарастание тока в фазе двигателя. По окончании форсирующего импульса второй ключевой элемент 7 закрывается, ток продолжает течь по цепи: первый полюс источника питания, первый ключевой элемент

6, открытый второй диод 11, датчик

1339870

t2 тока, фаза 13 двигателя, второй полюс источника питания. Компаратор

1 осуществляет непрерывное сравнение сигнала обратной связи, амплитуда которого пропорциональна току в фазе

13, с управляющим сигналом.

После того как ток в фазе 13 достигнет требуемой величины, сигнал на выходе компаратора 1 снимается, lð ключевой элемент 6 закрывается. В фазе 13 возникает ЭДС самоиндукции

Ес, которая прикладывается последовательно с источником питания U к конденсатору iO. 15

Ток в фазе 13 поддерживается за счет заряда конденсатора 10. Как только ток в фазе 13 станет меньше заданного, компаратор 1 вырабатывает сигнал, который открывает первый 6 и 2п второй 7 ключевые элементы, и весь процесс повторяется.

В результате коммутации первого 6 и второго 7 ключевых элементов ток в фазе 13 поддерживается в соответст- 25 вии с заданным, который определяется управляющим сигналом на входе компаратора l. Таким образом осуществляется преобразование непрерывного входного изменения тока в последовательность широтно-модулированных импульсов напряжения.

По окончании управляющего сигнала на входе компаратора 1 первый 6 и вто рой 7 ключевые элемента закрываются.

Конденсатор 10 заряжается до напряже35 ния Е + Б„ под действием ЭДС самоиндукции фазы 13, включаемой последовательно с источником питания.

Включение конденсатора 10 в разрядную цепь фазы 13 обеспечивает ускоренное спадание тока.

С приходом нового управляющего сигнала на вход компаратора 1 первый 6 и второй 7 ключевые элементы

45 открываются. По цепи: первый полюс источника питания, первый ключевой элемент 6, конденсатор 10, заряженный до напряжения Е, + Uä, второй ключевой элемент 7, датчик 12 тока, фаза

13 двигателя, второй полюс источника питания — начинает протекать ток.К фазе 13 двигателя прикладывается напряжение Е, + 2U образованное последовательным включением источника питания с напряжением U и конденсатора 1, заряженного до напряжения Е, +

+ U Весь процесс повторяется.

Такое построение предлагаемого устройства обеспечивает более ускоренное нарастание тока в фазе 13 двигателя по сравнению с известным,у которого форсирующее напряжение равно Е, + U» что повышает быстродействие привода.

Устройство для управления шаговым двигателем имеет более высокую точность формирования тока в фазе двигателя за счет наличия обратной связи по току, которая позволяет осуществить изменение тока в фазе двигателя по определенному закону (например, синусоидальному), что улучшает плавность движения, повышает точность шагового привода.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее источник постоянного напряжения и каналы управления по числу фаз двигателя, каждый из которых включает в себя первый и второй ключевые элементы, соединенные последовательно первый диод, конденсатор и второй диод, соединенные последовательно с фазой двигателя, при этом первый ключевой элемент соединяет первый полюс источника постоянного напряжения с общей точкой конденсатора и второго диода, второй ключевой элемент шунтирует конденсатор и второй диод, а фаза двигателя соединена с вторым полюсом источника постоянного напряжения, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и плавности движения, в каждый канал управления введены датчик тока, компаратор и формирователь импульсов, связанные выходами соответственно с управляющими входами первого и второго ключевых элементов, при этом вход формирователя импульсов соединен с выходом компаратора, первый вход которого связан с датчиком тока, второй вход является входом задания тока фазы, вывод первого диода соединен с первым полюсом источника постоянного напряжения.

Составитель В.Алфимов

Редактор Л.Гратилло Техред Л.Сердюкова Корректор А.Обручар

Заказ 4243/54 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г ° Ужгород, ул. Проектная, 4