Способ старт-стопного управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике , к управлению шаговыми двигателями . Цель изобретения - повышение КПД путем формирования заданной зависимости тормозного момента от перемещения. Способ заключается в отключении предыдущей обмотки, подключении последующей обмотки и задаьии максимального тока в ней за счет питания от источника тока. Измеряют ускорение ротора шагового двигателя с помощью датчика 1 ускорения. Значение ускорения дважды интегрируют интеграторами 3 и 4, в результате - чего находят пройденный путь. С помощью блока нелинейности 13 формируют желаемый закон изменения ускорения при торможении в функции пути. Сигнал с выхода датчика ускорения 1 сравнивают с сигналом блока нелинейности 13 и их разностью управляют током источника газа. При повышении разности заданной величины с помощью сумматора 22 и коммутатора отключают последующую обмотку и включают дьщ5тцую.до тех пор, пока указанная разность не уменьшится до заданной величины, 1 з.п. ф-лы, 3 ил. d 5S (Л со О5 со 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 02 P 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4040955/24-07 (22) 24.03.86 (46) 30.12.87. Бюл, № 48 (71) Смоленский филиал Московского энергетического института (72) А.Е.Малиновский, Г.В.Писарев и F..È.Êoçëoâ (53) 621.313.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 964950, кл. Н 02 P 8/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 902194, кл. Н 02 P 8/00, 1981. (54) СПОСОБ СТАРТ-СТОПНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике, к управлению шаговыми двигателями. Цель изобретения — повышение КПД путем формирования заданной зависимости тормозного момента от перемещения. Способ заключается в отключении предыдущей обмотки, под„.,SU„, 1363417 А1 ключении последующей обмотки и задаии максимального тока в ней за счет питания от источника тока. Измеряют ускорение ротора шагового двигателя с помощью датчика 1 ускорения. Значение ускорения дважды интегрируют интеграторами 3 и 4, в, результате чего находят пройденный путь. С помощью блока нелинейности 13 формируют желаемый закон изменения ускорения при торможении в функции пути.

Сигнал с выхода датчика ускорения 1 сравнивают с сигналом блока нелинейности 13 и их разностью управляют током источника газа. При повышении разности заданной величины с помощью сумматора 22 и коммутатора отключают последующую обмотку и включают пре дыдущую. до тех пор, пока указанная разность не уменьшится до заданной величины, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1 136

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано для управления шаговым электродвигателем (1 Щ).

Цель изобретения — повышение быстродействия и КПД путем формирования заданной зависимости тормозного момента от перемещения.

На фиг.1 приведены диаграмма момента, скорости и перемещения ротора шагового двигателя при выполнении одного шага; на фиг.2 — диаграммы зависимости момента от перемещения ротора; на фиг.3 — схема устройства, реализующего способ.

Способ реализуется следующим образом.

Отключается предыдущая обмотка и подключается с помощью коммутатора последующая. Питание осуществляется от источника тока и в обмотке создается максимально возможное по условиям эксплуатации значение тока.

Закон изменения динамического момента при этом не регламентируется, он зависит от конструкции двигателя и электромеханического переходного процесса при отработке шага.

Измеряется ускорение ротора шагового двигателя, по величине ускорения определяется динамический момент

C1 Q

М вЂ” M дрн дз с Д где М з — момент двигателя, М вЂ” момент сопротивления;

Т вЂ” момент инерции привода;

- угловое ускорение ротора. dt

Значение ускорения дважды интегрируют, в результате чего получают зависимости скорости и пути пройденного ротором при отработке шага (фнг.1).

Задаются необходимой зависимостью динамического момента 1ЦЦ в процессе торможения. Эта зависимость определяется заданной интенсивностью торможения. На фиг.1 представлена зависимость, позволяющая осуществлять внутришаговое перемещение без перерегулирования. Это достигается меньшим средним значением замедления по сравнению с ускорением и формированием треугольного графика замедления в конце торможения. Подобный закон позволяет достичь высокого

3417 2

5

50 быстродействия и КПД при малом перерегулировании.

Определяется величина пройденного пути Б, внутри шага, с которой необходимо начать процесс торможения, Это значение зависит от соотношения средних величин динамических моментов при пуске и торможении, определяется в процессе настройки привода.

При этом необходимо, чтобы запас кинетической энергии при разгоне не превосходил запаса кинетической энергии .на пути торможения.

При достижении заданного пути осуществляется процесс торможения.

Для управления им с помощью блока нелинейности задается по графикам ускорения и пути (фиг.1) . График изменения динамического момента M в зависимости от пройденного пути (фиг.2).

Измеряется разность Ь между текущим значением динамического момента

M и желаемым М (фиг.2).

Значение разности используют для уменьшения величины тока в обмотке.

При этом возможны два случая: момент сопротивления электропривода значителен и изменение динамического момента в соответствии с заданным возможно за счет изменения (уменьшения) момента двигателя; момент сопротивления незначителен и желаемого изменения динамического момента невозможно достичь за счет изменения момента, создаваемого последующей обмоткой.

Для обеспечения работоспособности шагового электропривода в последнем случае контролируют разность между текущим значением динамического момента и заданного.

Если значение разности д превысит заданную величину д,, осуществляется обратная коммутация обмоток, т ° е. отключается последующая и включается предыдущая обмотка ЩД. Ток при этом задается максимально возможным, что обеспечивает "стопньй" режим работы

ШД (фиг.2) .

При уменьшении разности ниже заданной вновь включается последующая обмотка и осуществляется режим торможения с управлением величиной тока в обмотке.

Данный способ управления может быть реализован с помощью устройства, которое содержит датчик 1 ускорения, 17 ра 22, входы которого соединены с выходом обмоток шагового двигателя

16 через последовательно включенные дешифратор 21 и блок силовых ключей

20. Вторые входы сумматора 22 соединены с выходами первого и второго мультиплексоров 17 и 18 коммутируемые входы которых соединены с шинами

"0", и "1" э соответствии с управляющими кодами. Выводы конденсаторов . первого и второго интеграторов 3 и

4 соединены соответственно с выходами первого и второго ключей 5 и 6, управляющие входы которых подключены к выходу формирователя 19, вход которого объединен со счетным входом реверсивного счетчика 23 и является тактовым входом устройства.

Преобразователь 14 напряжение-ток выполняется линейным и реверсивным.

Суммирующие усилители 9 и 10 реализуют характеристику "прецизионный

11 диод

Устройство работает следующим образом, Тактовый импульс поступает на счетный вход реверсивного счетчика

23 и вход формирователя 19. В формирователе 23 тактовый импульс дифференцируется и по его переднему фронту формируется импульс управления, открывающий ключи 5 и 6, которые разряжают конденсаторы интеграторов 3 и 4, подготавливая их к работе. Одновременно меняется сос.тояние реверсивного счетчика 23, выходной код которого через сумматор 22 поступает на входы дешифратора 21, дешифрируется и включает соответствующий силовой ключ блока силовых ключей 22. В исходном состоянии напряжение П „ поступает на преобразо-. ватель 14 напряжение-ток и задает ток через обмотку ЩД 16. ШД 16 начинает отработку шага ° Значение тока, а следовательно, и момента ШЦ 16 можно изменить, варьируя величину напряжения U, . Датчик 1 ускорения фиксирует его величину, а следовательно, и величину динамического момента, которая дважды интегрируется интеграторами 3 и 4, На выходе интегратора 3 сигнал пропорционален скорости, а на выходе интегратора 4пути. Величина пути S<, с которого начинают торможение, фиксируется компаратором 11. Для этого на один из входов компаратора 11 пддают сигнал, з 13634 усилитель 2, интеграторы 3 и 4, ключи 5 и 6, переключатели 7 и 8, суммирующие усилители 9 и 10, компараторы 11 и 12, блок нелинейности 13, преобразователь 14 напряжение-ток, элемент И 15, шаговый двигатель (ЩЦ)

16, мультиплексоры 11 и 18, формирователь 19, блок силовых ключей 20, дешифратор 21, сумматор 22, реверсив- 10 ный счетчик 23.

Входы первого переключателя 7 соединены с разнополярными шинами питающих напряжений, а выход — со входом первого интегратора 3 и первым входом второго суммирующего усилителя

10 через датчик 1 ускорения и усилитель 2, Выход первого интегратора 3 соединен со входом второго интегратора 4, 2р выход которого соединен с первыми входами первого суммирующего усилителя 9 и первого компаратора 11. Выход первого суммирующего усилителя

9 через блок нелинейности 13 соеди- 25 нен со вторым входом второго суммирующего усилителя 10, выход которого соединен с первыми входами второго компаратора 12 и второго переключателя 8. Шина третьего опорного нап- 30 ряжения соединена со вторым входом второго компаратора 12, выход которого соединен с первым входом элемента И 15 и с первыми адресными входами первого и второго мультиплексоров 17 и 18. Шина первого опорного напряжения соединена со вторыми входами первого суммирующего усилителя 9 и первого компаратора 11, выход которого соединен со вторым вхоцом эле- 40 мента И 15 и со входами стробирования первого и второго мультиплексоров 17 и 18. Шина второго опорного напряжения соединена со вторым входом второго переключателя 8, вход управ-;. 45 ления которого соединен с выходом элемента И 15, а выход — со входом, преобразователя 14 напряжение-ток.

Выход преобразователя 14 напряжениеток соединен с общим выводом обмоток б0 швгового двигателя 16, Вторые адресные входы двух мультиплексоров 17 и 18, вход управления первым переключателем 7 и вход направления счета реверсивного счетчика

23 объединены между собой и являются входом направления движения устройст-. ва. Выходы реверсивного счетчика 23 соединены с первыми входами суммато3417

6 сработает второй компаратор 12 и схема вернется к исходному состоянию, продолжая процесс торможения с управ5 лением тока в обмотке ШД 16.

Обратная коммутация обмоток ШД 16 при срабатывании второго компаратора

12 осуществляется следующим образом.

Если осуществляется движение вперед, г

1р то к коду реверсивного счетчика 23 прибавляется код числа (N 1), где

N — число коммутируемых обмоток ШД 16, если назад — то 1.

На схеме (фиг.3) рассмотрен ШД, имеющий четыре обмотки, При этом реверсивный счетчик ?3 двухразрядный, а соответствующие двоичные числа 11 и 01. Коды данных чисел формируются ,мультиплексорами 17 и t8. Старший

2р адресный разряд управляющего кода мультиплексоров 17 и 18 подключен по

"входу задания направления движения и соответствует "0« при движении вперед и "1" — назад. При срабатыва25 нии второго компаратора 12 и поступлении сигнала "0" на младший адресный разряд управляющего кода управляющий код соответствует 00 — при движении вперед и 01 — при движении

Зп назад. Иа первых коммутируемых входах создают комбинацию 11, вторых — 01, третьих и четвертых — 00. Этот код поступает на вторые входы сумматора

22 и суммируется с кодом реверсивного счетчика 23. Когда работа мультиплексоров 17 и 18 запрещена на пути Π— S сигналом с выхода первого компаратора 11, то на их выходах присутствуют сигналы "0".

Для того, чтобы схема управления не содержала двухполярных блоков 3, 4, 9, 10, 11, 12, 13, при изменении направления движения с помощью первого переключателя 7 меняют знак пи45 тающего напряжения датчика 1 ускорения. При этом, знак выходного напряжения датчика,1 не зависит от направления движения ШД t6.

В случае необходимости создания

5О в обмотке ШД после отработки шага заданного тока в кривой момента

М (Б) формируется полочка М>, амплитуда которой соответствует. заданному току.

5

136 пропорциональный текущему пути, а на второй — U Ä, пропорциональное оп< пути S <.

При этом их равенстве на выходе компаратора 11 сигнал меняет свое значение с сигнала "0" на "1", что создает на вход элемента И 15 комбинацию 1I и разрешает работу мультиплексоров. Элемент И 15 выходным . сигналом "1" переключает, второй переключатель 8, который отключает вход преобразователя 14 от опорного напряжения U и подключает к выходу суммирующего усилителя 10. Одновременно на выходе первого суммирующего усилителя 9 появляется напряжение, пропорциональное разности текущего пути и S Этот сигнал поступает на вход блока нелинейности 13, имеющего зависимость выходного напряжения от входного, пропорциональную зависимости М (S) (фиг.2). Второй суммирующий усилитель 10, на входы которого поступают сигналы желаемого и текущего динамических моментов, формирует их разность. Причем, этот сигнал формируется только в случае превышения тормозного текущего динамического момента над желаемым. В противном случае сигнал на выходе второго суммирующего усилителя 10 равен нулю.

Значение тока через обмотку уменьшается и начинается процесс торможе- ния под действием статического момента. Если запас кинетической энергии значителен, а момент сопротивления небольшой, то изменение текущего динамического момента в большой мере отстает от желаемого. Это фиксирует второй компаратор 12. При превышении указанной разностью значения Ь,, задаваемой опорным напряжением Го,z срабатывает компаратор 12 и его выходной сигнал меняет свое значение с

"t" на "О". На входе элемента И 15 создается комбинация 01, в результате чего его выходной сигнал вновь переключает переключатель 8, подклю. чая вход преобразователя 14 напряжение-ток к опорному напряжению U и создавая значительный ток в обмотке ШД 16. Одновременно с этим мультиплексоры 17 и 18 и сумматор 22 осуществляют обратную коммутацию обмоток ШД 16. Создается "стопный" режим торможения ЩД 16, который длится до тех пор, пока значение разности Л не стянет ниже 1е . При этом, вновь

Применение данного устройства позволяет формировать внутришаговый переходной процесс ШД, что расширяет диапазон применения шаговых электро1363417

7 приводов, повышает быстродействие и КПЛ.

Формула из обретения

1. Способ старт-стопного управления шаговым двигателем, включающий в каждом такте движения отключение предыдущей обмотки, включение последующей обмотки и уменьшение тока в ней, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и, КПД путем формирования заданной зависимости тормозного момента ot 16 перемещения, задают указанную зависимость и длину перемещения при начале торможения, после отключения предыдущей и включения последующей обмотки измеряют ускорение подвижно- 2ц го элемента двигателя, путам двукратного интегрирования определяют его перемещение, сравнивают его с заданным, при превышении которого уменьшают ток в последующей обмотке, определяют по ускорению текущее значение тормозного момента и по разности теку щего и заданного значений тормозного момента регулируют ток в последующей обмотке.

2. Способ по п.1., о т л и ч аю шийся тем, что, с целью применения способа при низкой нагрузке двигателя, дополнительно задают допустимое значение разности данного тормозного момента и текущего, после начала уменьшения тока в последующей обмотке сравнивают разность заданного текущего значений тормозного момента с допустимым значением, при превышении которого отключают последующую обмотку и включают предыдущую на время снижения указанной разности до допустимой величины. И,Ю

1363417

Составитель B.Àíôèìoâ

Редактор И.Сегляник . Техред M.Ходанич Корректор С.Черни

Заказ 6576/51 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и оТкрытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Ужгород, ул.Проектная, 4