Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть ислользовано в дискретном электроприводе металлорежущих станков. Цель изобретения состоит в повышении точности позиционирования. Устройство управления шаговым двигателем содержит первый распределитель импульсов 1, управляющий последовательностью включения фаз 5 шагового двигателя через ключи 3 и усилители мощности 4, Кроме того, в устройстве имеется второй распределитель импульсов 2, работающий на частоте выше частоты приемистости и соединенный с управляющими входами ключей 3, При работе а & (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„140333

А1 (ц,1 Н 02 P Bf00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4208352/24-07 (22) 26.12.86 (46) 15,06,88. Вюл, !1- 22 (71) Московский энергетический институт (72) С.Г.Волков, С.С.Кожин и В.П.Рубцов (53) 621.313.525 (088.8) (56) Рубцов В.П., Садовский Л.А., Филатов А.С. Системы с силовыми шаговыми двигателями для металлургической промышленности, М.: Энергия, 196?,с.50.

Луценко В.Е., Рубцов В.П., Электропривод с шаговыми двигателями.—

Электропривод и автоматизация промышленных установок.Т.6, N.:

ВИНИТИ, 1978, с.82-83. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕН1;Я ИАГОВЬП1 ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в дискретном электроприводе металлорежуших станков. Цель изобретения состоит в повышении точности позиционирования. Устройство управления шаговым двигателем содержит первый распределитель импульсов 1, управляющий последовательностью включения фаз 5 шагового двигателя через ключи 3 и усилители мощности

4. Кроме того, в устройстве имеется второй распределитель импульсов 2, работающий на частоте выше частоты приемистости и соединенный с управляющими входами ключей 3. При работе второго распределителя импульсов 2 создается высокочастотная вибрация ротора двигателя, снижающая момент

1403333 сухого трения и уменьшающая связанную с трением ошибку позиционированияс, ил

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может ,быть использовано в дискретном электроприводе металлорежущих стан-!, ков.

Цель изобретения — повьш ение точ.ности позиционирования. 1

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства, Устройство содержит первый 1 и второй 2 распределители импульсов, ключи 3 в каждом канале многоканального усилителя 4 мощности фазы 5 двигателя, разрядную цепь 6, диоды

7, элемент И 8, генератор 9 импульсов и элементы И-НЕ 10.

Выходы первого распределителя 1 импульсов подключены к сигнальным входам ключей 3. Выходы ключей 3 подключены к входам многоканального 2р усилителя 4 мощности, связывающего

1 своими выходами фазы 5 двигателя с источником питания 0„ постояннс!го тока и через диоды 7 с разрядной

:цепью 6. Вход тактовый частоты f первого распределителя 1 импульсов и входы направления движения В и Н подключены к внешнему управляющему устройству, например ЭВМ (не показана). Входы направления движения В и 30

Н второго распределителя 2 импульсов соединены с одноименными входами первого распределителя 1 импульсов.

Вход f тактовой частоты распредеР лителя ? импульсов через элемент И 8 подключен к выходу генератора 9 импульсов с входом изменения частоты.

Второй вход элемента И 8 подключен к шине управления режимом вибрации.

Сигналы на шинах У, и У также выра- gp батываются внешним задающим устройством (не показано). Выходы второго распределителя 2 импульсов подключены к первым входам элементов И-HF. 10, соединенных своими вторыми входами с шиной управления вибрацией, а выходами — с управляющими входами ключей 3.

Устройство работает следующим образом.

Если не требуется вводить вибрацию для повышения точности позиционирования, то на шину управления вибрацией подают сигнал нулевого уровня, что приводит к запиранию элемента И8, препятствующего прохождению импульсов с частотой вибрации f 8 от генератора

9 импульсов на вход тактовой частоты распределителя 2 импульсов. Одновременно сигнал нулевого уровня с шины управления вибрацией поступает на вторые входы элементов И-НЕ 1О, отключая выходы распределителя 2 импульсов от управляющих входов ключей 3.

На выходах элементов И-НЕ всех каналов при этом вырабатывается сигнал единичного уровня, разрешающий работу ключей 3.

Элементы И 8 и И-НЕ 10 включены в схему только для отключения вибрации, т.е. выполняют второстепенные функции и не влияют на решение поставленной задачи. Они могут быть исключены из схемы, если не требуется отключение вибрации.

В режиме отключенной вибрации на управляющие входы ключей 3 всех каналов поступают сигналы единичного уровня, поэтому сигналы на их выходах будут определяться только сигналами, поступающими с выходов первого распределителя 1 импульсов. При подаче на вход тактовой частоты первого распределителя 1 импульсов управления с частотой f íà его выходах в завиЧ симости от сигналов на входах направления движения В и Н образуется прямая или обратная многофазная последовательность сигналов управления в общем случае произвольной формы.

Если на вход В подан сигнал логической единицы, а на вход Н вЂ” логическо1403333

ro нуля, то сигналы на выходах распределителя 1 импульсов образуют условно принятую прямую многофазную последовательность. При подаче на вход В сигнала нулевого уровня, а на вход Н вЂ” единичного уровня, последовательность выходных сигналов распределителя 1 импульсов изменяется на обратную, т.е. происходит реверс двигателя.

Сигналы с выходов ключей 3 поступают на входы многоканального усилителя 4 мощности, который усиливает их и формирует соответствующие напряжения (или токи) на фазах 5 шагового двигателя. Усилитель 4 мощности может работать как в ключевом режиме, так и в режиме формирования заданных фазных напряжений (или токов), что несущественно для решения поставленной зада ш. Например, при использовании электрического дробления шага на выходах распределителя формируются сигналы треугольной или близкой к синусоидальной формы, поэтому в общем случае связь между распределителем 1 импульсов и усилителем 4 мощности должна осуществляться через ключи, а не элементы И. Если на выходах распределителя 1 импульсов 1 вырабатываются только дискретные сигналы нулевого и единичного уровней, то в качестве ключей 3 могут быть использованы элементы И.

При запирании каждого ранее включенного канала усилителя 4 мощности электромагнитная энергия, запасенная в возбужденной фазе 5, через диод 7 передается в разрядную цепь 6, что снижает коммутационные перенапряжения на элементах усилителя мощности, Разрядная цепь 6 может быть выполнена в виде резистора, шунтированного конденсатором, стабилитрона, источника напряжения и т.д..

Таким образом, при запорных цепях вибрации устройство обеспечивает нормальную коммутационную фазу шагового двигателя. В этом случае при нагрузке сухого трения отработка одного или группы шагов заканчивается, когда подвижный элемент попадает в зону, ограниченную статической ошибкой

=+агс sin — М с Nм где, М - момент сухого трения, М„- максимальный момент шагового двигателя, 5

В зависимости о т величины о 13аботанного шага и других изменяющихся факторов двигатель может остановиться в любом, заранее неизвестном положении внутри зоны нечувствительности, определяемой статической ошибкой 9 с

Особенно больших значений статическая ошибка достигает при реверсе двигателя.

Для устранения статической ошибки позиционирования вводится дополнительная высокочастотная коммутация фаз 5 шагового двигателя с частотой. г > 1, При подаче на шину 12-ти сигналов единичного уровня разрешается прохождение импульсов с выхода генератора

9 на тактовый вход второго распределителя 2 импульсов и сигналов с «ыхоцов последнего через элементы И-НЕ 1О на управляющие входы ключей 3. В этом случае высокая частота т, поступающая на управляющие входы ключей 3, модулируется основными сигналами управления, поступающими с входов распределителя 1 импульсов. В результате в фазах 5 двигателя протекают основные токи и точки пульсации с частотой f> /п,где n - число тактов ком мутации распределителей 1 и 2 импульсов. Частоту f выбирают такой„ чтобы вызванные ею пульсации токов не привели бы к движению двигателя, т.е. она должна быть выше частоты приемистости. двигатель, движется со ско ростью, определяемой частотой управленияЯ = Ы.Г гдето — шаг двигателя.

Ц

Пульсации токов с частото" f возбуждают дополнительное движение поля статора с частотой вибрации Яв=< f в.

При сложении этих двух полей на ротор шагового двигателя будет действовать знакопеременный момент Ws вибрации, изменяющийся с чистотой в +q =+(fs

Если знакопеременный момент вибрации M g вызывает колебания скорости ротора шагового двигателя с амплитудой А в большей, чем максимальная скорость (d6/dt)„ „, определяемая основным движением поля статора, т.е.

А > (d8/dt)„„, то обеспечивается вибрационная линеаризация нелинейного сухого трения, которое в этом случае проявляет себя как линейное вязкое трение.

Это означает, что в режиме позиционирования (d&/dt=-О) момент нагрузки равен нулю и статическая ошибка отсутству- . ет, Таким образом, введение дополнительными модулями синхронизации сигналов. Чтобы снабдить серийный привод новым качеством т. е. повьппенной точностью позиционного движения, достаточно доукомплектовать последний вторым модулем распределителя. Эта операция не требует сложных переработок и экономически эффективна.

Формула и з о б р е т е н и я

Составитель В.Алфимов

Техред А.Кравчук

Редактор V).Ñåðåäë

Корректор С,Черни

Заказ 3003/54

Тираж 583

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

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

5 403 тельной модуляции токов в фазах, обеспечиваемое дополнительным распределителем импульсов и импульсным генератором, позволяет исключить статическую ошибку при позиционировании.

Если вибрацию сохранить в режиме стоянки двигателя, то ротор будет совершать высокочастотные колебания, амплитуда которых зависит от пара- 10 метров двигателя и частоты импульсного генератора fö .. Регулируя например, по шине У,, можно установить требуемые параметры вибрации„ При длительной стоянке двигателя и нежелательности высокочастотных коЛебаний после окончания переходного процесса вибрация может быть отключена путем подачи на шину У сигнала нулевого уровня, Применение новых, прогрессивных способов и устройств, обеспечивающих новое качество серийНо выпускаемому приводу, затрудненотем, что для этого требуется иногда значительная переработка (переделка)

Не только электронных схем, но и конструкции прибора, Применение предлагаемого устройства в серийном приводе свободно от этого недостатка. Это объясняется тем, что современный шаговый привод, находящийся в серийном производстве, строится по модульному принципу. Так устройство управления ШД типа БУ-3 комплектуется модулями усилителя мощности, рас- 35 пределителем импульсов и вспомога1

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов с входами тактовой частоты и направления движения и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого соединяет фазу двигателя с источником питания постоянного тока, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения точности позиционирования, введены второй распределитель импульсов, генератор импульсов и ключи по числу фаз двигателя, каждый из которых выходом соединен с входом соответствующего канала усилителя мощности, сигнальным входом — с соответствующим выходом первого распределителя, а управляющим входом — с одноименным выходом второго распределителя импульсов, подключенного входом тактовой частоты к выходу генератора импуль" . сов, а входами направления — к соответствующим входам первого распределителя импульсов.