Устройство для управления @ -фазным шаговым двигателем с дроблением шага

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионном шаговом электроприводе. Цель изобретения - увеличение результирующего момента, повышение его равномерности и повышение точности отработки дробных шагов. Устройство содержит стабилизаторы 1 тока по числу фаз M двигателя, преобразователь 2 код-аналог, источник 3 опорного напряжения, реверсивный счетчик 4, реверсивный распределитель 5 импульсов, M групп ключей 6 с К ключами в каждой группе, где К=M/2 при четных M и К= M+1 /2 при нечетных M, M+1-ю и M+2-ю группы ключей с двумя ключами в каждой группе, M+3-ю группу ключей с 2К-3 ключами и 2К-4 шин управления режимами. Это позволяет при помощи изменения кодов на управляющих шинах обеспечить M-2 /2 режимов дробления шага при четных M и M-1 /2 режимов при нечетных M. Дополнительно обеспечиваемые режимы обладают большим результирующим моментом, большей равномерностью его распределения по полю, а также повышенной точностью отработки дробных шагов. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А3 (51) 4 Н 02 Р 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А BTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

:В»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4384125/24-07 (22) 29.02.88 (46) 30,09.89. Бал. Р 36 (72) В,Ш.Арутюнян, А,Ç.Мурадян и Г.Б.Мнацаканян (53) 621.313.525(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 1069116, кл. Н 02 Р 8/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

1379935, кл. H 02 P 8/00, 20.02.87, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ m-ФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ДРОБЛЕНИЕМ

ШАГА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионном шаговом электроприводе, Цель изобретения — увеличение результирующего момента, повышение его равномерности и повышение точно, сти отработки дробных шагов, Устройство содержит стабилизаторы 1 тока по числу m фаз двигателя, преобразо2 ватель 2 код — аналог, источник 3 опорного напряжения, реверсивный счетчик 4, реверсивный распределитель 5 импульсов, ш групп ключей 6 с

К ключами в каждой группе, где К= ш m+1

2 — при четных m и К= — — при нечет.2 ных ш, (та+1)-ю и (m+2)-ю группы ключей с двумя ключами в каждой группе, (ш+3)-ю группу ключей с 2К-3 ключами и 2К-4 шин управления режимами.

Это позволяет при помощи изменения .кодов на управляющих шинах обеспеш-2 чить 2 режимов дробления шага при

m-1 четных ш и режимов при нечетных

m. Дополнительно обеспечиваемые режимы обладают большим результирующим моментом, большей равномерностью его распределения по полю, а также повышенной точностью отработки дробных шагов.. 8 ил.

3 151184

Изобретение относится к технике управления электрическими машинами и может быть использовано в прецизионном шаговом электроприводе. 5

Цель изобретения — повышение точности отработки шагов, увеличение момента и повышение его равномерности.

На фиг. 1 показана функциональная 1О схема устройства применительно к mфазному шаговому двигателю; на фиг. 2-4 — то же, применительно соответственно к 5-, 6- и 8-фазным двигателям; на фиг. 5-7 — номограммы результирующих моментов применительпо к 5-, 6- и 8-фазным двигателям, на фиг. 8 — временные диаграммы функционирования устройства применительно к 5-фазному двигателю при коэффициенте дробления основного шага

Р=8.

Устройство содержит (фиг. 1) стабилизаторы 1.1-1.m тока по числу m фаз двигателя, преобразователь 2 код — аналог, источник 3 опорного напряжения, реверсивный счетчик 4, подключенныи прямыми выходами разрядов кроме старшего " входам пре 3 образователя 2 код — аналог, реверсивный распределитель 5 импульсов, подключенный входами к выходам заема и переноса счетчика 4, m групп

6.1-6.m ключей.с К ключами в каждой

35 группе где К= — при четных m и К=

Э

m+1

= — — при нечетных m выходы кото2

У рых в каждой группе объединены и .подключены к входам соответствующих,ц стабилизаторов 1.1-6.m тока, а их управляющие входы подключены со сдвигом на один канал к смежным выходам реверсивного распределителя 5 импульсов, аналоговый вычитатель 7, 45 (а+1)-ю 8.1 и (m+2)-ю 8.2 группы ключей с двумя ключами в каждой группе.

Выход (m+1)-й группы 8,1 ключей соединен с сигнальными входами первых ключей каждой из m групп 6,1-6.ш 50 ключей. Управляющие входы первых ключей (m+1)-й и (m+2)-й групп 8.1 и 8.2 ключей, подключены к инверсному, а управляющие входы их вторых ключей — к прямому выходам старшего разряда реверсивного счетчика 4.Сигнальный вход первого ключа (к+1)-й .группы 8.1 соединен .с первым входом аналогового. вычитателя 7 и выходом

4 4 преобразователя 2 код — аналог ° Сигнальные входы второго ключа (ш+1)-й группы 8.1 и первого ключа (m+2)-й группы 8.2 соединены с источником 3 опорного напряжения и вторым входом аналогового вычитателя 7, выход которого соединен с сигнальным входом второго ключа (m+2)-й группы 8.2.

Выходы ключей (m+2)-й группы 8.2 соединены с сигнальными входами первого (9.1), третьего (9,3), пятого (9.5),...,(9.(2К-З))-ro ключей дополнительно введенной (m+3)-й группы 9. Выходы с первого по (2К-4)-й ключей (m+3)-й группы 9 попарно соединены между собой и подключены соответственно к сигнальным входам с второго по (К-1)-й ключей каждой из m групп ключей 6, а управляющие входы соединены с шинами У..1-У,(2К-4) управления режимом, Сигнальные входы второго (9.2), четвертого (9.4), шестого (9.6),...,(9.(2К-4))-ro ключей (m+3)-й группы 9 соединены с ши

| ной источника 3 опорноro напряже ния. Выход (2К-3) -го ключа (m+3) -й группы 9 соединен с сигнальными входами всех К-х ключей m групп ключей

6, а управляющий вход — с (2К-4)-й шиной У,(2К-4) управления режимом.

Устройство, например, в случае управления 5-фазным шаговым двигателем при коэффициенте дробления шага Р=8 и числе уровней модуляции,токов фаз N=4 работает следующим образом.

В исходном состоянии устройства на прямых разрядных выходах (например 1р, 2р, Зр на фиг, 2) счетчика

4 присутствуют нулевые логические потенциалы, а на инверсном выходе старшего его разряда — единичный потенциал. При этом на выходе преобразователя 2 код — аналог имеется нулевой потенциал, а на выходе аналогового вычитателя 7 — максимальный потенциал Е „ . В открытом состоянии оп находятся первые ключи из групп 8.1 и 8.2 На первом выходе распределителя 5 присутствует единичный логический потенциал, а на всех остальных выходах — нулевой логический потенциал. Благодаря этому в открытом состоянии находятся также первый ключ из группы 6.1, третий ключ из группы 6,4 и второй ключ из группы .6.5. В первом режиме управления уст5 151 ройством, при котором к шине У.l подается единичный потенциал, а к шине У.2 — нулевой потенциал, в открытом состоянии находится также ключ

9.1. В результате этого фазы Ф1-Ф4 двигателя и стабилизаторы 1.1 †!.4 находятся в обесточенном состоянии, а по фазе Ф5 через стабилизатор 1.5 протекает максимальный ток IH. Такое же исходное состояние фаз обеспечивается также при втором режиме управления, когда У,1=0, У.2=1. Этому исходному состоянию соответствуют точки 0 на фиг. 5-7.

Импульсы управления с частотой f от внешнего генератора (не показан) поступают на один из входов "В" (условное движение Вперед" ) или "Н" (условное движение "Назад" ) двоичного реверсивного счетчика 4, коэффициент пересчета К которого выбирается равным требуемому коэффициенту

P дробления основного шага. Двоичный код, вырабатываемый на прямых выходах разрядов счетчика 4, кроме старшего разряда, преобразователем 2 код— аналог преобразуется при движении

"Вперед" в ступенчато нарастающее напряжение. Аналоговый вычитатель 7 преобразует это напряжение в ступенчато убывающее напряжение, Коды, вырабатываемые на прямом и инверсном выходах старшего разряда счетчика 4 (например, Зр на фиг,2) обеспечивают соответствующее переключение ключей групп 8,1, 8,2 и коммутацию выходных напряжений преобра зователя 2 код — аналог и аналогового вычитателя 7. Благодаря этому на выходах ключей групп 8,1 и 8.2 формируются ступенчато нарастающее U < и ступенчато убывающее U напряжения:

I (фиг. 8) . Напряжение U< непосредственно, а напряжение U< — через соответствующие ключи 9 (в зависимости от кода, приложенного к управляющим режимом шинам У) поступают к входам определенных выходных ключей 6.

Реверсивньй распрецелитель 5 импульсов переключается от выходных сигналов "Заем" и "Перенос" счетчика

4 (в зависимости от направления движения) и своими выходными сигналами

U -U обеспечивает коммутацию клюй, i 5. 111 чеи групп 6. 1-6.m и поочередное подключение преобразователя 2 код— аналог, аналогового вычитателя 7 или .

1844 6 источника 3 опорного напряжения к соответствующим стабилизаторам l,ll,m тока. При этом в фазах двигателя формируются ступенчато изменяющиеся токи i -i . Число уровней квантова" ф1 ния (модуляции) токов в каждой фаP зе получается равным N- =— . При по2 ступлении импульсов в счетчик 4 результирующий момент поочередно принимает положения, указанные на фиг.5-7 в виде точек 1, 2, 3,... В результате этого вал двигателя вращается

15 с дробными шагами.

Изменение направления движения обеспечивается сменой подачи тактовых импульсов на входы реверсивного счетчика 4.

20 Изменение режима дробления шага производится сменой кода на управляющих шинах У,!-У.(2К-4). В случае управления 6-фазным двигателем (фиг, 3 и 6) первый режим обеспечи25 вается при У.l=! и У.2=0 (аналогично управлению 5-фазным. двигателем).

В случае управления 7- и 8-ми фазными двигателями (фиг. 4 и 7) первый режим обеспечивается при У,l=l и У.2=

30 =У.З=У,4=0, второй режим — при У.l=

=У.4=0 и У.2=У.3=1, третий режим— при У,1=У.З=О и У,2=У.4=1. Циклограммы формируемых ступенчатых фазных токов при первом и втором режимах для m=5 представлены на фиг. 8 в виде объединенных временных диаграмм (1 1 и 1 lg ) °

В общем случае число возможных

m-2 режимов управления равно — — при чет40 m-1

2 ных ш и — — при нечетных ш. При всех

2 значениях m первые режимы управления аналогичны описанным для прототипа режимам.

45 Число тактов переключения выходных каналов распределителя 5 импульсов выбирается равным числу m фаз .шагового двигателя.

Стабилизаторы 1.1-1.m тока обеспечивают заданные токи в обмотках двигателя независимо от изменений на пряжения питания и сопротивления фаз ,шагового двигателя.

Особенностями дополнительно обеспечиваемых предлагаемым устройством режимов являются тенденция увеличения по модулю векторов результирующих моментов двигателей с ростом числа

7 1511844 8 ш фаз (фиг. 5-7), повышение равномерности распределения по полю этих моментов и повышение точности отработки дробных шагов.

Все эти особенности в итоге спо собствуют повышению плавности хода и улучшению качества движЕния шаговых двигателей с числом фаз m) 5.

Формула изобрете ния

Устройство для управления ш-фазным шаговым двигателем с дроблением шага, содержащее стабилизаторы тока по числу фаз двигателя, преобразователь код — аналог, источник опорного напряжения, реверсивный счетчик, подключенныи прямыми выходами раз20 рядов, кроме старшего, к входам преобразователя код — аналог, реверсивный распределитель импульсов, подключенный входами к выходам заема и переноса счетчика, m групп ключей с двумя ключами в каждой группе, выходы которых в каждой группе объединены и подключены к входам соответствующих стабилизаторов тока, а их управляющие входы подключены к смежным выходам реверсивного распределителя импульсов, аналоговый вычитатель, (ш+1)-ю и (m+2)-ю группу клюттей с двумЛ ключами в.каждой группе, причем выход (m+1)-й группы клю- 35 чей соединен с сигнальными входами первых ключей каждой из m групп ключей, управляющие входы первых ключей (m+1)-й и (m+2)-й групп ключей подключены к инверсному, а управляющие 40 входы их ..вторых ключей — к прямому выходам старшего .разряда реверсивного счетчика, сигнальный вход перво.го ключа (m+I)-й группы соединен с первым входом аналогового вычитателя 45 и выходом преобразователя код — анаI лог, сигнальные входы второго ключа (m+I)-й группы и первого ключа (m+2)-й группы соединены с источником опорного напряжения и вторым входом аналогового вычитателя, выход которого соединен с сигнальным входом второго ключа (m+2)-й группы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения результирующего момента, повышения равномерности его распределения по полю и повышения точности отработки дробных шагов, дополнительно введены (m+3)-я группа из 2К-3 ключей, 2К-4 шин управления режимом дробления, в каждую из m групп ключей дополнительно введены

К-2 ключей, подключенных выходами к входу соответствующего стабилизатора тока, а управляющими входами — к смежным выходам реверсивного pacnpem делителя импульсов где К= — при .

Э 2тп+ 1 четных m и I(= — — при нечетных m

2 . Ф причем выходы ключей (m+2)-й группы соединены с сигнальными входами первого, третьего, пятого,...,(2K-З)-го ключей (ш+3)-й группы, выходы с первого по (2К-4)-й ключей (m+3)-й группы попарно соединены между собой и подключены соответственно к сигнальным входам с второго по (K-1)-й ключей каждой из m групп ключей, а управляющие входы соединены с шинами управления режимом с первой по (2K-4)-ю соответственно, сигнальные входы второго, четвертого, шестого...,,(2К-4)-ro ключей (m+3)-й группы соединены с шиной источника опорного напряжения, выход (2K-3)-го ключа (m+3)-й группы соединен с сигнальными входами всех К-х ключей ш групп ключей, а управляющий вход ; с (2К-4)-й шиной управления режимом.

1511844

1511844

1511844

1511844 ,„ АШ1Ш1Ш. о о

Ъ5

Ъ г

fl /, Р м

<е

О

41

Р е д

Р и д (уу

Р уГ б

Составитель В.Алфимов

Редактор А,Огар Техред М.Дидык Корректор О. Кравцова

Заказ 59)0/56 Тираж 551 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ. СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101