Устройство для управления шаговым электродвигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводе роботов и манипуляторов, где требуется повышенная точность позиционирования. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и упрощение устройства. Устройство управления шаговым двигателем 1 содержит датчик положения в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) 2, запитываемого от шины 3 опорного напряжения, демодуляторы (ДМ) 4 и 5, сигнальные входы которых соединены с выходами СКВТ 2, а коммутационные - с шиной 3. Устройство работает в режиме самокоммутации с электрическим дроблением шага. Угол коммутации задается блоком 16 управления и поступает на вход сумматора 15. Помехоустойчивость повышается применением преобразователя амплитуда - код компенсационного типа и широтно-импульсных модуляторов 20 и 21. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (1) 4 Н 02 P 8/00

OllHCAHHE HSOEPETEHHR

H А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4342167/24-07 (22) 14,12.87 (46) 07.11.89. Бюл. № 41 (72) Ю.С.Смирнов (53) 621.313.525(088.8)

- (56) Авторское свидетельство СССР (¹ 936340, кл. Н 02 P 8/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1417162, кл. Н 02 P 8/00,04,02.87. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГО BbIM ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводе роботов и манипуляторов, где требуется повышенная точность позиционирования. Цель изобретения — . повышение помехоустойчивости и упро2 щение устройства. Устройство управления шаговым двигателем 1 содержит датчик положения в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) 2, запитываемого от шины

3 опорного напряжения, демодуляторы (ДМ) 4 и 5, сигнальные входы которых соединены с выходами СКВТ 2, а коммутационные — с шиной 3. Устройство работает в режиме самокоммутации с электрическим дроблением шага. Угол коммутации задается блоком 16 управления и поступает на вход сумматора

l5. Помехоустойчивость повышается применением преобразователя амплитуда — код компенсационного типа и широтно-импульсных модуляторов 20 и 21. 1 ил.

1520647

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления и роботизированных комплексах для управления шаговыми электродвигателями (ШЭД) с электрическим дроблением шага с помощью синусно-косинусного датчика положения, Цель изобретения — повышение поме- 10 хоустойчивости и упрощение.

На чертеже приведена структурная схема устройства управления шаговым электродвигателем (ШЭД) с датчиком положения в виде синусно-косинусного 15 вращающегося трансформатора (СКВТ).

Для простоты изложения принято, что число пар полюсов ШЭД и СКВТ совпадает. В реальных устройствах такое согласование достигается за счет 20 применения механической или электрической редукции между роторами ШЭД и СКВТ.

Устройство содержит ШЭД 1, ротор которого связан механически с рото- 25 ром СКВТ 2, вход которого связан с шиной опорного напряжения (ШОН) 3.

Выходы СКВТ 2 соединены с сигнальными входами соответствующих демодуляторов (ДИ) 4 и 5, коммутационные входы которых соединены с ШОН 3.

Выходы ДК 4 и 5 соединены с соответствующими входами первого формирователя (F) 6, цифровой выход которого связан с вторым входом второ35

ro цифрового синусно-косинусного преобразователя (ЦСКП) 7. Аналоговые выходы первого формирователя (Г) б соединены с входами соответственно первого перемножающего цифроаналого- 4 вого преобразователя (ПЦАП) 8 и второго ПЦАП 9, цифровые аналоговые входы которых соединены с соответствующими выходами второго ЦСКП 7.

Выходы ПЦАП 8 и 9 соединены с соответствующими входами компаратора

10, выход которого соединен с входом

IK-триггера (Т) 11, выход которого соединен с информационным входом регистра RC 12. Тактовый вход RC

l2 соединен с выходом второго формировчтеля (F) 13, вход которого соединен с генератором импульсов ГТИ 14.

Выход регистра 12 соединен с первым входом второго ЦСПК 7 и вторым входом сумматора (SM) 15, первый вход которого соединен с выходом блока управления БУ 16. Выход сумматора 15 соединен с первым входом первого ЦСКП 17, выходы которого соединены соответственно с цифровыми входами третьего и четвертого ПЦАП 18 и

19, аналоговые входы которых соединены соответственно с выходами ДМ 5 и 4.

Выходы ПЦАП 18 и 19 соединены с входами широтно-импульсных модуляторов (ШИИ) 20 и 21, выходы которых соединены с соответствующими управляющими входами усилителя мощности (УИ) 22, выходы которого соединены с соответствующими входами ШЭД 1.

Коммутационный вход УМ 22 соединен с вторыми входами ЦСКП 7 и 17 и цифровым выходом первого формирователя 6.

Второй формирователь 13 содержит ряд одновибраторов, задающих цикл преобразования с интервалами, величина которых варьируется в зависимости от значения текущeI o разряда, например от 12 до 35 мкс для К564ИР13.

Устройство работает следующим образом .

В статике, когда код Ф„ на выходе

БУ 16 не меняется, роторы ШЭД 1 и

СКВТ 2 неподвижны. Выходные сигналы

СКВТ 1, пропорциональные синусу Us =

= U siII 8 и косинусу U Uo cos 8 угла 8 поворота ротора, подвергаются фазочувствительному выпрямлению (синхронному детектированию) ДМ 3 и

4, на коммутационные входы которых подается напряжение Uo с шины 3. Это позволяет сформировать на выходе

Д4 4 и 5 напряжения U и U< постоянного тока, представляющие аналоговые эквиваленты синусной и косинусной составляющих угла поворота .ротора ШЭД 1 и СКВТ 2.

Инвертирование U < и о в формирователе б, т.е. формирование

-U „ и -U, позволяет получить систему из четырех напряжений. Оценка взаимных фазовых и амплитудных соотношений текущих значений этих напряжений позволяет сформировать на цифровом выходе формирователя 6 трехразрядный код октанта Ф, представляющий старшие по несу разряды (СВР) цифрового эквивалента угла 0 поворота ротора СКВТ 2, Этот код позволяет привести входные напряжения (F) б

U, и U в первый октант, т.е, сформировать его выходные напряжения U

9 — siII и U - =cask где оС вЂ” угол поворота ротора 8 СКИТ 1, приведенный в первый октант.

47

6 пряжений на выходах ПЦАП !8 и 19 и соответствующих им напряжений U. и 3« по отношению к напряжениям !!< и U приводит к увеличению скорости движения, а уменьшение — к ее снижению. Движение роторов ШЭД 1 и СКВТ

2 происходит до тех пор, пока изменяется Ф . Его увеличение соответствует вращению в одном направлении, а уменьшение, — в другом.

Использование преобразователя амплитуда-код (ПАК) компенсацикного типа позволяет, сохранив высокое быстродействие прототипа, существенно повысить помехоустойчивость информационной части, состоящий из узлов

2-14.

Выполнение информационной части устройства управления ШЭД 1 по такой схеме оказывается эквивалентным применению СКВТ 2 в качестве датчика в трансформаторной дистанционной передаче угла, где роль электронного аналога СКВТ-приемника выполняет совокупность узлов 4-6, 8-10, а роль электромеханической релейной следящей системы — ее электронный эквивалент, состоящий из узлов 7, 11-14. Это позволяет использовать для запитки ШЭД и СКВТ 2 единый источник питания (не показан) и отказаться от экранировки и гальванической развязки в силовой и информационной частях устройства управления ШЭД.

Цифроаналоговое преобразование управляющего воздействия совмещено с формированием сигнала местной обратной связи по положению ротора ШЭД 1.

Это осуществляется умножением выходных сигналов ЦСКП 17 на аналоговые эквиваленты U u U угла поворота ротора СКВТ 1. На выходах ПЦАП 18 и 19 формируются непрерывные сигналы управления, дальнейшее преобразование которых производится ШИМ 20 и 21.

15206

Введение контура местной обратной связи расширяет функциональные возможности устройства управления, обеспечивая реализацию минишагового управления в режиме самокоммутации, .

Помимо увеличения точности и быстродействия, это повышает помехоустойчивость канала управления, упрощение которого достигается за счет использования в УМ 22, ЦСКП 7 и 17 кода октанта Ф<,, формируемого форми1!рив еде ш<ые напряжения и U4 поступают на входы П!ЗАП 8 и 9, где перемножаются с цифровыми эквивалентами косинусной Ф,„ и синусной Ф составляющих цифрового эквивалента

Ф . В результате перемножения на выходе ПЦАП 8 формируется напряжение

sin са-ф,,<, а на выходе ПЦАП 9

cosoL Фэ,<„ которые подаются на 10 соответствующие входы компаратора 10.

На его выходе формируется напряжение

Uq= Uy — Ug = sino< Ф вЂ” cosk Ф

- Coа< SyC — sin(о — Фо ) .

Цифровой эквивалент Ф,< формируется 15 циклически в RG 12 методом последовательных приближений, Информационная часть устройства управления ШЭД, содержащая узлы 2-14, обеспечивает формирование кода Ф, компенсационным методом на основании сведения к нулю сигнала 11, что имеет место в случае, когда sin(< — Ф ) =. О, т,е ° oL Ф, .

Код Ф, представляет младшие по весу разряды (MBP) цифрового эквивалента угла О поворота ротора СКВТ 2.

Цифровой эквивалент Ф, поступает на второй вход сумматора 15, на первый вход которого поступает код Фч с выхода БУ 16. Ограничения на вели- 30 чину кода Ф s предлагаемом устройстве и известном аналогичны и определяются условиями синхронизации рото- . ра ШЭД 1 в пределах полюсного деления.

Код Ф« задает угол коммутации ШЭД 1, работающего в режиме самокоммутации.

Информация о текущем значении угла поворота роторов ШЭД и СКВТ 2 по- . ступает в управляющую часть устройства, образуемую узлами 17-22, в ви- 40 де аналоговых сигналов U< и U поступающих на аналоговые входы

ПЦАП 19 и 18, Изменение кода Ф вызывает изменение кода Ф и кодов синуса

Ф „ и косинуса Ф, которые поступают на цифровые входы ПЦАП 18 и 19, на выходах которых формируются квази-. гармонические напряжения, опережающие или отстающие по фазе от напряже- 50 ний U< и U<. Выходные аналоговые напряжения ПЦАП 18 и 19 преобразуются ШИМ 20 и 21 в импульсные напряжения U« и U„, поступающие на управляющие входы УМ 22, на коммутационные входы которого поступает код октантов Фо, обеспечивающий пооктантное переключение выходных элементов УМ 22. Рост опережения наФормула изобретения

Составитель В.Апфимов

Техред Л.Олийнык Корректор С.Черни

Редактор А.11отыпь

Заказ 6768/56

Тираж 551

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, И-35, Раушская наб., д. 4/5

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

152064 рователем (1") 6 (фиг.2). Немаловажным преимуществом является унификация выполнения функциональных тригонометрических преобразователей информационного (ЦСКП 7, ПЦАП 8 и 9) и

5 управляющего (ЦСКП 17, ПЦАП 18 и 19) каналов устройства, реализованных на основе БИС ПЗУ и ЦАП широкого применения, что упрощает изготовление устройства и его эксплуатацию.

Устройство для управления шаговым электродвигателем с датчиком положения в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора, по 1ключенного к шине опорного. напряжения, содержащее два демодулятора, сигнальные входы которых соединены с соответствующими выходами синусно-косинусного вращающегося трансформатора, коммутационные — с шиной опорного напряжения, первый формирователь, 25 входы которого соединены с выходами соответствующих демодуляторов, генератор тактовых импульсов, блок управления, выход которого соединен с первым входом сумматора, первый цифро- 30 вой синусно-косинусный преобразователь, усилитель мощности, выходы которого соединены с соответствующими входами шагового электродвигателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, 35 с целью повышения помехоустойчивости и упрощения, дополнительно введены первый, второй, третий и четвертый перемножающие цифроаналоговые преобразователи, компаратор, триггер, регистр, вторые формирователь и цифровой синусно-косинусный преобразователь, первый и второй широтно-импульсные модуляторы, выходы которых соединены с соответствующими управляющими входами усилителя мощности, а входы - с выходами третьего и четвертого перемножающих цифроаналоговых преобразователей, аналоговые входы которых соединены с выходами соответствующих демодуляторов, а цифровые— с соответствующими выходами первого цифрового синусно-косинусного преобразователя, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй вход которого соединен с выходом регистра, тактовый вход которого соединен с входом генератора тактовых импульсов через второй формирователь, а выход — с первым входом второго цифрового синусно-косинусного преобразователя., соответствующие выходы которого соединены с цифровыми входами первого и второго перемножающих цифроаналоговых преобразователей, аналоговые .входы которых соединены с соответствующими аналоговыми выходами первого формирователя, выходы 1- с соответствующими входами компаратора, выход которого через триггер соединен с информационным входом регистра, а цифровой выход первого формирователя соединен с вторыми входами первого и второго цифровых синусно-косинусных преобразователей и коммутационным входом усилителя мощности.