Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления шаговыми двигателями в системах автоматического управления. Цель изобретения состоит в повышении точности и расширении эксплуатационных возможностей. Устройство содержит блок 1 выявления модуля и знака управляющего сигнала, пороговые элементы 11, 12, 23, 24, управляемый коммутатор 14, релейный элемент 10, усилители 19-22 мощности. Частота коммутации пропорциональна величине входного сигнала, его знак определяет направление движения. Обеспечивается управление трехи четырехфазным двигателем в различных режимах коммутации. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО14ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (Р1)5 Н 02 Р 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

j(21) 4450111/24-07 (22) 01.07.88 (46) 30.04.90. Бюл. Р 16 (71) Физико-технический институт им. A.Ô.Èàôôå АН СССР (72) M.Н.Глазов и Л.Ф.Иванцов (53) 621.313.525(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 - 514410, кл„ Н 02 Р 8/00, 1976, Авторское свидетельство СССР

1312713, кл. H 02 P 7/42, 1987. (54) УСТРОЙСТВО (ЛЯ У1!РАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГА1ЕЛЕИ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано

„.SUÄÄ 5 1186 А1 для управления шаговыми двигателями в системах автоматического управления. Цель изобретения состоит в повышении точности и расширении эксплуатационных возможностей. Устройство содержит блок 1 выявления модуля и знака управляющего сигнала, пороговые элементы 11, 12, 23, 24, управляемый коммутатор 14, релейный элемент 10, усилители 19-22 мбщности °

Частота коммутации пропорциональна величине входного сигнала, его знак определяет направление движения.

Обеспечивается управление трех- и четырехфазным двигателем в различных режимах коммутации. 7 ил.

1561186

2S

Изобретение относится к технике правления электрическими машинами

И может быть HcooJIbsoBaHQ при управ енин дискретными исполнительными механизмами в системах автоматического управлений, Цель изобретения - повышение точности и расширение эксплуатационных возможностей путем многорежимного управлениА.

На фиг.l приведена схема устройства; на фиг.2 - схема блока выявле1ыя модуля,"и знака входного сигнала;

Ва фиг.3 - схема соединения пороговых элементов с делйтелем напряжения при управлении трехфазным двига гелем B режиме шеститактной комму- . тации; на фиг.4 — циклограмма изменения напряжений в этом режиме; на фиг.5 — схема соединения пороговых злементов с делителем найряжения при

1 правлении трехфазным двигателем в ежиме трехтактной коммутации; на г.6 - то же, при управлении четы ехфазным двигателем s режиме восьми гактной коммутации; на фиг.7 - то

Фе, в режиме четырехтактной коммутации.

Устройство содержит блок 1 выявления модуля и знака входного сигна,ла с первым 2 и вторым 3 выходами, двухвходовый интегратор 4 с время эадающим резистором 5 и конденсатором 6, подключенным к инвертирующему ходу, и делителем напряжения на резисторах 7 и 8 на неинвертирующем входе, переключатель 9, релейный элемент 10, первый 11 и второй 12 пороГовые элементы, управляемый коммутатор 13 с входом 14 управления, вха 1ами 15 и 16 и выходами 17 и 18 и три усилителя 19-21 мощности, выходы которых предназначены для подключеНия фазных обмоток двигателя. В устройство дополнительно введены четвертый усилитель 22 мощности, третий 23 и четвертый 24 пороговые элементы и переключатель 25-29 с входами 30-34 управления и сигнальными входами 3544. Первый выход 2 блока 1 выявления модуля и знака входного сигнала со" единен через переключатель 9 с инвертирующим входом интегратора 4, вы од которого подключен к релейному элементу 10. Выход релейного элемен га соединен с управляющим входом переключателя 9 и управляющими входами 30-34 переключателей 25-29. Неинвертирующие входы пороговых элементов ll и 12,н инвертирующие входы пороговых элементов 23 и 24 соединены с выходом интегратора 4, другие входы пороговых элементов I1, 12, 23 и 24 через переключатели 25-28 подключены к промежуточным выводам резистивного делителя 45, подключенного к источнику 46 опорного напряжения Ц . К этому же источнику подключен вход 43 переключателя 29, другой вход 44 этого переключателя соединен с ниной нулевого потенциала, и вход

34 управления переключателя 29 подключен к выходу релейного элемента 10.

На фиг ° 2 показан один из вариантов выполнения блока 1 выявления модуля и знака входного сигнала, который содержит сумматор на операционном усилителе 47 и диодный ключ на операционном усилителе 48. Двухвходовый сумматор 47 охвачен отрицательной обратной связью через резистор 49. Выход сумматора 47 является первым выходом 2 блока 1 выявления модуля знака входного сигнала.

Диодный ключ включает в себя входной резистор 50, цепь отрицательной обратной связи на резисторе 51 и диоде 52, цепь ограничения на стабилитроне 53, диоде 54 и резисторе

55, подключенном к источнику смещения -Е, цепь положительной обратной связи на резисторах 56 и 57 и энакоразделительный диод 58. Цепь ограничения предотвращает насьшiение операционного усилителя 48 при отрицательных входных сигналах U „, когда обратная связь через резистор 51 разомкнута (диод 52 не проводит). Цепь положительной обратной связи обеспечивает скачкообразное изменение напряжения на выходе операционного усилителя 48, когда полярность сигнала U „ изменяется с положительной на отрицательную. Выход диодного ключа (катод диода 58) является вторым выходом 3 блока l.

Устройство для управления шаговым двигателем работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии входного сигнала напряжение на выходе 2 блока l выявления модуля и знака входного сигнала равно нулю, вследствие чего интегратор 4 не изменяет своего напряжения и находит5 156 ся в насыщении под действием смещения нуля операционного усилителя. Поэтому релейный элемент 10, пороговые элементы 11, 12, 23 и 24 и нереключатели 25-29 не переключаются. Двигатель, подключенный к выходам усилителей 19-22 мощности, находится в заторможенном состоянии.

Рассмотрим работу устройства при наличии входного сигнала U „. Пусть

U

1 выявления модуля и знака входного сигнала появляется положительное напряжение, примерно равное опорному напряжению стабилитрона 53. Это напряжение управляет коммутатором 13, устанавливая его в положение, при котором пороговый элемент 12 (вход

15 коммутатора) соединяется с усилителем 21 мощности, а пороговый элемент 23 (вход 16) — с усилителем 20 мощности. Поскольку напряжение U = 0 а (диод 52 не проводит), напряжение U на первом выходе блока 1 выявления модуля и знака входного сигнала определяется выражением U = 1U !.

Напряжение U поступает на интегратор 4, причем в зависимости от состояния переключателя 9 происходит линейное увеличение или уменьшение выходного напряжения интегратора U„. Пусть, например, в исходном состояний напряжение U на выходе интегратора 4 равно нулю, а на выходе релейного элемента 10 действует нулевой сигнал U д „ при котором переключатели

9 и 29 находятся в положениях, показанных на фиг.1. В этом случае положительное напряжение U с выхода 2 блока 1 поступает на неинвертирующий . вход интегратора 4. Поэтому выходное напряжение U интегратора 4 возрастает от нулевого значения до напряжения U, при котором происходит переключение релейного элемента 10 (фиг.4). Релейный элемент 10 переходит в единичное состояние, при котоП., 1 я

30 где R — сопротивление резистора 5;

C6 - емкость конденсатора 6;

Ьц — напряжение опорного источника.

Выходное напряжение Б„ интеграто35 ра поступает на входы пороговых элементов 11, 12, 23 и 24, формирующих напряжения для управления двигателем.

При этом уставки пороговых элементов коммутируются переключателями 25-28

40 в соответствии с состоянием релейного элемента 10.

3а счет выбора надлежащих уставок можно обеспечить управление трехфазными двигателями в трех- и шести45 тактном режимах работы, а также четырехфазными двигателями в четырехи восьмитактном режимах.

Рассмотрим работу устройства с трехфазным пвигателем в шеститактном режиме (временные Диаграммы на фиг.4)

В этом случае обмотки управления двигателя подключаются к выходам усилителей 19-21 мощности, а уставки пороговых элементов выбираются согласно

55 следующим равенствам

U, =O... Utl =UQ

2 Ug = 2/3 Бс, U2 = 1/3Uq;

3 Бз 1/3 Uo U ç = 2/3 130 °

I для порогового элемента 1 для порогового элемента 1 для порогового элемента 2

1186 6 ром переключатели 9 и 29 устанавливаются в положения, противоположные показанным на фиг.1. При этом напря5 жение U поступает на оба входа интегратора 4 и выходное напряжение U интегратора уменьшается. В момечт времени, когда напряжение U„ pостигает нулевого значения, происходит переключение релейного элемента 10, который вновь устанавливается в нулевое состояние, переводя переключатели 9 и 29 в исходное положение. В результате в схеме возникает периодический процесс, причем при равенстве сопротивлений резисторов 7 и 8 ингервалы времени линейного уменьшения и увеличения выходного напряжения Uä равны и на выходе интегратора 4 имеют

20 место симметричные колебания треугольной формы.

Скорость изменения напряжения U д определяется током заряда (разряда) . конденсатора 6, поэтому частота ко-, 25 лебаний f прямо пропорциональна напряжению входного сигнала U „:

1561186

Схема реэистивного делителя 45 опорного напряжения U и его соедио нение с переключателями 25-27 для формирования указанных уставок приведены на фиг.3, где положение переключателей соответствует единичному сигналу на выходе релейного эле мента 10. В момент t 0 релейный элемент 10 переходит в нулевое со стояние.и переключатели 25-27 устанавливаются в положения, противопо;ложные показанным на фиг.З. При

,этом уставка первого порогового эле мента ll принимает значение U -= -О, 1 уставка второго порогового элемента

12 U< 2/ÇUО и уставка третьего порогового элемента 23 U5= l/ÇUä.

В момент t Т/2 {Т - период колебаний) релейный элемент 10 переключается в единичное состояние и пе" реключатели 25-27 переходят в пока1

:занные на фиг.З положения, в резуль-! тате чего уставки принимают новые

" П П г » / 3 П

U> = 2/ 3 0

Первый 11 и второй 12 пороговые элементы находятся в единичных состояниях, при которых напряжение ин.тегратора U> превьнпает их уставки, Третий пороговый элемент 23 имеет инверсную статическую характеристику, поскольку сигнал Uö поступает на его инвертирующий вход. Поэтому единичное состояние третьего порогового

1 элемента, соответствует неравенству

- Т

11 ) оп в интеРвале О (t (- и

:U 7 U â интервале - (t (T.

I Т

На фиг.4 приведены временные диаграммы изменения напряжений на выходах интегратора 4, релейного элемента 10 и пороговых элементов

ll 12 и 23, поясняющие работу устройства. Как видно из временных диаграмм, выходные напряжения U, U и, и

0 пороговых элементов сдвийуты по

2а фазе на угол —, а относительная

3 длительность импульсов С/Т составляет 1/2. Частота вращения двигателя пропорциональна напряжению П „ и определяется выражением

f = 6f = — — — --, (шаг/с g

3 0ьх

А8 2U Кксь

I о Я Ь

Благодаря имеющимся в схеме свя- зям формирование уставок на переклю5

55 чение релейного и порогового элементов осуществляется от одного и того же опорного источника,в результате чего колебания напряжения этого источника практически не влияют на фазовый сдвиг и относительную длительность импульсов управления. Это обеспечивает повьппение точности управления и улучшает механические характеристики двигателя, особенно в областй высоких частот, где нарушение фазовых соотношений может вызывать снижение момента и сбои в работе двигателя.

При положительном входном напряжении (U „ ) О) устройство работает аналогично, за исключением того, что управляемый коммутатор 13 под действием нулевого сигнала управления с второго выхода 3 блока 1 выявления модуля и знака входного сигнала устанавливается в положение, противоположное описанному при U „„ < О. Действительно, при U „ > О операционный усилитель 48 охвачен отрицательной обратной связью через диод 52 н на

его выходе действует отрицательное напряжение, при котором диод 58 заперт и 11 = О. В то же время на первом выходе 2 блока 1 выявления модуля и знака входного сигнала возникает нанряженне U = Uay= lUsx I, как и для случая U „ (О. Поэтому частота вращения двигателя не зависит от полярности напряжения U . Однако при пх положительном входном сигнале благодаря тому, что коммутатор !3 переключает пороговые элементы 23 и 12 на входах усилителей 20 и 21, изменяется порядок коммутации фаз двигателя.

Работа устройства с трехфазным двигателем в трехтактном режиме (с парной коммутацией обмоток управления) происходит аналогично и требует лишь изменения уставок пороговых элементов согласно схеме на фиг.5.

При нулевом сигнале на выходе релейного элемента 10 уставки пороговых элементов 11, 12 и 23 имеют значения 0 = О, U = 2/3Uo U> = 2/3Uo а при переключении релейного,элемента 10 уставки принимают значения

2/3U(), 11 = О, U = 2/ÇU . зовый сдвиг между выходными напряжеHHHMH U >» U g Ugg лоро овых элемен тов также составляет 2/3, однако относительная длительность импульсов

61186 l0

Использование величины напряжения входного сигнала для управления скоростью движения и его знака для определения направлением позволяет лег; ко подключать устройство к наиболее распространенным регуляторам, реагирующим на отклонение параметра от заданного. . 15

C./T 2/3. Частота вращения двигате3 Usõ . ля f 3f -- — = —, шаг/с. Как и, .л 4е 40»14Сл в режиме шеститактной коммутации при отрицательном входном напряжении (Па„(0), управляемый коммутатор 13 подключает пороговый элемент 12 к усилителю 21, а пороговый элемент

23 — к усилителю 20.

При положительных входных сигналах (U > > О) управляемый коммутатор

Вх

13 переключает пороговые элементы 12 и 23 на входах усилителей 20 и 21 и порядок коммутации фаз двигателя изменяется на обратный.

Рассмотрим работу устройства с четырехфазными двигателями. В этом случае четвертая фаза двигателя под-. ключается к выходу усилителя 21, а третья фаза - к выходу усилителя 22, который управляется от четвертого порогового элемента 24, имеющего, как и третий пороговый элемент 2Р инверсную статическую характеристику по отношению к сигналу интегратора 4.

В восьмитактном режиме для получения необходимой последовательности напряжений на выходах пороговых.элементов ll, 12, 23 и 24 уставки выбираются следующим образом. При нулевом состоянии релейного элемента 10

U1 1/4"о U<= 3/4uo U3 = l./2U»в

U4 О.

При единичном состоянии релейного элемента 10 U = U», U = 1/2 О», u, = 1/4 u., U = 3/4 u.. фазовый сдвиг выходных напряжений пороговых элементов составляет 1/2 5 относительная длительность импульсов С /Т = 3/8, а частота вращения двигателя

4 3вх — (шаг/с1 .

„вв =

t о вС g

Схема коммутации уставок, снимаемых с резистивного делителя опорного напряжения U приведена на фиг.6.

При U „ (0 напряжение иа второй и четвертой фазах двигателя совпадает соответственно с выходными напряжениями третьего 23 и второго 12 пороговых элементов.

При Up„ ) 0 вторая фаза двигателя подключается к второму пороговому элементу l2 а четвертая фаза - к третьему пороговому элементу 23, в результате чего порядок коммутации фаз изменяется на противоположный.

3S

Для четырехтактного режима с парной коммутацией обмоток двигателя (фиг.7), когда фазовый сдвиг выходных напряжений пороговых элементов равен в/2 при относительной длительности импульсов à/T I/2, уставки пороговых элементов должны выбираться в соответствии с равенствами

U0,U 1 /2U,V 1 /2Up f UyUp при нулевом сигнале на выходе релейного элемента 10. При единичном сигнале на выходе релейного элементе.

l0 уставки пороговых элементов принимают значения Ь У, У 1/2U °

1/2 »ю

Частота вращения двигателя определяется выражением:

f = †-,(øàã/ñ)

U як ,4в u,К,С, Аналогично рассмотренному при изменении полярности входного сигнала

U с помощью управляемого коммутатора 13 обеспечивается изменение порядка чередования напряжений на фазах двигателя.

Очевидно, что рассмотренный четырехтактный режим с парной коммутацией обмоток двигателя позволяет использовать предлагаемое устройство также для управления двухфазными двигателями. При этом обмотки управления двигателя подключаются к выходам усилителей 19 и 20 или 21 и 22.

Таким образом, устройство обеспечивает управление двух-, трех- и четырехфазныья двигателями со скоростью, пропорциональной абсолютной величине входного напряжения, причем направление вращения двигателя определяется .полярностью входного напряжения. Наряду с возможностью управления различными по конструкции двигателями устройство позволяет изменять режим коммутации обмоток двигателя, обеспечивая трех- и шеститактные режимы работы для трехфазных двигателей и четырех- и восьмитактные режимы для четырехфазных двигателей.

11 156

Устранение влияния стабильности уставок на фазовый сдвиг включения фаэ двигателя позволяет при нестабилизированном источнике опорйого напряжения повысить точность работы.

При экспериментальной проверке неравенство длительностей включения .фаз не превышает 1Х а нелинейность . зависимости частоты от входного напряжения — не более 0,2Х.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее блок выявле ния модуля и знака входного сигнала, первый выход которого через переключатель подключен к инвертирующему и через делитель напряжения к неинвертирующему входам интегратора, выход которого подключен к неинвертирующему входу релейного элемента, соединенного выходом с управляющим входом переключателя, три усилителя мощнос"ти, выходы которых предназначены для соединения с фазными обмотками двигателя, управляемый коммутатор, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока выявления модуля и знака входного сигнала, а выходы - к второму и третьему усилителям мощнос1186

12 ти, первый и второй пороговые элементы, неинвертирующие входы которых подключены к выходу интегратора, р т5 л и ч а ю щ е е с я тем что с цеЭ У лью повышения точности управления и расширения эксплуатационных возможностей устройства, дополнительно введены источник опорного напряжения с резистивным делителем, третий и четвертый пороговые элементы, четвертый усилитель мощности и пять переключателей, входы управления которых соединены с выходом релейного элемента, инвертирующий вход которого через пятый переключатель соединен с источником опорного напряжения, инвертирующие входы третьего и четвертого пороговых элементов подклю20 чены к выходу интегратора, а неинвертирующие входы третьего и четвертого и инвертирующие входы первого и второго пороговых элементов через соответствующие переключатели подключены

25 к резистивному делителю источника опорного напряжения, выходы первого и четвертого пороговых элементов подключены к входам первого и четвертого усилителей мощности, а выходы вто б рого и третьего пороговых элементов соединены с входами управляемого коммутатора.

156118б

1561186

Составитель В.Алфимов

Техред Л.Олийнык Корректор С.Шекмар

Редактор А.Огар

Тираж 446 . Подписное

Заказ 983

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

Устройство для управления шаговым двигателем Устройство для управления шаговым двигателем Устройство для управления шаговым двигателем Устройство для управления шаговым двигателем Устройство для управления шаговым двигателем Устройство для управления шаговым двигателем Устройство для управления шаговым двигателем Устройство для управления шаговым двигателем 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления с шаговыми электродвигателями, в частности, в системах программного управления

Изобретение относится к области электротехники и может быть ислользовано в дискретном электроприводе металлорежущих станков

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и мож,ет быть использовано в дискретном приводе с регулированием скорости в широких пределах

Изобретение относится к электротехнике

Изобретение относится к электротехнике , к электроприводу, сочетающему дискретную установку ротора заданное положение с ускоренным вращением ротора

Изобретение относится к управлению электрическими машинами, к шаговым электроприводам, работающим в режиме самокоммутации

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных электроприводах, в частности в шаговых электроприводах

Изобретение относится к электротехнике , а именно к управлению электрическими машинами, например к моментному приводу манипуляторов

Изобретение относится к электротехнике , к управлению электрическими машинами и может быть использовано в замкнутых шаговых электроприводах

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в шаговом электроприводе с ограниченным перемещением подвижного элемента

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в шаговом электроприводе с ограниченным перемещением подвижного элемента

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления четырехфазным шаговым двигателем с насыщенной магнитной системой

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в шаговых электроприводах исполнительных автоматизированных устройств

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в шаговых электроприводах исполнительных автоматизированных устройств

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления трехфазным шаговым двигателем

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для измерения характеристик шаговых двигателей и управления электрическими машинами

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированных системах с шаговым электроприводом на базе трехфазных шаговых двигателей

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в дискретном электроприводе

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в дискретном электроприводе с волновым шаговым двигателем

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к шаговым двигателям (ШД)
Наверх