Устройство для управления двумя шаговыми двигателями

 

! :, б: «оте;;а М

Союз Советскнк

Соцналнстнчеснна

Реслублнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

lii>743153

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву —, (22)Заявлено 23.12.77(21) 2558197/24-07 (5! )М. Кл.

Н 02 Р 7/60 с присоединением заявки .%—

Государственный комитет (23) Припритет—

Опубликовано 25.06.80. Ьктллетень № 23

Дата опубликования описания 28.06.80

II0 делам нэабретемий н открытий (53) УДК 621-313. .I3-133.3:

:6 2-8 3 (088. 8) (72) А вторы изобретения

В, А. Федукин, В. И. Демкин и В. Г, Копп

Московский институт электронной техники (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУМЯ

ШАГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ ми bj. з

Изобретение относится к электротехнике и может быть испсдьзовано в сис« темах автоматического управления приводом с щаговыми двигателями.

Известно устройство для управления несколькими двигателями, содержащее датчики скорости, схемы сравнения сиг налов датчиков с заданными сигналаНедостатком указанного устройства является невозможность получения синфазного движения двигателей, обусловленная низкой точностью синхронизации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и постигаемому результату является устройство для управления двумя щаговыми двигателями, содержащее в каждом из двух каналов

liar÷èê положения ротора двигателя, соединенный со входами распределителя импульсов, подключенного выходами ко входам усилителя мо|пности через элементы И (21.

Недостатком у тройств» является невозможность установления заданного соотношения угловых положений роторов и их скоростей, а также недостаточная точность, обусловленная тем, что сигналы с датчиков поступают только после отработки шага, что не позволяет конт ролировать положения ротора внутри шага.

Цель изобретения — повышение точнос10 ти синхронизации и расширение диапазона изменения соотношения скоростей двигателей.

Это достигается тем, что каждый из двух каналов дополнительно содержит масштабный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, эл MBHr памяти, формирователь импульсов, инвертирующий и суммирующий усилители, а также общие для обоих каналов инвертор, компаратор и элемент ИЛИ, связанный двумя входами с выходами масштабных усилителей через формирователи импульсов. а выходом — с управляющим входом эле20

Пре дла га емое устройство с оде ржит шаговые двигатели 1 и 2 с потенциальными датчиками 3 и 4 положения на валах двигателей, соединенные с фазными усилителями 5 и 6 мощности. Выходы датчиков положения связаны через распределители 7 и 8 импульсов с первыми входами двух групп логических элементовИ9, 10, 11, 12, 13, 14, 15и

16 и со вкодами масштабных усилителей 17 и 18, выходы которых соединены со входами формирователей 19 и 20 импульсов. Выходы формирователей 19 и

20 импульсов связаны со вкоцами логического элемента ИЛИ 21, соединенного выходом с управляющими входами анало-. говых элементов 22 памяти и 23, выходы которых соединены со входами инвертируюших усилителей 24 и 25 и со вторыми входами соответствуюшик суммиру40 юших усилителей 26 и 27, подключенных первыми входами к выходам масштабных усилителей, а выходами - ко входам компаратора 28, Выход компаратора 28 соединен GD вторыми входами элементов И

45 первой группы, и через инвертор 29— со вторыми входами второй группы элементов И. Выходы каждой из групп элементов И связаны со входами соответствующих усилителей 5 и 6 мощности.

На фиг. 2 показаны временные диаграммы выхоцного сигнала одного из датчиков Ill и выходных сигналов с распределителя импульсов 1Р1 > 1PII, 1Р!!1, 1Р1У, причем первая цифра означает номер двигателя, а вторая - номер коммутируемой фазы. Кроме того на фиг. изображены временныв циаграммы сигналов с выходов масштабных усилителей

30

3 74315 ментов памяти обоих каналов, подключенных своими сигнальными входами к выксцам соотаетствующик масштабнык усилителей, входы которык соецинены с выхоцами датчиков и первыми входами суммирующих усилителей, связанных вторыми вкодами через инвертирующие усилители с выкодами элементов памяти, а викодами «с двумя входами компаратора, поцключенного своим выходом ко вторым вкодам элементов И одного канала непосредственно, а второго - через инвертор.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 и 3 — временные диаграммы сигналов на выходах элементов схемы применительно к четырехфазным шаговым двигателям.

3 ф

МУ1 и МУ2, формирователей импульсов

ФКИ1 и ФКИ 2 и элементов ИЛИ g ФКИ, а также элементов памяти ЭП1 и ЭП2 и суммирующих усилителей Е1. и Х2

На фиг. 3 представлены временные циаграммы выходных сигналов с датчиков

Д1, Q2 и выходных сигналов с сумматоров 2;1, Х2, а также вРеменные циагРаммы прямого К и инвертированного И сигналов с выхода компаратора и временные диаграммы сигналов с выходов элементов

И, .питающих фазы двигателей 1Ф1, 1ФП, 1Ф!Ц, 1Ф1У, 2Ф1, 2ФII, 2Ф! II, 2Ф1У, причем пунктиром обведены сигналы с выходов распределителей импульсов.

Устройство работает следующим образом. Шаговые двигатели 1 и 2 с потенциальными датчиками 3 и 4 положения на валах, соединенные с выходами фазных усилителей 5 и 6 мощности, работают в режиме бесколлекторной машины постоянного тока, Коммутация фаз обеспечивается подачей с выходов распределителей 7 и 8 импульсов на первые входы групп логических элементов И 9, 10, 11, 12 и 13, 14, 15, 16.

Пилообразные сигналы с датчиков положения подаются на масштабные усилители 17 и 18 с регулируемыми коэффициентами усиления. Соотношение коэффициентов усиления масштабнык усилителей 17 и 1 8 задается обратно пропорциональным требуемому соотношению скоростей двигателей, Формирователи 19 и 20 импульсов вырабатывают импульсы в моменты времени, соответствующие концу периода следования сигналов с датчиков. Эти импульсы через логический элемент ИЛИ 21 поступают HB управляющие входы аналоговых элеменTDB 22 и 23 памяти, которые осуществляют запоминание текущего значения выходного сигнала каждого масштабного усилителя до момента прихода следующего импульса элемента ИЛИ.

Уровни сигналов, заполненные элементами памяти, инвертируются на инвертируюшик усилителях 24 и 25 и суммируются на суммирующих усилителяк 26 и

27 с текущими значениями сигналов, поступающих с выходов соответствующих масштабных усилителей. БИагодаря этому обеспечивается привязка начала пилообразных сигналов с разных масштабных усилителей к единому моменту времени.

При отработке одного и того же угла поворота роторов обоик двигателей выходной сигнал с масштабного усилителя, сое74 циненного с выходом датчика двигателя, имеющего скорость меньше заданной, будет более высокого уровня, чем сигнал с выхода масштабного усилителя,.соединенного с BblKQGQM датчика двигателя, имеюшего скорость больше зацанной. Поэтому на выходе KDMnaparopa 28 появляется сигнал высокого уровня, поступаюший на вторые входы элементов И, otHo

3153 6 рого под действием нагрузки изменилась скорость, что имело место в рассмотренных аналогах.

Предлагаемое устройство обеспечивает заданное соотношение скоростей вращения и мгновенных положений роторов двигателей как в установившихся, так и в переходниках процессах „что повышает точность и быстродействие системы привода 0 !

5 сяшихся к двигателю, имеющему скорость больше заданной, и через инвертор 29HB вторые входы элементов И, относяшихся к двигателю, имеющему скорость меньше заданной. При этом цвигатель с большей скоростью начинает разгоняться, вследствие чего возрастает крутизна выходного сигнала датчика этого двигателя, и в момент цостижения им уровня сигнала с датчика двигателя с меньшей скоростью происходит переход компаратора в противоположное состояние. После этого начинает разгоняться двигатель с меньшей скоростью, а двигатель с большей скоростью тормозится под действием момента нагрузки до момента очередного срабатывания компаратора.

Так как процесс осуществляется с большой частотой, то питание двигателя, вращающегося с большей скоростью, производится последовательностью импульсов с большим коэффициентом заполнения периода, а двигателя, вращающегося с меньшей скоростью, — последовательностью импульсов с меньшим коэффициентом заполнения периода, вследствие чего в обмотках двигателей устанавливаются средние значения токов, прямо пропорциональные коэффициентам заполнения периодов.

Из представленных HB фиг. 3 временных характеристик видно, что управление соотношением скоростей и мгновенных положений роторов двигателей производится внутри каждого шага. Кроме того, при увеличении нагрузки на валу одного из двигателей, вызывающей уменьшение его скорости, происходит дополнительный разгон этого двигателя, в то время как цругой двигатель тормозится до момента устранения возникшей погрешности в соотношении скоростей. Этот способ коммутации позволяет сократить время перехоцного процесса установления заданного соотношения скоростей по сравнению с тем случаем, когда погрешность устраняется путем изменения режима цвижения только того двигателя, у котопри отработке заданных перемещений, Оно позволяет непрерывно изменять соотношение скоростей gayx двигателей и может найти применение в различных системах числового программного управления, например координатографами, столами металлорежущих станков и т. д.

Формула изобретения

Устройство для управления двумя шаговыми двигателями, содержащее в каждом из двух каналов датчик положения ротора двигателя, соединенный со входами распределителя импульсов, подклнненного выхоцами ко входам усилителя мощ25 ности через элементы И, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью повышения точности синхронизации и расширения диапазона изменения соотношения скоростей двигателей, каждый из двух каналов до30 полнительно содержит масштабный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, элемент памяти, формирователь импульсов, инвертируюший и суммирующий усилители, а также общие цля обоих каналов инвертор, компаратор и элемент

ИЛИ, связанный двумя входами с выхо- . дами масштабных усилителей через формирователи импульсов, а выходом— с управляюшим входом элементов памяти обоих каналов, подключенных своими сигнальными входами к выходам соответствующих масштабных усилителей, входы которых соединены с выходами датчиков и первыми входами суммирую45 щих усилителей, связанных вторыми вхоцами через инвертируюшие усилители с выходами элементов памяти, а BblxogBMH» с двумя входами компаратора, подключенного своим выходом ко вторым вхоцам

50 элементов И одного канала непосредственно, а второго — через инвертор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР .М 415645, кл. С» 05 Д 13/02, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

М 493886, кл. Н 02 Р 7/60, 1975 (прототип).