Устройство для позиционного управления шаговым двигателем

 

О П И С А Н И Е 1924816

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социапистичвскик

Республик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 26. 10.79 (21) 28З5172/24-07 с присоединением заявки М (23)Приорктет(5t)Nl. Кл.

Н 02 P 8/00 фвудврставный кевпет

ВВЕР кв дищи кзв4ретекнй

N открытки

Опубликовано Э0.04.82. Бюллетень М 16 (53) УДК 621.314... 58(088.8) - Дата опубликования описании 0:1.08.8:?

Г

В. М. Альшиц, А. В. Бирюков, В. E. Неймарк и В.. Петров (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЗИЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ

ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к области электр ротехники, а именно к управлению шаговыми двигателями и может быть использовано, например, в электроприводах механизмов прокатных станов с позиционным управлением.

Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее коммутатор фаз шагового двигателя, импульсный датчик положения, установленный на валу двигателя, выполненный с числом импульсов на оборот, равным числу шагов двигателя, генератор импульсов управления, счетчик и блок сравнения ) 1).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ус ройство для позиционного управления шаговым двигателем, содержащее установленный на валу двигателя импульсный датчик, блок цифрового задания величины перемещения, реверсивный и нереверсивный счетчики импульсов, блок сравнения, генератор управляюших импульсов, связанный через элемент И и узел разрешения с входом коммутатора фаз шаго вого двигателя (2) . 1

Недостатком устройства является низ кая надежность и быстродействие при переменной нагрузке на валу двигателя, что обусловлено контролем отработки только целого шага, не позволяющим изменять режим коммутации двигателя при пуске с изменяющимся моментом

t0 нагрузки.

Кель изобретения — повышение падеж ности и быстродействия при переменной нагрузке на валу двигателя.

Поставленная цель достигается тем, 3$ что в устройстве, содержащем установленный на валу двигателя импульсный датчик, блок цифрового задания величины перемешения, реверсивный и нереверсивный счетчики импульсов, блок сравнения, генератор управляющих импульсов, связанный через элемент И и узел разрешения с входом коммутатора фаз ша:гового двигателя, введены триггер и дешифратор, подключенный своими двумя

3 92 выходами к входам прямого и обратного счета реверсивного счетчика, входам узла разрешения и единичным входам триггера, соединенного нулевым входом с выходом блока сравнения, а выходомс входом нулевого разряда дешифратора, подключенного входами всех разрядов к выходам нереверсивного счетчика, связанного входом установки нуля с выходом узла разрешения, а счетным входом с выходом датчика, число положений которого на один обооот в несколько

I раз превышает число шагов двигателя.

На фиг. 1 приведена фкнкциональная блок-схема устройства; на фиг. 2временные диаграммы, иллюстрирующие работу схемы; на фиг. 3 - угловые характеристики для четырехфазного шагового двигателя.

Устройство для позиционного управления шаговым двигателем (фиг. 1) содержит блок 1 цифрового задания, блок 2 сравнения, элемент И 3, генератор 4 управляющих импульсов, узел 5 разрешения, коммутатор 6 фаз шагового двигателя 7 с импульсным датчиком 8 на валу. Выход датчика 8 подключен к входу счетчика 9, соединенного выходами с дешифратором 10. Реверсивный счетчик

11 связан входами прямого и обратного счета с выходами дешифратора 10 и нулевыми входами триггера 12, подключенного единичным входом к выходу блока 2 сравнения, а выходом - к входу нулевого разряда дешифратора 10. Датчик 8 вырабатывает число импульсов на один оборот вала двигателя в несколько раз превышающее число шагов.

Устройство работает следующим образом.

Число, соответствующее величине перемещения,записывается в блок 1 цифрового задания либо в унитарном (Й ) ), либо в параллельном (5 ) коде и посту пает на входы блока 2 сравнения в виде параллельного кода 5 3. Сигнал обратной связи, соответствующий фактическому положению ротора шагового двигателя 7, вырабатывается также в параллельном коде (Bg ) на выходах реверсивного счетчика 11 и поступает на входы блока 2 сравнения. При стоянке привода с второго выхода блока сравнения снимае ся сигнал "Нуль рассогласования по положению", который по единичному входу перебрасывает триггер 12 в единичное состояние. Триггер 12 в свою очередь переключает дешифратор 10 на фиксащпо числа импульсов, соответствующего по4816,4 .ловине шага двигателя. Число 9 в бло5

l0

4S

5S ке 2 сравнения сравнивается с сигналом о фактическом положении (S ), снимаемом с реверсивного счетчика 11.

При наличии рассогласования по положению элемент И 3 открывается и импул сы с генератора 4 через узел 5 разрешения поступают на коммутатор 6 двигателя 7. Узел 5 разрешения представляет собой логическую схему, выполняющую следующие функции.

l. Формирование очередного управляющего импульса переключения фаз двигателя 7 () при условиях подтверждения отработки предыдущего шага (импульс д, д ) и прихода очередного импульса (,) от генератора 4.

2. Удержание счетчика 9 в нуле от момента прихода импульса д с ) до момента прихода импульса (фиг. 2).

3. Изменение направления вращения двигателя 7 при изменении знака рассогласования заданного и отработанного перемещений (5 - - 8 рс.).

После подачи управляющего импульса (д на фиг. 2) происходит коммутация фаз, и двигатель 7 приходит в движение (м на фиг. 3). От импульсного датчика 8 поступают импульсы (f 4 на фиг. 2), которые подсчитываются счетчиком 9. После прохождения двигателем половины шага на одном из двух выходов дешифратора 10 появляется сигнал, свидетельствующий об отработке половины первого шага шаговым двигателем в положительную Ыд, или отрицательную сторону вращения (если число импульсов д, вырабатываемое датчиком 8 на один шаг двигателя, нечетное, то половина шага определяется с округлением).

Импульс с одного из выходов дешифpampa 10 (9+ или,) поступ ает на один из равноценных входов узла 5, пе» реводит счетчик 9 в нуль и дает разрешение на прохождение следующего управляющего импульса (fp на фиг. 2).. Этим обеспечивается поддержание угла рассогласования магнитных осей статора и ротора в пределах одного полупериода синхронизируюшего момента (для четырехфазного двигателя с 4-тактной коммутацией). Одновременно сигнал, (B » ) подается на один из двух нулевых входов триггера 12 и перебрасывает его в нулевое состояние. Триггер 12 переключает дешифратор 10 на фиксацию полного шага (числа импульсов, соответствующего одному шагу, взятому с округлением в сторону мень. щего), После подачи второго управляющего, 5 9248 импульса двигатель 7 продолжает врашать ся (и) на фиг. 2), но импульсы на выходах дешифратора 10 вырабатываются при этом только после обработки целого шага (5, на фиг. 2).

При вращении двигателя импульсы

f д+ (,) с дешифратора 10. поступают на входы реверсивного счетчика 11 и суммируются с накопленным в счетчике числом, или вычитаются из него. 30

Дальше схема работает аналогично.

После того, как числа S g и 9<< сравняются, блок 2 сравнения выдает сигнал и элемент И 3 запирается. Подача импульсов прекрашается, и двигатель 7 1S останавливается в заданном положении.

Колебания вала двигателя в данном случае не приводят к насчитыванию лож ных импульсов, так как счетчик 9 после прохождения числа импульсов, фиксирую- щ ших прохождение шага с точностью до одного импульса, на последнем такте коммутации сбрасывается в нуль и удерживается в нуле.

Погрешность от некратности числа шагов двигателя 7 на оборот и числа импульсов датчика 8 на оборот в данной схеме не накапливается, так как счетчик 9 служит только для контроля о работки шагов. После осушествления щ этого контроля при отработке каждого очередного шага счетчик сбрасывается в нуль и держится в нуле до прихода очередного управляюшего импульса.

Рассматриваемое устройство позволяет повысить динамический момент двигателя при пуске эа счет сдвига момента коммутации фаэ относительно ротора.

В исходном состоянии положение шагового двигателя определяется характеристикой М (фиг. 3). Предполагаем, что до начала вращения момент нагрузки М„= О, при этом двигатель находится

В состОянии 0 (началО координат)

4S

При подаче первого управляюшего им пульса, „происходит переключение фаз и двигатель переходит на характеристику

Mq . Под действием синхронизируюшего момента М ) двигатель начинает вращать ся.

Второй управляюший импульс от генератора 4 пропускается на коммутатор 6 фаз, когда придет сигнал об отработке половины первого шага (сигнал разрешения) по числу импульсов датчика.

Для случая разгона со значительным статическим моментом, когда двигатель отрабатывает к моменту прихода от ге-;

16 6 нератора 4 управляющего импульса не более 0,5 шага, переход на характеристику М произойдет в точке А. Для случая легкого разгона с малым статическим моментом М двигатель к моменту прихода второго управляюшего импульса пройдет больше половины шага, и процесс втягивания в синхронизм ускоряется.

Если двигатель в конце второго такта еше не втянулся в синхронизм и при этом прошел не более 1,5 шага, то при подаче третьего управляюшего импульса переключение на харак теристику Мд произойдет в точке Б после отсчета числа импульсов, соответствуюшего полному шагу. Далее разрешение на прохождение очередного управляющего импульса от генератора подается после прохождения одного полного шага на предыдушем такте коммутации.

Из фиг. 3 видно, что переключение на характеристику Mr происходит после отработки примерно 1,5 шага на третьем такте коммутации, Это свидетельст вует о втягивании двигателя в синхронизм. На последуюших тактах наблюдается установившийся режим врашения.

Частота управляющих импульсов генератора 4 выбирается такой, чтобы всегда обеспечивалось торможение двигателя в пределах одного шага при минимальном возможном моменте нагрузки.

Практически эта частота может превышать в 1,3-1,5 раза частоту приемистости при моменте нагрузки, близком к номинальному моменту двигателя. Выпадение двигателя иэ синхронизма в данном случае может быть Обусловлено только значительным возрастанием момента нагрузки на валу двигателя выше номинального или внезапным реверсом привода.

При выпадении двигателя из синхронизма в рассматриваемом устройстве обеспечивается остановка двигателя без пропуска шага, а затем дальнейшая нормальная его работа при отсутствии выше. укаэанных причин выпадения из синхронизма, что повышает надежность работы.

Сдвиг момента переключения фаз на

0,5 шага при пуске обеспечивает увеличение среднего момента и, следовательно, сокрашение времени вхождения двигателя в синхронизм.

Формула изобретения

Устройство для позиционного управления шаговым двигателем, содержащее

7 9248 установленный на валу двигателя импульсный датчик, блок цифрового задания величины перемещения, реверсивный и нереверсивный счетчики импульсов, блок сравнения, генератор управлякнпих импуль- 3 сов, связанный через элемент И и узел разрешения с входом коммутатора фаз шагового двигателя, о т л и ч а ю ш е ес я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия при переменной нагрузке на валу двигателя, в него введены триггер и дешифратор, подклю» ченный своими двумя выходами к входам прямого и обратного счета реверсивного

° счетчика, входам узла разрешения и ну- 1$ левым входам триггера, соединенного

16 8 единичным входом с выходом блока сравнения, а выходом - с входом нулевого разряда дешифратора, подключенного входами всех разрядов к выходу нереверсивного счетчика, связанного входом установки нуля с выходом узла разрешения, а счетным входом - с выходом датчика, число положений которого на один оборот в несколько раз превышает число шагов двигателя. . Источники информации, принятые во внимание. при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 542319, кл. Н 02 P 7/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

N 468345, кл. Н 02 P 7/62, 1973.

9248 16

/ 1 ! 1

w/

Фи.Ю

Составитель 3. Горник

Редактор Е. Лушникова Texpelt И. Гайду . Корректор А, Йзятко

Заказ 2834/72 Тираж 7 19 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4