Устройство для управления шаговым двигателем в режиме самокоммутации

СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 02 Р 8/00 фенамОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ ТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМ,Ф(54) (57) УСТРОЙ НИЯ ШАГОВЫМ Д МЕ САМО КОММ датчик положения лители. мощности, к ключен выходом к делитель импульсо ТВО ДЛЯ УПРАВ ВИГАТЕЛЕМ В РЕ УТАЦИИ, содерж ротора двигателя, аждый из которых фазе двигателя, расоединенный,вх ЛЕ ЖИ ащее уси- подпре-. одом СЬ Ч Ж 00 Ж ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Опытное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством Института металлофизики АН УССР(56) Луценко В, Е., Рубцов В. П, Электропривод с щаговыми двигателями. ОбзорИтоги науки и техники. Электропривод иавтоматизация промышленных установок.ВИНИТИ, М., т. 6., 1978, с, 89.Авторское свидетельство СССР658693,кл. Н 02 Р 8/00, 1977ЯО 1167689 с выходом генератора импульсов, и блок выделения фазового сдвига импульсов генератора относительно импульсов датчика положения, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования и повышения точности стабилизации скорости, блок выделения фазового сдвига импульсов генератора относительно импульсов датчика положения выполнен в виде коммутатора каналов, управляющего И-триггера и триггеров сравнения по числу фаз двигателя, подключенных выходами, являющимися выходами блока выделения фазового сдвига, к входам усилителей мощности, первыми установочными входами - к выходам распределителя импульсов и адресным входам коммутатора каналов, соединенного выходами с вторыми установочными входами триг- Е геров сравнения, информационными входами - с выходами датчика положения, ротора, а управляющими входами - с выходами управляющего Я-триггера, соединенного Я- входом с одним из выходов датчика положения ротора, 11Изобретение относится к электротехникеи может быть использовано в системах автоматического управления с щаговыми двигателями.Цель изобретения - расширение диапазона регулирования и повышение точностистабилизации скорости.На фиг. 1 представлена функциональнаясхема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока выделения ЭДС вращения,используемого в качестве одного каналадатчика положения ротора; на фиг. 3временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.Устройство (фиг. 1) содержит шаговыйдвигатель 1 с фазами 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, соединенными с выходами усилителей мощности 2,3, 4 и 5 соответственно, генератор управляемой частоты 6, выход которого соединенс распределителем импульсов 7, датчик положения ротора двигателя, выполненныйв виде блоков 8, 9, 10 и 11 выделения ЭДСвращения, и блок 12 выделения фазовогосдвига импульсов генератора относительноимпульсов датчика положения, состоящийиз триггеров сравнения 13, 14, 15 и 16 управляющего Я-триггера 17 и коммутатораканалов 18.Вход 5-триггера 17 соединен с шинойзапуска устройства 19, вход И - с однимиз выходов датчика положения, включающего блоки выделения ЭДС вращения почислу фаз двигателя (на фиг, 1 вход Ясоединен с блоком выделения ЭДС - поз.9),Выходы триггера 17 соединены с управляющими входами Ч, Чкоммутатора каналов 18, подключенного адресными входамих, хь, хз, х 4 к выходам распределителя импульсов 7, информационными входами уьуг, уъ у 4 - к выходам блоков выделенияЭДС вращения 8,. 9, 10, 11, а выходами -к вторым установочным входам триггеровсравнения 13, 14, 15 и 16, соединенных первыми установочными входами с выходамираспределителя импульсов 7. Выходы триггеров сравнения 13 - 16 подключены к входамусилителей мощности 2 - 5.В качестве датчика положения роторав устройстве используются блоки выделенияЭДС вращения по числу фаз двигателя 8 - 11несущей информацию о положении роторадвигателя.Каждый блок выделения ЭДС вращения(фиг. 2) содержит детектор 20, подключенный к фазе шагового двигателя 1, резистор 21и компаратор 22, первый вход которого подключен к детектору 20 и резистору 21. К второму входу компаратора 22 подключен источник опорного напряжения 23,Устройство работает следующим образом.Для отработки программируемого по скорости перемещения по шине 19 подаетсякоманда Старт (фиг. 3) в виде импульсного сигнала. Я-триггер 17 переключаютсяв единичное состояние и переключает коммутатор 18 на пропускание последователь 167689 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ности импульсов от распределителя импульсов 7 на первые установочные входы триггеров 13 - 16, на вторые установочные входы которых поступают импульсы от распределителя импульсов 7 со сдвигом на один период входных импульсов генератора 6. На вход усилителей мощности 2 - 5 поступают импульсы, сформированные триггерами 13 - 16, В результате организуется принудительная коммутация двигателя 1. При перемещении ротора двигателя 1 возникают сигналы ЭДС вращения, которые формируются блоками выделения 8 - 11, и поступают на первые входы коммутатора 18. После детектирования детектором 20 сигнал ЭДС вращения с фазы двигателя 1 выделяется на резисторе 21.Источник опорного напряжения 23 устанавливает уровень формирования сигнала обратной связи по положению ротора из сигнала ЭДС вращения с учетом характеристики нагрузки, который формируется с помощью компаратора 22. Один из сигналов блока выделения ЭДС вращения, например блока 9, поступает на второй установочный вход Я-триггера 17 и устанавливает его в исходное состояние. Осуществив запуск двигателя, синхронизированный с работой распределителя импульсов 7, триггер 17 переключает коммутатор 18 в режим пропускания сигналов от блоков 8 - 11 на первый установочный вход триггеров 13 - 16. С этого момента двигатель 1 переходит на режим самокоммутации по сигналу положения ротора, сформированному из сигналов ЭДС вращения. При этом передний фронт управляющих импульсов, поданных на фазы двигателя, обусловлен моментом формирования сигналов ЭДС вращения, а задний фронт - .импульсами раслределителя импульсов 7, Частота генератора 6 задает темп переключения фаз двигателя 1, Запуск устройства осуществляется начиная с любой частоты в пределах частоты приемистости двигателя.Дальнейшая работа устройства происходит в режиме самокоммутации при изменении частоты генератора от нуля до частоты, определяемой границей механической характеристики двигателя. Работа устройства поясняется временными диаграммами (фиг. 3), на которых приведены следующие сигналы: Г - на выходе генератора импульсов 6, РИ 1,.РИ 4 - на выходе распределителя импульсов 7, Старт - на шине подачи команды Старт 19, Запуск на прямом выходе Я-триггера 17, Ф 1 Ф 4 - на фазах двигателя 1 при двух скачкообразных изменениях частоты управления.Точкой 2 на диаграмме обозначен момент формирования сигналов обратной связи из сигналов ЭДС вращения.Из приведенных на фиг. 3 диаграмм следует, что эффект стабилизации скорости двигателя около заданного значения при частотном управлении в режиме самокоммутации достигается за счет плавного изменения угла коммутации и длительности управляющих импульсов, При этом с изменениемчастоты входных импульсов в области высоких частот парная коммутация переходитв поочередную, что повышает быстродействие устройства за счет уменьшения собственного демпфирования двигателя.В предлагаемом устройстве, котороеможет работать с любым многофазным датчиком положения, для уменьшения моментаинерции привода и упрощения механизмаиспользован датчик вращения ЭДС, выполняющий функции датчика положения.Наиболее просто ЭДС вращения выделяется после обесточивания обмотки двигателя,Момент обесточивания обмотки непосредственно связан с моментом выделения ЭДСвращения,Как следует из временной диаграммы нафиг. 3, детектор 20 выделяет после отключения напряжения на обмотке кроме ЭДС вращения, ЭДС самоиндукции, амплитуда которой намного превосходит максимальную амплитуду ЭДС вращения. Длительность процесса спадания ЭДС самоиндукции определяется постоянной времени То=1.о/К, где 1.о -постоянная составляющая индуктивности и взаимной индуктивности цепей фаз; К - суммарное сопротивление цепи фазы (Ф).Стробирование компаратора 22 импульсами генератора 6, имеющими длительность т 4)ТО, позволяет избавиться от вредного сигнала ЭДС самоиндукции при формировании сигнала ЭДС вращения, повышая надежность выделения последнего.Предлагаемое устройство позволяет рас ширить частотный диапазон стабилизациискорости двигателя в режиме самокоммутации за счет формирования импульсов коммутации фаз двигателя с помощью триггеров, управляемых по одному входу от распределителя импульсов, а по второму входу - от блоков выделения ЭДС вращения. Таким образом, устройство позволяет управлять двигателем в режиме самокоммутации, стабилизировать его скорость на уровне заданных значений и обладает достаточно жесткой механической характеристикой.Кроме того, в устройстве достигаетсяповышенная помехоустойчивость за счет подавления ЭДС самоиндукции в блоке выделения ЭДС вращения.1167689 РИ РИ Запуск дактор В.каз 4442/5 Составителв С, ГКовтун Техред И.Верее1 Тираж 646ВНИИ ПИ Государственного комнпо делам изобретений и о113035, Москва, Ж - 35, Раушскаяилиад ППП Патент, г, Ужгород,орник Корректор В. Снняцка Подписное тета СССР к рыгайнаб., д. 4/5 л, Проектна