Способ управления линейным шаговым электродвигателем

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 1246325 02 Р 7/62, 8 00 ИСАНИ СВИДЕТЕЛЬСТ К АВТОРСК ВостриковШубин во СССР2, 1984.СССР855916,Я ЛИНЕЙОДВИГАТ управления элект правлено на сниГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(46) 23.07.86. Бюл.27 (72) В. С. Крапивин, А. С Е. А. Фурманский и А. В. (53) 621,313.13:525 (088.8) (56) Авторское свидетельс1128363, кл. Н 02 Р 7/6Авторское свидетельство кл. Н 02 Р 7/62, 1980,(54) СПОСОБ УПРАВЛ НЫМ ШАГОВЫМ ЗЛЕ ЛЕМ(57) Изобретение касается рическими машинами и на БРЕТЕНИЯ жение потребления энергии линеиным шаговым электродвигателем с горизонтальным перемещением подвижного элемента путем уменьшения силы трения при его перемещении. При перемещении подвижного элемента создают вертикальное электромагнитное усилие, частично компенсирующее его вес. Уменьшение силы трения позволяет снизить установленную мощность и габариты двигателя. Если необходимо обеспечить движение с постоянной скоростью, большая часть подводимой энергии расходуется на преодоление сил трения. При реализации способа силы трения уменьшаются в десять и более раз и во столько же уменьшается потребление энергии. 4 ил.ляющими 18. Функциональный блок (фиг. Ц реализует экспериментально полученную зависимость зэк(Ь,1) в пределах одного цага, ГДЕ Рэк - КОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСИЛИЕ ЭЛЕКТРО- магнитов 9 (вертикально направленная составляющая тягового усилия); Р - скорость перемещения подвижной части лвигателя, ВХОдИт КаК ПараМЕтр В фуНКНИЮ Гэк(Е/Г).Зависимость зэк(р,1) при известном весе груза определяется так, что в пределах одного шага выполняется равенство 5 С) 55 Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано при создании линейного шагового электропривода подвесных и напольных транспортных устройств.Цель изобретения - снижение потребле 5 ния энергии путем уменьшения силы трения при перемещении подвижного элемента.На фиг. 1 изображена функциональная Схема устройства, реализукицего способ, при работе двигателя с датчиком шагов в 1 О режиме самокоммутации; на фиг. 2 - то же, при работе двигателя с датчиком положения; на фиг, 3 - подвесное транспортное устройство с линейным шаговым электродвигателем и электромагнитами, создаю)цими вертикальное усилие, вид сбоку; на фиг. 4 -15 то же, вид спереди.Устройство, реализующее способ уиразления линейным шаговым электродвигателем 1, содержит последовательно соединенные источник 2 задающего напряжения, усилитель 3 мощности и коммутатор 4, подклОченный к обмоткам двигателя 1, Устройство содержит также датчик 5 шагов двигателя 1, подключенный к управляющему входу коммутатора 4, последовательно соединенные датчик 6 скорости, функциональный блок 7, 25 сумматор 8, подключенньЕй к компенсирующим электромагнитам 9. К второму Входу сумматора 8 полсоединен программный блок (ПБ) 10, функциональный блок своим другим входом подключен к дополнительному выходу коммутатора 4.Устройство, изображенное на фиг. 2, отличается использованием непрерывного датчика 11 положения, подвижной части двигателя 1, через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12 подключенного к входам коммутатора 4, датчика 6 скорости и цифроаналогового преобразователя 13, связанного через дифференциальный усилитель 14 с функциональным преобразователем 7. К другому входу дифференциального усилителя 14 датчик 11 положения подсоединен непосредственно.Транспортное устройство (фиг. 3 и 4)содержит линейный шаговый двигатель 1 с подвижной 15 и неподвижной 16 частями. На подвижной части 15 установлены компенсирующие электромагниты 9. Возможность продольного перемещения транспортного устройства обеспечивается использованием колес 17, контактирующих с направ 1 -- Рэ - Гр(Гэк(1 = СОП 51,где г. - - тяговое усилие электродвигателя; г.р=(Р - Р к(ЮК.р - регулируемая силатрения;РВес перемещаемого груза;К.ркоэффициент трения.Программный блок 10 может быть Выполнен в виде источника задающего напряжен рн и предназначен для задания медленняэ меРНющейся или постоянной состяВляю 1 цей уси;ия.Устройство., реализующее предлагаемый способ управления, работает слелующим образом.Пусть в начальный момент на выходе блока 2 сигнал О 2 равен нулю, обмотки двигателя 1 обесточены, сигналы на выходах блоков 4. 6, 7 и 10 также рзвны нулю, обесточены и Обмотки компенсирующих электромяГнитов 9. При 1 ОНВлении сиГняля 17) ня выходе программного блока 10 по обмоткам электрОмзгиГОВ 9 1 ротекает ток и Возникает ВсртекальеЯ 5 составл яющз 5 усилия еэк, 1 з 90,/р Р ООСс, компегсирующа 51 Вес перемещаемого тела. Статическое трение, слеловзтел ьно, уменьшается. При появлении сипЕала с); на выходе источника 2 задающего напряжения усилеЕЕый сигнал (еКэ)МЕУТЕТк)Г) ". ПОСТУПЗЕТ НЗ СООТВЕТ- стиукицую обмотку лвигзтеля 1, по которой РОТОК" Е" ТОК И ВОЗИКЯСТ ТЯГОВОС УСИЛИС. Подвижная часть 15 двигателяперемещается. При этом на каждом Еиаге коммутатор 4 подключает функциональный блок 7 ерез сумма гоо 5 к ком 11 енсеруюЦиэ ЗлектромяГИтам я. В результате 1 ульсзции т 51 ОВого усилия сглаживаются, движение станоВится ряВномрным. КВВЗРЕЕепрер 1 э 1 ВЕОе управление шаговым электродвигателем па всем интервале движения осуществляется посредсгвом программного блока 10. При этом, изменяя степень компенсации веса переме 1 цаелого груза, можно регулировать скорость и ускорение движения В силу уравненияРэ = 11 - 1- )ктр 1,экю В устройстве (фиг. 21 знь,Оговый сигнал латчика 11 положения преобразуется в лискретнь.й на выходе блока 12, причем шаг квантования соответствует шагу двигателя 1. Совокупность блоков 11 и 2, таким образом, Выполняет ф,нкци)о датчика 5 шагов. Далее си. ал с выхода аналого-цифрового преобразователя 12 посту)ает нз вход блока 13 и преобразуется В ступенчатый сигнал (с тем же шагом квантования). В дифференциальном усилителе сту 1 енчатый 1 1 и а налоговый Осигналы сравниваются и сигнал, пропорциональный разности между ними, поступает на вход функционального блока, реализующего экспериментально полученную зависимость г кФ,х), где х с (о, Л) - - координата положения подвижной части двигателя 1 В пределах од 246325ного шага 6(х=У - (lз). Уменьшение силы трения в десять и более раз при использовании блоков 7, 9 и О с соответствую- шими связями позволяет существенно снизить установленную мощность и габариты линейного шагового электродвигателя. Действительно, если необходимо обеспечить движение с постоянной скоростью, большая часть подводимой электрической энергии расходуется на преодоление сил трения. При реализации предлагаемого способа управления силы трения уменьшают в десять и более раз и потребление электрической энергии уменьшается также в десять и более раз. При этом компенсирующие электромагниты потребляют незначительное количество энергии. При рабочем воздушном зазоре в 3 - 5 мм удельный расход электроэнергии электромагнитами составляет не более 100 Вт на 100 кг веса перемещаемого груза. Все это приводит к достижению поставленной цели. Положительный эффект проявляется также в повышении быстродействия управления без затрат дополнительной энергии. Для экстренного торможения, например, достаточно отключить компенсирующие электромагниты, что приведет к резкому возрастанию сил трения, противодействующих движению. Положительный эффект проявляется и в упрощении управления линейных шаговым двигателем ввиду того, что регулирование скорости движения осуществляется путем соответствующего изменения тока компенсирующих электромагнитов, потребляющих малую мощность,формула изобретенияСпособ управления линейным шаговым электродвигателем с горизонтальным перемещением подвижного элемента, снабженного электромагнитами, действующими в вертикальном направлении, заключающийся в поочередной коммутации обмоток двигателя и изменении ускорения подвижного элемента на каждом шаге в соответствии с заданным законом движения, отличаю- иийся тем, что, с целью снижения потребления электроэнергии путем уменьшения силы трения при перемещении подвижного элемента, при перемещении подвижного элемента создают вертикальное электромагнитное усилие, частично компенсирующее вес подвижного элемента, которое регулируют в зависимости от горизонтального перемещения подвижного элемента.ВНИИПИ Госупо делам113035, Москва,лиал ППП Пате дактор Н. Бобкоказ 4018/53 СоставительТехред М. ПожТираж 631арственного коизобретений иЖ - 35, Раугнскт, г. Ужгород В. АлфимовКорректор М Г 1 ожПодписноеитета СССРоткрытийя наб., д. 4/5ул. Г 1 роектная, 4