Устройство для управления шаговым двигателем

.А.Я 088.8)идетельство 02 Р 8/1984У 1335794,1976,(54) УСТРОЙСТВО ВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ РАВЛЕНИЯ ШАГО(5 ехниовыми коорд омь в пов це.7 ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Изобретение относится к электроке в частности к управлению шадвигателями в системах управ- металлообрабатывающих станков, инатографов, графопостроителей, ппленных роботов. Цель состоит ппении быстродействия и плавности движения. Устройство содержит ком.паратор 1, формирователь 2 импульсов, первый 3 и второй 4 предварительные усилители, усилитель 5 постоянного тока, первый 6 и второй 7ключевые элементы, оптрон 8, последовательно соединенные первый диод9, конденсатор 10, второй диод 11,датчик 12, фазу 13, резистор 14Наличие обратной связи позволяет повысить точность формирования тока в фазе двигателя, позволяет формироватьразличные (например, синусоидальный,экспоненциальный) законы изменениятока, что улучшает плавность движения и точность шагового привода, Устройство имеет высокое быстродействие эи КПД за счет импульсного форсирования тока и использования рекуперируемой энергии отключаемой фазы. 2 ил.Изобретение относится к управлению электрическими машинами и можетбыть использовано в дискретном электроприводе с щаговыми двигателями.Цель изобретения состоит в повышении быстродействия и плавности движения.На фиг. 1 приведена функциональнаясхема; на фиг. 2 - временные диаграм Омы сигналов, поясняющие работу устройства,Устройство содержит компаратор 1,формирователь 2 импульсов, первый 3и второй 4 предварительные усилители, 15усилитель 5 постоянного тока, первыйб и второй 7 ключевые элементы, оптрон 8, последовательно соединенныепервый диод 9, конденсатор 10, второй диод 11, датчик 12 тока, фазу 13, 20резистор 14.Выход компаратора 1 подключенк входам первого предварительногоусилителя 3 и формирователя 2 импульсов, выход которого соединен с входом второго предварительного усилителя 4. Выходы первого 3 и второго4 предварительных усилителей подключены соответственно к входам первого 6 и второго 7 ключевых элементов.Один вывод первого ключевого элемента 6 подключен к первому полюсу источника питания, другой - к общей.точке соединения конденсатора 10 и второго диода 11. Один вывод второгоключевого элемента 7 подключен к35общей точке соединения первого диода9 и конденсатора 10, другой - к общей точке соединения второго диода11, датчика 12 тока и резистора 14,Входы оптрона 8 подключены соответственно к резистору 14 и общей точкесоединения датчика 12 тока и фазы13, выходы - к усилителю 5 постоянного тока и второму полюсу источникапитания, Выход усилителя 5 постоянного тока подключен к второму входукомпаратора 1, первьй вход которогоявляется входом устройства. Первьйвывод первого диода 9 подключен к первому полюсу источника питания. Второй ббвывод фазы соединен с вторым полюсомисточника питания. На фиг. 2 показано изменение напряжения и тока в следующих точках схемы: 15 - на первом входе компаратора, 16 - на втором входе компаратора, 17 - на его выходе, 18 - на выходе формирователя импульсов, 19 на фазе двигателя, 20 - ток в фазе двигателя.Устройство работает следующим образом.После включения питания конденсатор 10 заряжается от источника питания Б по цепи: первый полюс источника питания П первый диод 9, конденсатор 10, второй диод 11, датчик 12 тока, фаза 13 двигателя, второй полюс источника питания П , Изменеиние положения ротора двигателя не происходит, так как заряд конденсатора 10 происходит во всех каналах одновременно. На вход компаратора 1 подается управляющий сигнал, амплитуда которого задает ток в фазе 13 двигателя. Управляющий сигнал сравнивается с сигналом обратной связи, который снимается датчиком 12 тока, оптроном 8 и усиливается усилителем 5 постоянного тока. Так как ток в фазе 13 после заряда конденсатора 10 отсутствует, то на выходе компаратора 10 появляется сигнал, который усиливается первым предварительным усилителем 3 и открывает первый ключевой элемент 6.Одновременно сигнал с выхода.компаратора 1 поступает на вход формирователя 2 импульсов. На выходе формирователя 2 импульсов формируется импульс длительностью , который усиливается вторым предварительным усилителем 4 и открывает второй ключевой элемент 7 на время форсирующего импульса. Открывание ключевых элементов 6 и 7 происходит одновременно, диоды 9 и 11 закрываются, По цепи: первый полюс источника питания, первый ключевой элемент 6, конденсатор 10, заряженный до напряжения Б , второй ключевой элемент 7, датчик 12 тока, фаза 13 двигателя, второй полюс источника питания - начинает протекать ток, при этом в первый момент времени к фазе двигателя прикладывается удвоенное напряжение, образованное последовательным включением источникалитания и заряженным до напряженияконденсатором 10, Это обеспечивает форсированное нарастание тока в фазе двигателя. По окончании форсирующего импульса второй ключевой элемент 7 закрывается, ток продолжает течь по цепи; первый полюс источника питания, первый ключевой элемент 6, открытый второй диод 11, датчик12 тока, фаза 13 двигателя, второйполюс источника питания. Компаратор1 осуществляет непрерывное сравнениесигнала обратной связи, амплитуда которого пропорциональна току в фазе13, с управляющим сигналом.После того как ток в фазе 13 достигнет требуемой величины, сигнална выходе компаратора 1 снимается,ключевой элемент 6 закрывается. Вфазе 13 возникает ЭДС самоиндукцииЕс, которая прикладывается последовательно с источником питания Б к конденсатору 1 О. 15Ток в фазе 13 поддерживается засчет заряда конденсатора 10. Как только ток в фазе 13 станет меньше заданного, компаратор 1 вырабатываетсигнал, который открывает первый 6 и 20второй 7 ключевые элементы, и весьпроцесс повторяется.В результате коммутации первого 6и второго 7 ключевых элементов ток вфазе 13 поддерживается в соответствии с заданным, который определяетсяуправляющим сигналом на входе компаратора 1. Таким образом осуществляется преобразование непрерывного входного изменения тока в последовательность широтно-модулированных импульсов напряжения.По окончании управляющего сигналана входе компаратора 1 первый 6 и второй 7 ключевые элемента закрываются.Конденсатор 10 заряжается до напряже 35ния Е + Б под действием ЭДС самоиндукции фазы 13, включаемой последовательно с источником питания.Включение конденсатора 10 в разрядную цепь фазы 13 обеспечивает ускоренное спадание тока,С приходом нового управляющегосигнала на вход компаратора 1 первый 6 и второй 7 ключевые элементы45открываются. По цепи: первый полюс источника питания, первый ключевой элемент 6, конденсатор 10, заряженныйдо напряжения Е, + 0, второй ключевой элемент 7, датчик 12 тока, фаза13 двигателя, второй полюс источникапитания - начинает протекать ток.К фазе 13 двигателя прикладывается напряжение Е, + 2 П, образованное последовательным включением источника питания с напряжением 0 и конденсатора 1, заряженного до напряжения Е, + + 0. Весь процесс повторяется,Такое построение предлагаемого устройства обеспечивает более ускоренное нарастание тока в фазе 13 двигателя по сравнению с известным,у которого форсирующее напряжение равно Е, + Б, что повышает быстродействие привода.Устройство для управления шаговым двигателем имеет более высокую точность формирования тока в фазе двигателя за счет наличия обратной связи по току, которая позволяет осуществить изменение тока в фазе двигателя по определенному закону (например, синусоидальному), что улучшает плавность движения, повышает точность шагового привода.Формула изобретенияУстройство для управления шаговым двигателем, содержащее источник постоянного напряжения и каналы управления по числу фаз двигателя, каждый из которых включает в себя первый и второй ключевые элементы, соединенные последовательно первый диод, конденсатор и второй диод, соединенные последовательно с фазой двигателя, при этом первый ключевой элемент соединяет первый полюс источника постоянного напряжения с общей точкой конденсатора и второго диода, второй ключевой элемент шунтирует конденсатор и второй диод, а фаза двигателя соединена с вторым полюсом источника постоянного напряжения, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и плавности движения, в каждый канал управления введены датчик тока, компаратор и формирователь импульсов, связанные выходами соответственно с управляющими входами первого и второго ключевых элементов, при этом вход формирователя импульсов соединен с выходом компаратора, первый вход которого связан с датчиком тока, второй вход является входом задания тока фазы, вывод первого диода соединен с первым полюсом источника постоянногонапряжения.1339870 Составитель В.АлфимовЛ.Гратилло Техред Л.Сердюкова Корректор А.Обруч Редак Заказ 4243/54 Тираж ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 113035, Москва, Ж-З