Устройство для управления шаговым двигателем

,8)овскийс сило и ш я металлурги- М.: Энергия,В.П.ателя Элек ми. - ация рмати ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ститут(56) Рубцов Б.П., СадФилатов А.С, Системыговымн двигателями длческой промышленности196,с.50,Луценко В,Е Рубцовропривод с шаговыми двигЭлектропривод и автопромышленных установок.ТВИНИТИ, 1978, с,82-83. 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАБЛЕИ 11 Я ИАГОВЬ 1 М ДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к областьэлектротехники и может быть использовано в дискретном электроприводеметаллорежуших станков, Пель изобретения состоит в повышении точностипозиционирования. Устройство управления шаговым двигателем содержитпервый распределитель импульсов 1,управляющий последовательностьювключения фаз 5 шагового двигателячерез ключи 3 и усилители мощности4, Кроме того, в устройстве имеетсявторой распределитель импульсов 2,работающий на частоте выше частотыприемистости и соединенный с управляющими входами ключей 3. При работвторого распределителя импульсов 2 создается высокочастотная вибрация ротора двигателя, снижающая момент 1403333 сухого трения и уменьшающая связанную с трением ошибку позиционированияил, 1Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может,быть использовано в дискретномэлектроприводе металлорежущих стан, ков,Цель изобретения - повьшение точности позиционирования. 1На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.,Устройство содержит первый 1 ивторой 2 распределители импульсов,ключи 3 в каждом канале многоканального усилителя 4 мощности фазы 5двигателя, разрядную цепь б, диоды7, элемент И 8, генератор 9 импульсов и элементы И-НЕ 10,Выходы первого распределителя 1импульсов подключены к сигнальнымвходам ключей 3, Выходы ключей 3подключены к входам многоканального 20усилителя 4 мощности, связывающегосвоими выходами Фазы 5 двигателя систочником питания 0 постояннсготока и через диоды 7 с разряднойцепью 6. Вход тактовый частоты Г 25первого распределителя 1 импульсови входы направления движения В и Нподключены к внешнему управляющемуустройству, например ЭВМ (не показана). Входы направления движения В и 30Н второго распределителя 2 импульсовсоединены с одноименными входами первого распределителя 1 импульсов,Вход Г тактовой частоты распредеРлителя 2 импульсов через элемент И 8подключен к выходу генератора 9 импульсов с входом изменения частоты.Второй вход элемента И 8 подключен кшине управления режимом вибрации,Сигналы на шинах У, и У также вырабатываются внешним задающим устройством (не показано). Выходы вТорогораспределителя 2 импульсов подключенык первым входам элементов И-НЕ 1 О,соединенных своими вторыми входамис шиной управления вибрацией, а выходами - с управляющими входами ключей 3,Устройство работает следующим образом.Если не требуется вводить вибрацию для повышения точности позиционирования, то на шину управления вибрацией подают сигнал нулевого уровня,что приводит к запиранию элемента И 8,препятствующего прохождению импульсовс частотой вибрации 18 от генератора9 импульсов на вход тактовой частотыраспределителя 2 импульсов, Одновременно сигнал нулевого уровня с шиныуправления вибрацией поступает навторые входы элементов И-НЕ 1 О, отключая выходы распределителя 2 импульсов от управляющих входов ключей 3,На выходах элементов И-НЕ всех каналов при этом вырабатывается сигналединичного уровня, разрешающий работу ключей 3.Элементы И 8 и И-НЕ 10 включеныв схему только для отключения вибрации, т,е. выполняют второстепенныефункции и не влияют на решение поставленной задачи, Они могут быть исключены из схемы, если не требуетсяотключение вибрации,В режиме отключенной вибрации науправляющие входы ключей 3 всех каналов поступают сигналы единичногоуровня, поэтому сигналы на их выходах будут определяться только сигналами, поступающими с выходов первогораспределителя 1 импульсов. При подаче на вход тактовой частоты первогораспределителя 1 импульсов управленияс частотой 1 на его выходах в завиЧсимости от сигналов на входах направления движения В и Н образуется прямая или обратная многофазная последовательность сигналов управленияв общем случае произвольной формы,Если на вход В подан сигнал логической единицы, а на вход Н - логическо 14033335 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 го нуля, то сигналы на выходах распределителя 1 импульсов образуютусловно принятую прямую многофазнуюпоследовательность. При подаче навход В сигнала нулевого уровня, ана вход Н - единичного уровня, последовательность выходных сигналов распределителя 1 импульсов изменяетсяна обратную, т.е, происходит реверсдвигателя.Сигналы с выходов ключей 3 поступают на входы многоканального усилителя 4 мощности, который усиливает их и формирует соответствующиенапряжения (или токи) на фазах 5 шагового двигателя, Усилитель 4 мощности может работать как в ключевомрежиме, так и в режиме формированиязаданных фазных напряжений (или токов), что несущественно для решенияпоставленной задачи. Например, прииспользовании электрического дробления шага на выходах распределителяформируются сигналы треугольной илиблизкой к синусоидальной формы, поэтому в общем случае связь между распределителем 1 импульсов и усилителем 4 мощности должна осуществлятьсячерез ключи, а не элементы И, Еслина выходах распределителя 1 импульсов 1 вырабатываются только дискретные сигналы нулевого и единичногоуровней, то в качестве ключей 3 могут быть использованы элементы И.При запирании каждого ранее включенного канала усилителя 4 мощностиэлектромагнитная энергия, запасеннаяв возбужденной фазе 5, через диод 7передается в разрядную цепь 6, чтоснижает коммутационные перенапряженияна элементах усилителя мощности,Разрядная цепь 6 может быть выполнена в виде резистора, шунтированногоконденсатором, стабилитрона, источника напряжения и т.дТаким образом, при запорных цепяхвибрации устройство обеспечивает нормальную коммутационную фазу шаговогодвигателя. В этом случае при нагрузке сухого трения отработка одногоили группы шагов заканчивается, когда подвижный элемент попадает в зону,ограниченную статической ошибкой9 =+агс з 1 п - Мс Ммгде,М - момент сухого трения;М- максимальный момент шагового двигателя,В зависимости от величины отработанного шага и других изменяющихся факторов двигатель может остановиться влюбом, заранее неизвестном положениивнутри зоны нечувствительности, определяемой статической ошибкой 8сОсобенно больших значений статическаяошибка достигает при реверсе двигателя,Для устранения статической ошибкипозиционирования вводится дополнительная высокочастотная коммутация фаз 5шагового двигателя с частотой. ГГ,При подаче на шину 12-ти сигналовединичного уровня разрешается прохождение импульсов с выхода генератора9 на тактовый вход второго распределителя 2 импульсов и сигналов с выходовпоследнего через элементы И-НЕ 10 науправляющие входы ключей 3, В этомслучае высокая частота т , поступающая на управляющие входы ключей 3,модулируется основными сигналами управления, поступающими с входовраспределителя 1 импульсов. В результате в фазах 5 двигателя протекаютосновные токи и точки пульсации с частотой Гв /п,где и - число тактов коммутации распределителей 1 и 2 импульсов. Частоту Г выбирают такой чтобы вызванные ею пульсации токов непривели бы к движению двигателя, т.е,она должна быть выше частоты приемистости. двигатель, движется со скоростью, определяемой частотой управленияЯ = Ы,Г гдето, - шаг двигателя,Пульсации токов с частотой Гв возбуждают дополнительное движение полястатора с частотой вибрации Яв-осевПри сложении этих двух полей на роторшагового двигателя будет действоватьзнакопеременный момент Ив вибрации,изменяющийся с чистотой0 в=о(вЕсли знакопеременный момент вибрации М вызывает колебания скоростиротора шагового двигателя с амплитудой А в большей, чем максимальнаяскорость (сд/с 1) , определяемая основным движением поля статора, т.е.Ав (с 9/йС) то обеспечивается вибрационная линеаризация нелинейного сухого трения, которое в этом случае проявляет себя как линейное вязкое трение,Это означает, что в режиме позиционирования (ИВ/дс=.О) момент нагрузки равеннулю и статическая ошибка отсутствует, Такимобразом, введение дополнительными модулями синхронизации сигналов, Чтобы снабдить серийный привод новым качеством т,е. повышеннойточностью позиционного движения, достаточно доукомплектовать последнийвторым модулем распределителя. Этаоперация не требует сложных переработок и экономически эффективна,Формула изобретения Составитель В,АлфимовТехред А,Кравчук Редактор Г).Середа Корректор С,Черни Заказ 3003/54 Тираж 583 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5 1403 тельной модуляции токов в фазах, обеспечиваемое дополнительным распределителем импульсов и импульсным генератором, позволяет исключить статическую ошибку при позиционировании.Если вибрацию сохранить в режиме стоянки двигателя, то ротор будет совершать высокочастотные колебания, амплитуда которых зависит от пара метров двигателя и частоты импульсного генератора 1 а Регулируя Гь, например, по шине У можно установить требуемые параметры вибрации При длительной стоянке двигателя и 15 нежелательности высокочастотных коЛебаний после окончания переходного процесса вибрация может быть отключена путем подачи на шину У сигнала нулевого уровня, Применение новых, прогрессивных способов и устройств, обеспечивающих новое качество серийНо выпускаемому приводу, затруднено тем, что для этого требуется иногда значительная переработка (переделка) Не только электронных схем, но и конструкции прибора, Применение предлагаемого устройства в серийном приводе свободно от этого недостатка, Это объясняется тем, что современный шаговый привод, находящийся в серийном производстве, строится по Модульному принципу. Так устройство управления ШД типа БУкомплектуется модулями усилителя мощности, рас определителем импульсов и вспомога Устройство для управления шаговымдвигателем, содержащее распределитель импульсов с входами тактовойчастоты и направления движения имногоканальный усилитель мощности,каждый канал которого соединяет Фазудвигателя с источником питания постоянного тока, о т л и ч а ю щ е -е с я тем, что, с целью повышения точности позиционирования, введены второйраспределитель импульсов, генераторимпульсов и ключи по числу Фаз двигателя, каждый из которых выходомсоединен с входом соответствующегоканала усилителя мощности, сигнальным входом - с соответствующим выходом первого распределителя, а управляющим входом - с одноименным выходом второго распределителя импульсов, подключенного входом тактовойчастоты к выходу генератора импуль" .сов, а входами направления - к соответствующим входам первого распределителя импульсов,