Устройство для управления шаговым электродвигателем

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано всистемах автоматического управленияи роботизированных комплексах дляуправления шаговыми электродвигателями (ШЭД) с электрическим дроблениемшага с помощью синусно-косинусногодатчика положения,Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и упрощение.На чертеже приведена структурнаясхема устройства управления шаговымэлектродвигателем(ШЭД) с датчикомположения в виде синусно-косинусного 15вращающегося трансформатора (СКВТ),Для простоты изложения принято,что число пар полюсов ШЭД и СКВТсовпадает. В реальнь 1 х устройствах такое согласование достигается за счет 20применения механической или электрической редукции между роторами ШЭДи СКВТУстройство содержит ШЭД 1, роторкоторого связан механически с ротором СКВТ 2, вход которого связанс шиной опорного напряжения (ШОН) 3.Выходы СКВТ 2 соединены с сигнальными входами соответствующих демодуляторов (ДМ) 4 и 5, коммутационныевходы которых соединены с ШОН 3.Выходы ДМ 4 и 5 соединены с соответствующими входами первого формирователя (Р) 6, цифровой выход которого связан с вторым входом второ 35го цифрового синусно-косинусного преобразователя (ЦСКП) 7, Аналоговыевыходы первого формирователя (Р) 6соединены с входами соответственнопервого перемножающего цифроаналогового преобразователя (ПЦАП) 8 ивторого ПЦАП 9, цифровые аналоговыевходы которых соединены с соответствующими выходами второго ЦСКП 7.Выходы ПЦАП 8 и 9 соединены ссоответствующими входами компаратора10, выход которого соединен с входом1 К-триггера (Т) 11, выход которогосоединен с информационным входомрегистра ВС 12, Тактовый вход ВС12 соединен с выходом второго формировчтеля (Р) 13, вход которого соединен с генератором импульсов ГТИ 14.Выход регистра 12 соединен с первымвходом второго ЦСПК 7 и вторым входом сумматора (БМ) 15, первыйвход которого соединен с выходомблока управления БУ 16. Выход сумматора 15 соединен с первым входом первого ЦСКП 17, выходы которого соединены соответственно с цифровыми входами третьего и четвертого ПЦАП 18 и 19, аналоговые входы которых соединены соответственно с выходами ДМ 5 и 4.Выходы ПЦАП 18 и 19 соединены с входами широтно-импульсных модуляторов (ШИМ) 20 и 21, выходы которых соединены с соответствующими управляющими входами усилителя мощности (УМ) 22, выходы которого соединены с соответствующими входами ШЭД 1, Коммутационный вход УМ 22 соединен с вторыми входами ЦСКП 7 и 17 и цифровым выходом первого формирователя 6.Второй формирователь 13 содержит ряд одновибраторов, задающих цикл преобразования с интервалами, величина которых варьируется в зависимости от значения текущего разряда, например от 12 до 35 мкс для К 564 ИР 13.Устройство работает следующим образом.В статике, когда код Ф на выходе БУ 16 не меняется, роторы 1 ЦЭД 1 и СКВТ 2 неподвижны, Выходные сигналы СКВТ 1, пропорциональные синусу 11 з = - 1.1 ып 6 и косинусу 11= 1.1 о соз 8 угла 9 поворота ротора, подвергаются фазочувствительному выпрямлению (синхронному детектированию) ДМ 3 и 4, на коммутационные входы которых подается напряжение о с шины 3. Это позволяет сформировать на выходе ДМ 4 и 5 напряжения О, и 0 постоянного тока, представляющие аналоговые эквиваленты синусной и косинусной составляющих угла поворота ротора ШЭД 1 и СКВТ 2.Инвертирование 11 и 0 в формирователе 6, т,е. Формирование -11 и -0, позволяет получить систему из четырех напряжений. Оценка взаимных фазовых и амплитудных соотношений текущих значений этих напряжений позволяет сформировать на цифровом выходе формирователя 6 трех- разрядный код октанта Ф , представляющий старшие по весу разряды (СВР) цифрового эквивалента угла О поворота ротора СКВТ 2, Этот код позволяет привести входные напряжения (Р) 6 11, и 11 в первый октант, т.е, сформировать его выходные напряжения 119 - зп Ы и 11 = созЫ, где оС - угол поворота ротора 8 СКИТ 1, приведенный в первый октант.15206 Приведенные напряжения , и 04поступают на входы П 13 ЛП 8 и 9, гдеперемножаются с цифровыми эквивалентами косинусной Ф , и синусной Фсоставляющих цифрового эквивалентаФ . В результате перемножения на выходе ПЦАП 8 формируется напряжениеяхп Ы,-Ф а на выходе ПЦАП 9сояо Фэ которые подаются на 10соответствующие входы компаратора 10.На его выходе формируется напряжениеП= 3 - Б = япЫ Ф - сояс Ф- сК - эс- яп( К- фс).Цифровой эквивалент Ф, формируется 15циклически в КО 12 методом последовательных приближений, Информационная часть устройства управления ШЭД,содержащая узлы 2-14, обеспечиваетформирование кода Ф, компенсационным 20методом на основании сведения к нулюсигнала П , что имеет место в случае,когда я 3.п(ьС - Ф,) =. О, т,ео ф, .Код Ф, представляет младшие по весуразряды (МВР) цифрового эквивалентаугла О поворота ротора СКВТ 2,Цифровой эквивалент Ф, поступаетна второй вход сумматора 15, на первый вход которого поступает код Фс выхода БУ 16, Ограничения на величину кода Ф в предлагаемом устройстве и известном аналогичны и определяются условиями синхронизации рото- .ра ШЭД 1 в пределах полюсного деления.Код Ф задает угол коммутации ШЭД 1,работающего в режиме самокоммутации.Информация о текущем значении углаповорота роторов ШЭДи СКВТ 2 по- .ступает в управляющую часть устройства, образуемую узлами 17-22, в виде аналоговых сигналов Ц и Бпоступающих на аналоговые входыПЦАП 19 и 18,Изменение кода Ф вызывает изменение кода Ф и кодов синусаФи косинуса Ф , которые поступают на цифровые входы ПЦАП 18 и 19,на выходах которых формируются квази-.гармонические напряжения, опережающие или отстающие по фазе от напряжений Б, и Ц. Выходные аналоговыенапряжения ПЦАП 18 и 19 преобразуются ШИМ 20 и 21 в импульсные напряжения Б, и П , поступающие науправляющие входы УМ 22, на коммутационные входы которого поступаеткод октантов Фо, обеспечивающийпооктантное переключение выходныхэлементов УМ 22. Рост опережения на 47 6пряжений на выходах ПЦАП 18 и 19и соответствующих им напряжений 1,и Б, по отношению к напряжениям 1и О приводит к увеличению скоростидвижения, а уменьшение - к ее снижению, Движение роторов П 1 ЭД 1 и СКВТ2 происходит до тех пор, пока изменяется Ф , Его увеличение соответствует вращению в одном направлении,а уменьшение, - в другом.Использование преобразователяамплитуда-код (ПАК) компенсацикноготипа позволяет, сохранив высокоебыстродействие прототипа, существенно повысить помехоустойчивость информационной части, состоящий из узлов2-14.Выполнение информационной частиустройства управления ШЭДпо такойсхеме оказывается эквивалентным применению СКВТ 2 в качестве датчика втрансформаторной дистанционнойпередаче угла, где роль электронногоаналога СКВТ-приемника выполняет совокупность узлов 4-6, 8-10, а рольэлектромеханической релейной следящейсистемы - ее электронный эквивалент,состояший из узлов 7, 11-14. Это позволяет использовать для запитки ШЭДи СКВТ 2 единый источник питания (непоказан) и отказаться от экранировки и гальванической развязки в силовой и информационной частях устройства управления ШЭД.Цифроаналоговое преобразованиеуправляющего воздействия совмещено сформированием сигнала местной обратной связи по положению ротора ШЭД 1.Это осуществляется умножением выходных сигналов ЦСКП 17 на аналоговыеэквиваленты П и П угла поворота 8ротора СКВТ 1. На выходах ПЦАП 18и 19 формируются непрерывные сигналы управления, дальнейшее преобразование которых производится ШИМ 20и 21,Введение контура местной обратной связи расширяет функциональные возможности устройства управления, обеспечивая реализацию минишагового управления в режиме самокоммутации, . Помимо увеличения точности и быстродействия, это повышает помехоустойчивость канала управления, упрощение которого достигается за счет использования в УМ 22, ЦСКП 7 и 17 кода октанта Ф, формируемого формиФормула изобретения Составитель В.АпфимовТехред Л.Олийнык Корректор С.Черни Редактор А.Мотыль Заказ 676856 Тираж 551 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, И, Раушская наб., д, 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 7152064 рователем (1") 6 (фиг.2). Немаловажным преимуществом является унификация выполнения функциональных тригонометрических преобразователей информационного (ЦСКП 7, ПЦАП 8 и 9) и5 управляющего (ЦСКП 17, ПЦАП 18 и 19) каналов устройства, реализованных на основе БИС ПЗУ и ЦАП широкого применения, что упрощает изготовление устройства и его эксплуатацию,Устройство для управления шаговым электродвигателем с датчиком положения в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора, по 1 ключенного к шине опорного. напряжения, содержащее два демодулятора, сигнальные входы которых соединены с соответствующими выходами синусно-косинусного вращающегося трансформатора, коммутационные - с шиной опорного напряжения, первый формирователь, 25 входы которого соединены с выходами соответствующих демодуляторов, генератор тактовых импульсов, блок управления, выход которого соединен с первым входом сумматора, первый цифро вой синусно-косинусный преобразователь, усилитель мощности, выходы которого соединены с соответствующими входами шагового электродвигателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,35 с целью повышения помехоустойчивости и упрощения, дополнительно введены первый, второй, третий и четвертый перемножающие цифроаналоговые преобразователи, компаратор, триггер, регистр, вторые Формирователь и цифровой синусно-косинусный преобразователь, первый и второй широтно-импульсные модуляторы, выходы которых соединены с соответствующими управляющимивходами усилителя мощности, а входы -с выходами третьего и четвертогоперемножающих цифроаналоговых преобразователей, аналоговые входы которых соединены с выходами соответствующих демодуляторов, а цифровыес соответствующими выходами первогоцифрового синусно-косинусного преобразователя, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второйвход которого соединен с выходомрегистра, тактовый вход которогосоединен с входом генератора тактовых импульсов через второй формирователь, а выход - с первым входомвторого цифрового синусно-косинусного преобразователя., соответствующие выходы которого соединены с цифровыми входами первого и второгоперемножающих цифроаналоговых преобразователей, аналоговые .входы которых соединены с соответствующимианалоговыми выходами первого формирователя, выходы . с соответствующими входами компаратора, выход которого через триггер соединен с информационным входом регистра, а цифровой выход первого формирователясоединен с вторыми входами первогои второго цифровых синусно-косинусныхпреобразователей и коммутационнымвходом усилителя мощности,