Способ калибровки шагового электродвигателя

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ Своз Советских Социавистимесаа Республик(22) Заявлено 01.03.77 (21) 2457070/24-07 М. Кл, Н 02 Р 8/00 асударатаеаай каматет СССР яа делам кзебретееЯ я еткриткЯ(53) УДК 621.313. .13-133.3- -525 (088.8 та опубликовано сания 28.03.79 2) Авторы изобретения К. Баранов, О.Л. Клюев и В В. К. Цаценк рючко(54) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ Изобретение относится к автоматизированному электроприводу, в частности к дискретному электроприводу с шаговым двигателем, и может быть использовано в прецизионных станках с программным управлением, установках для выращивания 3 монокристаллов, оптико-механических устройствах и т.д.Известны способы управлении шаговым электродвигателем путем подачи на его фазы изменявшихся по определенному за- то кону токов для уменьшения цены шага двигателя. При этом закон изменения фазных токов должен обеспечивать при каждом дискретном изменении фазных токов поворот вала двигателя на один и тот же элементарный шаг Щ.Если бы двигатель имел строго синусоидальную форму распределении магнитных полей в воздушном зазоре, то в этом случае необходимо сформировать36 ступенчатые синусоидальные (с определенным фазовым сдвигом) токи в фазах двигателя для обеспечения дробления осВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛ новного шага на целое число равных элементарных шагов. У реального двигателя закон распределения магнитных полей в воздушном зазоре отличается от синусоидального, что требует соответствующего изменения формы фазных токов (калибровки шагового электродвигателя)Наиболее близким к данному изобретению является способ калибровки шагового электродвигателя путем подачи на его фавы токов и регистрации положения вала двигателя датчиком положения 21,Недостатками известного способа яв ляются большие затраты времени н трудоемкость задания требуемых значений момента нагрузки.Белью настояшего изобретения является повышение производительности труда при проведении процесса калибровки шагового электродвигателя.Указанная цель достигается тем, что шаговый электродвигатель вводят в режим вращения сначала с монотонно нврастаюшей, а затем с монотонно убывал0 15 и ротора путем подачи сигнала Ч навторой вход сумматора 4 обеспечиваетсяза счет того, что датчик положения 3жестко связан с валом двигателя 1 иего сигнал 6 определяет положение вектора магнитного поля ротора, а положение вектора магнитного поля статораопределяется углом= В + Ч, поскольку фазы двигателя питаются токами, результирующий вектор которых в механических угловых единицах совпадает с.вектором магнитного поля статора. Сигналобразуется в результате алгебраического суммирования сигнала 9 50/получаемого от датчика положения, изадаваемого сигнала 9 . Следует отметить, что для обеспечения техническойреализации функциональных преобрааова- Ятелей 5 и 6, преобразующих линейноизменяющийся сигнал в синусоиду и косинусоиду соответственно, сигнал 6от датчика должен изменяться по пилообразному закону в функции угла полощей скоростью путем регулирования угла рассогласования между результирующим вектором токов в фазах и положением ротора и производят запись временных диаграмм фазных токов и положения вала двигатедя, по которым определяют зависимость фазных токов от положения вала двигателя.Описываемыйспособ поясняется на примере двухфазного шагового электродвигателя с датчиком положения, изменение скорости которого путем регулирования угла рассогласования между результирующим вектором токов в фазах и положением ротора. достигается эа счет включения его в автоматическую релейную систему регулирования скорости.На чертеже приведена структурная схема системы.На валу двухфазного шагового электро-ф двигателя 1 установлены датчик скорости 2 и датчик положения 3, подключенный своим выходом к первому входу . сумматора 4.Выход сумматора связан с входами функциональных преобразователей 5 и 6, выходы которых соединены с входами усилителей мощности 7 и 8. К выходам этих усилителей подключены фазы 9 и 10 двигателя и датчики тока 11 и 12. Выходы датчиков тока связаны с входами обратной связи по току усилителей мощности и входами регистрирующих приборов.Выход датчика скорости 2 соединен с одним из входов схемы сравнения 13, на другой вход которой подается сигнал ОИ, определяющий требуемый закон изменения скорости двигателя. Выход схемы сравнения 13 соединен со входом релейного элемента 14, выход которого связан со вторым входом сумматора 4. Выход датчика положения 3 подключен также к регистрирующему прибору.Калибровка шагового электродвигателя производится следующим образом.Предположим вначале, что обратная связь но скорости отключена (на втором входе сумматора 4 сигнал. Ч =О). На первый вход сумматора подается сигнал . 6 от датчика положения, с выхода сумматора он поступает на входы функциональных преобразователей 7 и 8. Эти преобразователи образуют на своих выходах сигналы 1 БЬ 6 и 1,сов 9 где 9 - угол поворота ротора двигателя. Под действием этих сигналов возникнут соответствующие токи в фазах 9 и 10 двигателя, так как усилители мощности 7 и 8 с токовыми датчиками 11 и 12 представляют собой автоматические системы поддержания заданных значений токов.Датчик положения должен быть так установлен по отношению к валу двигателя, чтобы при разомкнутой обратной связи по скорости угол рассогласования между результирующим вектором фазных токов и положением ротора двигателя, то есть между осями магнитных полей статора и ротора, равнялся нулю ( р =О).В этом случае у двигателя, имеющего синусондально распределенные магнитные поля в воздушном зазоре и для которого справедливо выражением:т к соявв 1 П(Е)-ьйессе 8 М=1 К а 1 пЧ,гдеМ р - электромагнитный момент двигателя;1- амплитуда тока в фазе;- коэффициент пропорциональмностиИз формулы следует, что введение постоянного угла рассогласования М при заданной амплитуде фазных токов 1 в идеализированном случае вызывает появление неизменного движущего момента и электрическая машина работает в режиме бесконтактного двигателя постоянного тока. Задание угла рассогласования между осями магнитных полей статораженкя вала двигателя, причем период "пилы должен совпадать с пространственным периодом магнитного поля статора двигателя.Периодизация сигнала 8, которая либо применением соответствующего датчика, либэ его предварительным преобразованием при помощи стандартных методов вычислительной техники, позволяет произвести суммирование углов В и Ч перед подачей их на входы функциональных преобразователей 5 и 6. Это возможно благодаря тому, что угол Ч изменяется в ограниченных пределах меньших пространственногопериода магнитного поля статорадвигателя). Такимобразом,приразомкнутой пепи обратной связи по скорости система представляет собой бесконтактный двигатель постоянного тока с питанием фаз синусокдальными токами и воз можностью регулирования движущего момента за счет изменения угла рассогласования между векторами магнитных полей статора и ротора.В идеализированном случае для двигателя с синусондальным распределением магнитных полей обеспечивается постоянство электромагнитного момента и независимость его от угла поворота ротора 9 при Ч=СОНВВ реальных двигателях наличие высших пространственнх гармоник магнитных . полей приводит к появлению пульсирующих составляющих момента, которые зависят от угла 9 . В описываемой системе они компенсируются путем изменения угла рассогласования 9, которое, в конечном счете, приведет к отклонению формы токов в фазах двигателя от той, которая имела бы место в идеали 40 зированном случае. Иэменениеугла У производится при поддержании заданного закона изменения скорости щ З релейной системы регулирования. При замыкании43 отрицательной обратной связи по скорости восстанавливается связь между выходом релейного элемента 14 и вторым входом сумматора 4. На выходе релейного элемента появляется сигнал , который может принимать лишь экстремальные значения + 90, и - 9 пс (практически выполняется условие /Ч, ЩГ электрических радианов).В релейной системе регулирования скорости токи в фазах двигателя подвергаются частотной и широтно-импульсной модуляции. При помощи фильтров ниж них частот (на чертеже не показаны) производится демодуляция фазных токов, которые регистрируются приборами.Посредством способа калибровки шагового электродвигателя можно зарегистрировать форму фазных токов в функции положения вала при поддержании заданного закона изменения скорости двигателя, например линейного.Действительно, если двигатель нагружен постоянным моментом Щи, то задавая постоянную скорость ШСФОЗФполучим в установившемся режиме(М .).р.-МТак как релейная сйсгема-инвариантна к возмущениям момента, то при постоянстве момента нагрузки пульсации электромагнитного момента двигателя будут скомпенсированы соответствующими изменениями формы фаэных токов.Однако обеспечение неизменности момента в пределах долей оборота вала двигателя представляет собой сложную техническую задачу. Эту трудность можно преодолеть, если установить на валу двигателя маховик с известным моментом инерции и задать монотонно возрастающий и монотонно убывающий закон изменения скорости, в частном случае линейный закон изменения скорости с постоянным ускорением и замедлением вала двигателя.При этомМ =+1-М = сапе 1,дйгде 1 - суммарный момент инерции;ЯА ,- динамический момент.ринТаким образом, двигатель будет нагружен неизменным по величине динамическим моментом.Использование описанного способа калибровки шагового электродвигателя обеспечивает значительное уменьшение времени калибровки к ее упрощение, так как позволяет подучить непосредственно зависимость фазных токов от времени или положения вала двигателя.формула изобретенияСпособ калибровки шагового электро двигателя путем подачи на его фазы токов и регистрации положения вала двигателя датчиком положения о т л ичаюшкйся тем,что,сцелью повышения производительности труда,6537 7двигатель вводят в режим вращения сначала с монотонно нарастающей, а затем монотонно убывавацей скоростьв путем регулирования угла рассогласования между результирующим вектором токов в ф фазах и положением ротора и производят запись временных диаграмм фазных токов и положения вала двигателя, по которым определяют зависимости фазных токов от положения вала двигателя. 1 йИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе 13 81. Чиликин М, Г. и др. Совершенствование дискретного электропривода с шаговыми двигателями - М., труды Московского энергетического ин-та, Автоматизированный электропривод промышленных установок, вып. 223, 1975, с, 5.2. Чиликин М. Г. и др. Электрическое дробление шага - М., труды Московского энергетического института,Заказ 1305/41 Тираж 856 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений В открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Составитель ГорникРедактор Д. Мепуришвили Техред Л, Алферова Корректор И, Ковальчук