Устройство для управления шаговым двигателем

(О П И С А.-И-"И"-3 736332 Союз СоветскмвСоцмапмстмческмкРеспублмк ИЗОбРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет ао левам изобретений и етврытий(53) УДК 621.313. .13=133:62- -83 (088,8) Опублнковано 25.05,80. Бюллетень 19 Дата опубликования описании 28.05,80(72) Авторы изобретения В. П. Рубцов, М, С, Зайдин, В. Н. Козырев и Ю, Г. филатов Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюронизковольтного аппаратостроення производственногообьединения Мосэлектроаппарат"(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ЙВИГАТЕЛ ЕМИзобретение относится к области автсючатизированного электропривода и мо.жет быть использовано дти управления шаговым двигателем, например, в металлорежуших станках. с программным управлением, координатографах и т. д.5Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержашее мммутатор фаэ шагового двигателя и регулятор напряжения на фазах )11 .10 Недостатксм известных устройств является неизменность напряжения: (тока) на фазах шагового двигателя в перекодиых (при изменении частоты управления) и установившихся режимах, что ухудшаетиспользование шагового двигателя, снижает быстродействие и КПЮ привода,Известно также устройство для управ- ления шаговым двигателем, содержашее коммутатор фаэ шагового двигателя и регулятор напряжения, обеспечивающее иэмеиение тока в фазах двигателя в функции частоты (2. Оно является наиболее 2близким к предлагаемому по технической сушност и.Однако и в этом устройстве ток в фазах двигателя сохраняется неизменным как в переходных, так и в установившихся режимах работы, что снвкает быстродействие привода и ухудшает его КПИ.Белью изобретения является повышение быстродействия и КПО шагового привода.Это достигается тем, что предложенное устройство дпя управления шаговым двигателем, содержит фильтр, дифференцируюший элемент и ключ, подключенный своим выходом к входу регулятора напряжения, и управпяюшим входом - к выходу дврференцируюшего элемента, соединенного своим входом с входом коммутатора через фильтр.Такое выполнение предлагаемого устройства обеспечивает выделение сигнала, соответствующего переходному режиму (увеличение или уменьшение частоты управления) и переключение (увеличение) уставки тока (ипц напряжения) регулято7 МЗМ4а- пуске, торможении или переходе с однойе частоты нв другую, напряжение на выходе фильтра Оф поменяется (увеличивается при нарастании 1 и уменьшаетсяпри спадании 1) и на выходе дифферения цирукнпего элемента появляется сигнал т- О,) (фиг, 2). Г 1 ифференцирующий элементсодержит детектор, в результате чего полярность сигнала Од не зависит от знамв 10 кв производной -. . Сигнал Од на выдОЗщ ходе дифференцирующего элемента 9 преводит ключ 8 в проводящее состояние, ен что приводит к подаче нв вход стабилизатора тока Дуставки (Ор на фиг, 2),зра напряжения, что увеличивает ток в ф зах двигателя и, соответственно, рвзви .ваемый им момент. По окончании переходного процесса сигнал на выходе дифференцирующего элемента уменьш вется до нуля и нв входе регулятора напряжен устанавливается задание тока, соответс вующее установившемуся режиму работы (меныпее, чем в переходных режимах).На фиг. 1 приведена структурная схе устройства применительно к четырехфа ному двигателю; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов нв отдельных элем твх.Устройство содержит распределитель 15 в,1 пульсов 1, преобразующий последовательность управляющих импульсов (унитарный код), следующих частотой 1, в многсфазную систему прямоугольных напряжений, и многоканалЬный усилитель мощ 20 ности 2, коммутирующий фазы шагового двигателя 3 в последовательности, заданной распределителем 1, Распределитель импульсов 1 и усилитель мощности 2 образуют коммутатор 4 обмоток шагового25 двигателя.Регулирование напряжеюи. на фазах ша. - гового двигателя 3 обеспечивается в общем случае многоканальным регулятором30 напряжения 5 (возможен и одноканальный регулятор напряжен;я - один для всех фаз двигатели). Поддержание заданного значения тока обеспечивается введением в схему датчика тока 6 (в общем случае многоканального) и усилителя обратной35 связи 7, образующих цепь отрицательной обратной связи по тоху.Изменение уставки тока 3, соответФ ствующий установившемуся режиму работы на уставку тоха Э, соответствую 40шую переходно у проце су об сн вае"я ключом 8, управляющий вход кото(ого соединен с выходом дифференцирующего элемента 9. Последний через фильтр 1045 и элемент ИЛИ 11 соединен с входами В и Н коммутатора 4. соответствуюиими условному направлению вращении двигателя"Вперед и Незадач.Устройство работает следующим обра 50В режиме стоянки или установившегосявращения частотой 1=совМ на вход стабилизатора тока, образованного регу- лятором напряжения 5 и элементами об 55 ратной связи по току 6 и 7, подается сигнал 3 , соответствующий установившемуся режиму работы (фиг. 2). При изменении частоты, что имеет место при На фиг. 2 показаны временные диаграммы фазовых токов Зф Зр, Зф 5 и Эф применительно к четырехфазному шаговому двигателю. Увеличение (форсирование) тока в фазах двигателя обеспечивается независимо от состояния коммутируемых фаз в любой момент такта коммутации и направления вращения, Инваривнтность работы схемы относительно направления вращения обеспечивается элемен ами ИЛИ, сигнал на выходе которых образуется как при поступлении импульсов управле ния г,., по входу В (условное направление вращения вперед), так и но входу Н (вращение назад).Выбоо постоянной времени фильтра, равной постоянной времени приводаДОФМ где М - момент шагового двигателя Д - момент инерции рс гора шагового двигателя и нагрузкиобеспечивает оптимальные по быстродейст 1 ню условия протекания переходных прг,пассов. Зна ение тока 3 выбирают исходя из момента нагрузки, в 3- кз условия насыщен;щ магнитной;.истемы шагового двигатеы, допустимого тока коммутирую 1 пих элементов регулятора напряжения 5 и усилителя мощности 2 или по условим нагрева двигателя для предполагаемого режима рвботыфПрн импульсном формировании в функции времени или тока ключ 8 изменяет длительность импульса форсирования. Одчако при этом динамические свойства привода будут хуже, нежели при стабилизации тока, поскольку регулирование тока (посредством изменения длительности импульсов форсирования ) происходит дискретно только при поступлении импульсов управ лент.МЗМожет быть сохранено также регулирование фазного тока в функции частоты. Регулирование тока в функции частоты в этом случае, не оказывая влияния на динамические показатели привода, позволяет повысить КПР и улучшить качество движения в области низких частот.Таким образом обеспечивается протекание переходных процессов при полном использовании шагового двигателя по 1 О моменту, а также снижение нагрева двигателя, повышение .КПД привода и улучшение качества движения (уменьшение колебаний скорости) в установившихся режимах, т. е. улучшаются эксплуатационные 5 показатели,Формула изобретенияУстройство для управления шаговым двигателем, содержащее коммутатор фаз М6шагового двигателя и. регулятор напра- женки на его фазах, о т л и ч а вщ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и КПД, оно содержит фильтр, дифференцирующий элемент и ключ9 подключенный своим выходом к входу регулятора напряжения, а управляющим входом - к выходу дифференцирующего элемента, соединенного своим входом с входом коммутатора через фильтр.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Дискретный электропривод с шаго выми двигателями. Под сбш. ред. Чиликина М,Г, М., "Энерго, 1971, с, 241244. 2, Авторское свидетельство СССР К. 446938, кл. Н 02 Р 7/62, 1972,736332,Подписноекомитета Сч СРоткрытийРауяская аа 244 46 Тираж 783НИИПИ Государственногопо делам изобретений18035, Москва, Жнаб., д, 4/5 Филиал ППП Патент, г. жгор роектна Составитель.3. Горникактор Е. Кравцова Техред Н, Бабурка Корректор 1 Ч. По