Устройство для управления -фазным шаговым двигателем

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВНЬ 1 М 1 ИАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ЛЕНИЯ т-ФАЗно-к ое б ек о низ з.3:525 (088.8)Рубцов В.ПЭлектдвигателем. Электзация промышпен - М.: ВИНИТИ,елитель 12 ы 1 -тактфратор 3я импульыИ 4, преог, регу- абилизадиоды 9, дные диель 12 мощ СССР 1974 ств /62 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ.технике, а именно к управле выми двигателями. Цель изоб расширение диапазона регули повышение точности обработк Устройство содержит распред импульсов, преобразователь ного кода в-тактный, деви числа каналов распределител сов в число ключей, элемент образователи 5 и 6 код-аналляторы 7 и 8 напряжения (стторы тока), разделительныеключевые элементы 10, разряоды 11, -канальный усилит1246331ности и формирователь 13 импульсов обеспечивает постоянство динамичесфорсирования. Разделение функций фор-, , ких характеристик шагового двигатемирования заданной кривой фазного ля во всем диапазоне рабочих частот. тока и форсирования переходных про- Это, в свою очередь, повышает точцессов, осуществляемое с помощью ре- ность отработки шага и расширяет дигуляторов 7 и 8 напряжения и ключей 10, апазон рабочих частот. 4 ил.Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению шаговыми двигателями, и может быть использовано в приводах подач металлорежущих станков с числовым програм- Бмным управлением, координатографахи т.д.Цель изобретения - расширение диапазона регулирования и повышениеточности отработки шага,На фиг.1 приведена функциональнаясхема устройства, применительно кчетырехфазному двигателю; на фиг.2временные диаграммы сигналов на ос=.новных фунциональных элементах, поясняющие работу устройства при коэффициенте дробления шага К = 3; нафиг,З - дешифратор; на фиг,4 - формирователь импульсов.Устройство (фиг.1) содержит рас Определитель 1 импульсов, преобразова"тель 2 пп -тактного кода вгн -тактный,дешифратор 3 числа каналов распределителя импульсов в число ключей, элементы И 4, преобразователи 5 и 6 коданалог, регуляторы 7 и 8 напряжения/от кода, вырабатываемого распределителем импульсов. При построении распределителя импульсов на базе регист-ра сдвига, вырабатывающего код (сигналы Х,-Х , фиг.2), дешифратор 3 может быть выполнен по схеме (фиг.З) исодержит четыре элемента ИЛИ 14 (почислу ключей 10) с элементами И 15 на 4 Овходе, число которых для каждого канала определяется коэффициентом дробления (в рассматриваемом случае=3).Число входов элементов И 15 определяется кодом, вырабатываемым распределителем 1 импульсов,Формирователь (фиг,4) содержитэлемент ИЛИ 16 (элемент ИЛИ необходимв том случае, если распределительимпульсов имеет два импульсных входаВ и Н соответственно для движениявперед и назад), ключ 17, интегрирующую К С -цепочку 18 и пороговый элемент 19.Фазы 20 двигателя подключены квыходам усилителя 12 мощности.Регуляторы 7 и 8 напряжения могутбыть как импульсными, так и параметрическими Предпочтительнее их выполнять в виде параметрических тран"зистсрных стабилизаторов тока,Преобразователи 5 и 6 код-аналогмогут быть выполнены на базе цифроаналоговых преобразователей, еслираспределитель импульсов выполняетсяна базе двоичного реверсивного счетчика,Преобразователь гт-тактного кодавгп-тактный выполняется на элементахпо схеме, аналогичной схеме, приведенной на фиг.З, и зависит от кода,вырабатываемого распределителем ифпульсовУстройство работает следующим образом,Импульсы управления с частотой,(фиг 2) поступают на один из входов В или Н распределителя 1 импульсоя, который преобразует их в павтактную систему прямоугольных напряжений. Применительно к двенадцатитактной коммутации четырехфазногошагового двигателя (= З,ч = 4;и = 12) диаграммы выходных сигналовХ, -Х, распределителя 1 импульсов показаны на фиг.2. Преобразователь 2ьъ -тактного кода в ь -тактный преобразует пш-канальную систему на124 б 331 Устройство для управлениягт -фаэным шаговым двигателем с н -кратным дроблением шага, содержащее источник постоянного тока, распред литель импульсов, ь -канальный усилитель мощности, регуляторы напряжения,связанные выходами с фазами двигателя, а входами подключенные к выходам преобразователей код-аналог, соединенных входами с выходами распределителя импульсов, связанными через преобразователььг-тактного кода в-тактный с входами усилителя мощности, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью расширения .диапазона регулирования скорости и повышения точности отработки шага, оно снабжено дополнительнымисточником постоянного пряжений Х -Х, в ь -канальную (У,-У, Фиг. 2), которая используется для управления ь -канальным усилителем 12 мощности, коммутирующим фазы 20 шагового двигателя. Преобразователи 5 5 и 6 код-аналог по сигналам распределителя 1 импульсов обеспечивают подачу на входы регуляторов 7 и 8 напряжения близких к синусоидальным ступенчатых напряжений О , 0 (фиг,2),10Р ф а Число ступеней определяется кратностью дробления шага, а вид кривой напряжения - типом двигателя. Регуляторы 7 и 8 тока в соответствии с заданием обеспечивают формирование на 15 фазах 20 ступенчатых напряжений (токов) О - О (фиг,2).С помощью дешифратора 3 и элементов И 4 импульсы, вырабатываемые Формирователем 13, распределяются по 20 ключам 10. 11 ри включении ключа 10 к фазе 20 прикладывается повышенное напряжение 02, обеспечивающее быстрое достижение током заданного значения. Импульсы Форсирования О,р, - 05 (фиг,2) подаются на фазы 20 двигателя только при формировании нарастающей ветви переднего фронта фазового напряжения кривой фазного тока. На спадающей ветви фазного тока импульсы 30 форсирования на фазы 20 не подаются, Спадающая ветвь кривой фазного тока формируется регуляторами 7 и 8 напряжения.Разделение функций формирования заданной кривой фазного тока и форсирования переходных процессов, осуществляемое в рассматриваемой схеме с помощью регуляторов 7 и 8 напряжения и ключей 10, обеспечивает постоянство динамических характеристик шагового двигателя во всем диапазоне рабочих частот. Это, в свою очередь, повышает точность отработки шага и расширяет диапазон рабочих частот,Действительно, в области низких частот основную задачу формирования фаэных токов выполняют регуляторы 7 и 8 напряжения, работающие в режиме параметрических (или импульсных)50 стабилизаторов тока и подключенные к источнику 1), низкого уровня. Это обеспечивает высокую точность формирования заданной кривой фазного тока и практическое отсутствие пульсации тока при высоком КПД схемы. Отсутствие пульсаций тока снимает ограничения на допустимый коэффициент дробления шага, который в рассматриваемой схеме может достигать 1000,Таким образом, в рассматриваемой схеме может быть существенно повышена точность отработки шага.В области высоких частот, когда регуляторы 7 и 8 не обеспечивают изза влияния индуктивности фаз поддержания заданной кривой фазного тока, эту функцию выполняют ключи 10, обеспечивая форсированное нарастание тока, При формировании спадающей ветви фазного тока регуляторы 7 и 8 и ключи 10 запираются, что обеспечивает форсированное спадение тока через разрядные диоды 1. При этом энергия, накопленная фазами 20, рекуперируется в источник питания 1) . При дальнейшем увеличении частоты . длительность импульса форсированияг становится соизмеримой, или большей периода следования импульсов управления. В этом случае к фазам 20 шагового двигателя приложено повышенное напряжение 1) в течение всего времени включенного состояния ключевого элемента усилителя мощности.Устройство обеспечивает плавный переход из области низких частот в область высоких частот без дополнительных переключений и измерений частоты, что упрощает ее и повышает надежность, Обеспечивается также формирование симметричной кривой фазного тока при нарастании и спадании без введения специальных датчиков тока и переключающих схем. Формула изобретения124 Ьтока, не менее чем одним, ключевым элементом с двухвходовым элементом И на входе, децифратором числа каналов распределителя импульсов в число ключевых элементов и формирователем импульсов, подключенным входами к входам распределителя импульсов, а выходом - к первым входам элементов И, соединенных вторыми входами с выхо 331 адами дещифратора числа каналов распределителя импульсов в число ключевых элементов, подключенного входами к выходам распределителя импульсов, причем ключевые элементы соединяют,д ополнительный источник постоянногс тока с клеммами фаз двигателя, связанных с выходами регуляторов напряжения./5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4 акаэ 4019/54 ВНИИПИ Гос по дела 113035, Мостираж 631 дарственного коятета изобретений и открыт а, Ж, Раушская наб