Устройство для управления шаговым двигателем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1)4 Н 0 б г 3Г ОБРЕТЕ нститут реднности "Гитропри- Элекдплен 5-67 ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к областиэлектротехники, Цель изобретенияповышение плавности движения шагового электродвигателя в области низкихи сверхнизких частот за счет уменьшения колебаний мгновенной скорости,Устройство содержит распределительимпульсов 1, коммутирующий каналусилителя мощности 2, к которому подключены фазы двигателя 3, шунтированные конденсаторами 5 через распределительные ключи 6, Конденсаторы5 и ключи 6, обладающие двустороннейпроводимостью, создают контуры, покоторым замыкаются токи, вызываемыеЭДС вращения, и уменьшают эквивалентное сопротивление этих контуров,2 з,п, ф-лы, 2 ил,1 13092Изобретение относится к электротехнике,Цепь изобретения - повышение плавности движения шагового электродвигателя в области низких и сверхнизких частот за счет уменьшения колебаний мгновенной скорости.На Фиг, 1 приведена функциональная схема устройства применительно кчетырехфазному шаговому двигателю", Она фиг. 2 - то же, вариант,Устройство (Фиг. 1) содержит распределитель 1 импульсов, многоканальный усилитель 2 мощности, в каждый канал которого включены Фаза 3 5шагового двигателя, разрядный диод 4,конденсатор 5 и распределительныйключ 6, разрядную цепь 7, генератор8 импульсов, частотный компаратор 9и КБ-триггер 10, 20Устройство (фиг, 2) может такжесодержать в каждом канале усилителя2 мощности двувходоные элементы И 11и И-НЕ 12,Тактовый вход й и входы В и Н направления движения распределителя 1импульсов подключены к соответствующим выходам внешнего управляющегоустройства (не показано), в качестве которого может быть использована ЗОуправляющая вычислительная машинаили любое другое устройство, задающее программу движения шаговогодвигателя,Конденсатор 5 в каждом кана еусилителя 2 мощности через распределительный ключ 6 подключен параллельно фазе 3 шагового двигателя,которая одной клеммой соединена через разрядный диод 4 с разрядной цепью 7, а второй - с одной из шинисточника питания постоянного токаБ, В качестве разрядной цепи 7 могут быть использованы резистор, стабилитрон, дополнительный источникпитания с транзистором или конденсатор, шунтированный резистором (конкретное выполнение разрядной цепи неявляется существенным), Генератор 8импульсов подключен к одному из вхо Одов частотного компаратора 9, соединенного вторым входом с тактовымвходом распределителя 1 импульсов,Выходы частотного компартора 9 соединены с входами К и Я триггера 10, 55связанного выходом с управляющимивходами распределительных ключей 6непосредственно (Фиг, 1) или черезэлементы И 11 (фиг. 2), Выходы рас 51 2пределителяимпульсов подключенык соотнетстнующим входам усилителя2 мощности,Кроме того, управляющие входыраспределительных ключей 6 могутбыть связаны (Фиг, 2) через элементы ИЛИ-НЕ 12 и И 1 с соответствующими входами распределителя 1 импульсов, Вторые входы элементов И 11подключены к выходу КБ-триггера 10,а вторые входы элементов ИЛИ-НЕ 12к тактовому входу распределителя 1импульсов,В качестве частотного компаратора 9 может быть использован, например, вычитатель импульсов,Устройство работает следующим образом,По сигналам управления, поступающим от внешнего устройства на тактовый вход К распределителя 1 импульсон, последний в зависимости от сигналов на шинах В и Н направлениядвижения осуществляет переключениеканалов усилителя 2 мощности в прямой или обратной очередности, Соответственно и фазы 3 шагового двигателя коммутируются в последовательности, заданной Формирователем 1 импульсов, При отключении фазы 3 энергия электромагнитного поля, накопленная в ней, передается через разрядный диод 4 н разрядную цепь 7.Если усилитель 2 мощности работает в режиме стабилизатора тока в фазах 3 шагового двигателя, то демпфирующие свойства последнего резко снижаются, что ведет к затягиванию механических переходных процессов,значительным колебаниям скорости и,следовательно, ухудшению плавностидвижения особенно в области низких и сверхнизких частот управления,В предлагаемом устройстве для повышения демпфирующих свойстн двигателя и, соответственно, плавности движения каждая Фаза 3 шунтируется через распределительный ключ 6 конденсатором 5, При питании фаэ 3 шагового двигателя от стабилизаторов токаконденсатор 5 практически не оказывает влияния на закон изменения Фазового тока, поэтому нсе фазы 3 шагового двигателя (как возбужденные,так и невоэбужденные) целесообразношунтировать конденсатором 5. Этообеспечивается подачей сигнала единичного уроьня от триггера 10 науправляющие входы всех ключей 6, 3 13092Емкость конденсатора 5 необходимо выбирать из условия достижения резоЪнанса напряжений в цепи, састоящеи из емкости конденсатора 5 и ичдуктивности Фазы 3, на частоте собственных колебаний привода, т.е, необходима обеспечить равенство 1=ЫЬюСОилииЬС = 1,2 50,2, Прапорцпональча возрастает так ат ЭДС вращения1, п 2 Ьсоздающий демпфируюший момент, способствующий затуханию колебаний скорости и повышающий плавность движени яПоскольку емкость конденсатора 5 выбирается исходя из условия обеспечения резонанса на частоте собственных колебаний механической сис40Поэтому эквивалентное сопротивление Фазы Е = Х +К , определяющеегток, создаваемый ЭДС вращения,и Ь- 1где 1Ендвигателя, обусловлено в основноминдуктивным сопротивлением Е й ХЯ К,При этом ток ат ЭДС вращения, характеризующий демпфирующие свойствашагового двигателя, равен номинальный так 1 1 -- = (О 1+О 12)1 иЬЕ- ншЬ ф ф Введение конденсатора 5, емкостное сопротивление которого Хс1/йС = Х, уменьшает эквивалентное сопротивление Е О,1 раз, паскаль очти в где ы- круговая частота ЭДС вращения, соответствующая частоте5собственных колебаний механической системы привода;среднее значение индуктивности фазы 3;С - емкость конденсатора 5.Все колебания мгновенной скорости20(и угла) шагового двигателя происха -дят с частотой, близкой к частотесобственных колебаний механическойсистемы привода, поэтому настройкаэлектрической цепи, состоящей из Фа -зы 3 двигателя и конденсатора 5 врезонансе именно для этой частоты,обеспечивает значительное уменьшение30эквивалентного сопротивления для тока, создаваемого ЭДС вращения, Например, для индукторных шаговых двигателей отношение постоянной составляющей индуктивности фазы Ь к переменнойсоставляющей Ь, определяющейЭДС вращения, лежит в пределахЬ/Ь 7, 8-10, а активное сопротивление фазы К в 5-10 раз меньше индуктивного сопротивления Х= ыЬ,темы привода, т,е, для сравнительно высокой частоты, то эта емкость мала и практически не влияет на работу усилителя 2 мощности в области низких частот. При повышении частоты управления Г пвпгятелем капдепсятоо 5 начиняет оказывать более знячительнае влияние ня рабату усилите. - ля 2 мощности. Вместе с тем на этих частотах колебания скорости сгляжн -вяются механической инерпнанностьюпривода и сами па себе достаточнамалы, Повышения демпфирующих свойствдвигателя ня высоких частотах управления, как правило, не требуется и конденсаторы 5 могут быть отключены. Для этого в устройство введены частотный кампарятар 9, триггер 10 и импульсный генератор 8 опорной частоты Гс, которая выбирается в зависимости ат требуемого диапазона рабочих частот шагового двигателя и определяет границу между областью низких частот, где требуется повышение демпфирующих свойств двигателя, и областью высоких частот, где желательно уменьшение внутренпега демпфирования,В области низких частот Г, и Гна вход Б триггера 10 с частотногокомпаратора 9 поступают импульсыразнастной частоты 2-,Гу, которыеустанавливают триггер 10 в единичноесостояние, соответствующее сигналуединичного уровня на его выходе,Этот сигнал открывает распределительные ключи б, обеспечивая шунтирование фаз 3 шагового двигателя конденсаторами 5, Для уменьшения переходного сопротивления ключей б ихжелательно выполнять, например, на реле или герконях., хотя могут бытьиспользованы и бесконтактные ключи, Однако для достижения положительного эффекта ключи 6 обязательно долж5 1309251ны обладать двусторонней проводимо- дестью, мнВ области высоких частот 1) Г,каимпульсы разностной частоты 2 у-Г фапоступают с другого выхода частотно поиго компаратора 9 на вход триггера ющ10, устанавливая его в нулевое сосвотояние, ключи 6 при этом размыкают- рася, и конденсаторы 5 отключаютсячто повышает КПД устройства, посколь теку не расходуется энергия на заряд стконденсаторов, снЕсли усилитель 3 мощности работа- ниет в ключевом режиме, особенно при иналичии импульсного форсирования, 15 ввто шунтирование возбужденной Фазы 3 ношагового двигателя конденсатором 5 двнежелательно из-за больших зарядных четоков конденсатора, которые могут нтвывести усилитель мощности из строя, 20 раВ этом случае целесообразно шунтиро- днвать конденсаторами 5 только отключенные в данном такте коммутации чФазы 3. В схеме по Фиг. 2 это обес- рапечинается введением элементов И 11 25 ки ИЛИ-НЕ 12, которые размыкают клю- дечи 6 возбужденных в данном такте нхкоммутации Фаз, Ключи 6 размыкаются пеи на. время крммутационных процессов прпереключения Фаз 3, что обеспечивает- ЗО упся подачей навторые входы элементов усИЛИ-НЕ 12 импульсов управления йг.епоступающих на тактовый вход расипределителя 1 импульсов. Тем самым раисключается влияние конденсаторов .5 35 клна работу усилителя 2 мощности,Работа элементов 8 - 10, опредечляющих состояние распределительных поключей б, в схеме по Фиг. 2 происчаходит так же, как и в схеме по щ имФиг 1, пе Формула изобретения 1. Устройство.для упранления шаговым двигателем, содержащее распрелитель импульсов с тактовым входом,огоканальный усилитель мощности,ждый канал которого связан череззу двигателя с источником питаниястоянного тока, связанный управляими входами с соответствующими выдами распределителя импульсов, испределительные ключи по числу фазигателя, отличающее с ям, что, с целью повышения плавнои движения в области низких иерхнизких частот за счет уменьшея колебаний мгновенной скорости,каждый канал усилителя мощностиеден конденсатор подключенный одй обкладкой к одной клемме Фазыигателя сноего канала, а другой -рез распределительный ключ - корой клемме этой же фазы, причемспределительный ключ выполнен сусторонней проводимостью,2, Устройство по и, 1, о т л иа ю щ е е с я тем. что, с цельюсширения диапазона рабочих частот,аждый канал усилителя мощности соржит двухвходоный элемент И и двуходовый элемент ИЛИ-НЕ, подключенныйрным входом к тактовому входу раседелителя импульсов, вторым - кравляющему входу своего каналаилителя мощности, а выходом - крвому входу элемента И своего каала, соединенного выходом с упвляющим входом распределительногоюча этого же канала,3, Устройство по и, 2, о " л и -а ю щ е е с я тем, что, с цельювышения КГД, введены КБ-триггер,стотный компаратор и генераторпульсов, подключенный выходом крвому входу частотного компаратора,соединенного вторым входом с тактовым входом распределителя импульсов,а выходами - с входами К и Б триггера, подключенного выходом к нторымвходам элементов И нсех каналон.1309251СоставителрникКорректоилипенкоколайчук Техреддак тоданиказ 1803/53 Тираж 661 Подписи ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 зводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная.