Устройство для управления шаговым двигателем

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ .СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскинСфцмаянстнческнкРеспублик о 936341(5 )М. Кл,с присоединением заявки М Н 02 Р 8/00 Гевударетеенный какнтет СССР нв делам нэобретеннй н вткрытнй(5 М) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМИзобретение относится к электро-. технике и может быть использовано для управления щаговыми двигателями с электрическим дроблением шагов в системах числового программного управления металлорежущими станками,5 координатографами и т.д.Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель, многоканальный усилио тель мощности, регуляторы напряжения и преобразователи код-аналог, изменяю щие уставки на входах регуляторов напряжения 11 1.Наиболее близким по технической15 сущности к предлагаемому является уст ройство для управления щаговым двигателем с электрическим дроблением шага, содержащее распределитель и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого, подключенный к источнику постоянного тока, образован двумя ключами и датчиком тока, включенными последовательно с фазой двига-. теля, и релейным элементом, соединенным одним входом с датчиком тока, а выходом " со входом первого ключа через элемент И, связанный вторым входом с выходом распределителя 1 2 .Недостатком известных устройств является низкая точность дробления шага, обусловленная отсутствием форсирования процессов спадания тока при формировании спадающей ветви сту пенчато-синусоидальной кривой фазного тока, что приводит к неравномерному делению шага, не обеспечивает необходимой точности отработки шага . и качества движения привода.Цель изобретения - повышение точ.ности отработки шага и улучшение качества движения привода.Указанная цель достигается тем, что в устройстве для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага каждый канал многоканального усилителя мощности снабжен элементом И-НЕ, дополнительнымУ 9363 элементом И, формирователем импульсов и дешифратором второй половины такта, подключенным своими входами к выходам распределителя, а выходом - к первому входу элемента И-НЕ, соединенного вторым входом с выходом формирователя импульсов, вход которого связан со входами распределителя, а выходом - со вторым входом основного элемента И и первым входом 1 О дополнительного элемента И, подключенного вторым своим входом к треть ему входу основного элемента И и выходу распределителя, а выходомко входу второго ключа. 15Кроме того, в устройстве для управления шаговым двигателем формирователь выполнен в виде бЬ-триггера, входкоторого связан с входом распределитсля, вход Й - с выходом релейщ ного элемента, а выход - со вторым входом элемента И-НЕ.Такое выполнение устройства обеспечивает форсирование процессов на спадающей ветви кривой Фазного тока, что позволяет сформировать симметричную кривую тока, достигнув при этом равномерного деления шага. Равномерное деление в динамике обеспечивает, кроме того, повышение ка- З чества движения в области нифких и средних частот.На Фиг, 1 представлена блок-схема устройства для одного канала усилителя мощности, первый вариант; на35 фиг. 2 - временные диаграммы изменения напряжения и тока для случая трехкратного дробления шага; на фиг. 3 - блок-схема устройства дпя одного канала, второй вариант.Устройство (Фиг. 1) содержит первый 1 и второй 2 ключи, соединенные последовательно с Фазой 3 шЪгового двигателя и датчиком тока 4 в фазе и подключенные к источнику питания45 постоянного тока О. Фаза 3 связана с зажимами источника питания также встречными диодами 5 и 6. На входах ключей 1 и 2 включены элементы И 7 и 8. Распределитель 9 связан своими входами направления движения В и Н50 через элемент ИЛИ 1 О со входом формирователя импульсов 11, а выходами - со входами дешифратора второй половины тока 12, определяющего спадающую ветвь кривой фазного тока. Выходы формирователя импульсов 11 и дешифратора 12 подключены ко входам элемента И-НЕ 13, выход которого 41 4соединен со вторым входом элементаИ 7 и первым входом элемента И 8.Первый вход элемента И 7 соединен свыходом релейного элемента 14, Ътретий вход - со вторым входом И 8и выходом распределителя импульсов 9.Во втором варианте выполненияустройства (фиг. 3) формировательимпульсов выполнен в виде б 5"триггера 11, связанного входомс выходами распределителя 9, входом бс выходом релейного элемента 14, авыходом - со вторым входом элементаИ"НЕ 13Устройство работает следующим образомПо командам с распределителя 9,управляемого входными импульсами0, (см. Фиг.2), открывается ключ 2,подключающий фазу 3 двигателя к одному зажиму источника питания О,При этом ключ 1 обеспечивает периодическое подключение фазы 3 к другому зажиму источника питания 0(Фиг. 2 Оф). Управление ключом 1 осуществляется от релейного эпементаи элемента И 7, обеспечивающих импульсное поддержание в фазе заданного значения тока 1 ф, которое задается сигналом уставки О уна входе релейного элемента 14. Элемент И 7 разрешает работу цепи токовой обратнойсвязи по сигналу распределителя 9.Цепь обратной связи, включающая всебя датчик тока 4, релейный элемент14 и элемент И 7, обеспечивает поддержание тока при поступлении на разрешающий вход элемента И 7 единичного уровня с распределителя 9. Ключоткрыт при ОО = К ч 1(где Коскоэффициент передачи датчика тока 4),когда на выходе релейного элементаимеет место единичный уровень. ПриОос/Она выходе релейного элемента 14 возникает нулевой уровень иключ 1 закрывается. Задающее напряжение Она входе релейного элемента 14изменяется по ступенчато-синусоидальному закону, число ступеней которогоопределяется кратностью дробленияшага (фиг. 2),Формированйе восходящей ветвикривой фазного тока (Фиг. 2) происходит путем поочередной коммутацииключа 1 при включенном ключе 2. Ког-,да ключ 1 включен к фазе 3 двигателяприкладывается повышенное напряжениеО = Кф 1 фб ф(где Кф - коэффициент форсирования напряжения; б ф - активное5 9363 сопротивление фазы), что обеспечивает формирование восходящей ветви кривой Фазного тока с малыми искажениями, обусловленными запаздыванием процессов нарастания тока. 5Дешифратор 12, Формирователь элементы И-НЕ 13 и И 8 обеспечивают ври формировании нисходящей ветви кривой фазного тока отключение вместе с ключом 1 и ключа 2. Дешифратор 16 2 определяет состояние распределителя 9, соответствующие нисходящей ветви фазного тока. вторую половину такта коммутации Фазы)р а формирователь 11 - моменты коммутации, в ко торце необходимо производить Форсирование процесса спадания тока. При поступлении на оба входа элемента И-НЕ 13 единичных уровней на его выходе вырабатывается нулевой уровень, эо который, поступая на входы элементов И 7 и И 8, запирает ключи 1 и 2. Происходит форсированное спадание тока в фазе 3 по контуру: фаза 3, диод 5, встречно включенный источник О, 25 диод 6. Процесс спадания тока описывается при этом выражением Формула изобретения 1. Устройство для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением вага, содержащее распределитель и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого, подключенный к источнику постоянного тока, образован двумя ключами и датчиком тока, включенными последовач тельно с фазой двигателя, и релеиным элементом, соединенным одним входом с датчиком тока, а выходомс входом первого ключа через элемент=1 Е - - 11-е ) (1)нсч КЗОКривые фазного тока 1 ф и напряжения Оф для этого случая приведены нафиг. 2. Закрытое состояние ключей 1и 2 сохраняется на все время действия импульса, сформированного Формирователем 11. После окончания импуль.са ключи 1 и 2.открываются и вновьработает канал поддержания тока наключе 1, а ключ 2 открыт до поступления на входы распределителя 9 очередного импульса управления О у. Длянормальной работы схемы необходимо,чтобы длительность единичного импульса на выходе Формирователя импульсов 11 была больше времени спадания тока на одну ступень, определяемого из уравнения 1),Во втором варианте устройства(фиг. 3) функции формирования импульсов управления, закрывающих клю 50чи 1 и 2 для форсированного спаданиятока в фазе, выполняет Ктриггер11. Для работы этой схемы датчиктока 4 должен быть включен непосредственно в цепь фазы 3 шагового дви 55гателя, цто обеспечивает контрольтока при отключенном ключе 2,Отличие в работе второго варианта схемы состоит в том, что время,в течение которого ключи 1 и 2 закрыты, определяется по моменту достижения током Фазы заданного значения ( 3 11 ос) а не по заранее установлейной длительности импульса, вырабатываемого формирователем 11 на фиг. 1. Такое выполнение Формирователя позволяет расширить эксплуатационные возможности схемы, поскольку во втором варианте исключается необходимость настройки заданной длительности импульса применительно к каждому конкретному двигателю. Кроме того, контроль длительности отключенного состояния ключей 1 и 2 непосредственно по току фазы, а не по времени, повышает точность формирования заданной кривой фазносо тока,Таким образом, введение в уст. - ройство дополнительных элементов и связей обеспечивает формирование симметричной кривой Фазного тока с одновременной рекуперацией в источник питания накопленной в Фазе электромагнитной энергии. В свою очередь, формирование симметричной кривой фазного тока при дроблении обеспечивает равномерное деление шага, повышая в динамике одновременно и качество движения.Устройство пригодно для управления шаговым двигателем с любым числом Фаз при любой кратности дробления шага.Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства обусловлен повышением точности и улуцшением кацества движения, что способствует повышению точности обрабатываемых изделий при использовании устройства, например, в системах числового программного управления металлорежущими станками.И, связанный вторым входом с выходомраспределителя, о т л и ч а ю щ е е -.с я тем, что, с целью повышенияточности отработки шага, каждый канал усилителя снабжен элементом И-НЕ,дополнительным элементом И, формирователем импульсов .и дешифраторомвторой половины такта, подключеннымсвоими входами к выходам распределителя, а выходом - к первому входу 1 оэлемента И-НЕ; соединенного вторымвходом с выходом формирователя импульсов, вход которого связан с входами распределителя, а выходом - свторым входом основного элемента И 1 эи первым входом дополнительного элемента И, подключенного вторым своимвходом к третьему входу основногоэлемента И и выходу распределителя,а выходом - к входу второго .ключа. рв 182, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формирователь импульсов выполнен в вице К 5-триггера, вход 5 которого связан с входами распределителя, вход Й - с выходом релейного элемента, а выход - с вторым входом элемен- . та И-НЕ.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР М 474893, кл Н 02 Р 7/62 19732. Луценко В.Е., Рубцов В.П.Электропривод с щаговыми двигателями. Итоги науки и техники. Сер.ниип Тира Фи .У