Устройство для управления шаговым двигателем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 1098099 з(50 Н 02 Р 8/О К АВТОРСК ВИДЕТЕПЬСТВУ ходом к входу второго ключа, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности отработки шага и надежности, каждый канал усилителя мощности снабжен датчикомопорного напряжения, дополнительнымрелейным элементом, двумя суммирующими усилителями, аналоговым переключателем, инвертором и дополнительным датчиком тока, включенныммежду общей шиной источника питанияи встречным диодом и подключеннымвыходом к сигнальному входу аналогового переключателя, соединенногоуправляющим входом с выходом инвертора, а выходом - с инвертирующимвходом первого суммирующего усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к выходу основного датчика тока, а выход - к второму входу основного релейного элемента,и втором лейног входу дополнительн элемента, соединеним входом второг входом инверторавыходом второго го ре ого выхо- эледом с другмента И ивходом - с ерв суммйног рующего усилителя, подключ входом к входу задатчика т новного релейного элемента датчика опорного напряжени а освыход ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(53) 621.313.13-133.3-528(088.8) (56) . Луценко В.Е., Рубцов В.ПЭлектропривод с шаговыми двигателями, Итоги науки и техники, - Сер, "Электропривод и автоматизация промьппленных. установок". Т, 6, М., 1976, с. 58-,59.2. Авторское свидетельство СССР В 936341, кл. Н 02 Р 8/00, 1980.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ с электрическим дроблением шага, содержащее распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого, подключенный к источнику постоянного тока, образован двумя ключами, основным датчиком тока, включенным между .вторым ключом и общей шиной источника питания, встречным диодом, связывающим с одним из выводов фазы двигателя, основным релейным элементом с входом задания тока, соединенным выходом с входом первого ключа через первый элемент И связанный вторым входом с выходом распределителя и одним входом втоого элемента И, подключенного вь, с О б р е т е ч и е ),1 ".то с ит с я к . г 1 е к технь 1 ке и может сыть испальзсванз для управпения щаговыми двигателямис эпектрическим дроолением шага всистемах числового программнога управления металлорежущими станками,кдординатографии и т,д,Известно устройство для управления шаговым двигателем. содержащееГрасг 1 редел 1 лтель. многоканальный уси"литель мощности, регуляторы напря-.жения и преобразователи код - ана" лог, .изменяющие уставки на входах сегуляторов напряжения 1.1Цедсстатками этсгс устрсЙства яв ллются низкая точность дробленияшага и неудовлетворительное качество движения в области низких часто обусловленные отсутствием Форсиро вания процессов спадания тока при Формировании ступенчато-синусоидяльнсй кривси фазногс тока:4Наиболее близким к изобретению по технической сущности является утройство для управления шаговым двигателем с электонческим дроблением шага,. содержащее распределитель :г 1 ПУЛЬССЗ И МНСГСКЯНЯЛЬНЫЙ УСИЛИ тель мощности, каждый канал которого пэцклю:е .Иый к источнику посточнного :,а образован двумя ключами, датчи сг 1 тока; включенным между вторым ключом ":. Общеи шинси источника пита".".1 П, .гг 1;ЕЧНЫМ Диодами СВЯЗЫВаЮЩИМ псспгднюю с одним из выводов Фазы ,пвигателя и релейным элементом с входом задания тока соединенным вы ходом с входом первого ключа через .-ервый элемент И, связанный вторь 1 м входом с выходом распределителя и входам второго элемента И, подключенного выходам к входу второго ключа, Это устройство обеспечивает Формирование симметричной кривой Фа"-попс гака путем Форсирования процсссв падания токов в моментывреме 11 И, задаваемые импульсами управления21:Недсстатксм известногс устройст" ва яв 1 гяется временной принцип управле 11 ия., при котором заранее зада ется длительность импульса опреде. ляющего время спапания тока. Такое построение устройства предопрелеля" ет необходимость настройки схемы под конкретный тип и даже экземпляр шагсвсгс Двигателя, Кроме того, параметвь 1 льп 1 га геля зависят от температуры его обмоток (фаз), которая в процессе работы изменяется в широких пределах, что вызывает искажение фазовых токов, снижает точность электрического дробления шага и ухудшает качество движения привода,Целью изобретения является повышение точности отработки шага и надежнасти.указанная цель достигается тем, что в устройстве для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага, содержащем распределитель импульсов и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого, подключенный к источнику постоянного тока, образован двумя ключами, основным датчиком тока, включенным между вторым ключом и общей шиной источника питания, встречным диодом, связывающим последнюю с одним из выводов фазы двигателя,и основным релейным элементом с входом задания тока, соединенным выходом с входом первого ключа через первый элемент И, связанный вторым входом с выходом распределителя и одним входом второго элемента И, подключенного выходом к входу второго ключа, каждый канал усилителя мощности снабжен датчиком опорного напряжения, дополнительным релейным элементом, двумя суммирующими усилителями, аналоговым переклк 1 чателем, инвертором и дополнительным датчиком тока, включенным между общей шиной источника питания и встречным диодом и подключенным вьгходом к сигнальному входу аналогового переключателя, соединенного управляющим входом с ьыходом инвертора, а выходом - с инвертирующим входом первого суммирующего усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к выходу ссновно 1 О датчика тока, а выход - к второму входу основного релейного элемента и второму входу дополнительнога релейного элемента, соединенного выходом с другим входом второго элемента И и входом инвертора,а первым входом - с выходом втарого суммирующего усилителя, подключенного входом к входу задания така основного релейного элемента и выходу датчика опорного напряжения.Иа фиг. 1 приведена блок-схема устройства для одного канала усилиУстройство работает следующим образом.В исходном состоянии сигнал О, на выходе распределителя импульсов 10 (или другого узла, задающего требуемую диаграмму коммутации фаз шагового двигателя) и напряжение 0 на входе задания тока равны нулю. В этом случае на выходах элементов И 8 и 9 напряжения также равны нулю, ключи 1 и 2 закрыты и фаза 3 двигателя отключена от источника питания О . Напряжение на выходах релейных элементов (компараторов) 14 5 и 15 положительно (единичный уровень), когда напряжение на их первых входах больше, чем напряжение на вто 50 теля мощности; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство(фиг, 1) содержит первый 1 и второй 2 ключи, соединенные последовательно с фазой 3 шагового двигателя и датчиком тока (резистором) 4 и подключенные к источнику постоянного тока О . фаза 3 связана с зажимами источника питания также 10 встречными диодами 5 и 6. В цепь диода 6 включен дополнительный датчик тока (резистор) 7. На входах ключей 1 и 2 установлены элементы И 8 и 9, вторые входы которых сое динены с выходом распределителя 10.Вывод резистора 4, связанный с ключом 2, подключен к неинвертирующему входу суммирующего усилителя 11. Вывод резистора 7, соединенный совстречным диодом 6, подключен ксигнальному входу аналогового переключателя 12, управляющий вход которого соединен с выходом инвертора 13, а выход - с инвертирующим 25 входом усилителя 11, Выход усилителя 11 подключен к вторым входам основного 14 и дополнительного 15 релейных элементов (компараторов), Первый вход релейного элемента 15 подклю- зо чен к выходу второго суммирующего усилителя 16, один из входов которого объединен с первым входом компаратора 14 и является входом задания тока, а второй связан с выходом датчика опорного напряжения 17. Выходы релейных элементов 14 и 15соединены с первыми входами элементов И 8 и 9. Вход инвертора 13 подключен к выходу дополнительного ре лейного элемента 15. рых входах, и равно нулю в противномслучае или при нулевых сигналах наобоих входах, Тогда в исходном состоянии на выходе основного компаратора 14 сигнал О,(фиг. 1 и 2) отсутствует, а на выходе дополнительногокомпаратора 15 имеется положительныйуровень О , поскольку напряжение наего первом входе определяется какО 4" 1 ()где К - коэффициент передачи суммирующего усилителя 16;ЬО - напряжение на выходе датчика опорного напряжения 17;О - напряжение, задающее величину фазного токаи в исходном состоянии (при О = О)3О =К,дР )О4Выходной положительный сигналкомпаратора 15 через инвертор 13закрывает аналоговый переключатель12. При поступлении положительногопотенциала О, с выхода распределителя 10 и одновременной подаче навход задания тока устройства уставки О, определяющей величину фазного тока, на выходе основного компаратора 14 появляется единичныйуровень О 2 (фиг. 2), Такой же уровень устанавливается на выходахэлементов И 8 и 9 и ключи 1 и 2 открываются, подключая фазу 3 двигателя к источнику питания О, Требуемая скорость нарастания фазноготока(требуемый коэффициент форсирования электромагнитных переходных процес.сов)обеспечивается соответствующим выбором напряжения питания О . Падениенапряжения О на резисторе 4, выполняющем функции датчика тока, поступает на неинвертирующий вход суммирующего усилителя 11. Напряжениена инвертирующем входе усилителя 11при этом равно нулю, так как диод6 закрыт и ток через пополнительныйрезистор 7 не протекает, а крометого, закрыт аналоговый переключатель 12. поскольку на выходе дополнительного компаратора 15 продолжает оставаться единичный уровень. Вэтом случае выходное напряжение усилителя 110 с будет пропорциональнонапряжению О (фиг, 1) и фаэному току .4 В момент времени 1 (фиг. 2)напряжение О постигает величины1О =О + - ЬО (гпе О, - зона неос З 2 2 2чувствительности компаратора 14),что соответствует равенству среднего значения Фазного тока величине, заданной уставкой О , на выходе компаратора 14 устанавливается нулевое значение О 2 (фиг,2),ключ 1 закрывается и Фаэный ток,поддерживаемый ЭДС само- индукции Фазы, продолжает протекать по цепи: фаза 3 - ключ 2 - резистор, 4 - резистор 7 - диод б, При этом скорость изменения (уменьшение) Фазного тока буцет иного меньше скорости его нарастания. По мере уменьшения Фазного тока уменьшается напряжение О , и при достижении им1величины Оо = Од О на выходе компаратора 14 появляется положи" тельный потенциал О вновь открывающий ключ 1, после чего описанные процессы повторяютсяТаким образом, в схеме осуществляется импульсное поддержание Фазного тока, определяемого уставкой О . При ступенчатом увеличении задающего напряжения О (Фиг, 2) ис 3кажения, обусловленные запаздыванием процессов изменения тока, определяются величиной питающего напряжения О, параметрами двигателя и соответствующим выбором О, При этом может быть достигнута форма тока, искажения которой не превышают допустимых.В процессе Формирования восходящей ветви кривой фазного тока напряжение О = О + Л О на первом входе дополнительного компаратора 15 остается большим, чем О, , при этом его положительный выходной потенциал поддерживает открытое состояние ключа 2 и закрытое состояние аналогового переключателя 12, и падение напряжения на дополнительном резисторе 7 в паузах работы ключа 1 не поступает на вход усилителя 11,При ступенчатом уменьшении (Фиг. ) О ) О, и О Ъ (. .-ОьО выосходные напряжения компараторов 14 и 15 становятся нулевыми, что приводит к запиранию ключей 1 и 2 и открыванию аналогового переключателя 12. Е фазе 3 прикладывается отрицательное напряжение Б и происходит Форсированное спадание тока в Фазе (Фиг. 2) по контуру: Фаза 3 диод 5 - встречно включенный источник - - диод 6 - резистор 7,Падение чапряжения на резисторе 7 Ц , пропорциональное Фазномутоку, поступает через открытый аналоговый переключатель 12 на инвертирующий вход усилителя 11, выходноенапряжение которого Нос вновь будетповторять фазный ток (соответствиеО фазному току устанавливаетсявыбором сопротивления .резисторов4 и 7 и коэффициентов передачи усилителя 11 по инвертирующему и неинвертирующему входам).По иере уменьшения фазного токаи соответственно Ов положительноеоснапряжение появляется сначапа навыходе компарато; а 15 (при О,1= 0 + Ь О -- ДО, где Д 0 зона не 3 7чувствительности компаратора 15),ключ 2 в момент времени 1(фиг, 2)открывается и ток продолжает спадать по контуру: Фаза 3 - ключ 2резистор 4 - резистор 7 - диод 6(аналоговый переключатель 12 приэтом закрывается и сигнал обратнойсвязи по току снимается с резисторач), а затем (при(1 ос = (1, -- ,ЗОвыходе компаратора 14, что приводит коткрыванию ключа 1 и переходу уст 1 ройства к поддержанию нового значения Фазного тока, определяемому 02(Фиг. 2) .Таким образом, введение в устройство описанных элементов и связей обеспечивает формирование симметричной кривой фазного тока путем непосредственного и непрерывного контроля за мгновенными значениями фазных токов двигателя, Устройство пригодно для управления шаговым двигателем с любым числом фаз при любой кратности дробления шага в разомкнутых и замкнутых щаговых электро- приводах.Технические преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключаются в его упрощении, повышении надежности и расши" рении функциональных возможностей, достигаемых эа счет исключения узлов, определяющих такт коммутации, моменты изменения задающих напряжений и формирующих импульсы требуемой длительности. Использование непрерывного контроля за мгновенным/значением фаэного тока обуславливает минимальные отклонения формы кривой фазного тока от формы эада 1098099 8ющих напряжений, что повышает точность электрического дробления шагаи качество привода.по дела13035, Мос цпиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель 3. Горнедактор .П. Повхан Техред И.Асталош ж 667сударственногоизобретений ива, Ж, Рауш Подписиомитета СССРткрытийая наб д, 4/5