Способ старт-стопного управления шаговым двигателем

(21 (22 (46 (71 ского сар ССС 81.СР ВЛЕНИЯ ектр и дви-повышеданной а от ся в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТ) Смоленский филиал Москоэнергетического института(57) Изобретение относится ктехнике, к управлению шаговымгателями. 11 ель изобретения -ние КПД путем формирования зазависимости тормозного моментперемещения. Способ заключаетотключении предыдущей обмотки ключении последующей обмотки и задаии максимального тока в ней за счет питания от источника тока. Измеряют ускорение ротора шагового двигателя с помощью датчика 1 ускорения, Значение ускорения дважды интегрируют интеграторами 3 и 4, в, результате чего находят пройденный путь. С помощью блока нелинейности 13 формируют желаемый закон изменения ускорения при торможении в функции пути. Сигнал с выхода датчика ускорения 1 сравнивают с сигналом блока нелинейности 13 и их разностью управляют током источника газа. При повышении разности заданной величины с помощью сумматора 22 и коммутатора отключают последующую обмотку и включают пре дыдущую. до тех пор, пока указанная разность не уменьшится до заданной величины, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.1 136Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано для управления шаговым электродвигателем (11 Щ).Цель изобретения - повышение быстродействия и КПД путем формирования заданной зависимости тормозного момента от перемещения.На Фиг.1 приведены диаграмма момента, скорости и перемещения ротора шагового двигателя при выполнении од" ного шага; на Фиг.2 - диаграммы зависимости момента от перемещения ротора; на Фиг.3 - схема устройства, реализующего способ.Способ реализуется следующим образом.Отключается предыдущая обмотка и подключается с помощью коммутатора последующая. Питание осуществляется от источника тока и в обмотке создается максимально возможное по условиям эксплуатации значение тока. Закон изменения динамического момента при этом не регламентируется, он зависит от конструкции двигателя и электромеханического переходного процесса при отработке шага.Измеряется ускорение ротора шагового двигателя, по величине ускорения определяется динамический момент 3417 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ЙоМ =М -М =ЕДин АВ с ДС где Мдв - момент двигателя; М - момент сопротивления; Е - момент инерции привода; 6 д - угловое ускорение ротора.Й Значение ускорения дважды интегрируют, в результате чего получают зависимости скорости и пути пройденного ротором при отработке шага (фнг.1).Задаются необходимой зависимостью динамического момента 1 ЦЦ в процессе торможения. Эта зависимость определяется заданной интенсивностью торможения. На Фиг.1 представлена зависимость, позволяющая осуществлять внутришаговое перемещений без пере- регулирования. Это достигается меньшим средним значением замедления по сравнению с ускорением и формированием треугольного графика замедления в конце торможения, Подобный закон позволяет достичь высокого быстродействия и КПД при малом пере- регулировании.Определяется величина пройденного пути Б, внутри шага, с которой необходимо начать процесс торможения, Это значение зависит от соотношения средних величин динамических моментов при пуске и торможении, определяется в процессе настройки привода. При этом необходимо, чтобы запас кинетической энергии при разгоне не превосходил запаса кинетической энергии,на пути торможения.При достижении заданного пути осуществляется процесс торможения. Для управления им с помощью блока нелинейности задается по графикам ускорения и пути (Фиг.1) . График изменения динамического момента М в зависимостИ от пройденного пути (фиг.2).Измеряется разность Ь между текущим значением динамического момента М и желаемым М (Фиг,2).Значение разности используют для уменьшения величины тока в обмотке. При этом возможны два случая: момент сопротивления электропривода значителен и изменение динамического момента в соответствии с. заданным возможно за счет изменения (уменьшения) момента двигателя; момент сопротивления незначителен и желаемого изменения динамического момента невозможно достичь за счет изменения момента, создаваемого последующей обмоткой.Для обеспечения работоспособности шагового электропривода в последнем случае контролируют разность между текущим значением динамического момента и заданного.Если значение разности д превысит заданную величину д осуществляется обратная коммутация обмоток, те. отключается последующая и включается предыдущая обмотка ЩЦ. Ток при этом задается максимально возможным, что обеспечивает "стопньй" режим работы ШД (Фиг.2) .При уменьшении разности ниже заданной вновь включается последующая обмотка и осуществляется режим торможения с управлением величиной токав обмотке.Данный способ управления можетбыть реализован с помощью устройства,которое содержит датчик 1 ускорения,17ра 22, входы которого соединены свыходом обмоток шагового двигателя16 через последовательно включенныедешифратор 21 и блок силовых ключей20, Вторые входы сумматора 22 соединены с выходами первого и второгомультиплексоров 17 и 18 коммутируемые входы которых соединены с шинами"0", и "1" э соответствии с управляющими кодами, Выводы конденсаторов опервого и второго интеграторов 3 и4 соединены соответственно с выходами первого и второго ключей 5 и 6,управляющие входы которых подключенык выходу формирователя 19, вход которого объединен со счетным входомреверсивного счетчика 23 и являетсятактовым входом устройства.Преобразователь 14 напряжение-токвыполняется линейным и реверсивным.Суммирующие усилители 9 и 10 реализуют характеристику "прецизионный11диодУстройство работает следующимобразом,Тактовый импульс поступает насчетный вход реверсивного счетчика23 и вход формирователя 19. В формирователе 23 тактовый импульс дифференцируется и по его переднемуфронту формируется импульс управления, открывающий ключи 5 и 6, которые разряжают конденсаторы интеграторов 3 и 4, подготавливая их к работе. Одновременно меняется состояние реверсивного счетчика 23, выходной код которого через сумматор 22поступает на входы дешифратора 21,дешифрируется и включает соответствующий силовой ключ блока силовыхключей 22. В исходном состоянии напряжение Ппоступает на преобразо-.ватель 14 напряжение-ток и задаетток через обмотку ЩД 16. ШД 16 начинает отработку шагаЗначение тока,а следовательно, и момента ШЦ 16 можно изменить, варьируя величину напряжения П, . Датчик 1 ускоренияфиксирует его величину, а следовательно, и величину динамическогомомента, которая дважды интегрируется интеграторами 3 и 4, На выходеинтегратора 3 сигнал пропорционаленскорости, а на выходе интегратора 4 -пути. Величина пути Б , с которогоначинают торможение, фиксируется компаратором 11. Для этого на один извходов компаратора 11 подают сигнал,з 13634усилитель 2, интеграторы 3 и 4, ключи 5 и 6, переключатели 7 и Я, суммирующие усилители 9 и 10, компараторы 11 и 12, блок нелинейности 13,преобразователь 14 напряжение-ток,элемент И 15, шаговый двигатель (ЩЦ)16, мультиплексоры 11 и 18, формирователь 19, блок силовых ключей 20,дешифратор 21, сумматор 22, реверсивный счетчик 23.Входы первого переключателя 7 соединены с разнополярными шинами питающих напряжений, а выход - со входомпервого интегратора 3 и первым вхо Бдом второго суммирующего усилителя10 через датчик 1 ускорения и усилитель 2,Выход первого интегратора 3 соединен со входом второго интегратора 4, 20выход которого соединен с первымивходами первого суммирующего усилителя 9 и первого компаратора 11, Выход первого суммирующего усилителя9 через блок нелинейности 13 соединен со вторым входом второго суммирующего усилителя 10, выход которогосоединен с первыми входами второгокомпаратора 12 и второго переключателя 8, Шина третьего опорного напряжения соединена со вторым входомвторого компаратора 12, выход которого соединен с первым входом элемента И 15 и с первыми адресными входами первого и второго мультиплексоров 17 и 18. Шина первого опорногонапряжения соединена со вторыми входами первого суммирующего усилителя 9и первого компаратора 11, выход которого соединен со вторым вхоцом эле- "40мента И 15 и со входами стробирования первого и второго мультиплексоров 17 и 18. Шина второго опорногонапряжения соединена со вторым входомвторого переключателя 8, вход управ-;. 4 Бления которого соединен с выходомэлемента И 15, а выход - со входом,преобразователя 14 напряжение-ток.Выход преобразователя 14 напряжениеток соединен с общим выводом обмоток цшвгового двигателя 16.Вторые адресные входы двух мультиплексоров 17 и 18, вход управленияпервым переключателем 7 и вход направления счета реверсивного счетчика23 объединены между собой и являются свходом направЛения движения устройст-.ва. Выходы реверсивного счетчика 23соединены с первыми входами суммато34176сработает второй компаратор 12 и схема вернется к исходному состоянию,продолжая процесс торможения с управ 5лением тока в обмотке ШД 16.Обратная коммутация обмоток ШД 16при срабатывании второго компаратора12 осуществляется следующим образом.Если осуществляется движение вперед,г10 то к коду реверсивного счетчика 23прибавляется код числа (М), гдеИ - число коммутируемых обмоток ШД 16,если назад - то 1.На схеме (фиг.3) рассмотрен ШД,15 имеющий четыре обмотки, При этомреверсивный счетчик 23 двухразрядный,а соответствующие двоичные числа 11и 01. Коды данных чисел формируются,мультиплексорами 17 и 18. Старший20 адресный разряд управляющего кодамультиплексоров 17 и 18 подключен по"входу задания направления движенияи соответствует О при движениивперед и "1" - назад. При срабатыва 25 нии второго компаратора 12 и поступлении сигнала "0" на младший адресный разряд управляющего кода управляющий код соответствует 00 - придвижении вперед и 01 - при движенииЗ 0 назад. На первых коммутируемых входахсоздают комбинацию 11, вторых - 01,третьих и четвертых - 00. Этот кодпоступает на вторые входы сумматора22 и суммируется с кодом реверсивного счетчика 23. Когда работа мультиплексоров 17 и 18 запрещена напути 0 - Б, сигналом с выхода первого компаратора 11, то на их выходахприсутствуют сигналы "О",Для того, чтобы схема управленияне содержала двухполярных блоков 3,4, 9, 10, 11, 12, 13, при изменениинаправления движения с помощью первого переключателя 7 меняют знак пи 45 тающего напряжения датчика 1 ускорения. При этом, знак выходного напряжения датчика,1 не зависит от направления движения ШД 16.В случае необходимости созданияб 0 в обмотке ШД после отработки шагазаданного тока в кривой моментаМ (Б) формируется полочка М, амплитуда которой соответствует. заданномутоку.бб б136 пропорциональный текущему пути, а на второй - Г, пропорциональноеоп фпути Я,.При этом их равенстве на выходе компаратора 11 сигнал меняет свое значение с сигнала "0" на "1", что создает на вход элемента И 15 комбинацию 11 и разрешает работу мультиплексоров. Элемент И 15 выходным сигналом "1" переключает. второй переключатель 8, который отключает вход преобразователя 14 от опорного напряжения Г, и подключает к выходу суммирующего усилителя 10. Одновременно на выходе первого суммирующего усилителя 9 появляется напряжение, пропорциональное разности текущего пути и Б Этот сигнал поступает на вход блока нелинейности 13, имеющего зависимость выходного напряжения от входного, пропорциональную зависимости М (Я) (фиг.2), Второй суммирующий усилитель 10, на входы которого поступают сигналы желаемого и текущего динамических моментов, формирует их разность. Причем, этот сигнал Формируется только в случае превышения тормозного текущего динамического момента над желаемым. В противном случае сигнал на выходе второго суммирующего усилителя 10 равен нулю. Значение тока через обмотку уменьшается и начинается процесс торможе- ния под действием статического момента. Если запас кинетической энергии значителен, а момент сопротивления небольшой, то изменение текущего динамического момента в большой мере отстает от желаемого. Это фиксирует второй компаратор 12. При превышении указанной разностью значения Ь задаваемой опорным напряжением Гю, срабатывает компаратор 12 и его выходной сигнал меняет свое значение с "1" на "0". На входе элемента И 15 создается комбинация 01, в результате чего его выходной сигнал вновьпереключает переключатель 8, подклю. чая вход преобразователя 14 напряжение-ток к опорному напряжению Ц и создавая значительный ток в обмотке ШД 16, Одновременно с этим мультиплексоры 17 и 18 и сумматор 22 осуществляют обратную коммутацию обмоток ШД 16. Создается "стопный" режим торможения ЩД 16, который длится до тех пор, пока значение разности Л не станет ниже 1 е . При этом, вновь Применение данного устройствапозволяет формировать внутришаговыйпереходной процесс ШД, что расширяетдиапазон применения шаговых электро1363417 10 7приводов, повышает быстродействиеи КПД,Формула изобретения5 1, Способ старт-стопного управления шаговым двигателем, включающий в каждом такте движения отключение предыдущей обмотки, включение последующей обмотки и уменьшение тока в ней, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и, КПД путем Формирования заданной зависимости тормозного момента от 15 перемещения, задают указанную зависимость и длину перемещения при начале торможения, после отключения предыдущей и включения последующей обмотки измеряют ускорение подвижно го элемента двигателя, путам двукратного интегрирования определяют его перемещение, сравнивают его с заданным, при превышении которого уменьшают ток в последующей обмотке, определяют по ускорению текущее значениетормозного момента и по разности текущего и заданного значений тормозногомомента регулируют ток в последующейобмотке,2. Способ по п.1., о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью применения способа при низкой нагрузке двигателя, дополнительно задают допустимое значение разности данного тормозного момента и текущего, после начала уменьшения тока в последующей обмотке сравнивают разность заданного текущего значений тормозного момента с допустимым значением, при превышении которого отключают последующую обмотку и включают предыдущую на время снижения указанной разности до допустимой величины.1363417 Составитель В.АнфимоТехред М.Ходанич Редактор И.Сегля орректор С.Черни Зака Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная 6576/51 Тираж 659 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва Ж, Рау