Устройство стартстопного управления четырехфазным шаговым двигателем

-07 43156213. 10.815.07.8 авления шаговыми двига ь изобретения - повьппе ействия и нагрузочной и. Устройство содержит ка 27 в цепях фазных о гового двигателя, исто для уп ми. Це быстро еля -и Бюл. У 26аско, В.И.С(088.8)лектропрми/Под рргия, 19 ния высокого уровня с регуля уровня возбуждения, подклюк обмоткам 1-4 через тиристоавод с М.Аи 48 рьп 13, и истряжения, по1-4 через дипечивает стапри нефорсирсированное смой обмоткеи устанавливданной нагруторможении,ф с ныи к обм Устройств камобесиеи форлючае дключ оды 5 ртстопное управл ованном включени нижение тока в от и этом вычисляется ется оптимальное пр к элеклектрользовано зке значение ток5 л ., 1 табл. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57)тротеприво торское свидетельство СССР 94, кл. Н 02 Р 8/00, 1982СТРОИСТВО СТАРТСТОПНОГО УНИЯ ЧЕТЫРЕХФАЗНЬМ ШАГОВЫМ ДВИИзобретение относитс хинке, в частности к дам, и может быть ис очник 7 постоянного на3 149419Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано для управления шаговыми двигателями, преимущественно волновыми.Цель изобретения состоит в повьппении быстродействия и нагрузочной способности.На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 принципиальная схема блока коррекции; на фиг3 - диаграмма электромагнитных моментов и напряжений, иллюстрирующие работу устройства, на фиг.4 - принципиальная схема управляющего элемента; на фиг5 - принципиальная схема канала дешифратора. 10 15 Устройство управления волновым шаговым двигателем (ВШД) с фазными 20 обмотками 1-4, подключенными через разделительные диоды 5 и усилители 6 мощности к источнику 7 питания постоянного тока, включает датчик шагов с каналами 8 и 9 (представляющими собой индукционные датчики положения волны деформации, установленные на корпусе ВЦЦ, причем канал 8 установлен на оси фазы 1, а канал 9 на оси фазы 2), распределитель 10 им пульсов, регулятор 11 уровня возбуждения, источник 12 питания высокого уровня, подключенный через регулятор 11 уровня возбуждения и два тиристора 13 к точкам соединения фазных об моток 1-4, объединенных в нечетную 1, 3 и четную 2, 4 группы, с резисторами 14 соответствующих форсирующих цепей и через разделительные диоды - к источнику 7 питания. Управ ляющие входы тиристоров 13 соединены с соответствующими входами триггера 15 и с выходами соответствующих элементов 16 и 17 фиксации нулевого уровня, входы которых соединены с 45 соответствующими входами управляющего элемента 18 и через дифференцирующие элементы 19 и 20 соединены с выходами каналов 8 и 9 датчика шагов. Выходы триггера 15 соединены с управляющими входами двух ключевых элементов 21, соединяющих выходы каналов 22 и 23 (корректирующая цепь) блока 24 коррекции с входами элемента ИЛИ 25, выход которого через третий ключевой элемент 26, управляющий вход которого соединен с выходом управляющего элемента 18, соединен с упранлявщим входом регулято 6 4ра 11 уровня возбуждения. Входы каждого канала 22 и 23 блока 24 коррекции соединены с выходами датчиков 27 тока, которые включены между соответствующей фазной обмоткой и точкой соединения анода диода 28 форсирующей цепи с усилителем 6 мощности, управляющий вход которого соединен с выходом одного из каналов 29 дешифратора, первый вход которого соединен с выходами распределителя 10 импульсов, второй вход - с выходом управляющего элемента 18, третий вход - с выходом соответствующего канала блока 24 коррекции.Блок коррекции (фиг. 2) содержит два канала 22 и 23, каждый из которых состоит из первого сумматора 30, входы которого являются входами канала блока коррекции, а выходы соединены с входом квадратора 31, выходы которого соединены с первым входом умножителя 32, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 33, вход которого соединен с выходом элемента 34 извлечения квадратного корня, выход которого является выходом канала 22 или 23 блока 24 коррекции, причем вторые входы умножителя 32 и второго сумматора 33 являются установочными.РУправляющий элемент (фиг. 4) содержит элемент 35 вычитания, входы которого соединены с входами элементов фиксации нулевого уровня 36 и являются входами управляющего элемента, выходы элементов 36 фиксации нулевого уровня соединены с входами логического элемента ИЛИ 37, выход которого соединен с первым входом триггера 38, второй вход которого соединен с выходом элемента 39 фиксации нулевого уровня, вход которого соединен с выходом элемента 35 вычи" тания, причем выход триггера 38 является выходом управляющего элемента,Канал дешифратора (фиг5) содержит элемент И 40, входы которого являются первым и вторым входом ячейки дешифратора, а выход соединен с первым входом логического элемента ИЛИ 41, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом логического элемента И 42, первый вход которого соединен с выходом порогового элемента 43, вход которого является третьим входом ячейки дешифратора, а второй(тдк ;лк фдэд точику пи чя комутации фдз, и ддццой фаз., и цачецие,1 С Мдемого то 2 подклюн цредыду КМ.Ычецк:с тдкте клющий пьцое 3 ТОК, ПРОЕЕТ Е 10 МИ) - хдрлкт-ри"икл электромдгцит- ИОГ О моыИтл (.) с О аденастого то ком фазы .3 (тдк как фазаттодключена к источнику питлция н момсцт цоступлеци 51 упрднтяюего тмцульса, в ддетцой фазе идет переходный процесс цдт),стан 5 тока от цулсно) о зцдче- циЯ,1 О ОмицлльОГО1 рц д ж.ции ротора ВЩ цд итерл), Огрлциченчом угловми координатами 1, 11 ротор дка 5 тинает киеетио 1,с: цсргю(Фиг. 3) . В тс)чк : угОВОи коо)5111 лтой (1) кОс тордя с ос)ТМ.тстнует по 1 О 1 це зчдчеция шага. сигцлс, сцимдемый с канала дет и,д 9 шлОв (П; фиг, 1), имеет мдксимдлт цое зцдчеци. ,т 1 цдл (1,9 с 13 1 х Од 1 . 1 Гикрт Н 1 дго ) тостлет л вход дфферецтн р,ошго элемента 1 " ныходл котоО: О с,цмстется сит- а )о ( )и), 3), ( гц 151 .,) Р 11 те):О)дец 1 ротором ВКгл )ног 1 О)1 о к.ц ); цриц 11)е Г 1 у,1 етЗОО зца(т:к кд 11 дГилец н ддц 5 14од тетете 1 ) . соединен . н Од ммецтд Н:)11, причем нходэ.1 сме 1. с 11. В 1 5л е:я етГ я цых о:смчейк ш;тфрдторл.Устр; истно рдготлет следующим)( р л э )м,11),т,;с.5)им, тр Одл из фдз11.Гк,т),11 тс я ( цдцрме 1) фдад 1),.:Гмотрим 1 тлботу устОй Гн, 1 Н)исимы.тричцой цдрной ех и кокутдции фаз. )О тосту;ения уцранляющет о 1 мцупьсл ротор Вт 71 злцимдет фикс.ир)дццое цоложецие с удоной коор;атой р, (1)т .3), соотнетстнующс е предыд .щему такту к )мутдцтпт фаз,В момент поступления управляющегоиму.тьел фдад 1 ртклк)чается, фдза Эподключается к источтцтку ИТани.Вспедстпис этого ротор тВЦ начинаетцеремещдться в новое фиксировдцноеположение. Дьижецете ротора осущестД.отея Ц );ОМЕЦТой ХаРДКТЕРИСТИК 1д. В (фиг, 3), котс)11 является суммой следук)щих мометцых х,11)дктерис- ток, протекающии во вклюпредьтпущем такте коммутадо поступления управляюульса, фазной обмотке ВЦЦ яющий значениеи ротором второ ГДЕчеццой в ции, т.е щего имп Мво времяго полушагакоординатами и определотработкограниче9 Е И Р ного угловыми постоянные коэффе конструктивные циенты,бен читывающеости ВШДд- ток, протека аемой в момент пост яющего импульса фаз ций Во вкл 10 ления управй обмотке ение вто пределяющии зна тработки роторо 5 время о по оордГл овьемт ичеццого шдгл, о натами ( и р И - величина, у разгона ротора итывающая эн во время отрабоограниченного ми /3, и /, за ромагнитного мо ение механическ ц перво го полушагакоординатачеция элект М М зцзч ецта цд рузки ГЛОВЫМИ чет зна ецтдо модлу риложенного н В(1 Д.35Напряжения с ньеходон диффереццирующих элементов 19 и 20 (с и (1,)19поступают ца входы управляющего элемецта 18, на выходе которого уста цднлиндется напряжение, имеющее дОстдточцьтет уронень для отпирания ключевого элемента 26. Напряжения Би ) поступают также на вход элементов фиксации нулевого уровня 16 и 17.45 На выходе соответствующего элементафиксации нулевого уровня (в данномслучае на выходе элемента 16) устанавливается цапряжетце, поступающее на управляющий вход ключевогоэлемента 13 (тиристорл) и обеспечинающее его отпирание, а также навход триггера 15, устанавливая егов соответствующее состояние, приэтом происходит отпирание соответствующего ключевого элемента 21,управляющий вход которого соединен сответствующим выходом триггера 5.и движении ротора В. на интервале,ограниченном угловыми координатами со Пр 941966цой точке) . Нулевое значение напряжения ( является сигналом начала регулирования величины электромагнитного момента 11 путем изменения значения тока, протекающего вфазе 2 ВШД, по следующему закону:45 на вход блока 24 коррекции, а именно на вход соответствующего суммирующего элемента 30 поступает сигнал, снимаемый с выхода датчика 27 тока, установленного последова 5 тельно с фазой 3 ВИД (в данной фазе продолжается переходный процесс нарастания тока, а следовательно, и электромагнитного момента Мь). С выхода суммирующего элемента 30 сигнал, пропорциональный току, протекающему в фазе 3 ВИД, поступает на вход квадратора 31, где производится операция "Возведение в квадрат", после чего сигнал поступает на первый вход умножителя 32, где производится операция "Умножение", причем на второй вход умножителя 32 поступает напряжение уставки У20 пропорциональное коэффициенту К,.Далее сигнал поступает на первый вход сумматора 33, на второй вход которого поступает напряжение уставки Уо, пропорциональное величине (И-КИ). Сигнал, снимаемый с выхода сумматора 33, поступает на вход элемента 34 извлечения корня, где производится операция нИзвлечение квадратного корня", Таким образом корректирующая цепь 32 блока коррекции 24 формирует на выходе элемента 34 сигнал уставки, пропорциональный требуемой при данном угловом положении ротора величине тока, протекающего в фазе ВИД. Использование сумматора 30 позволяет сократить количество корректирующих цепей за счет того, что фазы 1 и 3, а также 2 и 4 ВИД не могут бытьвключены ни в одном такте коммутации одновременноВыходы датчиков тока указанных фаз выведены на одну корректирующую цепь при использовании сумматора 30. Сигнал, снимаемый с выхода корректирующей цепи (с выхода элемента 34), поступает черезоткрытый ключевой элемент 21 на вход логического элемента ИЛИ 25, с выхода которого сигнал поступает через открытый ключевой элемент 26 на управляющий вход регулятора 11 уровня возбуждения. Регулятор 11 уровня возбуждения в зависимости от сигнала установки, сформированного блоком коррекции 24, увеличивает потенциал в точке соединения фазы 2 ВЦЦ с источником питания через соответствующий открыл,й тиристор 13. Вслед 3 4 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 О 0 0 О 1 1 0 1 О, 1 0 1 0 1 О 1 ствие этого увеличивается ток, протекающий в фазе 2 ВЦ, и электромагнитный момент И . На фиг.З пунктирной линией показана моментнаяхарактеристика Ипри отсутствиирегулирования, сплошной линией - изменение момента Ипри осуществлениирегулирования величины тока, протекающего в фазной обмотке ВШД. Приэтом соблюдается условие равенствакинетических энергий Ии и, Вмомент прихода ротора ВЩД в новоефиксированное положение с угловойкоординатой р , сигналы, снимаемыес выходов дифференцирующих элемен -тов 19 и 20 (Б и Б ) принимаютравные значения, поступают на входыуправляющего элемента 18 и устанавливают на его вьйоде напряжение нулевого уровня, что вызывает эапирание ключевого элемента 26. Такимобразом, управляющий вход регулятора11 уровня возбуждения оказываетсяотключенным от выхода блока 24 коррекции, это приводит к уменьшениюпотенциала, создаваемого на анодетиристора 13, а следовательно, кего запиранию. На фазе 2 ВЩЦ устанавливается значение напряжения источника питания, а по форсирующейцепи ток данной фазы снижается дономинального значения. При этомфазная обмотка 2 отключается от источника питания путем кратковременного запирания ключевого элемента 26,так как формирование на выходе управляющего элемента 18 напряжениянулевого уровня приводит к появлению на выходе канала дешифратора 29нулевого уровня, которое он сохраняет до тех пор, пока ток в фазе ВЩЦне достигнет номинального значения.В таблице приведены состояния выхода канала дешифратора, причем напряжение Б ,снимаемое на выходе порогового элемента 43, имеет единичныйуровень при фаэном токе ниже номинального уровня.Во включенной в данном такте коммутации фазе 3 ВШД заканчивается переходный процесс нарастания тока дономинального значеция таким обраУ5зом ротор ВШД фиксируется в новомфиксированном положении (в данномслучае,а, фиг. 3).При поступлении следующего управляющего импульса работа устройстваповторяется, за исключением того,что сигнал уставки,пропорциональноитребуемому значению тока, формируеткорректирующая цепь 22, вход которой соединен с выходами датчиков 27тока, установленных последовательнос фазами 1 и 3 ВШД.ЪТакое выполнение устройства позволяет осуществлять перевод ротораВЩЦ в новое фиксированное положениес нулевым значением скорости перемещения, достигая при этом повышениенагруэочцой способности за счет рационального регулирования значенияэлектромагнитного момента, создаьасмого током фазы, включенной в предыдущем такте коммутации,Кроме того, повышается быстродействия, так как отладает необходимость обеспечения форсированного нарастания тока в момент прихода ротора в точку нового фиксированного положения. Ток, протекающий во включ;.ццой в момент поступления управляющего импульса фазе ВШД за время отрдбо - ки ротором шага перемещения, принимает номинальное значение без применения каких-либо дополнительных средств, тогда как ток, протекающий в фазе ВШД, включенной в предыдущем такте коммутации фаз, снижает с ое значение до номинального за счет использования форсирующей цеги практически мгновенно.45Формула изобретенияУстройство стартстопного управления четырехфазным шаговым двигателем, содержащее источник постоянного тока, 5 О соединенный с усилителями мощности по числу фаэ, датчик шагов, распределитель импульсов ц регулятор уровця воэбуящения, о т ч и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения быстродействия и нагруэочной способности, в него введены триггер, двадифференцируюших элемента, два тиристора, два элемента фиксации нулевогоуровня, четыре датчика тока, логический элемент ИЛИ., три ключевых элемента, четырехканальный дешифратор,управляющий элемент, блок коррекции,включающий в себя два канала, четырефорсирующие цепи, каждая из которыхсостоит из последовательно соединенных диода и резистора, а также источник питания высокого уровня, подключенный через регулятор уровня возбуждения к анодам двух тиристоров,катод каждого из которых соединен срезисторами двух форсирующих цепейи через разделительный диод - с источником постоянного тока, управляющие входы первого и второго тиристоров соединены с соответствующимивходами триггера и с выходами элементов фиксарш нулевого уровня, входыкоторых соединены с соответствующимивходами управляющего элемента и через дифФеренцирующие элементы соеди"цены с вьходами датч ка шагов, выполненного двухкаальцьм, вьиоцы триггера соединены с управляющими входами двух ключевых элементов, соединяющих выходы каналов блока коррекциис входами элемента ШИ, выход которого соединен с управляющим входомрегулятора уровня возбуждения черезтретий кпючевой элемент, управляю"щчй вход ко 1 орого соединен с вьиодом управляющего элемента, входыкаждого канала блока коррекции соединены с выходами датчиков тока соответствукгих фаэных обмоток двигателя, причем каждый датчик токаподключен к точке соединения анодадиода форсирующей цепи с усилителеммощности, при этом управляющий входусилителя мощности соединен с соответствующим выходом дешифратора, первые входы каждого канала которогосоединены с выходами распределителяимпульсов, вторые входы - с выходомуправляющего элемента, а третьи входы - с выходами датчиков тока.1494196 Составитель В,АлфимовРедактор Л.Пчолинская Техред А.Кравчук Корректор С.Шекмар Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Заказ 4 127/ ВНИИПИ Госу Тираж 550ственного комитета и рытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж/5 Подписное о изобретениям и отк 35, Раушская наб., д