Устройство для управления двумя шаговыми двигателями

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскнкСоцналнстнчесннаРеслублнк 743153(23) Прицритет -Опубликовано 25.06,80. Ьктллетеиь23Дата опубликования описания 28,06,80 оо делам нэабретевий н открытий(72) А вторы изобретения В, А. федукцн, В. И. Демкин и В. Г, Копп Московский институт электронной техники(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУМЯ ШАГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИми )11. Изобретение относится к электротехнике и может быть испмьзовано в сис темах автоматического управления приводом с щаговыми двигателями.Известно устройство для управления несколькими двигателями, содержащее датчики скорости, схемы сравнения сигналов датчиков с заданными сигналаНедостатком указанного устройства является невозможность получения синфазного движения двигателей, обусловленная низкой точностью синхронизации.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и постигаемому результату является устройство для управления двумя шаговыми двигателями, содержащее в каждом цз двух каналов датчик положения ротора двигателя, соединенный со входами распределителя импульсов, подключенного выходами ко входам усилителя мопностц через элементы И 21. Недостатком устройств являетсяневозможность установления заданногосоотношения угловых положений роторови их скоростей а также недостаточнаяточность, обусловленная тем, что сигналы с датчиков поступают только послеотработки шага, что не позволяет контролировать положения ротора внутри шага.Цель изобретения - повышение точцос Оти синхронизации и расширение диапазона изменения соотношения скоростей двигателей.Это достигается тем что каждый из 15 двух каналов дополнительно содержитмасштабный усилитель с регулируемымкоэффициентом усиления, элемент памяти,формирователь импульсов, инвертирующий и суммирующий усилители, а такжеобщие для обоих каналов цнвертор, компаратор и элемент ИЛИ, связанный двумя входами с выходами масштабных усилителей через формирователи цллпульсов,а выходом - с управляюшцм входом эче20 Предлагаемое устройство содержитшаговые двигатели 1 и 2 с потенциальными датчиками 3 и 4 положения на валах двигателей, соединенные с фазнымиусилителями 5 и 6 мощности, Выходыдатчиков положения связаны через распределители 7 и 8 импульсов с первымивходами двух групп логических элементовИ 9,10,11, 12,13, 14,15 и16 и со входами масштабных усилителей 17 и 18, выходы которых соединенысо входами формирователей 19 и 20 импульсов. Выходы формирователей 19 и20 импульсов связаны со входами логического элемента ИЛИ 21, соединенноговыходом с управляющими входами аналоговых элементов 22 памяти и 23, выходы которых соединены со входами инвертируюших усилителей 24 и 25 и со вторыми входами соответствуюших суммируЪ40юших усилителей 26 и 27, подключенныхпервыми входами к выходам масштабныхусилителей, а выходами - ко входам компаратора 28, Выход компаратора 28 соединен со вторыми входами элементов И45первой группы, и через инвертор 29 -со вторыми входами второй группы элементов И. Выходы каждой из групп элементов И связаны со входами соответствующих усилителей 5 и 6 мощности.50На фиг. 2 показаны временные диаграммы выхоцного сигнала одного из датчиков Д 1 и выходных сигналов с распределителя импульсов 1 Р 11 Р 1, 1 Р,1 Р 1 У, причем первая цифра означает номер двигателя, а вторая - номер коммутируемой фазы. Кроме того на фиг,изображены временные циаграммы сигналов с выходов масштабных усилителей 25 30 3 74315 ментов памяти обоих каналов, подключенных своими сигнальными входами к выхсцам соответствующих масштабных усилителей, входы которых соединены с выходами датчиков и первыми входами суммирующих усилителей, связанных вторыми входами через инвертирующие усилители с выходами элементов памяти, а вико- дами с двумя входами компаратора, поцключенного своим выходом ко вторым входам элементов И одного канала непосредственно, а второго - через инвертор.На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 и 3 - временные диаграммы сигналов на выходах элементов схемы применительно к четырехфазным шаговым двигателям. 3 фМУ 1 и МУ 2, формирователей импульсовФКИ 1 и ФКИ 2 и элементов ИЛИ Е ФКИ,а также элементов памяти ЭП 1 и ЭП 2 исуммирующих усилителей Е 1 и Х 2На фиг. 3 представлены временныедиаграммы выходных сигналов с датчиковД 1, Д 2 и выходных сигналов с сумматоров Е 1, Х 2, а также временные диаграммыпрямого К и инвертированного И сигналов с выхода компаратора и временныедиаграммы сигналов с выходов элементовИ, питающих фазы двигателей 1 Ф 1, 1 ФП,1 ф, 1 Ф 1 У, 2 Ф 1, 2 ф 1, 2 Ф 11, 2 Ф 1 У,причем пунктиром обведены сигналы свыходов распределителей импульсов,Устройство работает следующим образом, Шаговые двигатели 1 и 2 с потенциальными датчиками 3 ц 4 положения на валах, соединенные с выходамифазных усилителей 5 и 6 мощности, работают в режиме бесколлекторной машины постоянного тока, Коммутация фазобеспечивается подачей с выходов распределителей 7 и 8 импульсов на первыевходы групп логических элементов И 9,10, 11, 12 и 13, 14, 15, 16.Пилообразные сигналы с датчиков положения подаются на масштабные усилители 17 и 18 с регулируемыми коэффициентами усиления. Соотношение коэффициентов усиления масштабных усилителей 17и 1 8 задается обратно пропорциональнымтребуемому соотношению скоростей двигателей,формирователи 1 9 и 20 импульсов вырабатывают импульсы в моменты времени, соответствующие концу периода следования сигналов с датчиков. Эти импульсычерез логический элемент ИЛИ 21 поступают на управляющие входы аналоговыхэлементов 22 и 23 памяти, которые осуществляют запоминание текущего значения выходного сигнала каждого масштабного усилителя до момента прихода следующего импульса элемента ИЛИ,Уровни сигналов, заполненные элементами памяти, инвертируются на инвертируюших усилителях 24 и 25 и суммируются на суммирующих усилителях 26 и27 с текущими значениями сигналов, поступающих с выходов соответствующихмасштабных усилителей. Благодаря этомуобеспечивается привязка начала пилообразных сигналов с разных масштабныхусилителей к единому моменту времени,При отработке одного и того же углаповорота роторов обоих двигателей выходной сигнал с масштабного усилителя, сое циненного с выходом датчика двигателя,имеющего скорость меньше заданной, будет более высокого уровня, чем сигналс выхода масштабного усилителясоединенного с выходом датчика двигателя,имеюшего скорость больше зацанной. Поэтому на выходе компаратора 28 появляется сигнал высокого уровня, поступаюший на вторые входы элементов И, отно 3153 6рого под действием нагрузки измениласьскорость, что имело место в рассмотренных аналогах,Предлагаемое устройство обеспечиваетзаданное соотношение скоростей вращения и мгновенных положений роторов двигателей как в установившихся, так и в переходниках процессахчто повышает точность и быстродействие системы приводао 5 сяшихся к двигателю, имеющему скорость больше заданной, и через инвертор 29- на вторые входы элементов И, относя- шихся к двигателю, имеюшему скорость меньше заданной, При этом двигатель с большей скоростью начинает разгоняться, вследствие чего возрастает крутизна выходного сигнала датчика этого двигателя, и в момент достижения им уровня сигнала с датчика двигателя с меньшей скоростью происходит переход компаратора в противоположное состояние, После этого начинает разгоняться двигатель с меньшей скоростью, а двигатель с большей скоростью тормозится под действием момента нагрузки до момента очередного срабатывания компаратора.Так как процесс осуществляется с большой частотой, то питание двигателя, вращающегося с большей скоростью, производится последовательностью импульсов с большим коэффициентом заполнения периода, а двигателя, вращающегося с меньшей скоростью, - последовательностьюимпульсов с меньшим коэффициентом заполнения периода, вследствие чего в обмотках двигателей устанавливаются средние значения токов, прямо пропорциональные коэффициентам заполнения периодов. Из представленных на фиг, 3 временных характеристик видно, что управление соотношением скоростей и мгновенных положений роторов двигателей производится внутри каждого шага, Кроме того, при увеличении нагрузки на валу одного из двигателей, вызывающей уменьшение его скорости, происходит дополнительный разгон этого двигателя, в то время как цругой двигатель тормозится до моменте устранения возникшей погрешности в соотношении скоростей. Этот способ коммутации позволяет сократить время переходного процесса установления заданного соотношения скоростей по сравнению с тем случаем, когда погрешность устраняется путем изменения режима цвижения только того двигателя, у котопри отработке заданных перемещений,Оно позволяет непрерывно изменять соотношение скоростей двух двигателей и может найти применение в различных системах числового программного управления, например координатографами, столами металлорежущих станков и т. д. Формула изобретения Устройство для управления двумя щаговыми двигателями, содержащее в каждом из двух каналов датчик положенияротора двигателя, соединенный со входами распределителя импульсов, подклнненного выходами ко входам усилителя мощ 25ности через элементы И, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью повышенияточности синхронизации и расширения диапазона изменения соотношения скоростейдвигателей, каждый из двух каналов до 30полнительно содержит масштабный усилитель с регулируемым коэффициентомусиления, элемент памяти, формировательимпульсов, инвертируюший и суммируюший усилители, а также общие для обоихканалов инвертор, компаратор и элементИЛИ, связанный двумя входами с выхо- .дами масштабных усилителей черезформирователи импульсов, а выходом -с управляюшим входом элементов памяти обоих каналов, подключенных своимисигнальными входами к выходам соответствующих масштабных усилителей,входы которых соединены с выходамидатчиков и первыми входами суммирую 45ших усилителей, связанных вторыми входами через инвертируюшие усилители свыходами элементов памяти, а выходамис двумя входами компаратора, подключенного своим выходом ко вторым вхоцам50элементов И одного канала непосредственно, а второго - через инвертор.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 415645, кл. Я 05 д 13/02, 1971.2. Авторское свидетельство СССРМ 493886, кл. Н 02 Р 7/60, 19751 прототип) .