Устройство для позиционного управления шаговым двигателем

и 924816 Союз СоветскикСоциапистичвскикРеспублик ОП ИСАЙКЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЗЬСТВУ. Дата опубликования описании 03.08,82(51) й. л. Н 02 Р 8/00 фвударставвй кевпет ВВЕР в делан кзебретеннй и вткриткВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЗИЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМИзобретение относится к области электр. ротехники, а именно к управлению шаговыми двигателями и может быть использовано, например, в электроприводах механизмов прокатных станов с позиционным управлением.Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее коммутатор фаз шагового двигателя, импульсный датчик положения, установленный на валу двигателя, выполненный с числом импульсов на оборот, равным числу шагов двигателя, генератор импульсов управления, счетчик и блок сравнения 1,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для позиционного управления шаговым двигателем, содержащее установленный на валу двигателя импульсный датчик, блок цифрового задания величины перемещения, реверсивный и нереверсивный счетчики импульсов, блок сравнения, генератор управляюних импульсов, связанный через элемент И и узел разрещения с входом коммутатора Фаз шагового двигателя 21 .Недостатком устройства является низкая надежность и быстродействие припеременной нагрузке на валу двигателя,что обусловлено контролем отработкитолько целого шага, не позволяющимизменять режим коммутации двигателяпри пуске с изменяющимся моментом10нагрузки.Цель изобретения - повьппение падежности и быстродействия при переменнойнагрузке на валу двигателя,Поставленная цель достигается тем,15что в устройстве, содержашем установленный на валу двигателя импульсныйдатчик, блок цифрового задания величины перемешения, реверсивный и нереверсивный счетчики импульсов, блок сравнения, генератор управляющих импульсов,связанный через элемент И и узел разрешенияс входом коммутатора фаз шагового двигателя, введены триггер идешифратор, подключенный своими двумя3 92 выходами к входам прямого и обратного счета реверсивного счетчика, входам узла разрешения и единичным входам триггера, соединенного нулевым входом с выходом блока сравнения, а выходомс входом нулевого разряда дещифратора, подключенного входами всех разрядов к выходам нереверсивного счетчика, связанного входом установки нуля с выходом узла разрешения, а счетным входомс выходом датчика, число положений которого на один обооот в несколько раз превышает число шагов двигателя.На фиг. 1 приведена фкнкциональная блок-схема устройства; на фиг, 2- временные диаграммы, иллюстрирующие работу схемы; на фиг. 3 - угловые характеристики для четырехфазного шагового двигателя.Устройство для позиционного управления шаговым двигателем (фиг. 1) содержит блок 1 цифрового задания, блок 2 сравнения, элемент И 3, генератор 4 управляющих импульсов, узел 5 разрешения, коммутатор 6 фаз шагового двигателя 7 с импульсным датчиком 8 на валу, Выход датчика 8 подключен к входу счетчика 9, соединенного выходами с дещифратором 10. Реверсивный счетчик 11 связан входами прямого и обратного счета с выходами дещифратора 10 и нулевыми входами триггера 12, подключенного единичным входом к выходу блока 2 сравнения, а выходом - к входу нулевого разряда дешифратора 10. Датчик 8 вырабатывает число импульсов на один оборот вала двигателя в несколько раз превышающее число шагов.Устройство работает следующим образом.Число, соответствующее величине перемещения,записывается в блок 1 цифрового задания либо в унитарном ( Й 5 ), либо в параллельном ( 5) коде и посту пает на входы блока 2 сравнения в виде параллельного кода 5 5. Сигнал обратной связи, соответствующий фактическому положению ротора шагового двигателя 7, вырабатывается также в параллельном коде ( Во) на выходах реверсивного счетчика 11 и поступает на входы блока 2 сравнения. При стоянке привода с второго выхода блока сравнения снимае ся сигнал "Нуль рассогласования по положению", который по единичному входу перебрасывает триггер 12 в единичное состояние, Триггер 12 в свою очередь переключает дешифратор 10 на фиксацию числа импульсов, соответствующего по 4816 ,4 .ловине шага двигателя. Число 5 в бло 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ке 2 сравнения сравнивается с сигналом о фактическом положении ( ВО), снимаемом с реверсивного счетчика 11. При наличии рассогласования по положению элемент И 3 открывается и импульсы с генератора 4 через узел 5 разрешения поступают на коммутатор 6 двигателя 7, Узел 5 разрешения представляет собой логическую схему, выполняющую следующие функции,1. Формирование очередного управляющего импульса переключения фаз двигателя 7 ( ,т ) при условиях подтверждения отработки предыдущего шага (импульс д, д ) и прихода очередного импульса (,) от генератора 4.ф 2, Удержание счетчика 9 в нуле от момента прихода импульса д)йомомента прихода импульса(фиг.2).3. Изменение направления вращениядвигателя 7 при изменении знака рассогласования заданного и отработанногоперемещений ( 5- " рс),После подачи управляющего импульса ( 1 д на фиг. 2) происходит коммутация фаз, и двигатель 7 приходит в движение ( м на фиг. 3). От импульсногодатчика 8 поступают импульсы ( , нафиг. 2), которые подсчитываются счетчиком 9, После прохождения двигателемполовины шага на одном из двух выходовдешифратора 10 появляется сигнал, свидетельствующий об отработке половиныпервого шага шаговым двигателем в положительную Ыд, или отрицательнуюсторону вращения (если число импульсов д, вырабатываемое датчиком 8 наодин шаг двигателя, нечетное, то половина шага определяется с округлением).Импульс с одного из выходов дещифратора 10 (9, или , ) поступает наодин из равноценных входов узла 5, переводит счетчик 9 в нуль и дает разрешение на прохождение следующего управляющего импульса (на фиг. 2) Этимобеспечивается поддержание угла рассогласования магнитных осей статора иротора в пределах одного полупериодасинхронизируюшего момента (для четырехфазного двигателя с 4-тактной коммутацией). Одновременно сигнал , (Р )подается на один из двух нулевых входовтриггера 12 и перебрасывает его в нулевое состояние. Триггер 12 переключаетдешифратор 10 на фиксацию полного шага(числа импульсов, соответствутошего одномушагу, взятому с округлением в сторону меньщего), После подачи второго управлявшего,5 9248импульса двигатель 7 продолжает вращаться (и) на фиг. 2), но импульсы на выходахдешифратора 10 вырабатываются приэтом только после обработки целого шага ( 5, на фиг. 2).5При вращении двигателя импульсы1 д+( д ) с дешифратора 10. поступаютна входы реверсивного счетчика 11 исуммируются с накопленным в счетчикечислом, или вычитаются из него, 30Дальше схема работает аналогично.После того, как числа Ьи 9 ос сравняются, блок 2 сравнения выдает сигнали элемент И 3 запирается. Подача импульсов прекращается, и двигатель 7 13останавливается в заданном положении.Колебания вала двигателя в данномслучае не приводят к насчитыванию лож ных импульсов, так как счетчик 9 послепрохождения числа импульсов, фиксируюших прохождение шага с точностью доодного импульса, на последнем тактекоммутации сбрасывается в нуль и удерживается в нуле,Погрешность от некратности числашагов двигателя 7 на оборот и числаимпульсов датчика 8 на оборот в даннойсхеме не накапливается, так как счетчик 9 служит только для контроля отработки шагов. После осуществления ЗОэтого контроля при отработке каждогоочередного шага счетчик сбрасываетсяв нуль и держится в нуле до приходаочередного управляющего импульса.Рассматриваемое устройство позволяет повысить динамический моментдвигателя при пуске эа счет сдвига момента коммутации фаэ относительно роВ исходном состоянии положение ша-гового двигателя определяется характеристикой М (фиг. 3). Предполагаем,что до начала вращения момент нагрузки М= О, при этом двигатель находитсяв состоянии 0 (начало координат).43При подаче первого управляюшего импульса , происходит переключение фази двигатель переходит на характеристикуМ) . Под действием синхронизируюшегомомента М) двигатель начинает вращаться.Второй управляющий импульс от генератора 4 пропускается на коммутатор 6фаз, когда придет сигнал об отработкеполовины первого шага (сигнал разрешения) по числу импульсов датчика.Для случая разгона со значительнымстатическим моментом, когда двигательотрабатывает к моменту прихода от ге-; 16 6нератора 4 управляюшего импульса не более 0,5 шага, переход на характеристику М произойдет в точке А. Для случая легкого разгона с малым статическим моментом М двигатель к моменту прихода второго управляюшего импульса пройдет больше половины шага, и процесс втягивания в синхронизм ускоряется.Если двигатель в конце второго такта еше не втянулся в синхронизм и при этом прошел не более 1,5 шага, то при подаче третьего управляюшего импульса переключение на харак теристику Мд произойдет в точке Б после отсчета числа импульсов, соответствующего полному шагу. Далее разрешение на прохождение очередного управляющего импульса от генератора подается после прохождения одного полного шага на предыдушем такте коммутации.Из фиг, 3 видно, что переключение на характеристику М 5 происходит после отработки примерно 1,5 шага на третьем такте коммутации, Это свидетельст вует о втягивании двигателя в синхронизм. На последуюших тактах наблюдается установившийся режим вращения.Частота управляющих импульсов генератора 4 выбирается такой, чтобы всегда обеспечивалось торможение двигателя в пределах одного шага при минимальном возможном моменте нагрузки. Практически эта частота может превышать в 1,3-1,5 раза частоту приемистости при моменте нагрузки, близком к номинальному моменту двигателя. Выпадение двигателя иэ синхронизма в данном случае может быть обусловлено только значительным возрастанием момента нагрузки на валу двигателя выше номинального или внезапным реверсом привода.При выпадении двигателя из синхронизма в рассматриваемом устройстве обеспечивается остановка двигателя без пропуска шага, а затем дальнейшая нормальная его работа при отсутствии выше укаэанных причин выпадения из синхронизма, что повышает надежность работы.Сдвиг момента переключения фаз на 0,5 шага при пуске обеспечивает увеличение среднего момента и, следовательно, сокрашение времени вхождения двигателя в синхронизмформула изобретенияУстройство для позиционного управления шаговым двигателем, содержащее7 9248 установленный на валу двигателя импульсный датчик, блок цифрового задания величины перемещения, реверсивный и нереверсивный счетчики импульсов, блок сравнения, генератор управляюших импуль сов, связанный через элемент И и узел разрешения с входом коммутатора фаз шагового двигателя, о т л и ч а ю ш е ес я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия при перемен ной нагрузке на валу двигателя, в него введены триггер и дешифратор, подклю ченный своими двумя выходами к входам прямого и обратного счета реверсивногосчетчика, входам узла разрешения и н левым входам триггера, соединенного 16 8единичным входом с выходом блока срав.нения, а выходом - с входом нулевогоразряда дещифратора, подключенного входами всех разрядов к выходу нереверсивного счетчика, связанного входом установки нуля с выходом узла разрешения,а счетным входом - с выходом датчика,число положений которого нв один оборот в несколько раз превышает числощагов двигателя.. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРИф 542319, кл. Н 02 Р 7/00, 1975.2. Авторское свидетельство СССР. Корректо ос тавитель хред И. Г Редактор Е, Луш Подписноета СССР Заказ 283 рытийая наб., д. 4 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4/72 Тираж 719 ВНИИПИ Государственного компо делам изобретений и отк 113035, Москва, Ж-З 5, Раушс