SU1721783A1 - Устройство дл управлени шаговым двигателем - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в дискретном электроприводе. Цель изобретени  - повышение производительности путём снижени  времени торможени  шагового двигател . Устройство дл  управлени  шаговым двигателем содержит блок 2 формировани  импульсов , счетчик 10 шагов, формирователь 7 сигналов запрета, блок 8 торможени , шину

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в аналоговых и цифровых след щих системах с дискретным электроприводом.

Известно устройство дл  управлени  шаговым двигателем (ШД), содержащее приемник кода и кодовый датчик положени , схему сравнени , котора  управл ет вместе с генератором тактовых импульсов схемой блокировки, выход которой соеди- нен с тактовым входом распределител  импульсов , переключающего обмотки ШД. При работе каждый тактовый импульс с выхода генератора проходит на тактовый вход распределител  импульсов, вызыва  его срабатывание и переключение обмоток шагового двигател . Устройство обеспечивает работу ШД в заданном направлении до начала торможени , пока с датчика положени  не поступит код, сов- падающий с внешним кодом, при этом ШД не получит команд на движение. Однако ротор ШД по инерции продолжает совершать перемещение, при этом блокируютс  тактовые импульсы на врем , пока ротор ШД совершает затухающие колебательные движени , тем самым предотвращаютс  автоколебани  в системе. При этом происходит останов ШД.

Основным недостатком данного устрой- ства  вл етс  пассивное ожидание затуханий колебательного процесса ротора при .останове ШД. Если при этом имеетс  высокопроизводительна  механическа  система с большой механической нагрузкой на ротор.ШД, работающего на максимальных частотах, превышающих частоты приемистости двигател , обеспечить эффективное торможение и точный останов двигател  невозможно, так как кинетическа  энер- ги  вала ротора вращающегос  двигате- л  имеет величину, Значительно превышающую силы магнитного сцеплени  ротора ШД со статором, и при отсутствии команд на движение механическа  система с ШД будет иметь значительную линейную ошибку при остановке. Необходимо погасить эту энергию путем торможе- ни  ШД подачей серии тормоз щих импульсов на распределитель. К тому же

отсутствует управление частотой генератора тактовых импульсов, обеспечивающее плавный разгон ШД с минимальной частотой , котора  должна быть значительно ниже частоты приемистости двигател , что необходимо дл  систем с большой механической нагрузкой на ротор, что повышает устойчивость работы и снижает резонансные нагрузки всей механической системы с ШД,.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  управлени  шаговым двигателем, содержащее блок формировани  импульсов торможени , счетчик шагов, блок запрета, блок формировани  сигналов датчика положени  ротора, усилители мощности, коммутатор и триггер торможени .

При работе устройства сигналы с датчика через блок формировани , блок запрета разрешают работу коммутатора и усилител , обеспечива  работу двигател . Одновременно счетчик шагов с каждым шагом уменьшает свое значение на единицу. В режиме разгона и движени  двигател  с посто нной скоростью триггер торможени  сигналов Пуск устанавливаетс  в состо ние , при котором блокируетс  прохождение импульсов на блок торможени . С поступлением на счетчик сигнала торможени  счетчик через блок запрета запрещает прохождение импульсов на коммутатор и усилитель ШД, а блок торможени  выдает импульсы торможени , задержанные на врем . Т1, последний импульс торможени  выдаетс  через врем  Т2, после которого работа устройства заканчиваетс .

Однако, если имеетс  высокопроизводительна  механическа  система с большой нагрузкой на ротор ШД, работающего с частотой , превышающей частоту приемистости двигател , необходимо задать значительное число импульсов торможени  дл  погашени  кинетической энергии на валу ротора ШД, что удлин ет путь торможени , снижа  тем самым производительность системы в целом. При этом импульсы торможени  воздействуют на двигатель. При уменьшении частоты вращени  ротора необходимо выждать, пока колебательные

процессы механической системы с ШД стабилизируютс , при этом отсутствует изменение периода Т1 импульсов торможени  в сторону увеличени  во времени, что отрицательно сказываетс  на затухании механиче- ских колебаний системы и вынуждает увеличивать число импульсов торможени  дл  уменьшени  линейной ошибки при остановке ШД и четкой фиксации ротора на последнем импульсе торможени .

Цель изобретени  - повышение производительности устройства путем снижени  времени торможени  шагового двигател .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  управлени  шаговым дви- гателем. содержащее датчик шага, блок формировани  импульсов, счетчик шагов, формирователь сигнала запрета, шину Пуск, формирователь, сигналов управлени , коммутатор, соединенный синхронизи- рующим входом с синхронизирующим выходом блока формировани  импульсов, а выходами с блоком усилителей мощности, причем датчик шага соединен выходом с . управл ющим входом формировател  сигналов управлени , выход включени  которого подключен к входу запуска блока формировани  импульсов, вход блокировки которого соединен с соответствующим выходом формировател  сигналов запре- та, вход пр мого счета которого соединен с пр мым выходом счетчика шагов, введены блок девиации частоты и блок торможени , два входа которого соединены с двум  выходами формировател  сигналов запрета, а выход - с входом направлени  коммутатора фаз, вход девиации блока девиации частоты соединен с соответствующим выходом формировател  сигналов управлени , вход установки блока девиа- ции - с выходом установки формировател  сигналов запрета, а выход - с задающим входом блока формировани  импульсов, три выхода которого соединены соответственно с входом сброса и двум  входами счета счетчика шагов, разрешающий вход которого соединен с соответствующим выходом формировател  сигналов управлени , выход сброса которого соединен с соответствующим входом блока формиро- вани  импульсов, вход обратного счета формировател  сигналов запрета соединен с обратным выходом счетчика шагов, а пр мой выход - с пр мым входом блока формировани  импульсов.

Предлагаемое устройство дл  управле ни  шаговым двигателем обладает высокой производительностью за. счет снижени  времени торможени  шагового двигател .

что повышает устойчивость механической системы к резонансным  влени м.

На чертеже приведена функциональна  схема устройства.

Устройство дл  управлени  шаговым двигателем содержит шину Пуск, формирователь 1 сигналов управлени , блок 2 формировани  импульсов, коммутатор 3, блок 4 усилителей мощности, шаговый двигатель 5 с датчиком 6 шага, формирователь 7 сигналов запрета, блок 8 торможени , блок 9 девиации частоты и счетчик 10 шагов.

Формирователь 1 сигналов управлени  включает в себ  формирователь сигнала датчика, выполненный на одновибраторе. RS-триггер, два элемента НЕ и три элемента И-НЕ.

Блок 2 формировани  импульсов содержит генератор импульсов, выполненный на микросхеме КР1006ВН1, устройство сброса счетчика шагов, выполненное на одновибраторе , п ть элементов И-НЕ.

Коммутатор 3 содержит блок мультиплексоров , управл емый счетчиком.

Формирователь 7 сигналов запрета включает в себ  RS-триггер запрета, один элемент НЕ и два элемента И-НЕ.

Блок 8 торможени  собран на трех элементах И-НЕ,

Блок 9 девиации частоты включает в себ  RC-цепи с усилителем на транзисторах.

.Все составные части устройства, могут быть выполнены на интегральных схемах серий К561. К564. .

Устройство работает следующим образом .

Дл  включени  шагового двигател  на шине Пуск, управл емой от ЭВМ, устанавливаетс  уровень логической 1, при этом формирователь 1 сигналов управлени  на управл ющем выходе включени  элемента .1.3, соединенного с входом запуска элемента 2.2 блока 2 формировани  .импульсов , устанавливает уровень логического О, на управл ющем выходе разрешени  элемента 1.2, соединенного с разрешающим входом СЕ1 счетчика 10 шагов, устанавливает уровень логического О, блокирующий работу счетчика 10 шагов, на управл ющем выходе сброса инвертора , подключенного к элементу 1.2 формировател  1 сигналов управлени , устанавливаетс  уровень логической 1, запускающий через вход сброса одновиб- ратор в блоке 2 формировани  импульсов, на одном из выходов которого, соединенном с входом сброса Р-счетчика: 10 шагов, вырабатываетс  положительный импульс напр жени , сбрасывающий счетчик 10 шагов в исходное состо ние, при этом на обоих

выходах счетчика 10 шагов, соединенных с входами счета элемента 7.1 формировател 

7сигналов запрета, устанавливаютс  уровни логического О, а на выходе элемента 7.1 формировател  7 сигналов запрета, соединенного с блокирующим входом элемента 2.1 блока 2 формировани  импульсов, устанавливаетс  уровень логической 1, при этом синхронизирующий С-вход коммутатора 3, соединенный с элементами 2.4 и 2.1 блока формировани  импульсов, подключаетс  к выходу генератора импульсов в блоке 2, выходы формировател  7 сигналов запрета, соединенные с входами блока

8торможени , устанавливают в начальное состо ние блок 8 торможени , который своим , выходом на входе направлени  коммута- тора 3 задает рабочее направление вращени  шагового двигател  5, обмотки статора которого через усилитель 4 подключены на выход коммутатора 3, одновременно на управл ющем выходе девиации частоты буфера элемента 1.1 формировател  1 сигналов управлени , соединенного с входом девиации блока 9 дет виации частоты, устанавливаетс  уровень логического О. Блок 9 девиации частоты, выход которого соединен с задающим входом генератора импульсов блока 2 формировани  импульсов, запускает генератор, частота выходных импульсов которого плавно увеличиваетс  до рабочего значени , при этом на синхронизирующем С-вхо- де коммутатора 3 формируютс  синхронизирующие импульсы, частота которых определ ет скорость вращени  шагового двигател .

Таким образом, происходит разгон и вращение ротора шагового двигател  ка рабочей частоте, при этом шаговый двигатель стартует с частотой коммутации обмоток намного ниже частоты приемистости двигател , что обеспечивает необходимый момент нагрузки, и выходит на рабочий режим, частота которого значительно выше частоты приемистости. Плавный разгон и врем  выхода на рабочий режим определ ютс  параметрами блока 9 девиации частоты. В режиме работы в области высоких частот колебани  ротора шагового двигател  нос т характер вынужденных колебаний с частотой следовани  синхронизирующих импульсов. Амплитуда этих колебаний уменьшаетс  с ростом частоты. Движение ротора приближаетс  к синхронному вращению , резонансные колебани  при этом устран ютс , что повышает устойчивость работы механической системы.

При останове механического устройства с шаговым двигателем формирователь 1

сигналов управлени  по командам от датчика б или по шине Пуск, управл емой от ЭВМ, на управл ющем выходе разрешени  элемента 1.2 устанавливает уровень логической 1, включающий счетчик 10 шагов, одновременно формирователь 1 сигналов управлени  измен ет состо ние входа девиации блока 9 девиации частоты на противоположное , измен   режим его работы на

0 входе генератора импульсов в блоке 2 формировани  импульсов, который, в свою очередь , плавно увеличивает период синхронизации импульсов на С-входе коммутатора 3, которые также поступают на

5 вход С1 счетчика 10 шагов. Начинаетс  режим торможени  шагового двигател . На пр мом выходе счетчика 10 шагов устанавливаетс  уровень логической 1, при этом с выхода инвертора формирователь 7 сиг0 налов запрета включает блок 8 торможени , который на входе направлени  коммутатора 3 измен ет на противоположное состо ние вход управлени  счетчика коммутатора 3, при этом блок мультиплек5 соров коммутатора через усилитель 4 измен ет фазу коммутации обмоток статора шагового двигател  5, измен   на обратное направление вращени  магнитного пол  шагового двигател . Происходит

0 форсированное торможение двигател  и механической системы в целом. При этом на роторе шагового двигател  вращающимс  магнитным полем создаетс  обратное усилие, которое преодолевает инерцию

5 момента нагрузки на ротор механической системы. Происходит быстрое затухание кинетической энергии механической системы, путь торможени  резко сокращаетс , а врем  торможени  и точность останова опреде0 л ютс  работой блока 9 девиации частоты и количеством тормоз щих импульсов, установленных в счетчике 10 шагов.

После заполнени  счетчика ТО шагов тормоз щими импульсами на обратном вы5 ходе его устанавливаетс  уровень логической 1, при этом на блокирующем выходе элемента 7.1 формировател  7 сигналов запрета устанавливаетс  уровень логического О, блокирующий прохождение син0 хронизирующих импульсов на коммутатор 3 и счетчик 10 шагов с помощью элементов 2.1 и 2.4 в блоке 2 формировани  импульсов . Прекращаетс  возбуждение вращающегос  магнитного пол  в статоре

5 шагового двигател , ротор двигател  фиксируетс  статическим магнитным полем статора, а с выхода установки элемента 7.2 формировател  7 сигналов запрета уровень логического О форсирует переход в исходное состо ние блока 9 девиации частоты.

Торможение механической системы с шаговым двигателем ведетс  в области высоких частот, при этом вращающеес  магнитное поле статора воздействует на ротор, создава  незначительную амплитуду колебаний синхронизирующего момента всей механической системы, что исключает резонансные  влени  и повышает, надежность работы как двигател , так и всей механической системы. Режим работы блока 9 деви- ации частоты, а также выбор количества тормоз щих импульсов определ ютс  путем моделировани  системы математическими методами или экспериментальными работами.

По сравнению с известным предлагаемое устройство позвол ет сократить врем  торможени  на 20-30%.

Таким образом, применение предлагавмого устройства дл  управлени  шаговым двигателем позвол ет повысить производительность за счет снижени  времени торможени  шагового двигател , что положительно вли ет на устойчивость механиче- ской системы к резонансным  влени м.

Claims (1)

1. Формулаиз обретен и   Устройство дл  управлени  шаговым двигателем, содержащее датчик шага, блок формировани  импульсов, счетчик шагов, формирователь сигнала запрета, шину Пуск, формирователь сигналов управлени , коммутатор, соединенный синхронизирующим входом с синхронизирующим выходом блока формировани  импульсов, а

   выходами - с блоком усилителей мощности, причем датчик шага соединен выходом с управл ющим входом формировател  сигналов управлени , выход включени  которого подключен к входу запуска блока формировани  импульсов, вход блокировки которого соединен с соответствующим выходом формировател  сигналов запрета, вход пр мого счета которого соединен с пр мым выходом счетчика шагов, от л и ч а- ю щ е е с   тем, что, с целью повышени  производительности путем снижени  времени торможени  шагового двигател , вве- деньТ блок девиации частоты и блок торможени , два входа которого соединены с двум  выходами формировател  сигналов запрета, а выход с входом направлени  коммутатора фаз, вход девиации блока девиации частоты соединен с соответствующим выходом формировател  сигналов управлени , вход установки блока девиации - с выходом установки формировател  сигналов запрета, а выход - с задающим входом блока формировани  импульсов, три выхода которого соединены соответственно с входом сброса и двум  входами счета счетчика шагов, разрешающий вход которого соединен с соответствующим выходом формировател  сигналов управлени , выход сброса которого соединен с соответствующим входом блока формировани  импульсов, вход обратного счета формировател  сигналов запрета соединен с обратным выходом счетчика шагов, а пр мой выход - с пр мым входом блока формировани  импульсов.