SU1410266A1 - Device for controlling stepping motor - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области электротехники, в частности к устройствам управлени  шаговыми электродвигател ми , и может быть использовано в электроприводах станков с числовым программным управлением, роботов, ма- .нипул торов и т.д. Цель изобретени  состоит в повьппении точности регулировани  скорости и положени  шагового электропривода. Устройство содержит многоканальный регул тор фазного тока , каждый канал которого включает в себ  мостовой усилитель мощности 2, датчик тока 6, задатчик тока 8, аналоговый сумматор 4, релейный элемент 7, блок формировани  сигнала реверса тока 9, элементы ИСКЛЮЧАВДЕЕ ИЛИ 11 и 12. Устройство обеспечивает форсированное нарастание и снижение тока обмотки в обоих направлени х с использованием одного датчика тока 6, соединенного с общей точкой схемы. При этом блок 9 разрешает реверс только при нарастании тока, благодар  чему предотвращаетс  его неконтролируемое возрастание. 1 з.п.- ф-лы, 2 ил. Ф (ЛThe invention relates to the field of electrical engineering, in particular, to control devices for stepper motors, and can be used in electric drives of numerically controlled machine tools, robots, controllers, etc. The purpose of the invention is to improve the accuracy of controlling the speed and position of the stepper motor drive. The device contains a multichannel phase current regulator, each channel of which includes a bridge power amplifier 2, a current sensor 6, a current setpoint 8, an analog adder 4, a relay element 7, a current reverse signal generating unit 9, the elements EX orde 11 and 12. Device provides a forced increase and decrease in the winding current in both directions using one current sensor 6 connected to the common point of the circuit. In this case, block 9 only allows reverse when the current increases, thereby preventing its uncontrolled increase. 1 Cp. - f-ly, 2 ill. F (L

Description

toto

О5O5

1141026611410266

зобретение относитс  к электроли с вт с Sсв хо ИЛ ин ге де 10 ЧАThe invention relates to electrolytes with a bw with Sc Hv IL IL ing de 10 CHA

10ten

управлени  шаговыми двигател ми (ищ), и может быть использовано в электроприводах станков с числовым программным управлением, роботов, манипул торов и т.д.control of stepper motors (search), and can be used in electric drives of machine tools with numerical control, robots, manipulators, etc.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности регулировани  скорости и положени  шагового электропривода и упрощение настройки.The aim of the invention is to improve the accuracy of controlling the speed and position of the stepper electric drive and simplify tuning.

На фиг.1 представлена функциональна  схема устройства/ на фиг.2 - временные диаграммы напр жений на выхо- 5 дах элементов и блоков и тока обмотки.Figure 1 shows the functional diagram of the device / figure 2 shows the time diagrams of the voltages at the outputs of the five elements and blocks and the winding current.

Устройство содержит распределитель импульсов 1 и многоканальный регул тор фазного тока, каждый канал которого включает в себ  ключевой усили- 20 тель мощности 2, выполненный по схеме моста, в одну из диагоналей которого включена фазна  обмотка 3, втора  диагональ подключена к источнику пи- .The device contains a pulse distributor 1 and a multichannel phase current regulator, each channel of which includes a key power amplifier 2, made according to the bridge scheme, in one of the diagonals of which the phase winding 3 is connected, the second diagonal is connected to the power source.

тани , аналоговый сумматор 4, встреч- 25 ходе распределител  импульсов 1 при- но направленные диоды 5, датчик тока 6, релейный элемент 7 с зоной нечувствительности , задатчик 8 величины тока, блок 9 формировани  сигнала реверса тока, первый вход которого 30 св зан с распределителем импульсовtany, analog adder 4, 25 during pulse distributor 1, directional diodes 5, current sensor 6, relay element 7 with deadband, unit 8 current magnitude, unit 9 of forming a reverse current signal, the first input of which 30 is connected pulse distributor

1,второй вход - с выходом релейного элемента 7, а выход св зан с входом инвертора 10 и одним из входов первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, второй вход которого и один из входов второго элемента ИСКЛЮЧАКЖ1ЕЕ ИЛИ 12 св заны с выходом релейного элемента 7, второй вход второго элемента ИСКЛЮЧМ11ЧЕЕ ИЛИ 12 св зан с выходом инвертора 10, выходы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 и 12 св заны с- входами ключевого усилител  мощности1, the second input is with the output of the relay element 7, and the output is connected with the input of the inverter 10 and one of the inputs of the first element EXCLUSIVE OR 11, the second input of which is one of the inputs of the second element EXCLUSIVE OR 12 is connected to the output of the relay element 7, the second the input of the second element EXCLUSIVE OR 12 is connected with the output of the inverter 10, the outputs of the element EXCLUSIVE OR 11 and 12 are connected with the inputs of the key power amplifier

2.В нулевую шину источника питани  включен датчик тока 6, св занный че352. The current sensor 6 connected through 35 is connected to the zero bus of the power supply.

4040

4545

сутствует логический нуль. В этом случае на выходе релейного элемента 7 - логический нуль. Тогда на выходе элемента 12 устанавливаетс  логическа  единица, что приводит к открыванию нижнего левого и верхнего правого транзисторов ключевого усилител  мощности 2. Ток в обмотке 3 начинает нарастать в положительном направлении . При достижении током величины 1з0,д+ UI/2, где I (лд - требуемое значение тока и - ширина зоны нечувствительности релейного элемента 7, элемент 7 переключаетс , на выходе триггера 15 устанавливаетс  логическа  единица, сигнал на выходе элемента 12 измен етс  на логический нуль, а на выходе элемента 11 - на логическую единицу. Открытые ранее транзисторы закрываютс  и открываетс  противоположна  пара транзисторов . К нагрузке прикладываетс  обратное напр жение и ток начинает спадать, происходит рекупераци  энергии из обмотки 3 в источник питани , что соответствует отрицательному импульсу напр жени  на выходе датчика 6.there is no logical zero. In this case, the output of the relay element 7 is a logical zero. Then, at the output of the element 12, a logical unit is established, which leads to the opening of the lower left and upper right transistors of the key power amplifier 2. The current in the winding 3 begins to increase in the positive direction. When the current reaches the value 1з0, d + UI / 2, where I (ld is the required current value and the dead zone width of the relay element 7, the element 7 switches, the output of the trigger 15 is set to a logical unit, the signal at the output of the element 12 changes to logical zero, and at the output of element 11 - a logical unit. Previously open transistors are closed and the opposite pair of transistors opens.A reverse voltage is applied to the load and the current begins to decrease, energy is recovered from winding 3 to the power source, it corresponds to a negative pulse voltage to the output of the sensor 6.

рез диод, включенный в пр мом направлении , с суммирующим входом аналогового сумматора 4 и через диод, включенный в обратном направлении, - с вычитающим входом аналогового сумматора 4 и с задатчиком величины тока 8. Кроме того, блок формировани  сигнала реверса тока 9 включает в себ  инвертор 13, элемент И-НЕ 14, два R-S триггера 15 и 16, элемент ИЛИ 17, элемент задержки 18, причем вход S- триггера 15 через релейный элемент 7 соединен с выходом аналогового сумматора 4, вход R св зан с распреде0a diode connected in the forward direction with a summing input of the analog adder 4 and through a diode connected in the reverse direction — with a subtracting input of the analog adder 4 and with a current magnitude setting unit 8. In addition, the reverse current signal generating unit 9 includes an inverter 13, an AND 14 element, two RS flip-flops 15 and 16, an OR 17 element, a delay element 18, the input of the S-flip-flop 15 through the relay element 7 connected to the output of the analog adder 4, the input R is connected to the distribution0

5 five

0 0

лителем импульсов 1, а выход св зан с одним из входов элемента И-НЕ 14, второй вход элемента И-НЕ 14 соединен с R-входом триггера 15, а выход - с Sвходом триггера 16, R-вход которого св зан с S-входом триггера 15, а выход с одним из входов элемента ИЛИ 17, второй вход которого через инвертор 13 соединен с S-входом триггера 16, а выход через элемент задержки 18 св зан с входом инвертора 10 и одним из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11.pulse 1, and the output is connected to one of the inputs of the element AND-NO 14, the second input of the element AND-NO 14 is connected to the R input of the trigger 15, and the output to the input of the trigger 16, the R input of which is connected to S- the trigger input 15, and the output with one of the inputs of the element OR 17, the second input of which through the inverter 13 is connected to the S input of the trigger 16, and the output through the delay element 18 is connected to the input of the inverter 10 and one of the inputs of the element EXCLUSIVE OR 11.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Предположим, что в исходном сос то нии ток в фазной обмотке 3 равен нулю, Задатчик 8 вьщает потенциал, величина которого пропорциональна требуемому значению тока в фазной обмотке 3. При включении устройства триггера 15 и 16 автоматически сбрасываютс  в нуль. Кроме того, на вы5 ходе распределител  импульсов 1 при- 0 Suppose that in the initial state the current in phase winding 3 is zero, Unit 8 increases the potential, the value of which is proportional to the required value of current in phase winding 3. When turned on, trigger device 15 and 16 are automatically reset to zero. In addition, at the end of the pulse distributor 1 at- 0

5five

00

5five

00

5five

сутствует логический нуль. В этом случае на выходе релейного элемента 7 - логический нуль. Тогда на выходе элемента 12 устанавливаетс  логическа  единица, что приводит к открыванию нижнего левого и верхнего правого транзисторов ключевого усилител  мощности 2. Ток в обмотке 3 начинает нарастать в положительном направлении . При достижении током величины 1з0,д+ UI/2, где I (лд - требуемое значение тока и - ширина зоны нечувствительности релейного элемента 7, элемент 7 переключаетс , на выходе триггера 15 устанавливаетс  логическа  единица, сигнал на выходе элемента 12 измен етс  на логический нуль, а на выходе элемента 11 - на логическую единицу. Открытые ранее транзисторы закрываютс  и открываетс  противоположна  пара транзисторов . К нагрузке прикладываетс  обратное напр жение и ток начинает спадать, происходит рекупераци  энергии из обмотки 3 в источник питани , что соответствует отрицательному импульсу напр жени  на выходе датчика 6.there is no logical zero. In this case, the output of the relay element 7 is a logical zero. Then, at the output of the element 12, a logical unit is established, which leads to the opening of the lower left and upper right transistors of the key power amplifier 2. The current in the winding 3 begins to increase in the positive direction. When the current reaches the value 1з0, d + UI / 2, where I (ld is the required current value and the dead zone width of the relay element 7, the element 7 switches, the output of the trigger 15 is set to a logical unit, the signal at the output of the element 12 changes to logical zero, and at the output of element 11 - a logical unit. Previously open transistors are closed and the opposite pair of transistors opens.A reverse voltage is applied to the load and the current begins to decrease, energy is recovered from winding 3 to the power source, it corresponds to a negative pulse voltage to the output of the sensor 6.

При достижении током величины 12Р(д-Л1/2 элемент 7 переключаетс  вновь, что приводит к смене пол рности прикладываемого к обмотке 3 напр жени  и ток начинает нарастать. Таким образом, происходит импульсна When the current reaches 12P (d-L1 / 2, the element 7 switches again, which leads to a change in the polarity of the voltage applied to the winding 3 and the current begins to increase. Thus, a pulsed

3U3U

стабилизаци  тока в обмотки 3 на заданном уровне.stabilization of the current in the winding 3 at a given level.

Изменение направлени  тока в обмотке 3 задаетс  изменением состо ни  распределител  импульсов 1..При по влении на выходе распределител  импульсов 1 логической единицы измен етс  состо ние триггера 1 5 и на его выходе устанавливаетс  нуль. При этом устройство работает, по-прежнему стабилизиру  ток на заданном уровне в прежнем направлении.The change in direction of the current in the winding 3 is determined by changing the state of the pulse distributor 1. At the output of the pulse distributor 1 logical unit, the state of the trigger 1 5 changes, and zero is set at its output. In this case, the device works, still stabilizing the current at a given level in the same direction.

Как только наступит момент изменени  потенциала на выходе элемента 7 с нул  на единицу, элемент 13 переключаетс , на выходе элемента 14 потенциал измен етс  с единицы на нуль, на выходе блока 17 по вл етс  единица и с некоторой задержкой и на выходе блока 18 по вл етс  единица . Это приводит к смене потенциалов на выходе элементов 11 и 12 на противоположные . В конечном итоге это приводит к смене пол рности напр жени , прикладываемого к обмотке 3, в результате чего ток в ней начинает спадать до нул , а затем нарастать в противоположном направлении со стабилизацией его на заданном блоком 8 уровне описанным способом.As soon as the potential changes at the output of element 7 from zero to one, element 13 switches, at the output of element 14, the potential changes from one to zero, at the output of block 17 a unit appears and with some delay and at the output of block 18 unit This leads to a change in potential at the output of elements 11 and 12 to the opposite. Ultimately, this leads to a change in the polarity of the voltage applied to the winding 3, as a result of which the current in it begins to drop to zero and then increase in the opposite direction with its stabilization at the level set by block 8 in the manner described.

Временные диаграммы работы устройства дл  случа , когда команда на реверс тока поступает в момент спада тока в обмотке 3, показаны на фиг.2.Timing diagrams of the device for the case when the command to reverse the current comes at the time of the current decline in the winding 3, shown in Fig.2.

Назначение блоков 13-18 - сдвиг команды на реверс тока на некоторый интервал времени дл  предотвращени  аварийной ситуации в устройстве, возникающей при их отсутствии, если бы команда на реверс тока от блока 1 пришла в момент его спадани . В этом случае в обмотке 3 вовник бы всплеск тока, ограничиваемый лишь напр жением питани  и активным сопротивлением фазной обмотки. Блоки 13-18 задерживают реверс тока до переключени  моста на рост тока. Длительность временной задержки, формируема  элементом 18, выбираетс  минимально возможной при настройке устройства и служит дл  исключени  совпадени  фронтов импульсов, обеспечива  Надежную работу устройства.The purpose of blocks 13-18 is to shift the command to reverse the current for a certain period of time to prevent an emergency situation in the device that occurs when there is no one, if the command to reverse the current from unit 1 came at the time of its decline. In this case, in the winding 3, a surge in current would be limited, limited only by the supply voltage and the active resistance of the phase winding. Blocks 13-18 delay the reverse of the current until the bridge switches to an increase in current. The duration of the time delay, formed by element 18, is chosen as low as possible when setting up the device and serves to eliminate the coincidence of the edges of the pulses, ensuring reliable operation of the device.

Предлагаемое устройство благодар  наличию одного датчика тока, расположенного в общей шине источника питани , удобно в настройке, обеспечивает меньший уровень пульсаций выход6The proposed device, due to the presence of a single current sensor located in the common power supply bus, is convenient to set up, provides a lower level of ripple output6

ного тока в фазной обмотке 1 Щ и более надежно в работе по сравненшо с известными устройствами. Наиболее эффективно устройство в установках с жесткими требовани ми к амплитуде колебаний их подвижных частей, вызываемых пульсаци ми фазных токов ШД.current in the phase winding 1 Sch and more reliably in operation compared with the known devices. The device is most effective in installations with strict requirements to the amplitude of oscillations of their moving parts, caused by pulsations of phase currents of a SM.

Claims (2)

1. Устройство дл  управлени  шаговым электродвигателем, содержащее распределитель импульсов и многоканальный регул тор фазного тока, каждый канал которого включает в себ  ключевой усилитель мощности, выполненный по схеме моста, в одну из диагоналей которого включена фазна  обмотка шагового двигател , а втора  диагональ подключена к источнику питани , аналоговый сумматор, датчик тока, релейньй элемент, входом св занный с выходом аналогового сумматора , и задатчик величины фазного1. A device for controlling a stepper motor that contains a pulse distributor and a multichannel phase current regulator, each channel of which includes a key power amplifier made according to the bridge circuit, in one of the diagonals of which the phase winding of the stepping motor is connected, and the second diagonal is connected to the source power, analog adder, current sensor, relay element, the input associated with the output of the analog adder, and the unit value of the phase тока,current, отличающеес  тем,characterized by 5five 5five что, с целью повьщ1ени  точности регулировани  скорости и положени  шагового электропривода, в каждый каналthat, in order to increase the accuracy of the speed and position of the stepper motor, in each channel 0 регул тора фазного тока введены инвертор , два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два встречно направленных диода, блок формировани  сигнала реверса тока, первый вход которого св зан с распределителем импульсов, второй вход - с выходом релейного элемента, выход- с входом инвертора и одним из входов первого элемента ИСКПЮЧАЮОЩЕ ИЛИ, второй вход которого и один из вхоQ дов второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходом релейного элемента , второй вход второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШШ подключен к выходу инвертора, выходы элементов ИСКЛЮ- . ЧАЮЩЕЕ ИЛИ св заны с входами ключевого усилител  мощности, в нулевую , шину источника питани  включен датчик тока, св занный через диод, включенный в пр мом направлении с0 phase current controllers are introduced by an inverter, two elements EXCLUSIVE OR, two oppositely directed diodes, a current reversal signal shaping unit, the first input of which is connected to the pulse distributor, the second input - with the output of the relay element, the output - with the input of the inverter and one of the inputs of the first element of the EXTRACTIVE OR ORDER, the second input of which and one of the inputs of the second element EXCLUSIVE OR are connected to the output of the relay element, the second input of the second element EXCLUSIVE W) is connected to the output of the inverter, the outputs of the EXCLUSIVE elements. MOTOR OR connected to the inputs of a key power amplifier, in zero, the power supply bus includes a current sensor connected through a diode connected in the forward direction with суммирующим входом аналогового сумматора , и через диод, включенный в обратном направлении, - с вычитающим входом аналогового сумматора, соединенного с задатчиком величины тЪка. the summing input of the analog adder, and through a diode connected in the opposite direction, to the subtracting input of the analog adder connected to the unit for the magnitude of the voltage. 2. Устройство по П.1, отличающеес  тем, что блок формировани  сигнала реверса тока содержит дополнительный инвертор, эле52. The device according to claim 1, characterized in that the block forming the reverse current signal contains an additional inverter, ele