СПОСОБ ПРОГРАММНОГО ПОЗИЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ДРОБЛЕНИЕМ ШАГА

СПОСОБ ПРОГРАММНОГО ПОЗИЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ДРОБЛЕНИЕМ ШАГА


RU (11) 2020725 (13) C1

(51) 5 H02P8/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4863435/07 
(22) Дата подачи заявки: 1990.07.12 
(45) Опубликовано: 1994.09.30 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Шаговый электропривод в робототехнике. Под ред. Л.А.Садовского. М.: МЭИ, 1984, с.81-87. 2. High - Resolution Stepping Motor drive H.P. Layek, Rev. SCI. Instrum.47, N 4, 1976, с.480-483. 3. Смирнов Ю.С. Системы управления сервомеханизмами с шаговыми электродвигателями. Микропроцессорные средства и системы, N 4, 1985, с.71-77. 
(71) Заявитель(и): Научно-производственное объединение "Мехатрон" 
(72) Автор(ы): Ивоботенко Б.А.; Боярченков А.М.; Козаченко В.Ф.; Обухов Н.А.; Мелкумов Г.А. 
(73) Патентообладатель(и): Ивоботенко Борис Алексеевич; Боярченков Александр Михайлович; Козаченко Владимир Филиппович; Обухов Николай Александрович; Мелкумов Георгий Ашотович 

(54) СПОСОБ ПРОГРАММНОГО ПОЗИЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ДРОБЛЕНИЕМ ШАГА 

Использование: в роботах и станках с числовым программным управлением. Сущность: при способе программного позиционного управления многофазным шаговым электродвигателем с электрическим дроблением шага в строго определенные моменты времени одновременно изменяют фазу всех токов в обмотках шагового электродвигателя, увеличивая в начале разгона фазу токов на определенный угол. В установившемся режиме указанный фазовый сдвиг снимают и увеличивают фазу токов на другую величину, определяемую максимальной скоростью. В режиме торможения фазу токов уменьшают в зависимости от максимального ускорения. Это позволит улучшить динамику электропривода. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах с программным управлением для систем точного воспроизведения движений в роботах и станках с числовым программным управлением с синхронными, в частности шаговыми электродвигателями при высоких требованиях к быстродействию, точности позиционирования и качеству отработки заданной траектории движения.

Известны способы позиционного программного управления шаговым электродвигателем с инвертором напряжения, распределителем импульсов и блоком электрического дробления шага, формирующим двухканальную последовательность сигналов одинаковой частоты с регулируемым фазовым сдвигом между ними, поступающих на вход распределителя импульсов, обеспечивающие позиционирование с частотами, меньшими частоты приемистости шагового двигателя [1]. Известны также способы позиционного программного управления шаговым электродвигателем, аналогичные предыдущему, но с блоком программного разгона-торможения, обеспечивающие позиционирование с частотами выше частоты приемистости [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу позиционного программного управления является способ, основанный на применении инвертора тока и блока электрического дробления шага с цифроаналоговым преобразователем, обеспечивающий формирование в фазных обмотках шагового двигателя токов одинаковой амплитуды и переменной частоты, пропорциональной заданной программной скорости движения [2].

Недостатки известного технического решения состоят в отсутствии системы управления динамическим моментом двигателя и как следствие в возникновении значительных ошибок воспроизведения заданной траектории движения; необходимости снижения среднего момента двигателя на этапах разгона-торможения с целью обеспечения достаточной устойчивости и надежности привода и, как следствие, к недоиспользованию двигателя по моменту, а также к снижению быстродействия привода; наличии статических ошибок позиционирования при действии активного момента нагрузки.

Целью изобретения является улучшение статических и динамических свойств позиционных шаговых электроприводов, повышение быстродействия и надежности привода.

Это достигается тем, что при известном способе позиционного программного управления многофазным шаговым электродвигателем с электрическим дроблением шага, при котором в обмотках шагового двигателя формируют токи переменной частоты и одинаковой амплитуды, с увеличением частоты токов на этапе разгона двигателя в соответствии с оптимальной по быстродействию тахограммой разгона, стабилизацией частоты токов на этапе движения с установившейся скоростью, уменьшением частоты токов на этапе торможения в соответствии с оптимальной по быстродействию тахограммой торможения и фиксацией токов фаз в конце торможения, дополнительно в строго определенные дискретные моменты времени изменяют фазу одновременно всех токов в обмотках двигателя, при этом в начале разгона увеличивают фазу токов на угол arcsin[(Jmax + Mc)/Mmax] , при переходе к режиму движения с установившейся скоростью указанный выше фазовый сдвиг токов снимают и увеличивают фазу токов на угол arcsin[( max + Mc)/Mmax], при переходе к режиму торможения указанный выше фазовый сдвиг токов снимают и дополнительно уменьшают фазу токов на угол arcsin[(Jmax - Мc)/Mmax], в конце торможения при переходе к режиму фиксации заданного конечного положения указанный выше фазовый сдвиг снимают.

Поставленная цель по улучшению точности позиционирования и уменьшению статической ошибки в условиях действия активного момента нагрузки достигается дополнительным увеличением фазы всех токов двигателя на угол arcsin(Mc) при переходе к режиму фиксации заданного конечного положения, где

J - суммарный момент инерции привода с вращающимся двигателем или суммарная масса подвижной части линейного привода (m );

max - максимальное угловое ускорение для принятой тахограммы разгона вращающегося двигателя или максимальное ускорение для линейного двигателя (amax);

Мс - момент статической нагрузки или усилие статической нагрузки (Fс) для вращающихся и линейных двигателей соответственно;

Мmax - максимальный статический синхронизирующий момент и максимальное статическое синхронизирующее усилие (Fmax), для вращающегося и линейного двигателей соответственно;

- коэффициент эквивалентного вязкого трения, учитывающий наличие в приводе вентиляторного момента нагрузки, потерь на вихревые токи и перемагничивание;

max - максимальная установившаяся скорость позиционирования для вращающегося и линейного двигателей (Vmax) соответственно.

На фиг. 1 изображен цикл позиционирования привода с программируемым разгоном, движением на заданной установив- шейся скорости, программируемым торможением и фиксацией конечного положения, а также уравнением движения привода при питании обмоток шагового двигателя от управляемого инвертора тока и глубоком электрическом делении конструктивного шага машины

J + + Mc= Mmaxsin(-), где m, - механическое и электрическое положение ротора (=mp);

p - число пар полюсов машины;

- программное значение фазы токов двигателя.

На первых двух графиках показана тахограмма позиционного электропривода, соответствующая предлагаемому способу управления - зависимости изменения механической скорости двигателя (t) и электрического положения ротора (t) от времени. Точками отмечены моменты времени, когда производятся дискретные изменения фазы токов двигателя. На третьем графике показан закон изменения приращения фазы токов двигателя в функции времени д(t).

Дискретный сдвиг фазы токов при разгоне д.р. приводит к дискретному сдвигу электромагнитного поля в воздушном зазоре машины и созданию требуемого значения динамического момента в соответствии с заданным максимальным ускорением привода max. Дискретный сдвиг фазы токов при переходе от разгона к установившемуся движению д.у. обеспечивает создание электромагнитного момента, достаточного для компенсации момента вязкого трения на скорости, равной скорости позиционирования max, а также момента статической нагрузки Мс. Дискретный сдвиг фазы токов при переходе к режиму торможения д.т. обеспечивает создание тормозного электромагнитного момента в соответствии с заданным замедлением (- max). Дискретный сдвиг фазы токов при переходе к режиму фиксации обеспечивает создание электромагнитного момента, достаточного для компенсации активного момента нагрузки Мс в конечной точке траектории движения.

Четвертый график иллюстрирует закон изменения программного значения фазы токов двигателя (t) = (t) + д(t), определяемого суммой двух составляющих: программного значения электрического положения ротора двигателя и дискретного приращения фазы токов двигателя.

Отличительным признаком данного изобретения является формирование дополнительных фазовых сдвигов токов в соответствии с величиной ускорения и нагрузки на соответствующем интервале траектории позиционирования, что обеспечивает минимизацию динамических ошибок привода и улучшение качества движения; значительное увеличение допустимых темпов разгона-торможения вплоть до значений ускорения, соответствующих моменту двигателя (0,7-0,8) Мmax, по сравнению с значениями ускорения, соответствующими моменту двигателя (0,3-0,4) Мmax для традиционных систем управления; практически оптимальный по быстродействию старт-стопный характер перемещения независимо от величины и требуемой скорости перемещения; минимизацию статических ошибок и повышение точности позиционирования в условиях действия активного момента нагрузки.

Изобретение осуществляется следующим образом (см. фиг. 2). На входах сумматора 1 производится сложение двух цифровых сигналов: сигнала текущего программного электрического положения ротора (t) = (t), вырабатываемого устройством планирования траектории движения, и сигнала дискретного сдвига фазы токов д(t), вырабатываемого генератором дискретных сдвигов поля, работающим совместно с планировщиком траектории движения. Выходной цифровой сигнал сумматора (t) = (t) + + д(t), определяющий мгновенное значение фазы вектора суммарного тока статора, поступает на адресные входы постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 2, хранящего m-фазную последовательность цифровых кодов токов отдельных фаз m-фазного шагового электродвигателя. Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3 обеспечивает преобразование кодов уставок токов фаз в аналоговые сигналы задания токов фаз, поступающие на входы инвертора тока (УТ) 4, а последний формирует заданные уровни токов в обмотках двигателя 5. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. СПОСОБ ПРОГРАММНОГО ПОЗИЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ДРОБЛЕНИЕМ ШАГА, при котором формируют в фазах обмотки шагового электродвигателя токи переменной частоты и одинаковой амплитуды с увеличением частоты токов на этапе разгона электродвигателя в соответствии с оптимальной по быстродействию тахограммой разгона, стабилизацией частоты токов на этапе движения с установившейся скоростью, уменьшением частоты токов на этапе торможения и фиксацией токов фаз обмотки в конце торможения, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических свойств электродвигателя, качества движения и повышения надежности в отработке заданной траектории в условиях действия внешних возмущений, дополнительно в строго определенные дискретные моменты времени одновременно изменяют фазу всех токов в обмотках шагового электродвигателя, при этом в начале разгона увеличивают фазу токов на угол arcsin (Imax + Mc ) / Mmax , при переходе к режиму движения с установившейся скоростью указанный выше фазовый сдвиг токов снимают и увеличивают фазу токов в обмотках шагового электродвигателя на угол arcsin ( max + Mc ) / Mmax , при переходе к режиму торможения снимают указанный выше фазовый сдвиг токов и уменьшают фазу токов в обмотках шагового электродвигателя на угол arcsin ( Imax - Mc) / Mmax , в конце торможения при переходе к режиму фиксации заданного положения упомянутый выше фазовый сдвиг снимают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения статической точности в условиях действия активного момента нагрузки, дополнительно при переходе к режиму фиксации заданного конечного положения увеличивают фазу токов на угол arcsin Mc,

где I - суммарный момент инерции для вращающегося шагового электродвигателя или суммарная масса поданной части для линейного шагового электродвигателя;

max - максимальное угловое ускорение тахограммы разгона для вращающегося шагового электродвигателя или максимальное ускорение для тахограммы разгона для линейного шагового электродвигателя;

Mc - момент статической нагрузки или усилие статической нагрузки соответственно для вращающегося и линейного шагового электродвигателей;

Mмах - максимальный статический синхронизирующий момент или максимальное статическое синхронизирующее усилие соответственно для вращающегося и линейного шагового электродвигателей;

- коэффициент эквивалентного вязкого трения, учитывающий наличие в приводе вентиляторного момента нагрузки, потерь на вихревые токи и перемагничивание;

max - максимальная установившаяся скорость позиционирования для вращающегося или линейного шагового электродвигателей соответственно.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru