Zapojení řídicího obvodu ovládače krokového motoru

Číslo patentu: 237043

Dátum: 15.02.1987

Autori: Prokop Mojmír, Kolouch Jaromír, Přikryl Hynek

Je ešte 3 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Zapojení řídicího obvodu ovládače krokového motoru řeší problém stability chodu motoru při nízkých krokovacích kmitočtech a současně umožňuje chod motoru vysokou rychlostí, danou možnostmi samotného motoru. Řídicí obvod ovládače vytváří dvojice kroků motoru vzdálených časově od sebe o polovinu periody vlastních kmitů motoru. V případě požadavku na vyšší krokovací rychlosti zajišťuje samočinně přechod do režimu, kdy vzdálenost kroků je dána periodou vstupních impulsů. Uvede-li se motor vnějším impulsem do přechodného stavu, vydá generátor dvojic impulsů ve vhodném čase další impuls, ukončující tento přechodný stav motoru. Zapojení řídicího obvodu lze využít u pohonů krokových motorů, používaných zejména pro automatizaci a robotizaci.

Text

Pozerať všetko

vynález se týká zapojení řidicího obvodu ovládače krokového motoru, pracujícího v otevřené polohové smyčce, u něhož se řeší problém stability chodu motoru při nízkých krokov.acích kmitočtech a současně se jím umožňuje chod motoru vysokou rychlostí,danou možnostmi samotného motoru.jedním z vážnych problémů u pohonů s krokcvýini motory je zajištění správneho chodu motoru při tzv. rezonančních kmitočtech, při nichž, bez zvláštních opatření, dochází k nesouladu mezi přivedeným počtem řídicích. impulsů a natočenlm rotoru. V dosud známých zapojeníclh je správneho chodu motoru dosahováno různými způsoby. jedním z možných řešení je elektronické dělení kroku, spočívající V tom, že se základní krok motoru rozdělí na větší počet dílčích kroků. Rotor motoru je pak udržovän v rovnováze mezi dvěma polohami, odpovídajícími základním krokům tak, že se přepínáním proudů ve vinutích motoru střĺdá magnetické neutrála v rychlém sledu mezi oběma základními polohami. Poměrem mezi dobamí,po něžmagnetická neutrala setrvává v jedné čí druhé základní poloze, se určuje její střední poloha, představující výslednou polohu rotoru. Ilakové řešení je výhodné tam,kde je krokom/ý motor řízen mikropočítačem pro jednoduché autonomní ovládače bez mikroprocesoru má však některé nevýhody. Neustále pulsace momentu, způsobené rychlými změnami polohy magnetické neutrály,které jsou pro tento způsob řízení motoru typické i při nejnižších rychlostech, mohou nepříznivě působit na přesnost a životnost mechanických dílů pohonu. V průběhu změny střední polohy magnetické neutrály z jedné základní polohy do drushé se mění statický vazební moment motoru a odpovídajícím způsobem i příkon, potrebný pro funkci motoru, takže se snižuje účinnost zařízení, a to zvláště při malých rychlostech otáčení, což je nevýhodné zejména u motorů s velkými momenty.iný způsob elektronického dělení krokuje založen na regulaci proudu ve vinutích motoru, čímž se dosahuje obdohného posuvu magnetické neutrály mezi základními polohamí. jako v předcházejícím případě. Tento způsob nemá výše uvedene nevýhody, jeho obvodová realizace je však složitější. Dalším možným způsobem je způsob ovládání, kdy při každém kroku je generována trojice impulsů, z nichž první má za následok vykonání kroku, druhý brzdění motoru a třetí fixaci nové polohy. Rovněž realizace tohoto algoritmu řízení je relativně složitá.Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny zapojením řídicího obvodu ovládače krokového motoru podle vynálezu, jehož podstata spočíva v tom, že výstup stavového registru je připojen na stavový vstup generátoru dvojic impulsů.Generátor dvojíc impulsů při přivedení impulsů na vstup ovládače generuje dvojici impulsů, které při periodě vstupních impulsů, 4delších než je polovina doby períody vlastních kmitů motoru, mají pevný časový odstup rovný právě této polovině doby vlastních kmitů motoru. První z této dvojice impulsů způsobí, ze se magnetické neutrala rotoru natočí o úhel, odpovídající jednomu dílčímu kroku motoru do polohy, která je při tomto způsobu řízení jen přeohodnä. Rotor motoru začne vykonavat pohyb směrem k této poloze magnetické neutrály a vlivem setrvačnosti je překmitne. vPo uplynutí poloviny doby periody vlastních kmitů motoru, způsobí druhý z dvojice impulsů další posuv magnetické neutraly,která se nyní přibližně ztotožní s okamžitou polohou rotoru, který se v této poloze zastaví a zůstane v ní až do příchodu dalšího impulsu na vstup ovládače. Motor tedy může trvale zaujimat pouze polovinu ze svých stabilních poloh, přičemž druhá polovina slouží jako přechodné stavy pro vykonaní celého kroku. Zapojením řídícího obvodu je dáno, které polohy může motor zaujimat trvale, a které jsou přechodné, přičemž toto přiřazení je možno měnit elektrickým signálem. Pokud se toto přiřazení uskuteční takovým způsobem, že je V přechodných stavech vybuzeno více iází než ve stavech trvalých,tedy například u dvoufázových motorů jsou v přechodném stavu vybuzeny obě fáze a v trvalém stavu jedna fáze, odpovídá moment motoru v době pohybu během přechodnélho stavu počtu vybuzených fází. Tím je zajištěn větší moment v době přechodného stavu, kdy motor vykonává pohyb. Menší moment v trvalém stavu není na závadu, nebot statický vezební moment je větší než provozní Inoinent. Příkon motoru pak odpovídá počtu vybuzených fází, což zvláště při nižších rychlostech otáčení vede k úspoře elektrické energie.Vhodným zapojením řídicího obvodu ovládače krokovéiho motoru je dále možno dosáhnout zvyšovaní rychlosti otáčení až na mez danou možnostmi samotného motoru. V tomto případě se při zvyšovaní kmitočtu vstupních impulsů nad hodnotu danou převrácenou hodnotu poloviny doby periody vlastních kmitů motoru samočinně zkracuje časový odstup mezi impulsy ve dvojicích,který je dán periodou vstupních impulsů, zatímco časové íntervaly mezi dvojicemi jsou zkráceny na zanedbatelný okamžik, takže otáčky motoru lze zvyšovat až na hodnotu mezní provozní rychlosti.Na připojených výkresechł jsou znázorneny příklady zapojení řídicílho obvodu ovládače krokového motoru podle vynalezu, kde obr. 1 znázorňuje blokové schéma zapojení,obr. 2 znázorňuje provedení generátoru dvojic impulsů, vhodné pro kmitočty vstupních impusů nižší než dvojnásobek vlastního rezonančního kmitočtu, na obr. 3 je znázworněno obdobné zapojení, umožňující navíc volbu otáčení směru otáčení a volbu trvalého motoru, obr, 4 znázorňuje zapojení generátorudvojíc ímpulsů, vhodné pro kníítočty vstupních ímpulsů .až do mezního provozního kmitočtu, na obr. 5 je znázorněno zapojení p 0 dle obr. 4, umožňující navíc volbu směru otáčení a volbu trvalého stavu motoru a na obr. 6 je znázorněn príklad možného provedení obvodové realizace generátoru dvojíc ímpulsů podle obr. 5.jak je zrejmé z obr. 1, je řídící obvod ovladače krpkoveho motoru lil tvoren generátorem 1 dvojíc ímpulsů, na jehož krokovací vstup 2 se jprivádějí vstupní řídící ímpulsy. Výstup 3 generátoru 1 dvojíc impusů je prípojenhodinový vstup 4 stavoveho registru 5, ktorý může být tvoren například čítačem, príčemž jeden z výstupů 6 stavoveho registru E, zpravídla nejnižší bit čítače, udává, zda je stav motoru 111 trvalý nebo přechodný. Tento výstup 6 je připojen jednak na stavový vstup 7 generátoru 1 dvojíc ímpulsů,a jednak prostřednictvím dekoderu B je prípojen k výkonovému zesílovačí 9, který silově napájí krokový motor 1 D.Príklad zapojení generátoru 1 dvojíc ímpulsů, které je vhodne pro kmítočtý vstupnich impulsů nižší, než je dvojnásobok vlastního rezonaííčního kmítočtu krokovétío motoru 14 se zátěží, je znázorněn na obr. 2,kde generátor 1 dvojíc ímpulsü je opatřen rezístoreín 11, jehož první vývod 111 tvorí stavový vstup 7 a jehož druhý vývod 112 je prípojen jednak na první vývod 121 kondenzátoru 12, jehož druhý vývod 122 je uzemněn,jednak na kolekt-or tranzístoru 13, jehožemitor je uzemněn, a jednak na vstup 141, Schmíttova klopného obvodu 14. Výstup 142 obvodu 14 je prípojen jednak pres ochranný rezistor 15 na bázi trenzístoru 13, a jednak na druhý vstup 162 sdružov-acího členu 16,jehož první vstup 161 tvoří krokovací vstup 2 generätoru 1 dvojíc ímpulsů a jehož výstup 153, tvorící výstup 3 generátoru 1 dvojíc impulsů, je prípojen na vstup 4 stavového registru 5.Funkce zapojení podle obr. 2 je následující. Príjde-lí v ustálenem stavu na krokovací vstup 2 řídící impuls, prejde tento ímpuls na výstup 3 do stavoveho registru 5, čímž motor 10 prejde do prechodového stavu .a na stavovéní vstupu 7 se objeví napětí úrovně H, kterým se n-abíjí kondezátor 12. jakmile napětí na kondenzátoru 12 presáhne prahovou úroveň Schmíttova klopného obvodu 14,prejde jeho napětí do úrovně H, čímž se sepne tranzistor 13, který vybíje kondenzátor 12, čímž výstupní napětí Schmíttova klopného obvodu 14 prejde opět do úrovně L. Impuls z výstupu 142 obvodu 14 projde sdružovacím členem 16 na výstup 3 a uvede stavový registr 5 do trvalého stavu, v něm zůstane až do príchodu dalšího ímpulsu na krokovací vstup 2.Pri požadavku na možnost reverzace motoru lll se podle obr. 3 opatří sdružovací členlll vstupem 164 pro volbu smeru otáčení,prvním výstupem 165 pro první směr otáčení,prípojeným na první vstup 51 stavového re gistru 5 .a druhým výstupem 166 pro druhý sníěr otáčení, prípojeným n-a druhý vstup 52 stavoveho registru 5. Požaduje-lí se rovněž možnost vzájemné záměny prechodných a trvalých stavů, což umožňuje dosáhnout původní počet stabílních poloh motoru 14, opatří se podle obr. 3 generátor 1 dvojíc ímpulsů obvodem 23 typu EXCLUSIVE-OR zapojeným tak, že jeho první vstup 231 je vstupem pro volbu trvalého stavu, jeho druhý vstup 232 tvorí stavový vstup 7 a jeho výstup 233 je pripojen na první vývod 111 rezístoru 11.Príklad zapojení generátoru 1 dvojíc impulsů, které je vhodné pro kmitočty vstupních ímpulsů vyšší až do mezníno provozního kmítočtu, je znázoríiěno na obr. 4, kde generátor 1 dvojíc ímpulsů je opatren registrem 17 kroku, jehož nastavovací vstup 171 tvoří krokovací vstup 2 a jehož nulovací vstup 172 tvoří stavový vstup 7, přičemž jeho výstup 173 je prípvojen na vstup A 181 kombínačního obvodu 13, jehož vstup B 182 je prípojen na výstup 192 monostabílního klopneho obvodu 19., Vstup C 183 kombínačního obvodu 18 je připojen na vstup 191 monostabílního klopného obvodu 19, pripojený rovněž na nulovací vstup 172 registru 17 kroku. Vstup D 184 kombínačního obvodu 18 je prípojen jednak na výstup 203 synchronizačního obvodu 20, jehož datový vstup 201 je prípojen na výstup 185 kombínačníhoobvodu 16, a jednak na řídící vstup 212 hradlovacího členu 21. lmpuísní vstup i 12 synchronízačního členu 2 D je prípojen jednak na výstup 221 -oscílátoru 22, .a jednak na ímpuísní vstup 211 hrtadlovacího členu 21, jehož výstup 213 tvorí výstup 3 generátoru 1 dvojíc ímpulsů.Funkce zapojení podle obr. 4 je následující. V trvaleín stavu je na stavovém vstupu 7 napětí úrovně L. Pri príchodu ímpulsu na krokovací vstup 2 prejde napětí na výstupu ô stavového registru 5 do úrovně H, čímž způsobí, že na výstupu 185 kombínačního obvodu 18 se objeví rovněž napětí úrovně H. V okamžiku sestupně hrany napětí na ímpulsním vstupu 202 synchornízačního obvodu Zł se na výstupu 2 m tohoto obvodu objeví napětí H, čímž následující ímpuls z oscílátoru 22 projde výstup 3 a nastaví svou vzestupnou hranou registr 17 kroku do stavu odpovídajícího následujícímu prechordnému stavu,přičemž na stavovem vstupu 7 prejde napětí na úroveň H Tím se jednak vynuluje registr 17 kroku, a jednak nastartuje monostabílní klopný obvod 19. Niapětí na výstupu 185 kombínačního obvodu 18 prejde do stavu L,ktere pri sestupně hraně napětí na vstupu 201 prenikne na výstup 233 Synchronizačního obvodu 29 a zabráni průchodu dalších ímpulsů do stavoveho registru 5. Pokud během trvání ímpulsu monostabílního klopného obvodu 19 nepríjde další ímpuls na krokovací vstup 2, objeví se na výstupu 185 lrombinačního obvodu 18 napětí úrovně H po skončení ímpulsu monostabílního klopnéhoobvodu 19, takže na výstup 3 projde další impuls, ukončující prechodný stav motoru 10, načež působením vstupu 183 kombinačního obvodu 18 opět přejde napětí na výstupu 185 tohot-o obvodu do úrovně L a zabráni průchodu dalších impulsů na výstup 3. estliže během trvání impulsu n.a výstupu 192 monostabilnĺho klopnělho obvodu 19 příjde další impuls na krokovací vstup 2, přejde napětí na výstupu 173 registru 17 kroku do úrovně H, čímž způs-obí přechod napětí na výstup 105 kombínačního obvodu 18 do úrovně H a průchod ímpulsu na výstup 3, čímž se ukončí přechodný stav motoru 10 a napětí n.a stavovém vstupu 7 přejde do úrovně L. To však nemá vlív na stav registru 17 kroku,takže napětí na výstupu 203 Synchronizačního obvodu 20 zůstane v úro-vni H .a na výstup 3 pronikne další impuls, zasahující nový přechodný stav motoru 10. Napětí na stavovém vstupu 7 prejde do stavu H, takže napětí na výstupu 173 registru 17 kroku .a tím i na datovém vstupu 201 synchronízačního členu 20 přejde do úrovně L, čímž se zablokuje průchwod dalších impulsů na stavový vstup 7. Vzestupná hrana napětí na vstupu 191 monostabilního klopného obvodu 19 způsobí jeho opětně zpuštění, takže se od tohoto okamži 8ku začne znovu odměřovat nastavený časový interval. , Kombinační obvod 18 musí realizovat v ustálenem stavu funkci Y A BC. Vstup 184 je žádoucí z důvodů správné funkce při připojení napájecího napětí. Příklad vhodné funkce realízovaného tímto obvodem je Y ABC.D.Popsané zapojení, znázorněné na obr. 4, umožňuje otáčení motoru 10 v jednom směru. Při požadavku na možnost reverzace se v zapojení podle obr. 5 hradlovací člen 21 opatří vstupem 214 pro volbu směru otáčení a prvním výstupem 215 pro první směr otáčení,připojeným na první vstup 51 stavového registru 5 a druhým výstupem 216 pro druhý směr otáťenĺ, připojeným na druhý vstup 52 stavového registru 5. Požaduje-li se rovněž možnost vzájemné záměny prechodných a trvalých stavu, což umožňuje dosáhnout původní počet stabílních poloh motoru 10, opatří se podle obr. 5 generátor 1 dvojíc impulsů obvodem 23 typu EXCLUSIVE-OR zapojeným tak, že jeho první vstup 231 je Vstupem pro volbu trvalého stavu, jeho druhý vstup 232 tvoří stavový vstup 7 a jeho výstup 233 je připojen na nulovací vstup 172 registru 17 kroku.1. Zapojení řídícího obvodu ovládače krokového motoru, tvořené generátorem dvojíc ímpulsů, na jehož krokovací vstup je připojen výstup řidicího signálu, a jehož výstup je přípojen na vstup stavového registru, jehož výstup je přípojen na vstup dekodéru, vyznačující se tím, že výstup 6 stavového registru 5 je přípojen na stavový vstup 7 generátoru 1 dvojíc impulsů.2. zapojení podle bodu 1, vyznačujĺcĺ se tíní, že generátor 1 dvojíc ímpulsů je opatřen rezistorem 11, jehož první vývod 111 tvoří stavový vstup 7 a jehož druhý vývod 11.2 Je přípojen jednak na první vývod 121 kondenzätoru 12, jehož druhý vývod 122 je uzemněn, jednak na kolektor tranzístoru 13, jehož emitor je uzemněn, a jednak na vstup 141 Schmíttova klopného obvodu 14, jehož výstup 142 je připojen jednak přes ochranný rezístor 15 na bázi tranzístoru 13, a jednak na druhý vstup 162 sdružovacího členu 16, jehož první vstup 161 tvoří krokovací vstup 2 generátoru 1 dvojíc impulsů a jehož výstup 163, tvoříci výstup 3 generátoru 1 dvojíc ímpulsů, je připojen na vstup 4 stavového registru 5.3. zapojení podle bodu 2, vyznačující se tím, že sdružovací člen 16 je opatřen vstupem 164 pro volbu směru otáčení, prvním výstupem 165 pro první směr otáčení, přípojeným na první vstup 51 stavového registru 5 a druhým výstupem 166 prodruhý směr otáčení, přípojeným na druhý vstup 52 stavového registru 5.4. zapojení podle bo-du 2 nebo 3, vyznačující se tím, že na první vývod 111 rezistoru 11 je připojen svým výstupem 233 obvod 23 typu ExcLUsIvE-oa, jehož první vstup 231 e vstupem pro V-olbu trvalého stavu a jehož druhý vstup 232 tvoří stavový vstup 7.5. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že generátor 1 dvojíc ímpulsů je opatřen registrem 17 kroku, jehož nulovací vstup 172 tvoří stavový vstup 7 a jehož nastavovaci vstup 171 tvoří krokovací vstup 2, přičemž jeho výstup 173 je připojen na vstup A 181 kombínačního obvodu 18, jehož vstup B 182 je připojen na výstup 192 monostabilního,klopného obvodu,19 a dále, jehož vstup C 183 je příporjen na vstup 191 monostabilního klopného obvodu 19 a dále, jehož vstup D 184 je připojen jednak na výstup 203 synchronízačního obvodu 20, jehož datový vstup 201 je přípojen na výstup 185 kombínačního obvodu 18 a jednak na řídící vstup 212 hradlovacího členu 21, a jehož impulsní vstup 202 je připojen jednak na výstup 221 oscílätoru 22 a jednak na impulsní vstup 211 hradlovacího členu 21,jehož výstup 213 tvoří výstup 3 generátoru l dvojíc ímpulsů, přičemž vstup 191 monostabilního klopneho obvodu 19 je při 237043I lll pojen na nulovací vstup 172 registru 17 hý směr otáčení, připojeným na druhý vstup kroku. 52 stavového registru 5.6. zapojení podle bodu 5, vyznačující se 7. zapojení podle bodu 5 nebo 8, vyznačutím, že hradlovaoí člen 21 je opatřen vstu- jící se tím, že na nulovací vstup 172 repem 214 pro volbu smeru otáčení, prvním gistru 17 kroku je připojen svým výstuvýstupem 215 pro první směr otáčení, při- pem 233 obvod 23 typu EXCLUSIVE-OR,pojeným na první vstup 51 stavového re- jehož první vstup 231 je vstupem pro volbu gistru 5 a druhým výstupem 216 pro dru- trvalého stavu a jehož druhý vstup 232tvoří stavový vstup 7.

MPK / Značky

MPK: H02P 8/00

Značky: ovládače, obvodů, řídicího, motorů, krokového, zapojení

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/11-237043-zapojeni-ridiciho-obvodu-ovladace-krokoveho-motoru.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Zapojení řídicího obvodu ovládače krokového motoru</a>

Podobne patenty