CS263395B1

CS263395B1 - Controller wiring for closed servo system with stepper motor

Info

Publication number: CS263395B1
Application number: CS874651A
Authority: CS
Inventors: Alexander Ing Csc Varga; Stanislav Ing Csc Almassy; Pavel Ing Csc Sivicek
Original assignee: Varga Alexander; Almassy Stanislav; Sivicek Pavel
Priority date: 1987-06-23
Filing date: 1987-06-23
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS465187A1

Abstract

Riešenie patří do oblasti elektrotechniky a týká sa riadiaceho člena pre uzavretý servosystém s krokovým motorom, v ktorom je pri vyhodnotení uhla rozladenia využitá informácia o polohe rotora meraná cyklicky snímačom absolutnej polohy rotora v rámci jednej elektrickej otáčky a v ktorom je na dosiahnutie vysokej dynamiky v celom regulačnom rozsahu rýchlosti využitá- informácla o fáze vektora prúdu motora. Podstatou riešenia je činnost na principe obmedzenia uhla rozladenia motora v intervale vymedzenom maximami momentu na synchronizačněj charakteristike. Riadiaci člen podlá vynálezu představuje rýchlostný servosystém s optimálnym využitím dynamických schopností motora v celom rozsahu riadiacich frekvencií.The solution belongs to the field of electrical engineering and concerns a control element for a closed servo system with a stepper motor, in which the information on the rotor position measured cyclically by the absolute rotor position sensor within one electrical revolution is used to evaluate the detuning angle, and in which the information on the phase of the motor current vector is used to achieve high dynamics in the entire speed control range. The essence of the solution is the operation on the principle of limiting the motor detuning angle in the interval defined by the torque maxima on the synchronization characteristic. The control element according to the invention represents a speed servo system with optimal use of the dynamic capabilities of the motor in the entire range of control frequencies.

Description

(54) Zapojenie riadiaceho členu pre uzavretý servosystóm s krokovým motorom(54) Wiring of a closed-loop stepper servo motor

Riešenie patří do oblasti elektrotechniky a týká sa riadiaceho člena pre uzavretý servosystém s krokovým motorom, v ktorom je pri vyhodnotení uhla rozladenia využitá informácia o polohe rotora meraná cyklicky snímačom absolutnej polohy rotora v rámci jednej elektrickej otáčky a v ktorom je na dosiahnutie vysokej dynamiky v celom regulačnom rozsahu rýchlosti využitáinformácla o fáze vektora prúdu motora. Podstatou riešenia je činnost na principe obmedzenia uhla rozladenia motora v intervale vymedzenom maximami momentu na synchronizačně j charakteristike. Riadiaci člen podlá vynálezu představuje rýchlostný servosystém s optimálnym využitím dynamických schopností motora v celom rozsahu riadiacich frekvencií.The solution belongs to the field of electrical engineering and relates to a closed-loop servo-system with stepper motor, in which the rotor position information is measured cyclically by an absolute rotor position sensor within a single electric speed and in which it is attained high dynamics throughout the control the speed range utilized in the motor current vector phase information. The essence of the solution is to operate on the principle of limiting the engine tuning angle in the interval defined by the maximum torque on the synchronization characteristic. The actuator of the present invention is a speed servo system with optimal use of the motor's dynamic capabilities over a range of control frequencies.

Vynález sa týká zapojenia riadiaceho člena pre uzavretý servosystém s krokovým motorom, v ktorom je pri vyhodnotení uhla rozladenia využitá informácia o polohe rotora meraná cyklicky snímačom absolutnej polohy rotora v rámci jednej elektrickej otáčky a v ktorom je na dosiahnutie vysokej dynamiky v celom regulačnom rozsahu rýchlosti využitá informácia o fáze vektora prúdu motora.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a stepper motor closed-loop actuator, in which rotor position information is measured cyclically by an absolute rotor position sensor within a single electric speed, and wherein information is utilized to achieve high dynamics throughout the speed control range. o phase of motor current vector.

Doteraz používané zapojenia uzavretých systémov s pružnou spatnou vazbou využívajú na dosiahnutie dobrých dynamických vlastností v celom regulačnom rozsahu, informáciu o rýchlosti otáčania rotora, na základe ktorej sa nepriamo usudzuje o fázovom posune medzi želanou hodnotou prúdu statora a jej skutočnou hodnotou. Z dóvodov jednoduchéj realizácie sa přitom rýchlosť vyhodnocuje iba v niekolkých stupňoch, čo vedie k nepřesnému určeniu fázového rozladenia prúdu a jej želanej hodnoty. Důsledkom je nevyužitie dynamických schopností motora v celom regulačnom rozsahu a nevýhodná je aj závislosť priradenia medzi rýchlostou a fázovým posunom od napájaoieho napStia ovládača motora.In order to achieve good dynamic properties over the entire control range, the hitherto used flexible feedback systems utilize information about the rotational speed of the rotor, which indirectly assumes a phase shift between the desired stator current value and its actual value. For reasons of simple implementation, the velocity is evaluated in only a few stages, which leads to an inaccurate determination of the phase tuning of the current and its desired value. The consequence is that the dynamic capability of the motor is not utilized in the entire control range and the dependence of the assignment between speed and phase shift on the supply voltage of the motor controller is also disadvantageous.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojenie riadiaceho člena podlá vynálezu, ktorého podstata je v tom, že na vstup ovládača spojeného s krokovým motorom je připojený výstup generátora želanej hodnoty statorových prúdov, ktorého vstup je spojený s výstupom prvého vratného čltača a so vstupom dekodéra.These drawbacks are eliminated by the wiring of a control member according to the invention, which is characterized in that the input of the stator current setpoint generator is connected to the input of the controller connected to the stepper motor, the input of which is connected to the output of the first reverser and the input of the decoder.

Výstup dekodéra ‘je připojený na třetí vstup druhého vratného čítača, ktorého prvý vstup je připojený na prvý vstup prvého vratného čítača a výstup prvého člena logického súčtu a jeho druhý vstup je připojený na druhý vstup prvého vratného čítača a výstup druhého člena logického súčtu. Štvrtý vstup druhého vratného čítača je spojený s výstupom tvarovača připojeného svojim vstupom k prvému výstupu sústavy ovládač - krokový motor, ktorého druhý výstup je spojený so vstupom cyklicky pracujúceho snímača absolútnej polohy rotora.The output of the decoder připoj is connected to the third input of the second return counter, the first input of which is connected to the first input of the first return counter and the output of the first logical sum member, and its second input is connected to the second input of the first return counter and the output of the second logical sum member. The fourth input of the second return counter is coupled to the output of the former formed by its input to the first output of the actuator-stepper assembly, the second output of which is coupled to the input of the cyclically operating absolute rotor position sensor.

Výstup tohto snímača je připojený k prvému vstupu pamSte spojeného svojim druhým vstupom s výstupom druhého vratného čítača. Prvý a druhý výstup pevnej pamSte je připojený na prvý a druhý vstup blokovacieho obvodu spojeného třetím vstupom s prvou vstupnou svorkou, svojim prvým výstupom s prvým vstupom prvého člena logického súčtu a svojim druhým výstupom s prvým vstupom druhého člena logického súčtu. Druhý vstup prvého člena logického súčtu je spojený s druhou vstupnou svorkou a druhý vstup druhého člena logického súčtu s trefou vstupnou svorkou.The output of this sensor is connected to the first memory input connected by its second input to the output of the second return counter. The first and second outputs of the non-volatile memory are connected to the first and second inputs of the interlock circuit connected by the third input to the first input terminal, their first output to the first input of the first logical sum member and their second output to the first input of the second logical sum member. The second input of the first logical sum member is connected to the second input terminal and the second input of the second logical sum member to the correct input terminal.

Zapojením riadiaceho člena podlá vynálezu sa získá uzavretý servosystém s pružnou spStnou vazbou od polohy rotora, v ktorom je číslicovo vyhodnocovaná poloha vektora prúdu statora. Využitím tejto informácie á informácie o polohe rotora získanej cyklicky pracujúcim snímačom absolútnej polohy rotora možno určiť uhol rozladenia motora s dostatočnou presnostou v celom regulačnom rozsahu rýchlosti a zabezpečit tak v přechodných stavoch obmedzenie uhla rozladenia na hodnotě pri ktorej je stredný moment motora pri danej rýchlosti najvSčší.By engaging a control member according to the invention, a closed elastic feedback servo system is obtained from a rotor position in which the position of the stator current vector is digitally evaluated. By utilizing this information and rotor position information obtained by the cyclically operating absolute rotor position sensor, the tuning angle of the motor can be determined with sufficient accuracy throughout the speed control range, thereby ensuring, in transient states, limiting the tuning angle to the value at which the mean motor torque at that speed is greatest.

Zapojenie riadiaceho člena podlá vynálezu umožní zabezpečit dosiahnutie zadanej rýchlosti bez potřeby plynulých rozbehov a dobehov a může tvořit podradený riadiaci obvod různých štruktůr regulačných obvodov polohy.The connection of the control member according to the invention makes it possible to ensure that the set speed is reached without the need for continuous accelerations and decelerations and can form a subordinate control circuit of various structures of the position control circuits.

Na pripojenom výkrese je znázorněné zapojenie riadiaceho člena podlá vynálezu.The attached drawing shows the wiring of a control member according to the invention.

Na vstup sústavy £ ovládač - krokový motor je připojený výstup generátora £ želanej hodnoty statorových prúdov, ktorého vstup je spojený s výstupom prvého vratného čítača £ a so vstupom dekodéra 6. Výstup dekodéra £ je připojený na třetí vstup druhého vratného čítača £, ktorého prvý vstup je připojený na prvý vstup prvého vratného čítača £ a na výstup prvého člena logického súčtu £ a jeho druhý vstup je připojený na druhý vstup prvého vratného čítača £ a na výstup druhého člena logického súčtu £. štvrtý vstup druhého vratného čítača £ je spojený s výstupom tvarovača £ připojeného svojim vstupom k prvému výstupu sústavy £ ovládač - krokový motor, ktorého druhý výstup představujúci jeho mechanický výstup je spojený so vstupom cyklicky pracujúceho snímača £ absolútnej polohy rotora.The output of the stator current setpoint generator 4 is connected to the input of the controller-stepper motor, the input of which is connected to the output of the first return counter and the input of the decoder 6. The output of the decoder is connected to the third input of the second return counter. it is connected to the first input of the first return counter and the output of the first logical sum member and its second input is connected to the second input of the first return counter and the output of the second logical sum member. the fourth input of the second return counter 6 is connected to the output of the former 4 connected by its input to the first output of the actuator-step motor assembly 6, the second output representing its mechanical output being connected to the input of the cyclically operating absolute position sensor.

Výstup cyklicky pracujúceho snímača 2 absolutnej polohy rotora je připojený k prvému vstupu pevnej pamSte 10 spojeného svojim druhým vstupom s výstupom druhého vratného čítača 9. Prvý a druhý výstup pevnej pamSte 10 je připojený na prvý a druhý vstup blokovacieho obvodu li spojeného svojim třetím vstupom a prvou vstupnou svorkou 14, svojim prvým výstupom s prvým vstupom člena 1 logického súčtu a svojim druhým výstupom s prvým vstupom druhého člena 2 logického súčtu. Druhý vstup prvého člena 2 logického súčtu je spojený s druhou vstupnou svorkou 12 ’a druhý vstup druhého člena 2 logického súčtu je psojený s treťou vstupnou svorkou 13.The output of the cyclically operating rotor absolute position sensor 2 is connected to the first fixed memory input 10 connected by its second input to the output of the second return counter 9. The first and second fixed memory outputs 10 are connected to the first and second inputs of the interlock circuit 11 connected by their third input and the first. the input terminal 14, its first output with the first input of the logical sum member 1 and its second output with the first input of the second logical sum member 2. The second input of the first logical sum member 2 is connected to the second input terminal 12 'and the second input of the second logical sum member 2 is connected to the third input terminal 13.

Činnost riadiaceho člena podlá vynálezu je nasledovná. Riadiace impulzy, ktorých frekvencia určuje požadovanú rýchlosť pohybu sú privádzané v závislosti od požadovaného směru pohybu na druhů vstupnú svorku 12 respektive na tretíu vstupnú svorku 13 riadiaceho člena a zvyšujú respektive znižujú stav prvého vratného čítača 2 a druhého vratného čítača 2· Výstupné číslo prvého vratného čítača _3 riadi generátor 4 želaných hodnót statorových prúdov, ktorý generuje signál predstavujúci stupňovú aproximáciu funkcií sinus a cosinus, pričom tieto signály riadia výkonový ovládač sústavy _5 ovládač - krokový motor. Tvarovač 2 generuje pri přechode skutočnej hodnoty fázového prúdu statora krokového motora nulou krátký impulz, ktorý paralelné přepíše stav druhého vratného čítača 2 na hodnotu odvodenú dekodérom 2 ^z výstupného čísla prvého vratného čítača 2· Priradenie, ktoré dekodér 6_ realizuje je navrhnuté tak, aby druhý vratný čítač 2 svojim stavom indikoval polohu vektora skutočného prúdu statora absolútne v rámci jednej elektrickej otáčky. Tento údaj spolu s výstupným sígnálom cyklicky pracujúceho snímača 2 absolutnej polohy rotora generujúceho informáciu o absolutnej polohe rotora v rámci jednej elektrickej otáčky, představuje adresu pre pevnú pamHť 10 PROM. V tejto pevnej pamSti 10 je vyhodnotený uhol rozladenia, rpičom v případe, že uhol rozladenia překročí dovolené hodnoty, je generovaný riadiaci signál na prvom alebo druhom výstupe pevnej pamSte 10 podlá toho, že v ktorom smere k prekročeniu dovolenej hodnoty uhla rozladenia došlo. Výstupnés ignály pevnej pamSte 10 PROM riadia blokovací obvod 11, ktorý v případe potřeby prepúšťa impulzy vysokej frekvencie připojené na prvú vstupnú svorku 14, na prvý vstup prvého člena 2 logického súčtu, respektive na prvý vstup druhého člena 2 logického súčtu tak, aby došlo k zmene uhla rozladenia krokového motora do intervalu dovolených hodnót. Interval dovolených hodnót uhla rozladenia krokového motora je úsek vymedzený maximami momentu na jednej perióde synchronizačně j charakteristiky krokového motora.The operation of the control member according to the invention is as follows. The control pulses, the frequency of which determines the desired velocity of the movement, are applied to the second input terminal 12 and the third input terminal 13 of the control member respectively, depending on the desired direction of movement and increase or decrease the status of the first return counter 2 and the second return counter 3 controls a stator current setpoint generator 4 which generates a signal representing a stepwise approximation of the sine and cosine functions, these signals being controlled by the power controller of the controller-stepper motor assembly. The contactor 2 generates a short pulse when the stepper motor stator current current value is zero, which in parallel overwrites the state of the second return counter 2 to the value derived by the decoder 2 ^{from the} output number of the first return counter. the counter 2, by its status, indicated the position of the actual stator current vector absolutely within one electric revolution. This, together with the output signal of the cyclically operating rotor absolute position sensor 2 generating rotor absolute position information within a single electric revolution, represents the address for the fixed memory 10 of the PROM. In this fixed memory 10, the tuning angle is evaluated, but if the tuning angle exceeds the permissible values, a control signal is generated at the first or second output of the fixed memory 10 according to the direction in which the allowed tuning angle value has been exceeded. The PROM output signals 10 control the interlock circuit 11, which, if necessary, transmits the high frequency pulses connected to the first input terminal 14, to the first input of the first logical sum member 2 or to the first input of the second logical sum member 2 to change stepping motor tuning angle to the interval of allowed values. The interval of allowed values of the tuning angle of the stepper motor is the section defined by the maximum torque at one period of the synchronization characteristic of the stepper motor.

Claims

3 263395 The output of the cyclically operating rotor absolute position sensor is connected to the first input of the fixed memory 10 connected by its second input to the output of the second counter 9. The first and second outputs of the fixed memory 10 are connected to the first and second inputs of the blocking circuit connected by its third input and the first input terminal 14, by its first output with the first input of the logic sum member 1 and its second output with the first input of the second logic sum member. The second input of the first logical sum member 2 is connected to the second input terminal 12 ', and the second input of the second logical sum member 2 is connected to the third input terminal 13. The operation of the control member according to the invention is as follows. Control pulses, the frequency of which determines the desired speed of movement are fed in dependence on the desired direction of movement of the species, respectively, the input terminal 12 or the third input terminal 13 of the control member and increasingly decreases the state of the first counter 2 and the second counter 2. controls the generator 4 of the desired stator currents, which generates a signal representing a step approximation of the sine and cosine functions, wherein the signals are controlled by the power controller 5 of the controller - stepper motor. When the actual value of the stator phase current of the stepper motor passes, the former 7 generates a short pulse that transcends the second counter 2 in parallel to the value derived by the decoder 2 from the output of the first counter 2. The assignment that the decoder 6 realizes is designed so that the second counter 2 is in its state indicates the position of the actual stator current vector completely within one electrical speed. This data, together with the output signal of the cyclically operating rotor absolute encoder2 generating rotor absolute position information within a single electrical revolution, represents an address for a fixed steam of 10 PROM. In this fixed memory 10, the tuning angle is evaluated, in the event that the tuning angle exceeds the permissible values, a control signal is generated at the first or second output of the fixed memory 10, according to which direction the tuning angle has been exceeded. The PROM output signaling memory 10 controls the blocking circuit 11, which, if necessary, passes the high frequency pulse connected to the first input terminal 14, to the first input of the first logic account member 2, or to the first input of the second logic sum element 2, so as to change the pitch of the stepper motor. to the allowed values interval. The interval of the allowed values for the stepping motor tuning is the section defined by the maximum torques on one period of the synchronous j stepping motor characteristic. SUBJECT OF CONTROLLER Control member wiring for closed servo system with stepper motor with: elastic bad weave from rotor position and phase shifting evaluation, characterized in that the system input (5) actuator - stepper motor is connected to the generator set generator output (4) whose input is connected to the output of the first return counter (3) and simultaneously to the input of the decoder (6), the output of the decoder (6) being connected to the third input of the second return counter (9) whose first input is connected to the first input of the first return counter (3) and at the same time the output of the first logical sum member <1> and its second input connected to the second input of the first counter (3) and at the same time the second logic account member (2), the fourth input of the second counter (9) being coupled with the output of the shaper (7) connected by its input to the first output of the system (5) actuator - cr the mesh motor, the second output representing its mechanical output, is coupled to the input of the cyclically operating absolute position sensor (8) whose output is connected to the first input of the fixed memory (10) connected by its second input to the output of the second return counter (9) and its first second output is coupled to the first and second inputs of the locking circuit (11) via a third input with a first input terminal (14), wherein the first output of the locking circuit (11) is coupled to the first input of the first logic sum member (1) and its second output is coupled to the first by entering the second logical member (2), while the second input of the first logical sum member (1) is coupled to the second input terminal (12), the second input of the second logical sum member (2) being connected to the third input terminal (13) . 1 drawing