Патент на изобретение №2273944

(54) СИСТЕМА КОНТРОЛЯ РАБОТЫ БЕСЩЕТОЧНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе автоматической синхронизации шаговых двигателей. Техническим результатом является упрощение и снижение расходов по эксплуатации систем управления работой шагового двигателя и повышение крутизны характеристики двигателя. Система контроля работы бесщеточного двигателя, получающего питание током в соответствии с заданным электрическим циклом, обеспечивающим движение ротора, содержит устройство индикации механического положения ротора, связанное с устройством детектирования, образуя совместно с ним устройство инкрементального кодирования механического положения ротора. Система содержит также блок управления работой двигателя, состоящий из средства обработки сигналов кодирования механического положения ротора, соединенного со средством регулирования питания комплекта обмоток статора. Устройство индикации механического положения ротора содержит, по меньшей мере, одну последовательность индикаторов механического положения ротора, соответствующих прохождению электрического цикла статора, в результате чего устройство инкрементального кодирования выдает в средство обработки сигнал синхронизации для всех электрических циклов. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к контролю работы бесщеточных двигателей (brushless motors,) а более конкретно – к системе, обеспечивающей автоматическую синхронизацию шаговых двигателей в целях предотвращения их выпадения из синхронизма.

Уровень техники

В числе бесщеточных двигателей можно упомянуть, в частности, шаговые двигатели, которые используются, как правило, в режиме разомкнутого контура. Это предполагает необходимость их работы с большим запасом вращающего момента с тем, чтобы они могли, в частности, выдерживать значительные изменения нагрузки на валу двигателя.

Вне зависимости от конкретного расчетного применения двигателя, управление его работой посредством изменения напряжения или тока может быть быстро и надежно отрегулировано только в том случае, если механическое положение приводимого во вращение ротора совпадает с магнитным полем, создаваемым в двигателе. Для соблюдения этого принципа без использования особой системы контроля питания полюсов двигателя в соответствии с его параметрами потребовалось бы, чтобы двигатель работал в идеальных условиях, или, другими словами, чтобы момент механической нагрузки, действующий на ротор, был меньше имеющегося вращающего момента. Совершенно очевидно, однако, что подобные условия существуют не всегда и в большинстве случаев промышленного применения шаговых двигателей нужен точный контроль системы управления ими.

Были предложены разнообразные технические решения для устранения одного из основных недостатков, свойственных бесщеточным двигателям, в частности, двигателям шагового типа, а именно выпадения ротора из синхронизма.

Одно из таких решений заключается в использовании специального органа для копирования перемещений двигателя, который дает возможность убедиться по окончании такого перемещения в том, что оно действительно имело место. В ряде применений, характеризующихся достаточной степенью защиты (например, в области медицины), контроль такого типа вполне пригоден. Однако он остается, тем не менее, таким решением, которое обеспечивает лишь “апостериорное” выполнение перемещения, в результате чего может иметь место задержка в реакции двигателя на приложенное управляющее воздействие без гарантии предотвращения выпадения из синхронизма.

Другое, более эффективное, решение состоит в управлении работой двигателя методом автоматической коммутации, когда с помощью специального сельсина-резольвера удается определять механическое положение ротора. Однако эта система страдает недостатком, который заключается в существенном удорожании процесса, связанном с выполнением такого сельсина-резольвера и проведением соответствующей обработки. Подобное техническое решение, представляющее большую сложность в плане его практической реализации, ведет к заметному увеличению расходов по эксплуатации системы управления работой шагового двигателя, поскольку оно требует изготовления сельсина-резольвера и сложных электронных схем аналоговой и цифровой обработки. Кроме того, при подобной обработке полоса пропускания оказывается, как правило, не слишком широкой, что приводит, в числе прочих неудобств, к снижению кажущейся “крутизны” характеристики двигателя.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на устранение указанных выше недостатков путем экономичного выполнения системы контроля работы бесщеточного двигателя, обеспечивающей быструю и надежную синхронизацию между механическим положением ротора и создаваемым магнитным полем.

Решение поставленной задачи достигается благодаря созданию системы контроля работы бесщеточного двигателя, содержащего ротор и статор, имеющий комплект фазных обмоток, и получающего питание током в соответствии с заданным электрическим циклом, обеспечивающим продвижение ротора. Система по изобретению снабжена устройством индикации механического положения ротора, расположенным на валу этого ротора, и устройством оптического или иного детектирования, предназначенным для определения механического положения ротора по устройству индикации и образующим с этим последним устройство инкрементального (пошагового) кодирования механического положения ротора. Система снабжена также блоком управления работой двигателя, который образован средством обработки сигналов кодирования механического положения ротора, соединенным со средством регулирования питания комплекта обмоток статора.

Система по изобретению характеризуется тем, что устройство индикации механического положения ротора (называемое далее также устройством индикации) содержит, по меньшей мере, первую последовательность индикаторов механического положения ротора, соответствующую прохождению электрического цикла статора. При этом устройство инкрементального кодирования выполнено с возможностью выдачи в средство обработки сигнала синхронизации для всех электрических циклов.

Таким образом, в любом бесщеточном двигателе можно с успехом установить устройство индикации механического положения, предусмотренное настоящим изобретением, причем данное устройство, будучи связанным с каким-либо средством обработки с соответствующей программой или специализированным монтажом, обеспечит получение быстрой и надежной синхронизации между создаваемым в двигателе магнитным полем и механическим положением ротора. Благодаря этому удается получить цифровую ось, способную функционировать в режиме контролируемой скорости, положения или момента в рамках целиком автономной и недорогой системы.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения в качестве бесщеточного двигателя используется двигатель шагового типа.

В соответствии с одним из аспектов изобретения средство регулирования выдает в средство обработки сигнал, соответствующий фазе тока, подаваемого в комплект обмоток статора.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения устройство индикации дополнительно содержит вторую последовательность индикаторов механического положения ротора, количество которых больше количества индикаторов первой последовательности.

Говоря более конкретно, устройство индикации содержит оптический диск, на котором каждая последовательность индикаторов образована множеством групп меток, адаптированных для обнаружения устройством оптического детектирования. При этом метки указанного множества равномерно распределены вокруг оси оптического диска в виде круглой полосы.

В соответствии с одним из конкретных вариантов изобретения диск содержит первое множество из 50 групп меток, распределенных по первой круглой полосе и соответствующих 50 электрическим циклам двигателя.

В соответствии с другим вариантом выполнения изобретения диск содержит дополнительно второе множество из 500 групп меток, равномерно распределенных по второй круглой полосе, смежной с первой полосой.

Система может также содержать второе средство обработки, соединенное с указанным первым средством обработки и снабженное средствами для генерации профилей скоростей двигателя и средствами внешней связи.

Говоря более конкретно, средства обработки представляют собой микропроцессор или специализированную интегральную схему.

В соответствии с одним из вариантов изобретения первое средство обработки содержит средства для запоминания сдвига между механическим положением устройства детектирования и реальным механическим положением ротора. Средство обработки обеспечивает при этом автоматическую синхронизацию каждого электрического цикла по механическому положению ротора с учетом запомненного сдвига.

В соответствии с одним из конкретных вариантом осуществления изобретения первое средство обработки может работать либо в режиме контроля профиля скоростей, либо в режиме контроля механического положения ротора с целью предотвращения выпадения из синхронизма, причем переключение с одного режима на другой выполняется автоматически.

Краткое описание чертежей

Остальные признаки и преимущества изобретения станут ясны из нижеследующего описания отдельных вариантов осуществления изобретения, приведенных лишь в качестве примеров, не имеющих ограничительного характера, со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

– фиг.1 представляет собой вид в разрезе шагового двигателя гибридного типа с 200 шагами;

– на фиг.2 приведена упрощенная схема цепи в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

– фиг.3 представляет собой упрощенный вид оптического диска в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

– фиг.4 представляет собой развертки частей круглых полос, показанных на фиг.3;

– фиг.5 иллюстрирует устройство инкрементального кодирования в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

– на фиг.6 приведена диаграмма, иллюстрирующая сигналы, генерируемые устройством оптического детектирования на оптическом диске;

– на фиг.7 приведена диаграмма, иллюстрирующая различные состояния тока в обмотках двигателя в пределах одного электрического цикла.

Осуществление изобретения

Ниже приводится описание системы контроля согласно изобретению применительно к двигателю одного из широко распространенных типов, а именно к шаговому двигателю гибридного типа с 200 шагами, показанному на фиг.1. Понятно, однако, что в предлагаемой системе можно использовать и любые другие типы шаговых или бесщеточных двигателей. При рассмотрении нижеследующего описания специалистам в данной области техники станут очевидными различные варианты осуществления изобретения применительно к шаговым или бесщеточным двигателям с иным способом питания или иным количеством шагов.

Двигатель 10 имеет статор 12, окружающий ротор 11. Ротор 11 состоит из двух круглых деталей, каждая из которых имеет по 50 зубьев 13. Между этими двумя деталями помещен постоянный магнит (не показан), создающий южный полюс на одной из них и северный полюс – на другой. Видимая на фиг.1 часть ротора 11 соответствует одной из указанных частей. Две полюсных части, или два диска, сдвинуты относительно друг друга на электрический угол ; таким образом, при 50 зубьев в каждой части получается ротор, эквивалентный 50 полюсным парам. Что касается статора, то он содержит 8 полюсов 14, каждый из которых имеет 5 зубьев 15, что в сумме дает 40 зубьев. На каждый полюс 14 намотана катушка 16. Следовательно, при прохождении тока в одной из пар катушек статорных обмоток результирующие полюса будут притягивать, соответственно, зубья с обратной полярностью на каждом конце ротора. Ротор может занимать столько положений, сколько в нем предусмотрено положений соосности между зубьями ротора и статора, что соответствует количеству шагов на один оборот. Следовательно, в рассматриваемом конкретном случае двигатель 10 имеет 200 шагов на оборот.

Вне зависимости от того, работает ли двигатель в однополюсном или двухполюсном режиме, с питанием, которое является двухфазным (рассматриваемый здесь случай), трехфазным или с большим числом фаз, с полным, половинным или микрошагом, его вращение всегда происходит в результате последовательности кругового переключения контуров питания в том или другом направлении. Каждая последовательность соответствует так называемому “электрическому циклу”, который можно отобразить на примере тригонометрического круга: в двухфазном режиме токи обеих фаз представлены функциями синуса и косинуса электрического угла, а их период соответствует электрическому циклу. В рассматриваемом здесь варианте осуществления один полный электрический цикл соответствует четырем шагам двигателя, и, следовательно, имеет место определенное соотношение между механическим углом и электрическим углом. Более точно, поскольку двигатель имеет 200 шагов на оборот, один электрический цикл будет соответствовать механическому углу, равному 360/200×4=7,2°.

Для приведения двигателя в действие с контролем либо по скорости, либо по моменту, либо с позиционированием, необходимо осуществлять управление катушками фазных обмоток статора в синхронизме с механическим положением ротора.

Системы, в которых используются многополюсные сельсины-резольверы или кодеры абсолютного положения, позволяют управлять работой двигателя в режиме автоматической коммутации. Однако, как уже говорилось выше, эти системы довольно дорогостоящи и, кроме того, не обладают ни достаточно широкой полосой пропускания для осуществления точного регулирования скорости (в частности, высоких скоростей), ни достаточной крутизной характеристики для осуществления точного регулирования без применения редукторов.

Учитывая, что возбуждение фаз происходит в соответствии с электрическими циклами (которые соответствуют в данном случае четырем шагам двигателя), для поддержания надежного контроля работы двигателя в течение определенного периода эксплуатации потребуется иметь возможность гарантированной синхронизации в каждом из электрических циклов. Дело в том, что в случае, когда выпадение ротора из синхронизма происходит в ходе рабочего процесса, его механическое положение перестает быть синхронизированным с соответствующим электрическим циклом, вследствие чего становится необходимым управление работой двигателя в реальном времени в масштабах электрического цикла.

Именно поэтому в рамках настоящего изобретения для решения указанной проблемы предлагается совместно использовать специальное программируемое устройство и специальное устройство инкрементального кодирования (т.е. инкрементальный кодер), которое позволяло бы определять механическое положение ротора с разрешающей способностью, заметно превышающей шаг двигателя.

Благодаря такой системе появляется возможность приведения в действие любого шагового двигателя с применением автоматической коммутации с синхронизацией магнитного поля, создаваемого электронными средствами, с мгновенным положением ротора.

Фиг.2 иллюстрирует один из вариантов осуществления системы согласно изобретению. Эта система предназначена для шагового двигателя 10 описанной выше конфигурации и содержит оптический диск 100, устройство 50 оптического детектирования (образующие устройство 150 инкрементального кодирования), первое средство 20 обработки сигналов типа микропроцессора или микроконтроллера, средство регулирования питания комплекта обмоток статора (регулятор 30 тока) и комплект усилителей 40. Оптический диск 100, представляющий собой устройство индикации механического положения ротора и характеризующийся в соответствии с изобретением особым конструктивным исполнением, закреплен на валу 9 двигателя 10. Этот диск имеет жесткую связь с ротором, и потому при приведении его во вращение в результате возбуждения катушек статорных обмоток он будет претерпевать такое же угловое смещение, как и ротор.

На фиг.3 показана конструкция оптического диска 100, специально разработанного в рамках изобретения. Оптический диск 100 образован круглой пластиной 105, которая снабжена первой и второй круглыми полосами 101 и 102, помещенными вблизи внешней окружности этой пластины. На каждой из полос 101 и 102 выполнен особый рисунок, образованный последовательностью различительных меток (т.е. индикаторов механического положения ротора), которые нанесены таким образом, чтобы они могли быть считаны обычным устройством оптического детектирования (оптическим детектором). Оптическое детектирование можно реализовать самыми разнообразными способами, с использованием либо пропускания, либо отражения. Электрический сигнал, вырабатываемый устройством оптического детектирования, можно привязать либо к наличию оптических сигналов, либо к их отсутствию, либо к сочетанию того и другого. Когда устройство детектирования работает в режиме пропускания, оно содержит один или несколько оптических излучателей/приемников, установленных по обеим сторонам диска. При работе же в режиме отражения излучатель и соответствующий приемник будут располагаться по одну сторону диска.

В случае оптического детектирования с использованием пропускания пластина 105 может представлять собой прозрачный диск, на котором имеются непрозрачные метки, обеспечивающие модуляцию пропускания луча света. Согласно другому варианту пластина может быть выполнена в виде непрозрачного диска, метками на котором служат отверстия, пропускающие световой пучок.

При оптическом детектировании с использованием отражения нанесенные на диске метки могут быть выполнены отражающими, а сам диск непрозрачным, или же наоборот. Для обоих режимов детектирования пластина может быть выполнена с использованием технологии металлизации или фотолитографии.

Что касается описанного выше инкрементального кодера, то, помимо описанного оптического варианта, он может также представлять собой магнитный кодер (с использованием эффекта Холла или иного типа).

Вторая полоса 102 (т.е. последовательность меток) предназначена для получения классического инкрементального кодера с целью определения относительного положения ротора двигателя с нужным разрешением.

Когда какая-либо группа меток появляется на линии, по которой располагаются детекторные органы одного из каналов устройства 50 оптического детектирования, это устройство генерирует сигнал, синхронизированный с прохождением указанных меток. Поскольку детекторные органы двух каналов “инкрементального кодера” сдвинуты на четверть шага меток полосы 102, генерируемые при движении диска сигналы будут сдвинуты по фазе на 90°, причем направление фазового сдвига определяется направлением вращения диска.

Шаг W меток зависит от требуемого разрешения. В соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления заданное разрешение составляет 10 микрошагов на шаг, или 2000 микрошагов на оборот двигателя, то есть 500 меток 106, 107.

Учитывая, что в соответствии с принятым для инкрементального кодера принципом декодирования обеспечивается обработка 4 переходов на каждую метку, шаг W меток будет, следовательно, равен 360°/500=0,72°.

Фактическая структура рисунка меток (их ширина, высота, оптический радиус и пр.) должна быть рассчитана на работу с принятой моделью стандартного промышленного оптического детектора 50.

Первая полоса 101 (последовательность меток) предназначена для обеспечения “фазирования” электрического цикла статора по реальным перемещениям ротора. На ней выполнен рисунок, периодичность которого в рассматриваемом варианте осуществления, как и период электрического цикла, соответствует 4 шагам двигателя.

Таким образом, учитывая, что двигатель имеет 200 шагов на оборот, а в электрическом цикле их насчитывается 4, количество групп соответствующих меток 103, 104 на диске будет равно 50, причем они будут равномерно распределены с шагом в 7,2° по всей окружности диска.

Как и в случае с описанной выше второй полосой, фактическая структура рисунка (или последовательность меток) на первой полосе 101 рассчитана на работу с принятой моделью оптического детектора 50 и может, таким образом, принимать самые разные формы в зависимости от вида последнего.

На фиг.4 показан пример соответствующих положений рисунков на полосах 101 и 102. Реальная форма используемых рисунков определяется характеристиками применяемого оптического детектора 50.

Выбор полосы с 10 переходами на каждый электрический цикл – это просто один из вариантов, вполне можно было бы использовать и полосу с 12, 16 или 24 переходами. При работе с 10 переходами на цикл удается получить электрический угол, который будет достаточно небольшим для того, чтобы можно было оптимизировать нагрузочный угол в двигателе, не нарушая при этом работу электронных схем из-за слишком большой частоты детектирования на высоких скоростях.

Оптический диск 100 описанной конструкции согласно изобретению можно использовать с традиционными устройствами оптического детектирования – такими, например, как каналы стандартных трехканальных оптических кодеров.

Так, сочетание оптического диска 100 согласно изобретению с устройством 50 оптического детектирования представляет собой экономичное исполнение трехканального инкрементального кодера, позволяющего определять механическое положение ротора с точностью в 1/10 электрического цикла с возможностью синхронизации всех электрических циклов.

На фиг.5 представлено устройство 150 инкрементального кодирования, содержащее устройство 50 оптического детектирования с 5 выходными контактами. Как видно на фиг.6, с контакта 2 в результате считывания рисунка на полосе 101 снимается сигнал “нулевого импульса”, который соответствует электрическому циклу, а с контактов 3 и 5 при считывании полосы 102 снимаются, соответственно, два сдвинутых по фазе на 90° сигнала, называемые “канал А” и “канал В”. Эти два сигнала обеспечивают определение положения ротора путем прямого или обратного отсчета на основе стандартной декодирующей функции, запрограммированной в микропроцессоре.

Значение механического положения сравнивается со значением положения магнитного поля, которое непосредственно связано с токами в катушках двигателя, что позволяет измерить нагрузочный угол. Положение магнитного поля называют электрическим положением. В отличие от классического случая работы с бесщеточным или автоматически коммутируемым двигателем, этот угол не обязательно устанавливается принудительно на 90° (или, соответственно, -90° при торможении). Если этот угол превышает +90° (или, соответственно, -90°), то значение электрического положения уже не увеличивается (или, соответственно, не уменьшается) синхронизатором шага, а оказывается ограниченным механическим положением, которое задается импульсами кодера. Благодаря такому техническому решению удается предотвратить выпадение ротора из синхронизма, так как невозможно слишком большое опережение (или, соответственно, запаздывание при торможении) магнитного поля статора относительно ротора.

Вернемся теперь к рассмотрению фиг.2 с тем, чтобы выяснить, как работает предлагаемая система.

На вход микропроцессора (или микроконтроллера) 20, управляющего подачей тока в катушки статорных обмоток через регулятор 30, поступают три сигнала “канал А”, “канал В” и “нулевой импульс”, генерируемые описанным выше кодером 150. Форма этих сигналов соответствует показанной на фиг.6 для данного электрического цикла. После их обработки микропроцессор 20 выдает в регулятор 30 информацию для подачи тока в катушки обмоток в виде двух управляющих сигналов “SCOS” и “SSIN”. Эти сигналы, характеризующие нужную амплитуду тока в двух фазах двигателя, имеют синусоидальную форму. Аргумент результирующего электрического вектора равен определенному выше электрическому углу, а его фазовый сдвиг относительно заданного кодером механического положения контролируется так, как описано ранее.

Показанный на фиг.2 регулятор 30 представляет собой регулятор с импульсной стабилизацией, связанный с 4 силовыми ступенями, управляющими работой двигателя в однополюсном режиме.

Вполне можно использовать также регулятор линейного типа или схему управления в двухполюсном режиме.

Выходные сигналы S₁ и S₂ характеризуют амплитуду тока в первой фазе: S₁ для прямого направления, а S₂ – для обратного. В регуляторе указанного типа с импульсной стабилизацией это сигналы типа PWM (с широтно-импульсной модуляцией), а в регуляторе линейного типа – аналоговые сигналы. Точно так же сигналы S₃ и S₄ относятся ко второй фазе двигателя. На фиг.7 показана форма сигналов в ходе одного электрического цикла в аналоговом представлении вне пределов насыщения. Можно видеть, что они имеют форму, идентичную форме тока, подаваемого в фазы двигателя.

Ток подается в катушки в соответствии с измеренным механическим положением, что дает возможность благодаря оптическому диску, выполненному согласно изобретению, добиться синхронизации всех электрических циклов максимум за четыре шага двигателя, причем без необходимости использования абсолютного кодера или сельсина-резольвера, связанного с каким-либо внешним контрольным устройством.

Контроль работы двигателя в соответствии с принципами изобретения дает многочисленные преимущества при практической эксплуатации двигателя.

Действительно, при подаче напряжения на двигатель микропроцессор может инициировать движение, направленное на приведение двигателя во вращение, вначале без привязки к синхронизации вплоть до обнаружения “нулевого импульса”. Как только этот импульс будет обнаружен, микропроцессор приступит к синхронизации начала электрического цикла по механическому положению ротора. Следовательно, при подаче напряжения на двигатель синхронизация осуществляется в подобной системе максимум за четыре шага. Благодаря этому устраняется надобность в проведении отдельной инициализации работы двигателя (вибрации, стабилизация скорости и пр.) при каждой подаче напряжения и в обеспечении синхронизации даже в случае воздействия на вал двигателя какого-либо усилия.

С другой стороны, по причинам, связанным с самоиндукцией двигателя, невозможно немедленное установление тока в катушках при каждом переходе. Вследствие этого происходит запаздывание магнитного поля на соответствующее время. Для обеспечения возможности компенсации этого запаздывания регулятор 30 выдает сигнал “SAT”, который представляет собой отображение запаздывания тока, подаваемого в катушки статорных обмоток, и, следовательно, служит для измерения запаздывания магнитного поля.

Таким образом, для компенсации указанного запаздывания, тем более в случае увеличения скорости, в системе предусмотрено выполнение компенсатора опережения тока путем сравнения сигнала “нулевого импульса” кодера с сигналом SAT, поступающим от регулятора. Это позволяет автоматически компенсировать электрический фазовый сдвиг путем наложения соответствующего опережения на управляющие сигналы SSIN и SCOS, которые автоматически подстраиваются под данную модель двигателя и под используемое напряжение питания. Микропроцессор измеряет запаздывание между током, подаваемым с помощью сигнала SAT, и сигналом “нулевого импульса”. Цифровая схема выводит из этого измерения значение, которое следует задать для управляющих сигналов SSIN и SCOS для того, чтобы произошло совпадение сигналов SAT и “нулевого импульса”. Эта фазовая коррекция обрабатывается специальной цепью обратной связи, которая обладает меньшим быстродействием, чем собственно контур контроля нагрузочного угла.

Другое преимущество системы согласно изобретению заключается в том, что устройство 150 инкрементального кодирования можно устанавливать на валу двигателя без каких-либо особых мер предосторожности. Дело в том, что микропроцессор 20 будет использоваться для измерения в заводских условиях фазового сдвига между оптическим кодером и магнитным полем статора (идентичным механическому положению ротора при нулевой нагрузке) для последующего смещения сигнала “нулевого импульса” на это измеренное значение. При этом измеренное значение сдвига запоминается в программе микропроцессора, который сможет обрабатывать принятые от кодера сигналы с необходимой коррекцией. Благодаря этой методике удается получить экономичное конструктивное исполнение кодера и его монтажа на двигателе без необходимости его механической фиксации.

Различные описанные выше этапы реализуются с помощью специального кода, который запрограммирован и хранится в памяти микропроцессора. Однако применение последнего вовсе не обязательно. Для этих целей пригодна также любая специализированная для выполнения таких функций интегральная схема типа ASIC (Application Specific Integrated Circuit). В этом случае все необходимые для реализации изобретения функции обработки, которые были запрограммированы и хранились в памяти микропроцессора, будут реализованы в интегральной схеме с монтажом соединений, специально рассчитанным на выполнение этих функций.

Кроме того, в предлагаемой системе можно предусмотреть второе средство 70 обработки. Оно соединено шиной с первым средством 20 обработки и обеспечивает, благодаря соответствующему программированию генерацию профилей скорости “PV” или траекторий “TRJ” для двигателя. Это средство обработки содержит также средства последовательной связи V24, CAN или другие, а также разнообразные входы/выходы для обеспечения при необходимости связи с внешними устройствами.

Указанное второе средство обработки, а также, если таковые имеются, средства регулирования могут быть встроены в тот же микропроцессор (микроконтроллер) или в ту же специализированную схему, в которые встроено первое средство 20 обработки.

Благодаря системе контроля согласно изобретению можно локализовать синхронизацию в любой позиции электрического цикла. Нет необходимости в механической фиксации устройства 100 детектирования относительно ротора. Наконец, запаздывание установления тока в статорных обмотках на высоких скоростях компенсируется автоматически подстраивающимися средствами в виде системы обеспечения опережения по фазе, управляемой средством 20 обработки.

Формула изобретения

1. Система контроля работы бесщеточного двигателя (10), содержащего ротор (11) и статор (12), имеющий комплект фазных обмоток (16), и получающего питание током в соответствии с заданным электрическим циклом, обеспечивающим движение ротора, содержащая устройство (100) индикации механического положения ротора, расположенное на валу (9) ротора; устройство (50) оптического детектирования, предназначенное для определения механического положения ротора по устройству индикации и образующее совместно с ним устройство (150) инкрементального кодирования механического положения ротора, и блок управления работой двигателя, образованный средством (20) обработки сигналов кодирования механического положения ротора, соединенным со средством (30) регулирования питания комплекта указанных обмоток статора, отличающаяся тем, что устройство индикации механического положения ротора содержит, по меньшей мере, первую последовательность (101) индикаторов механического положения ротора с периодичностью, соответствующей количеству шагов двигателя, совпадающему с периодом электрического цикла статора, при этом устройство (150) инкрементального кодирования выполнено с возможностью выдачи в средство обработки сигнала синхронизации, а средство обработки выполнено с возможностью синхронизации начала электрического цикла по механическому положению ротора для всех электрических циклов.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве бесщеточного двигателя (10) используется двигатель шагового типа.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что средство (30) регулирования выдает в средство (20) обработки сигнал (SAT), соответствующий фазовому сдвигу тока, подаваемого в комплект обмоток статора, с целью компенсации запаздывания фактического тока относительно заданного.

4. Система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что устройство (100) индикации дополнительно содержит вторую последовательность (102) индикаторов механического положения ротора, количество которых больше количества индикаторов первой последовательности.

5. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что устройство (100) индикации содержит оптический диск (105), на котором каждая последовательность индикаторов образована множеством групп меток, адаптированных для обнаружения устройством (50) оптического детектирования, причем метки указанного множества равномерно распределены вокруг оси оптического диска (105) в виде круглой полосы (101, 102).

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что диск (105) содержит первое множество из 50 групп меток (103, 104), распределенных по первой круглой полосе (101) и соответствующих 50 электрическим циклам двигателя.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что диск (105) дополнительно содержит второе множество из 500 групп меток (106, 107), равномерно распределенных по второй круглой полосе (102), смежной с первой полосой.

8. Система по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что содержит второе средство (70) обработки, соединенное с первым средством обработки и снабженное средствами для генерации профилей скоростей двигателя и средствами внешней связи.

9. Система по п.8, отличающаяся тем, что средство или средства (20, 70) обработки представляют собой микропроцессор.

10. Система по п.8, отличающаяся тем, что средство или средства (20, 70) обработки представляют собой специализированную интегральную схему.

11. Система по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что первое средство (20) обработки содержит средства для запоминания сдвига между положением устройства индикации и механическим положением ротора.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что средство (20) обработки обеспечивает автоматическую синхронизацию каждого электрического цикла по механическому положению ротора с учетом запомненного сдвига.

13. Система по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что средство (20) обработки работает либо в режиме контроля профиля скоростей, либо в режиме контроля механического положения ротора с целью предотвращения выпадения из синхронизма, причем переключение с одного режима на другой выполняется автоматически.

РИСУНКИ