УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ Российский патент 1998 года по МПК H02P8/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению шаговыми двигателями, и может быть использовано в автоматических регистрирующих приборах.

Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее коммутатор, соединенный первым входом с информационным входом устройства, вторым входом - с выходом реверсивного счетчика, связанного с тактовым входом коммутатора, снабженного входом направления вращения и подключенного выходами к фазам двигателя, четыре элемента ИЛИ-НЕ, инвертор, соединенный входом с выходом равенства компаратора, и общую шину [1].

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является устройство для управления шаговым двигателем, содержащее пять двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ, инвертор, реверсивный счетчик, триггер, инверсный выход которого соединен с установочным входом реверсивного счетчика, компаратор, первый вход которого соединен с информационным входом устройства, а второй соединен с выходом счетчика, коммутатор фаз, тактовый вход которого соединен с выходом одного из элементов ИЛИ-НЕ, шаговый двигатель, фазы которого соединены с выходом коммутатора фаз, датчик начала отсчета, связанного с ротором двигателя [2].

Недостатками этого устройства являются функциональная сложность, которая заключается в том, что данное устройство для управления шаговым двигателем содержит большое число функциональных элементов и связей, а также низкая надежность, которая заключается в том, что при повторной подаче сигнала на вход установки в ноль триггера при нахождении ротора двигателя в начале отсчета может привести к выходу из строя триггер.

В заявленном решении произведено упрощение и повышение надежности.

Это достигается тем, что устройство для управления шаговым электроприводом с коммутатором, соединенным с фазами двигателя, содержащее два двухвходовых элемента ИЛИ-НЕ, компаратор, реверсивный счетчик, датчик начала отсчета, шины тактовых импульсов и "Тест", триггер, инверсный выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен со вторым выходом компаратора, а выход снабжен клеммой для подключения входа направления счета коммутатора и соединен со входом направления счета реверсивного счетчика, вход установки в ноль которого соединен с инверсным выходом триггера, счетный вход которого подключен к шине "Тест", а информационный вход - к общей шине, второй элемент ИЛИ-НЕ первым входом подключен к шине тактовых импульсов, а выходом - к тактовому входу реверсивного счетчика, выход которого соединен со вторым входом компаратора, первый вход которого подключен к информационному входу устройства, отличается тем, что в него введен элемент 2И, первый вход которого соединен с первым выходом компаратора, второй вход - с прямым выходом триггера, а выход подключен ко второму входу второго элемента ИЛИ-НЕ, выход которого снабжен клеммой для подключения тактового входа коммутатора, а выход датчика начала отсчета подключен ко входу установки в единицу триггера.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается наличием нового элемента 2И и новых связей.

Анализ вновь введенного элемента показал, что этот элемент широко известен и описан в технической литературе.

Анализ схемных решений аналогов и прототипа показал, что вновь введенный элемент и новые связи для упрощения и повышения надежности в аналогичных устройствах не использовались, что обеспечивает данному техническому решению соответствие критерию "новизна".

Решена задача упрощения за счет исключения из схемы прототипа инвертора, трех двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ. Использование прямого выхода триггера, соединенного со вторым входом вновь введенного элемента 2И, первый вход которого подключен к входу равенства компаратора, позволяет упростить прототип. При нахождении триггера в нулевом состоянии на прямом выходе логический ноль, который поступает на второй вход элемента 2И и закрывает его, и независимо от сигналов на выходах компаратора импульсы с шины тактовых импульсов подаются на коммутатор фаз и шаговый двигатель вращается в сторону начала отсчета. Тактовый вход реверсивного счетчика и тактовый вход коммутатора фаз объединены и подключены к выходу элемента ИЛИ-НЕ, т.е. подача тактовых импульсов на эти устройства происходит без задержки относительно друг друга. В прототипе повторная подача сигнала по шине начальная установка при нахождении шагового двигателя в начале отсчета может привести к выходу из строя триггер. В заявляемом техническом решении начальная установка может подаваться по шине "Тест".

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что заявленное техническое решение проще и повышает надежность работы по сравнению с прототипом, что соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

Достижение поставленной цели с помощью известного вновь введенного элемента и новых связей совместно с другими элементами является доказательством того, что новая совокупность признаков позволяет получить новый положительный эффект.

Заявленное техническое решение, охарактеризованное в независимом пункте формулы изобретения подтверждает возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов. Оно может быть реализовано на микросхемах К155 и использовано в промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях народного хозяйства страны, что подтверждает соответствие технического решения критерию "промышленная применимость".

Периодический контроль работы устройства с установкой его в исходное положение по сигналу датчика начала отсчета повышает надежность и точность обработки заданного перемещения.

В прототипе сигнал с выхода равенства компаратора поступает через инвертор на первый вход элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого подключен к инверсному выходу триггера, затем сигнал поступает через другой элемент ИЛИ-НЕ на тактовый вход коммутатора фаз.

В предлагаемом техническом решении выход равенства компаратора подается на первый вход вновь введенного элемента 2И 6, второй вход которого соединен к прямому выходу триггера, а выход элемента 2И 6 подается на второй вход второго элемента ИЛИ-НЕ. Таким образом, при движении шагового двигателя от начала отсчета и в случае равенства чисел А и B (A=B) происходит блокировка поступления импульсов тактовой частоты на входы счетчика и коммутатора фаз. А в случае подачи на шину "Тест" импульсной команды происходит переключение направления вращения шагового двигателя к началу отсчета независимо от сигнала на выходах компаратора. В заявляемом техническом решении получено упрощение прототипа путем исключения из схемы прототипа трех элементов ИЛИ-НЕ и инвертора.

В прототипе в случае повторной подачи импульса на вход начальной установки при нахождении устройства в начале отсчета на обоих входах R и S триггера одновременно будет находиться высокий уровень сигнала, и в связи с тем что в общем случае времена переключений элементов могут быть различными, то наличие высокого уровня на двух входах установки триггера в ноль и в единицу может привести к выходу из строя триггер. В прототипе импульсы тактовой частоты поступают на тактовый вход счетчика через элемент ИЛИ-НЕ 2, а на тактовый вход коммутатора фаз поступают через другой элемент ИЛИ-НЕ 5. В общем случае времена переключений этих элементов могут быть различные и поэтому срабатывание счетчика и коммутатора фаз сдвинуто во времени. Все вышесказанное подтверждает низкую надежность и точность отработки прототипа.

В заявляемом техническом решении команда начальной установки, команда, подаваемая по шине "Тест", и установка в единицу триггера могут подаваться независимо друг от друга и независимо переключают триггер. Тактовые входы коммутатора фаз и счетчика объединены и подключены к выходу элемента ИЛИ-НЕ, что позволяет одновременно подавать тактовые импульсы на счетчик и на коммутатор фаз.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Устройство для управления шаговым электроприводом содержит триггер 1, два элемента 2ИЛИ-НЕ 2, 3, реверсивный счетчик 4, компаратор 5, элемент 2И 6, коммутатор фаз 7 электропривода, шаговый двигатель 8 электропривода, датчик начала отсчета 9, выход которого подключен к входу установки в единицу триггера 1, информационный и тактовый входы которого соединены к общей шине и шине "Тест" соответственно, инверсный выход подключен к первому входу первого элемента 2ИЛИ-НЕ 3, к входу установки в ноль реверсивного счетчика 4, выход которого соединен со вторым входом компаратора 5, первый вход которого подключен к информационному входу устройства, выход равенства компаратора 5 соединен к первому входу элемента 2И, второй вход которого присоединен к прямому выходу триггера 1, выход элемента 2И соединен ко второму входу второго элемента 2ИЛИ-НЕ 2, первый вход которого подключен к шине тактовых импульсов, а его выход соединен с тактовым входом счетчика 4 и снабжен клеммой для подключения тактового входа коммутатора фаз 7, выход первого элемента 2ИЛИ-НЕ 3 снабжен клеммой для подключения входа направления счета коммутатора фаз 7 и соединен со входом направления счета реверсивного счетчика 4, выходы коммутатора фаз 7 подключены к фазам шагового двигателя 8, на валу которого установлен датчик начала отсчета.

Использование: в автоматических регистрирующих приборах. Сущность: устройство содержит триггер 1, два элемента ИЛИ - НЕ 2, 3, реверсивный счетчик 4, компаратор 5, элемент И 6, датчик начала отсчета 9. Периодический контроль работы устройства с установкой его в исходное положение по сигналу датчика начала отсчета повышает надежность и точность отработки заданного перемещения. 1 ил.

Устройство для управления шаговым электроприводом с коммутатором, соединенным с фазами двигателя, содержащее два двухвходовых элемента ИЛИ - НЕ, компаратор, реверсивный счетчик, датчик начала отсчета, шины тактовых импульсов и "Тест", триггер, инверсный выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ - НЕ, второй вход которого соединен со вторым выходом компаратора, а выход снабжен клеммой для подключения входа направления счета коммутатора и соединен со входом направления счета реверсивного счетчика, вход установки в ноль которого соединен с инверсным выходом триггера, счетный вход которого подключен к шине "Тест", а информационный вход - к общей шине, второй элемент ИЛИ - НЕ первым входом подключен к шине тактовых импульсов, а выходом - к тактовому входу реверсивного счетчика, выход которого соединен со вторым входом компаратора, первый вход которого подключен к информационному входу устройства, отличающееся тем, что в него введен элемент 2И, первый вход которого соединен с первым выходом компаратора, второй вход - с прямым выходом триггера, а выход подключен ко второму входу второго элемента ИЛИ - НЕ, выход которого снабжен клеммой для подключения тактового входа коммутатора, а выход датчика начала отсчета подключен ко входу установки в единицу триггера.