Устройство для программного управления шаговым двигателем Советский патент 1983 года по МПК G05B19/40 

1 Изобретение относится к автомат ке и вычислительной технике и пред назначено для использования в авт матизированных системах управления технологическими процессами от управляющих вычислительных машин. Известны многоканальные устройст ва для праграммного управления шаговыми двигателями содержащие вычислитель, коммутатор, логические .вентили, счетчики, регистры, генератор импульсов, блоки сравнения, памяти и адресные блоки, усилители мощности шаговых двигателей СО иС21. Применение в этих устройствах не прерывного ввода состояния фаз в вычислитель по в клйчении усилителя мощйости показывает статическое сос тояние фазы, т.е. включена она или выключена, но не дает представления о динамическом ее состоянии, т.е. о времени нарастания или убывания тока в фазе, в устройстве 2 при использовании регистров в качестве коммутатора нельзя осуществлять несимметричную коммутацию фаз при переменном числе тактов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст- зо

роиство для программного управления шаговым двигателем, содержащее блок задания программы, первь1м и вторым выходами соединенный соответственно с первым и вторым входами распределителя импульсов, выходы которого соединены с первыми входами каналов управления, каждый из кбторых содер- жит последовательно соединенные стабилизатор тока, усилитель мощности, выходом подключенный к соответствующей фазной обмотке шагового двигателя Сз.

Недостатком известного устройства является то, что в нем учитывается динамическое изменение тока в фазе в процессе отработки импульсов шаговым двигателем, но отсутствует возможность работы в режиме непрерывного слежения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем .., обеспечения режима непрерывного слежения за динамическим состоянием тока в фазе и программного задания числа тактов в N-фазныхшаговых двигателях с симметричной и несимметричной системами коммутаций.

мент ИЛИ-НЕ, выходом соединенный с вторым выходом стабилизатора.тока, а, вторым входом - с выходом первого элемента И-НЕ, третий выход стабилиJ затора тока соединен с выходом второго, элемента И-НЕ, вторым входом соединенного с вторым входом первого элемента И-НЕ и с первым входом стабилизатора тока, входы первого и

второго пороговых элементов объединены и соединены с вторым входом стабилизатора тока, третий вход которого соединен с R-входом триггера. На фиг,- 1 приведена функциональj ная схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг. 2 и 3 временные диаграммы стабилизатора тока.

Устройство содержит блок 1 задания программы, распределитель 2 импульсов, N стабилизаторов 3 тока (СТ), Ы блоков -усилителей А мощносtM, обмотки 5 шагового двигателя, датчики 6 тока обмоток шагоцрго .дви гателя. Распределитель импульсов содержит счетчик 7, постоянное запо(минающее устройство (ПЗУ) 8, формирователь Э. 7 Поставленная цель достигается тем, что в устройство в каждый из каналов управления введен датчик тока обмоток шагового двигателя, включенный последовательно с-обмоткой двигателя, сигнальный выход, каждого из датчиков тока связан с вторым входом соответствующего стабилизатора тока, третий вход которого соединен с вторым выходом блока задания программы, входами соединенного с вторыми выходами каждого из стабилизаторов тока, третий выход стабилизатора то-ка соединен с вторым входом усилителя мощности, выходы блока задания программы с третьего по |иестой соединены соответственно с третьим, четвертым, пятым и шестым входами распределителя, а последние т выходов блока задания пррграммы соединены с остальными m входами распределители. Стабилизатор тока каждого канала содержит первый пороговый элемент, выходом соединений с первым входом первого элемнета И-НЕ, выходом соединенного с первым выходом стабилизатора тока, и последовательно соединенные второй пороговый элемент. триггер, .второй элемент И-НЕ, элеСТ 3 содержит первый пороговый элемент 10, второй пороговый элемент 11, RS-триггер 12, элемент ИЛИ-НБ 13 первый элемент И-НЕ 1, .второй элемент И-НЕ. 15. Блок 1 задания програмьш представ ляет собой микро-ЭВМ, например Электроника бОМ. Усилитель k мощности содержит управляемые по первому и второму входам первый и второй электронные ключи, включенные последовательно с обмоткой шагового двигателя. Первый выход блока 1 задания программы соединен с частотным (+1) входом счетчика 7 второй выход блока 1 соединен со сбросовым входом счетчика 7. Выходы блока 1 соединены с третьего по лиестой установочными входами счетчика 7. Последние га выходов блока 1 соединены с m входами распределителя 2 и являются входами выборки этого распределителя. Число входов выборки распределителя 2 определяется по формуле m . logjN, где N - число фаз шагового двигателя Один из входов выборки распределителя 2 служит для осуществления реверса шагового двигателя, при этом в ПЗУ 8 происходит выборка комбинаций, соответствующая реверсивному включению фаз. Устройство работает следующим образом. Режим фиксированной стоянки. На фиг. 2 показаны временные диаграммы стабилизатора 3 N тока в режи ме фиксированной стоянки при включен ной N обмотке шагового двигателя, где а - изменение тока N1 5 Для обмотки 5 N управления шагового двигателя, в режиме фиксированной стоянки; б - изменение напряжения NIL на выходе первого ключа усилителя Ч N; .в - напряжение Ш1 на входе втор,ого клоча усилителя k N мощности; г - из менение напряжения ТТСЦдНа выходе пер вого элемента И-НЕ д - нулевой уровень напряжения на выходе второго элемента И-НЕ 15; е - и;змене ние напряжения NU, на выходе элемен та ИЛИ-НЕ 13; ж - единичный уровень на инверсном выходе RS-триггера 12; 3 - изменение напряжения Шна выходе.первого порогового элемента 10; и - единичный уровень напряже ния на выходе второго порогово174 го элемента 11; к - единичный уровень напряжения NU с выхода распределителя 2 импульсов; л - единичный уровень напряжения на входе R RSтриггера 12; м - изменение напряжения NUg на датчике 6 Итока. Для работы с N-фазным шаговым двигателем по М-тактной симметричной или несимметричной коммутации обеспечивают требуемый режим распределителя 2, для чего по установочным вхо- дам распределителя 2 блока 1 задают М-тактов в двоичном коде, по входу выборки также в двоичном коде задают N фаз при М-тактной как симметричной, так и несимметричной системе комму таций. С подачей напряжения питания на устройство по сбросовому выходу из блока 1 поступает сигнал, сбрасывающий в ноль счетчик 7 в распределителе 2 и RS-триггеры 12. Нулевой комбинации на выходе счетчика 7 соответствует единичное состояние на первом выходе распределителя 2. В зависимости от выбранной коммутации фаз возможно единичное состояние и на других выходах распределителя 2. Единичный уровень по первому входу СТЗ поступает на вторые входы элементов И-НЕ Ik и 15. С пороговых элементов 10 и 11 поступают единичные уровни, на выходах элементов И-НЕ И-и 15 формируются нулевые . уровни, которые включают :по первому и второму входам оба ключа в блоке усилителей Ц мощности. Через обмотку 5 шагового двигателя начинает протекать ток. Два нулевых уровня на входе элемента ИЛИ-НЕ 13 формируют на его , выходе единичный уровень, который по второму выходу GT 3 передается на первый вход в блок 1 и сигнализирует о моменте включения фазы. Как только в обмотке 5 шагового двигателя ток достигает требуемого значения, с датчика 6 тока снимается сигнал, включающий первый пороговыйэлемент 10, на выходе которого появляется нулевой уровень, при этом единичным уровнем по первому входу закрывается первый ключ блока усилй-. телей мощности, ЭДС самоиндукции разряжается через второй ключ и на датчике 6 тока сигнал убывает до значения, при .котором отключаетсяhep- . вое пороговое устройство 10 и на его выходе появляется вновь единичный уровень г включающий по первому входу первый ключ в блоке усилителей k мощ ности. образом, с помощью первого ключа подключается обмотка 5 шагового двигателя с такой частотой, чтобы среднее эначею е тока в фазе сохранилось постоянным. При этом с второго выхода СТЗ в блок 1 поступает длинная посылка импульсов с частотой включения фазы шагового двигателя, характерной для данного типа двигателя в зависимости от его физических параметров. Режим движения шагового двигателя. На фиг, 3 показаны временные диаграммы СТЗ врежимах начала движения, аварийной ситуации и сбросе в исходное состояние схемы после устранения аварийной ситуации. Для выполнения отработки заданных блоком 1 шагов пр частотному входу распределителя 2 поступает элементарный импульс на счетчик 7. На выходе счетчика 7 изменяется код, кото рому соответствует выходной код из ПЗУ 8, включаются по заданной коммутации следующие фазы и начинается движение шагового двигателя. С второго выхода СТЗ в блок 1 поступает короткая посылка функциональных импульсов, , по которым судят о начале движения шагового двигателя. Блок 1 анализирует динамическое состояние тока в фазе по функциональной посылке импульсов и осуществляет в реальном масштабе .времени разгон и движе.ниё. . . Торможение шагового двигателя осу ществляется перед окончанием отработ ки заданных шагов. При превышении током в обмотке 5 шагового двигателя допустимой величины в момент аварийной ситуации срабатывает второе пороговое устрой- ство 11, устанавливает RS-триггер 12 е единичное сосгояние запирает второй элемент И-НЕ 15 отключает ПО третьему входу блока усилителей 4 второй ключ и нулевой уровень с выхода элемента ИЛИ-НЕ 13 сигнализирует по второму выходу СТЗ в блок 1 об аварийной ситуации. Для возвращения в исходное состояние необходимо по сбросовому .выходу блока 1 подать управляющий сигнал. По поступлении в блок 1 сигналов о состоянии фаз этот блок анализирует порядок их включения и в случае сбоя выдает команду на останов, т.е. на прекращение подачи функциональных импульсов по частотномувыходу. Формирователь в распределителе 2 служит для формирования.короткого импульса загрузки.счетчика 7 при перепаде уровня на выходе формирователя из нуля в единицу, что исключает появление двух комбинаций в счетчике 7 при поступлении последнего счетного импульса, до которого организо- ван его пересчет. Конкретное выполнение распредЬлителя осуществлено на счетчике серии 176 ИЕ2 и постоянном запоминающем устройстве 5б7 РЕ1 с емкостью памяти 409 бит, что обеспечивает любую коммутацию шаговых дай гате лей числом фаз N до 8 и числом так- тов .М до 16. Использование устройства в режиме непрерывного слежения за статическим и динамическим состоянием фаз позволяет программно осуществлять разгон, движение и торможёк ие шагового двигателя. Применение программного изменения по установочным входам числа тактов М и по входу выборки распределителя числа фаз N и реверса шагового двигателя позволяет в широких пределах использовать предла-гаемоё устройство. Изобретение дает возможность большинство логических операций выполнять блоком, задания программы, что намного упрощает схему устройства.

г

i

: J-hLl

ти

6

°L

ь r-rti 4

Z)

3

фуг./

Фиг.1