Двухрежимный распределитель импульсов для управления трехфазным шаговым двигателем Советский патент 1983 года по МПК H02P8/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в дискретных системах автоматизированного электропривода с шаговым двигателем.

Известен трехканальный двухрежимный распределитель импульсов для управления шаговь1м двигателем, содержащий в каждом канале D -триггер и логический элемент 2-2И-ИЛИ-НЕ, Он снабжен также четырьмя логическими элементами 4И-НЕ, двумя инверторами и шиной режима коммутации, обеспечивающими обнаружение и коррекцию ложных и избыточных логических состояний триггеров 13

Недостатками этого распределителя являются невысокая структурная надежность и большое время выхода из нерабочих состояний. Последнее обусловлено тем, что независимо от заданного режима работы данного распределителя на.обнаружение и исправление случайно возникших нерабочих комбинаций тратися, в худшем случае, три такта.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является двухрежимный реверсивный распределитель импульсов для управления трехфазным шаговым двигателем, содержащий в каждом разряде из трех О -триггер с тактовым, информационным и установочным входами и подключенный к его информационному входу логический элемент 2-2И-ИЛИ-НЕ, первые входы которого подключены к нулевым выходам триггеров смежных разрядов, а вторые входы - к шинам управления направлением переключения выходных каналов 2

Недостатками известного устройства являются низкая надежность, обусловленная отсутствием контроля логических ошибок и возможностью возникновения отказов, а также сложность управления, обусловленная необходимостью ручной установки исходных состояний триггеров.

Цель изобретения - повьиение надежности и упрощение управления.

Поставленная цель достигается тем, что в распределитель, содержащий в каждом из трех разрядов элемент 2-2И ИЛИ-НЕ и D -триггер, подключенный тактовым входом к тактирующей шине, а информационным и установочным входами связанный с шинами управления режимом работы, в первые два разряда введено по одному допопнительному элементу 2-2И-ИЛИ-НЕ, а в третий разряд - два аналогичных элемента, причем входы установки в единицу и нуль триггеров каждого разряда подключены соответственно к выходам основного и дополнительного элементов 2-2И-ИЛИ-НЕ этого же разряда, первые входы которых подключены соответственно к нулевым и единичным выходам триггеров смежных разрядов, а вторые входы - к первым четырем шинам управления, информационные входы триггеров первого и. второго разрядов подключены к нулевым выходам триггеров своих же разрядов, а информационный вход триггера третьего разряда подключен к выходу второго дополнительного элемента 2-2И-ИЛИНЕ этого же разряда, соединенного первыми входами с инверсными выходами триггеров смежных разрядов, а вторыми входами - с пятой и шестой шинами управления.

Такое выполнение устройства позволяет полностью автоматизировать первоначальную установку триггеров в требуемые исходные состояния в соответствии с заданным режимом переключения выходных каналов, а также быстро обнаружить и скорректировать случайные ложные и избыточные состояния триггеров.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема распределителя устройства. В таблице даны коды переключения выходных каналов и коды управления режимами.

Распределитель состоит из трех 0 -триггеров 1-3, тактовые входы которых подключены к общей тактирующей шине Т, первых логических элементов 2-2И-ИЛИ-НЕ 4, подключенных выходами К единичным установочным входам триггеров 1-3, вторых логических элементов 2-2И-ИЛЙ-НЕ 5, подключенных вы ходами к нулевым установочным входам триггеров 1-3, и третьего логического элемента 2-2И-ИЛИ-НЕ 6, соединенного выходом с информационным входом 0 -триггера 3. Первые входы элементов 2-2И-ИЛИ-НЕ 4 каждого разряда подключены к нулевым выходам триггеров смежных разрядов, а вторые входы -к шинам управления У1 и У2. Первые входа элементов 2-2И-ИЛИ-НЕ 5 каждого разряда подключены к единичньвл выходам триггеров смежных разрядов , а вторые входы - к шинам управления УЗ и У4. Первые входы элемента 2-2И-ИЛИ-НЕ б подключены к нулевым входам триггеров смежных разрядов, а вторые входы - к двум шинам управления У5 и Уб.

Устройство работает следующим образом.

Перед созданием каждого из двух возможных симметричных режимов переключения фаз двигателя к управляквдим шинам У1-У6 устройства приклалдавается кодовый набор уровней потенциалов в соответствии с таблицей, в которой даны коды переключения выходных каналов и коды управления режимами. . При этом, если в каждом режиме после включения питания в триггерах 1-3 устанавливается требуемая кодовая комбинация, то на выходах распределителя обеспечивается нормальная циклограмма кодов, переключения. Предположим, что задан прямой порядок переключения выходных каналов распределителя в режиме с и на Вых.1 присутствует единичный потенциал (т.е. на выходах установлена рабочая кодовая кс 1винация 100).При этом до подачи тактирующего импульса, благодаря межраэрядным обратным связям между выходгили триггеров 1-3 и входами элементов 2-2И-ИЛИ-НЕ 4 и а также приложенным к шинам У1-У6 со ответствующим потенциалам, в исходном состоянии на единичных установоч ных входах (&} всех триггеров и на нулевых установочных входах (R) триг геров 1 и 2 устанавливаются единичны потенциалы, а на нулевом установочно входе {) триггера 3 - нулевой потен циал. Это обеспечивает возможность переключения триггеров 1 и 2 при поступлении первого тактирующего импул са и жес-лсие условия для поддерживания в первом такте триггера 3 в нулевсж логическом состоянии. Одновременно, с этим в исходном состоянии на инфор мационном D-входе триггера 1 устанав ливается нулевой потенциал, а на ана логичных входах триггеров 2 и 3 единичные потенциалы. Благодаря этому при поступлении первого тактирующего импульса на шину Т триггеры 1 и 2 изменяют на о6ратные свои исходные логические состояния и на выходах распределителя устанавливается новая логическая кодовая комбинация 010 (таблица). После переключения триггеров 1 и 2 на единичных установочных входах триггеров И на нулевых установочных входах триггеров 2 и 3 присутствуют единичные потенциалы, а на нулевсж установочном входе триггера 1 --нулевой потенциал. создает цредпосылку для переключения во втор такте триггеров 2 в 3 и условия для поддержания триггера 1 в нулевом состоянии. На информационных же D-BXOдах триггеров 1 и 3 устанавливаются единичные потенциалы, а на аналогичнс 1 входе триггера 2 - нуле.вой потенциал. В результате этого при поступлении второго тактирующего импульса триггеры 2 и 3 изменяют свои логические состояния и на выходах устанавливается кодовая комбинация 001 (см. таблицу). Таким образом, на выходах распределителя импульсов Вых.1 - Вых.З в faKT поступления импульсов на шину Т формируются кодовые комбинации прямого порядка чередования: 100-010001- ... (первая строка таблицы). Обратный порядок чередования кодовых кс 1бинаций выходных каналов переключения рассмотренного режима работы формируется аналогично описанНСЯУ1У порядку, с той лишь разницей, что управление режимом осуо)ествляется при подаче единичных потенциалов на шину У.4 и Уб. При этом триггеры 1-3 пе ключаются в обратном порядке (100-001-010- .., вторая строка таблицы). Для обеспечения прямого порядка переключения выходных каналов распределителя в режиме с п 2(третья строка таблицы) единичные потенциалы прикладываются к управляющим шинам У1 и У5. Бели предположить, что на выходе схемы установлена кодовая комбинация 100, то до подачи тактирующего импульса, благодаря межра.зрядншл обрат{шм связям, на нулевых установочных входах всех триггеров, а также на единичных установочных входах триггеров 1 и 3 устанавливаются единичные потенциалы, а на единичном установочном входе триггера 2 - нулевой потенциал. . Это создает потенциальную возможность для переключения триггеров 1 и 3 и условия для сохранения исходного состояния 7 рнггера 2 после воэдеЛстввя первого тактярую11(его импульса. Одновременно с этим в исходном состоянии устройства на информационных О-входах триггеров 1 н 2 устанавливаюфся нулевые потенциалы, а на аналогичном входе триггера 3 единичный потеншгал. .

Благодаря этому при поступлении первого тактирующего импульса на шину Т триггеры 1 и 3 изменяют на обратные свои исходные логические состояния и на выходах распределителя устанавливается новая логическая кодовая комбинация 011.

После переключения триггеров 1 и 3 на нулевых установочных входах всех триггеров и на единичных уста.новочных входах триггеров 1 и 2 присутствуют единичные потенциалы, а на единичном установочном входе триггера 3 - нулевой потенциал. Это создает условие для изменения состояний только для триггеров 1 и 2. На информационных D-входах триггеров 2 и 3 присутствуют нулевые потенциалы, а на аналогичном входе триггера 1 - единичный потенциал.

В результате при поступлении второго тактирующего импульса триггеры 1 и 2 изменяют свои логические состояния и на выходах распределителя устанавливается кодовая комбинация 101.

Аналогично описанным первым двум тяктам работы распределителя в третьем такте режима с переключаются триггеры 2 и 3 и на выходах устройства вновь устанавливается исходная кодовая комбинация.

функционирование устройства при обратном порядке : чередования кодов в режиме с (четвертая строка таблицы) происходит аналогично описанному торямому порядку, с той лишь разницей, что единичные потенциалы присутствуют на шинах У2 и У6, а тригеры потактно перекпючауются в обратном порядке (110-101-011- .,.).

Однако после включения питания. или же под воздействием помех и наводок на выходах расщ еделителя кро ме рабочих, могут возникнуть так же нерабочие кодовые комбинации. Так, например, в режиме с могут возникнуть следуюиие ложные и избыточные кодовые комбинации: 110, 011, 101, 000, 111, а ПРИ режиме с кодовые кОм(й1Нации: 100, 010, 001, 000, 111.

Автсмиатическое исключение избыточ ных и ложных состоя:иий осуществляется .следующим образом.

Предположим что при заданном прямом порядке переключения в режиме после включения питания или под воздействием помехи на выходах распределителя устанавливается ложная кодовая.комбинация 101. При этом, благодаря межразрядным логическим обратным связям, на нулевых установочных входах триггеров 2 и 3 возникают нулевые потенциалы, а на всех остальных установочных входах три;ггеров - единичные потенциалы л. Благодаря этому за короткий промежуток

времени триггер 3 изменяет свое исходное состояние и на выходе схемы устанавливается одна из рабочих (для заданного режима) кодовая комбинация 100.

При этом же заданном режиме, если после включения питания или воздействия помехи триггеры устанавливаются в исходные состояния, соответствующие кодовым комбинациям 110 или 011, то аналогично описанному под воздействием обратных логически связей на выходах распределителя вскоре устанавливаются кодовые комбинации соответственно 010 и 001.

При обратном порядке переключени в этом режиме переходы от случайных ложных исходных состояний триггеров к 5абочим состояниям происходят в следующей последовательности: 101 110 ,- 010.

Аналогично этому при прямом поряке переключения заданного режима с п 2-переходы от случайных ложных исходных состояний триггеров к рабочим состояниям происходят соответственно в последовательностях: 001 - -101; 100 ,- 010 - 011,а при обратном порядке - 011 100 - -101; 010- 110,

Максимальное время выхода.триггеров из указанных ложных состояний составляет всего лишь ЛГ где tj {. - средцее значение времени задержки переключения элементов используемого комплекса логических схем.

Исправление (коррекция) избыточных логических состояний триггеров осуществляется не сразу после включения питания или воздействия помехи а через один такт поступления тактирующего импульса на шину Т.

Так, например, если при заданном прямом порядке режима с после включения питания триггеры случайно устанавливаются в состояние 000, то под воздействием обратных связей на информационном D-входе триггера возникает нулевой потенциал, а на всех аналогичных входах остальных триггеров, а также на установочных входах всех триггеров - единичные потенциалы. Эти потенциалы не позволяют триггерам изменять свои исходные избыточные состояния. Однако это изменение происходит после поступления первого тактирующего импульса когда триггеры 1 и 2 переходят в единичные состояния. Таким образом, на выходах распределителя устанавливается одна из ложных для этого режима кодовых комбинаций 110 которая через задержку 3t3tp в соответствии с описанным сменяется рабочей кодовой комбинацией 010.

Аналогичные переходы со случайных избыточных состояний на промежуточные ложные, а в дальнейшем на

Т Т

100 при п 1 (обратный порядок) j000 - 110 «

111 -I 001 -5 101 при n 2 (прямой порядок);

. oil при n 2 (обратный порядок)001

111

В этих четьфех случаях возникновения избыточных кодов максимальное фемя коррекции составляет 2 Т + - 3tj рр , где. Т - продолжительность одного такта (период повторения тактирукяцих импульсов).

Несколько больше Егремени уходит на коррекцию избыточных кодовых комбинащ1й при других режимах работы.

Так, напЕжмер, если задан прямой порядок переключения режима с и триггеры после включения питания или же под воэдадйствиём помехи установлены в состояние III, то благодаря межразрядным обратнь связям на единичных установочных входах всех триггеров возникают единичные потенцигшы, а на нулевых установочных входах - иулевыё потенциалы.

В результате этого через задержку f, atjcp все триггеры переходят в нулевые логические состояния, при которых на обоих установочных входах всех триггеров и на информационных

111

000

110 -3 100 при n 1 (обратный порядок)

Т t 111 при n 2 (прямой порядок)

000

000

111

001 Из опясанного следует, что про должительность всего цикла коррекций любого избыточного состояния распределителя определяется выражением 3t3cp + Т Т + 6t uf г Поскольку разброс параметров микросхем, вероятность одновременной

рабочие состояния происходят при других режимах в последовательности:

D-входах триггеров 1 и 2 возникают единичные потенциалы, а на инфор1мационном 0-входе триггера 3 - нулевой потенциал. Это состояние поддерживается до прихода первого тактирующего импульса.

С поступлением на шину Т первого тактирующего импульса триггеры 1 и 2 переходят в единичные логические состояния.

Таким образом, на выходах распределителя устанавливается ложная для заданного режима кодовая ксмбинация 110.

В дальнейшем эта ложная кодовая комбинация через задержку tf автоматически сменяется рабочей кодовой комбинацией 010 и распределитель подготавлнвается к нормальному функционированию.

Коррекция избыточных кодовых ком ияацнй при других режимах работы П1х исходит аналогично описанной в следукяоих последовательностях

011 при n 2 (обратный порядок), установки всех триггеров в одинаковые (нулевые или единичные) состояния и соответственно возникновения указанных избыточных кодовых комбинаций (000 или 111) очень малы, то максимальное время коррекции практически составит f2 Т + .

ДВУХРЕЖИМНЬШ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащий в кая; дом из трех разрядов элемент 2-2ИИЛИ-НЕ и D -триггер, подключенный тактойым входом к тактирующей шине, а информационньм и установочным вхо, дами связанный с шинами управления режимом работы,; о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения управления, в первые два разряда введено по дополнительному элементу 2-2ИИЛИ НЕ, а в третий - два аналогичных элемента, причем входы установки в единицу и нуль триггеров каждого разряда подключены соответственно к выходам .основного и дополнительного элементов 2-2И-ИЛИ-НЕ этого же разряда, первые входы которых подключены соответственно к нулевым и единичным выходам триггеров смежных разрядов, а вторые входы -к первым четырем шинам управления, информационные входы триггеров первого и второго разрядов подключены к нулевым выходам риггеров своих же разрядов, а инфор(Л мационный вход триггера -третьего разряда подключен к выходу второго дополнительного элемента 2 2И-ИЛИ-НЕ . этого же разряда, соединенного первыа ми входами с инверсными выходами с триггеров смежных разрядов, а втрры- i ми входами - с пятой к шестой шинами управления. СО СП vl