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

ND

О 00

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ т- ФАЗЕЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее блок задания программ, подключеиный выходами через : первый и второй счетчики к входам- сумматора, отличающееся тем, что, с целью упрсадения и повышения надежности функционирования , в него введены инвертор и m мультиплексоров , выходы которых подключены к обмоткам двигателя, управляющие входы соединены между собой и с выходами старших разрядов второго счетчика, выход переноса сумматора соединен с 1,2,3,..., т-информационным входом соответственно 2,3, ..., га, 1-го мультиплексоров, а через инвертор - ,с 1,2,3,... ,tri-M информационным входом сбответственно 1,2,3,...,m -го мультиплексоров, А третьи информационные входы мультиплексоров подключены к пине нулево- , го потенциала.i

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми при водами подач. Известно устройство для ,програмнего управления шаговым двигателем, содержащее счетчики и блок задания программ, выход которого подключен к входу коммутатора Г1. Однако это устройство требует применения сложных блоков (стабилизаторов тока и преобразователей циф ра-аналог) , что снижает надежность работы устройства. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является .устройство для программного управле ния 1т)-фазным шаговым двигателем, со держащее по количеству фаз (т) первые счетчики, триггеры и сумматоры, а также второй счетчик, блок задания программ, связанный с входами коммутатора, второго счетчика и сумматоров Г2 . Данное устройство сложно иненаде но, так как содержит большое число пересчетных схем (т+ 1 счетчиков, коммутатор, m триггеров)., подвержен ных сбоям и требующих жесткой синхр низации, поскольку возникновение сбоя в одном из перечисленных схем приведет к. нарушению их синхронной работы, вследствие чего будет нарушена нормальная работа двигателя (т.е. двигатель выйдет из синхрониз ма), и нормальная работа двигателя может быть восстановлена только лишь после вынудитёльного возврата всего устройства в исходное состояние. Цель изобретения - упрощение и- n вышение надежности функционирования устройства путем уменьшения числа пересчетных схем.. Поставленная цель достигается тем, что устройство программного управления гт -фазным шаговым двигателем, содержащее блок задания программ-, подключенный выходами через первый и второй счетчики к входам сумматора, введены инвертор и m мультиплексоров, выходы которых под ключены к фазным обмоткам двигателя управляющие входы соединены между собой и с выходами стариих разрядов второго счетчика, выход переноса сумматора соединен с 1,2,3,...,т-м информационным входом соответственно 2,3,... т,1-го мультиплексоров, а через инвертор - с 1,2,3,... информационным входом соответственно 1,2,3,...,т -го мультиплексоров, а третьи информационные входы мультиплексоров подключены к шине нулев го потенциала.. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства применительно к m -фазному- двигателю; на фиг. 2 применительно к четырехфазному двигателю; на фиг. 3 - временная диаграмма работы Устройства и диаграмма изменения токов в фазах двигателя, применительно к четырехфазному двигателю с коэффициентом дробления основного шага N 8. Предлагаемое устройство содержит (фиг. 1) блок 1 задания программ, связанный своим выходом с входами первого 2 и второго 3 двоичных счетчиков, сумматор 4, инвертор 5, мультиплексоров 6-1, б-т селекторов на m каналов, выходы которых подключены к фазным обмоткам 7-1, 7-гп двигателя , а их управляющие входы соединены параллельно между собой и подключены к выходам старших разрядов второго 3 двоичного счетчика. -Выходы младших разрядов второго 3 двоичного счетчика подключены к вторым входам сумматора 4, первые входы которого подключены к разрядным выходам первого 2 двоичного счетчика. На фиг. 2 показаны мультиплексоры 6-9, обмотки фазового двигателя 10-1,10-2, 10-3 и 10-4. Устройство работает следующим образом. Работу устройства удобно рассматч ривать для случая управления четырехфазным шаговым двигателем (фиг.2). Тактовая последовательность высокочастотных импульсов с частотой в(з((; непрерывно поступает на вход первого 2 двоичного счетчика, работающего на суммирование. Исходным является состояние, при котором второй 3 двоичный счетчик находится в нулевом состоянии, на выходе певеноса сумматора 4 присутствует нулевой, а на выходе инвертора 5 - единичный потенциалы. На все управляющие входы мультиплексоров 6-9 с выходов старших разрядов счетчика 3 поступают нулевые потенциалы. и, следовательно, выбраны их первые каналы. Такое состояние устройства приведет к тому, что через первую 10-1 фазу двигателя потечет номинальный ток JH/ а во всех остальных 10-2, 10-4 фазах ток будет отсутствовать. С поступлением первого, низкочастотного импульса на вход счетчика 3 в него записывается цифра 1, в силу чего на выходе переноса сумматора появляются высокочастотные импульсы со скважностью N и частотой , где N- коэффициент пересчета первого 2 двоичного счетчика, а на выходе инвертора 5 - импульсы с той же частотой, но со скважностью N Так как старшие разряды второго 3 счетчика не изменили своего состояния и выбраны первые кана.пы мультиплексоров, то через первую фазу 10-1 двигателя протекает ток равный N - 1 , а через вторую фазу 10-2 - ток Jp|. В третьей и той фазах двигателя токи отсутствуют. Это приведет к тому, что ротор двигателя отработает дробный шаг рав .doc где Зд - величина ный d. ор N основного шага двигателя, N - коэффициент дробления, величина которого совпадает также с коэффициентом пере :счета первого 2 и младших разрядов второго 3 двоичных счетчиков. С приходом последующих низкочастотных тактовых импульсов во второй 3 двоичный счетчик поочередно записываются цифры с 2-х по N, при этом на выходах егб старших разрядов присутствуют потенциалы логического нуля и выбраны первые каналы мультиплексоров 6-9. На выходе переноса сумматора 4 поочередно формируются N N импульсы со скважностью ( , - ,. ; . -)/ а на выходе иннертора 5 со N N скважностью ( N - 2 N - 3 Это приводит к ступенчатому уменьшеN -2 . N - 3 , нию тока .- J., в первой фазе 10-1, и его сту 1Г Л пенчатому увеличению - во второй фазе N Н 10-2 двигателя. В соответствии с этим ротор двигателя отработает N-1 дробных шагов. Этим завершается пер вый четверть-цикл работы устройства При достижении второго 3 двоично го счетчика цифры происходит переполнение его младших разрядов, и при поступлении очередного низкочастотного импульса в его старшие разряды записывается цифра 1, а в младшие цифра 0. . Запись цифры 1 в старшие разряды счетчика 3 приводит к тому, что выбираются вторые каналы мультиплексо ров 6-9, и так как в младшие разряды счетчика 3 произведена запись дифры О, то на выходе переноса cyiviM тора 4, как и в первом четверть-цик ле, будет присутствовать нулевой, а на выходе инвертора 5 - единичный потенциалы. Это п{жведет к тому что через вторую фазу 10-2 двигателя потечет ток равный Лц,а во всех остальных фазах ток будет отсутство вать. Далее, с поступлением очередных низкочастотных импульсов ток во второй фазе 10-2 ступенчато умен шается, а в третьей увеличивается, и в соответствии с этим ротор двига четве теля отрабатывает дробные шаги. Этим завершается второй четверть-цикл. После достижения младших разрядов счетчика 3 цифры N, в его старшие разряды записывается цифра 2 и выбираются третьи каналы мультиплексоров 6-9, при этом по третьей фазе 10-3 двигателя потечет ток равный J , а в остальных ток будет отсутствовать . После завершения третьего четверть-цикла, во время которого происходит ступенчатое уменьшение тока в третьей, и его ступенчатое увеличение в четвертой фазах двигателя, в старшие разряды счетчика 3 записывается цифра 3 и выбираются четвертые каналы мультиплексоров 69, при этом по четвертой фазе 10-4 течет ток равный Jj , а в остальных фазах ток отсутствует. в течение четвертого четвертьцикла ток в четвертой фазе 10-4 ступенчато уменьшается, а в первой 10-1 увеличивается. После завершения четвертого четверть-цикла счетчик 3 возвращается в исходное состояние (т.е. записывается цифра О, как в младших, так и в старших его разряда-х) , при этом через первую фазу 10-1 двигателя течет ток равный а в остальных ток отсутствует. Последукяцие циклы работы устройства происходят аналогично первому циклу. Как видно из описания, койффициент пересчета старших разрядов счетчика 3 при числе фаз m 4 двигателя равен четырем. Для т-фазного двигателя коэффициент пересчета второго 3 двоичного счетчика равен N + т. где N - коэффициент пересчета младших разрядов второго 3 счетчика; m - коэффициент пересчета старших разрядов второго 3 счетчика. Таким образом, цифрой N определяются коэффициенты дробления основного шага двигателя; пересчета первого 2 двоичного счетчика и пересчета младших разрядов второго 3 двоичного счетчика. Цифрой m - фазность двигателя, количества мультиплексоров, информационных входов мультиплексоров и коэффициент пересчета старших разрядов второго 3 двоичного счетчика. Для обеспечения обратного направления вращения ротора двигателя (реверсирования), необходимо перевес;ти в режим вычитания, только второй 3 двоичный счетчик. . . Коэффициент дробления основного шага двигателя можно изменять в широких пределах от 2 - N путем одновременного изменения коэффициентов , пересчета первого 2 и младашх разрядов второго 3 счетчиков, при этом коэффициент пересчета старпих разрядов второго 3 счетчика необходимо поддержи в а-ть равным числу т.

Частота импульсов, подаваемых на шину высокочастотного тактирования., выбирается исходя .из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя. А частота импульсов подаваемых на шину низкочастотных управляющих импульсов, выби рается в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.

Таким образом, данное устройство по сравнению с. прототипом намного проще и надежнее, поскольку имеет меньшее число составных узлов, т.е. мультиплексоров, два. счетчика, блок задания программ (БЗП), один сумматор и один инвертор, а прототип содержит БЗП, коммутатор, m сумматоров , m + 1 счетчиков, и m триггеров.

Устройство имеет повышенную надежность, так как содержит минимальное: число пересчетных схем (2 счетчика), которые не требуют синхронной работы поскольку они работают на равных частотах и от разных генераторов.

Возникновение сбоя в работе первого 2 двоичного счетчика предлагаемого устройства приведет лишь к воз.никновению кратковременного провала тока в рабочей фазе. Но, так как частота импульсов, подаваемых на высокочастотную шину тактирования, намного превышает частоту приемистости двигателя, а длительность возникающего провала тока .очень мала, возникновение сбоя в первом 2 счетчике нисколько не повлияет на нормальную работу двигателя.

Возникновение сбоя во втором 3 двоичном счетчике предлагаемого устройства приведет лишь к пространственному перемещению ротора двигателя из одного рабочего состояния э другое. .

цикла.

. tfuffjttr

({онла t I I 1 I

l I III

П П ni

n П П

П П r

n

t((/f(/ra

imintiinniiiM I ri. . I MM

ППГ1ПППППППП

П n

f -# / /