Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1983 года по МПК H02P8/22 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах, содержащих шаговые двигатели . . .

Известно устройство для управления шаговым двигателем,с датчиком агов, установленным на валу двигателя, содержащее подключенный к оботкаМ двигателя, коммутатор, который производит переключение обмото-к управления двигателя по командам . атчика Cl.

При этом обесг г-.; .;аатся нейтральная коммутация, что ограничивает быстродействие устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство ля управления шаговым двигателем с атчиком положения на валу, содержаее коммутирующий фазы двигателя и изменяющий напряжение, на них усилитель мощности, подключенный входами- к выходам преобразова,теля коднапряжения, связанного-через деифратор распределителя импульсов с выходами счетчика распределителя импульсов, выходы младших разрядов которого соединены с входами старших разрядов через два элемента ИЛИ, элемент.задержки, связанный входом с выходом датчика положения, и .блок режимов работы 2.

Недостатком такого устройства яв.ляется сложность, особенно для шаговых двигателей .с малым шагом, обусловленная необходимос.тью обработки информации о каждом шаге после дробления.

Цель изобретения - упрощение устройства. - .

Доставленная цель достигается тем, что устройство для управления шаговым двигателем с датчиком положения на валу, содержащее коммутирующий фазы двигателя и изменяющий напряжение на них усилитель мощности, подключенный входами к выходам преобразователя .код-напряжение, связанного через деш.ифратор распределителя импульсов с выходами счетчика распределителя импульсов, выходы младших разрядов которого соединены с входами старших разрядов через два элемента ИЛИ, элемент задержки, связанный входом.с выходом датчика положения и блок режимов работы, снабжено четырьмя дополнительными элементами ИЛИ, .восемью элементами И, дополнительными счетчиком и дву--. мя дешифраторами, подключенными входами к выходам дополнительного счетчи.ка, .причем первый выход блока режимов работы соединен с входами уста-j новки нуля дополнительного счетчика младших разрядов счетчика распределителя импульсов, и с одним из ВХОДОВ;

первого элементов .ИЛИ, соединенного

вторым входом с выходом датчика положения, а выходом - с одним из входов первого и второго элементов И, к вт-орым входам которых подключены соответственно второй и третий выходы блока режимов работы, а к третьим, входам этих элементо.в И подключен выход одного из дополнительных дешифраторов, а выходы обоих элементов И подключены к.вторым входам основных элементов ИЛИ распределителя импульсов, к входам счетчика младших разрядов которого подключены выходы второго и третьего дополнительных элементов. ИЛИ, соединенных двумя своими входами каждый соответственно с выходами третьего и .четвертого, пятого и шестого элементов И, четвертый и пятый выходы блока режимов работы соединены соответственно с первыми входами седьмого и восьмого элементов И-, связаннь1х вторыми входами с выходом элемента задержки , третьими входами - соответственно с. выходами первого и второго дополнительных дешифраторов, выход седьмого элемента И подключен -к одному из входов третьего и шестого элементов И и четвертого дополнительного элемента ИЛИ, соединенного вторым входом с выходом восьмого элемента И и входами четвертого и пятого элементов И, а выходом .- со счетным входом дополнительного счетчикакроме того, выход элемента задержки соединен с входом блока режимов работы, к второму рыходу которого подключены вторые входы третьего и пятого элементов И, а к тр.етьему выходу - вторые входы четвертого и шестого элементов И. .На фиг. 1 показана функцио.нальная схема устройства на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие его работу, где 2f - угол п рворота поля статора, О - угол поворота ротора.

Устройство (.фиг/ Х) содержит шаговый двигатель 1 с импульсным датчиком 2 положения на валу. Фазы дви.гателя 1 подключены к выходам усилителя 3 мощности, коммутирующего ф.а.вы в -заданной последовательности и регулирующего напряжение на них. Входы усилителя 3 мощности соединены с выходами преобр.азователя коднапряжение 4, подключенного входа.ми к выходам дешифратора 5, Счетчи.ки младших б и старших 7 разрядов, связанные между собой элементами .ИЛИ 8 и 9, образуют совместно с де

-шифратором 5 ра.спределитель импул... сов. Датчик 2 положения подключен к промежуточному усилителю 10. Входы направления счета счетчика младших разрядов б подключены к выходам элементов ИЛИ 11 и 12, а вторые входы элементов ИЛИ 8. и 9 - к выходам элементов.И 13 и 14, Входы элементо И 15-18 и элемента ИЛИ 19 подключен к выходам блока 20 режимов работы. Элемент 21 задержки подключен входо к выходу промежуточного усилителя 10, а выходом -.к входам элементов И 22 и 23. Выход элемента И 22 подключен к одному из входов элемента ИЛИ 24. Дешифраторы 25 и 26 соедине ны с выходами нереверсивного счетчи ка 27 . Устройство работает следующим об разом. Управление отработкой перемещени осуществляется блоком 20 режимов, к торый выдает следующие импульсные и потенциальные СИЕНалы: с выхода I начальный, импульс отработки перемещения, с выходов II , 111 - напряжения задающие направление вращения вперед и назад, с выходов W и V напряжения, определяющие участки разгона и торможения, с выхода 1 импульсы напряжения на отработку це лого шага (фиг. 2}. I. . . Импульсы на отработку целого шаг поступают с датчика 2 положения.через усилитель 10, первый вход элемен та ИЛИ 19, выход которого соединен с первыми входами элементов И 14 и 13, а их выходы подключены к входам VII и VIII элементов ИЛИ 8 и 9 (сигналы на этих входах обозначены позициями VII и VIII на фиг. 2). В этом случае происходит отработка основного по каналам вперед или назад. Вторые входы .элементов 19, 14 и 13 подключены соответственно к выходам II и III . блока 20, а третьи вхо ды элементов 13 и 14 присоединены .к выходу дешифратора 26. Импульсы на отработку дробного шага проходят через элемент 21 задержки, вход кото рого присоединен к выходу усилителя 10, .а выход - к первым входам элементов И 22 и 23. К вторым входам элементов И 23 и 22 подключены выходы дешифраторов 25 и 26, а к третьим входам - соответственно выходы IV и V блока 20. Выход элемента И 22 присоединен к первым входам элементов И 15 и 18, к вторым входам которых; подключены соответственно выходы II и III блоки 20 режимов. Выход элемента И 23 соединен с .первыми входами элементов И 16 и 17, к вторым входам которых подключены выходы tn и и блока 20. Выходы логических элементов И 16 и 15 подсоединены к входу элемента ИЛИ 11, а выходы элементов ,И 17 и 18 - к входу элемента ИЛИ 12, выходы элементов ИЛИ 11 и 12 подкл б- чены к входам X и XI счетчика распре делителя импульсов, обеспечивая при этом работу на дробном шаге (сигналы на этих входах обозначены X и XI на фиг. 2} ,Подсчет числа дробных шагов, задаваемых для смещения-поля статора при разгоне и торможении, осуществля ется двоич 1ым нереверсивным счетчиком 27. Вход, счетчика 27, Установка О присоединен к выходу i блока 20 режимов, к счетному входу подключен выход логического элемента ИЛИ 24, первый и второй входы которого соеди нены соответственно с выходами элементов И 22-и 23. К выходам счетчика 27 присоединены входы дешифраторов 25 и 26, Определяющих число дробных шагов, идущих на смещение поля статора при разгоне и торможении. Кроме того, с входом Установка О блока 20 режимов соединены также младшие разряды счетчика распределител.я импульсов. Сигнал на начало работы из блока 20 режимов (диаграмма i на фиг. 2) поступает через элемент ИЛИ 19 и элемент И 13 (или 14) в зависимости от; того, на каком из них находится разрешающий сигнал (диаграммы И и III } . При этом поле статора смещается в соответствующем направлении на один шаг (,ТГ/2) . На фиг. 2 на диаграмме Jf-0- tt) заштрихованные участки определяют область положения ротора относительно поля статора при работе четырехфазного шагового двигателя в режиме самокоммутации.Линия,ограничивающая штриховку сверху,соответствует рассогласованию между ротором и полем статора в начале, а снизу - в конце шага. .Импульсы с датчика 2 положения ( диаграмма VI) поступают на вход VII или VIM распределителя импульсов ( соответственно диаграмма 11 или VIK), обеспечивая разгон двигателя, и одновременно на элемент 21 задержки. Время задержки выбирается меньшим времени, за которое отрабатывается шаг двигателя на максимально возможной скорое -.- . - . Импульс с выхода.элемента задержки при разгоне двигателя через элемент И 22 и элемент ИЛИ 24 поступает на счетный вход счетчика 27 шагов и одновременно через элементы И 15 (18) и ИЛИ 11 (.12) на вход X (IX) счетчика распределителя импульсо в (диаграммы IX и X на фиг. 2). Поле статора вигателя при атом смещается дополнительно в направлении увеличения угла коммутации. Увеличение угла комутации происходит до тех пор, пока корость двигателя не станет максиальной. При этом код в счетчике 27 Нарастает до такого значения, когда ешифратор 25 выдает запрещающий сигнал, и импульсы с датчика 2 полоения проходят только на входы Vl и IK и далее через элементы ИЛИ 8 или 9) на входы старших разрядов четчика распределителя импульсов. Одновременно импульсы с датчика 2 положения через усилитель 20 и эле;мент 21 задержки поступают-в блок 20 режимов и списывают код перемещения. Когда код перемеще.ния станет соответствовать необходимому для торможения, на выходе V блока 20 режимов появляется разрешающий потенциал (. диаграмма V } и импульсы с датчика 2 положения через усилитель 10, элемент 21 задержки, логические элементы И 23 и ИЛИ 24 поступают на счетчик 27, и также через логические элементы И 16 (17 .ИЛИ 11 (12) на входы X (IX) счетчика 7. В рет зультате угол коммутации уменьшается, так как на саждом шаге из него вычитается величина, определяемая значением дробного шага. При этом скорость двигателя снижается. Когда все шаги, соответству1рщие участку торможения будут отработаны, с дешифратора 26 на логические элементы И 23, 13 и 14 приходит запрещающий потенциал. Двигатель останавливается без выбега. При очередной отработке задания запускающий импульс с выхода 1 блока 20 устанавливает счетчик 27. шагов и младшие разряды 6 счетчика рас пределителя импульсов в нулевое положение.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ с датчиком положения на валу, содержащее коммутирующий фазы двигателя и изменяющий напряжение на них усилитель мощности, подключенный входами к выходам преобразователя код-напряжение, свя- занного через дешифратор распределителя импульсов с выходами счетчика распределителя импульсов, выходы младших разрядов которого соединены с входами старших разрядов через два элемента ИЛИ, элемент задерж1Ш, связанный входом с выходом датчика положения, и блок режимов работы, отличающееся тем, что, с целью упрощения, оно снабжено четырьмя дополнительными элементами ИЛИ, восемью элементами И, дополнительными счетчиком и двумя дешифраторами , подключенными входами к выходам дополнительного счетчика, причем первый выход блока режимов работы соединен с входами установки нуля дополнительного счетчика младших разрядов счетчика распределителя импульсов и с одним из входов первого элемента ИЛИ, соединенного вторым входом с выходом датчика положения, а выходом - с одним из входов первого и второго элементов И, к вторым входам которых подключены соответстт венно второй и третий выходы блока режимов работы, а к третьим входам этих элементов И подключен выход одного из дополнительных дешифраторов, а выходы обоих элементов И подключены к вторым входам основных элементов ИЛИ распределителя :импульсов,- к входам счетчика младших разрядов которого подключены выходы второго и третьего дополнительных элементов ИЛИ, соединенных двумя своими входами каждый соответственно с выходами третьего и четвертого, пятого со и шестого элементов И, четвертый и пятый выходы блока режимов работы соединены соответственно с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, связанных вторыми входам . с выходом элемента задержки, Третьими входами - соответственно с выхоДс1ми первого и второго дополнитель-ных дешифраторов, выход седьмого элемента И подключен к ОДНОМУ ия входов третьего и шестого элементов И и четвертого дополнительного эле мента ИЛИ, соединенного вторым вхо3G дом с выходом восьмого элемента И и входами четвертого и пятого элементов И, а выходом - со счетным вхо:о дом дополнительного счетчика, кроме того, выход элемента задержки соединен с входом блока режимов работы, к второму выходу которого подключены вторые входы третьего и пятого . элементов И, а к третьему выходу .вторые входы четвертого и шестого элементов И..

,.0

jfL

Л

/

Ш S

L

1

gf I I I И M n I П ri I I II I M I I И 1 I I I/ I I M I II I II HUML

M I n I I I I I I M /

zr,

I III

J J J Mill It M

I I I n и L

f I

./ 2

-/