Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1984 года по МПК H02P8/00 

11 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления шаговыми электродвигателями, работающими в системах автоматического управления и регулирования. Известно устройство для управления шаговым электродвигателем, содержащее первый, второй и третий триггеры, образующие пересчетную схему, выходы которой подключены к входам усилителей мощности и импульсным входам ключевых устройств, тригер реверса, выходы которого подключены к соответствующим входамэключевых устройств, подключенных своими выходами к соответствующим входам триггеров пересчет ной схемы, первую схему задержки, выход которой поключен к входу первого триггера пересчетной схемы, вторую схему задержки, выход которой подключен к входу первой схемы задержки и к соответствующим входам второго и третьего триггеров пересчетной схемы С I . К недостаткам устройства относятся низкие надежность и точность позиционирования, поскольку отсутствует контроль числа импульсов, поданных на шаговый двигатель. Это приводит к отработке числа импульсов, отличающегося от заданного и, соответственно, к ошибке позиционирования. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов, усилитель мощности, первый ключ, первый вход которого связан с выходом задающего генератора, а второй вход подключен к единичному выходу коммутирующего триггера, регист ввода числа, выходы которого подключены к первым входам ключей ввода ин формации и к соответствующим входам входного элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к второму входу второ го ключа, выходы соответствующих клю чей ввода информации подключены к со ответствующим установочным входам счетчика и к входу установки направления движения распределителя импуль сов, импульсный выход счетчика подключен к счетному входу коммутирующе го триггера, входной ключ, выход которого связан со счетным входом вход Hoio счетчика, адресный вход которог подключен к единичному входу оконечного триггера этого счетчика, единич .5I ный выход оконечного триггера подклю-i чен к второму входу входного ключа, первый вход которого подсоединен к тактирующему входу регистра ввода числа, инвертор, выход которого связан с первым входом второго ключа, соединенного третьим входом с единичным выходом триггера пуска, а выходом - с единичным входом коммутирующего триггера, выход первого ключа подсоединен к счетному входу счетчика и к переключающему входу распределителя импульсов С-. К недостаткам устройства относятся невысокие надежность и точность, поскольку оно не исключает самопроизвольного движения шагового двигателя (при отсутствии команды ПУСК) при включении питания. При включении источника питания коммутирующий триггер устанавливается в случайное состояние и при установке его в единичное состояние сиг-нал разрешения поступает на соответствующие входы первого и второго ключей, что приводит к прохождению частоты с задающего генератора на коммутатор обмоток шагового двигателя и соответственно, его движению. При обращении к данному устройству по команде Адрес для обработки цикла входной счетчик находится в произвольном (не нулевом) состоянии, что приводит к неправильному последующему его функционированию. Цель изобретения - повышение точности и надежности работы устройства для управления шаговым двигателем. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов, усилитель мощности, первый ключ, первый вход которого связан с выходом задающего генератора, а второй вход подключен к единичному выходу коммутирующего триггера, регистр ввода числа, выходы которого подключены к первым входам ключей внода информации и к соответствующим входам входного элемента ИЛИ, выход котстрого подсоединен к второму входу пторого ключа, выходы соответствующих ключей ввода информации подключены к соответствующим установочнымм входам счетчика и к входу установки напрагые ния движения распределителя импульсов импульсньп выход счетчика подключен к счетному входу коммутирующего триггера, входной ключ, выход которото связан со счетным входом входного счетчика, адресный вход которого под ключен к единичному входу оконечного триггера входного счетчика, единичный выход оконечного триггера подключен к второму входу входного ключа, первый вход которого подсоединен к тактирующему входу регистра ввода числа, инвертор, выход которого связан с первым ВХОДОМ- второго ключа, соединенного третьим входом с единич ным выходом триггера пуска, а выходом - с единичным входом коммутирующего триггера, выход первого ключа подсоединен к счетному входу счетчика и к переключающему входу распреде лителя импульсов, введены два элемен та задержки, формирователь сигнала Сброс по включению питания и допол нительный элемент ИЛИ,- причем вход первого элемента задержки подключен к импульсному выходу входного счетчика, выход второго элемента задержки подключен к единичному входу триг гера пуска, а вход - к выходу первог элемента задержки и .к вторым входам ключей ввода информации, первый-вход дополнительного элемента ИЛИ соединен с единичным выходом оконечного триггера входного счетчика, второй вход - с выходом формирователя сигнала Сброс по включению питания и с входом установки в исходное состоя ние распределителя импульсов, а выход связан с входом подтверждения прямого хода распределителя импульсов и с входами установки О счетчика, коммутирующего триггера и триг гера пуска, другой нулевой вход кото рого соединен с единичным выходом коммутирующего триггера, адресный вход входного счетчика подсоединен к входу установки в О остальных триггеров входного счетчика, а выход задающего генератора связан с входом инвертора. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства (применительно к трехфазному шаговому двигателю); на фиг. 2 - временные,диаграммы, иллюстрирующие его работу. Устройство (Фиг.1) содержит шаговьш двигатель 1, последовательно сое диненные распределитель 2 импульсов и усилители 3 мощности, первый ключ 4, первый вход которого связан с выходом задающего генератора 5, а второй вход подключен к единичному выхо ду коммутирующего триггера 6, регист 1 54 7 ввода числа, выходы которого подклю чены к первым входам ключей 8 ввода информации и к соответствующим входам входного элемента ИЛИ 9, выход которого подсоединен к второму входу второго ключа 10,выходы соответствующих ключей 8 ввода информации подключены к соответствующим установочным входам счетчика 11 и к входу установки направления движения 2 распределителя импульсов. Импульсный выход счетчика 11 подключен к счетному входу коммутирующего триггера 6. Устройство содержит входной ключ Г2, вьрсод которого связан со счетным входом входного счетчи ка 13, адресньл вход которого подключен к единичному входу оконечного триггера 14 входного счетчика 13, единичный выход оконечного триггера 14 подключен к второму входу входного ключа 12, первый вход которого подсоединен к тактирующему входу регистра 7 ввода числа. Инвертор 15 связан выходом с первым входом второго ключа 10, соединенного третьим входом с единичным выходом триггера 16 пуска, а выходом - с единичным входом кol fмyтирующего триггера 6. Выход первого ключа 4 подсоединен к счетному входу счетчика 11 и к переключающему входу распределителя 2 импульсов. Первый элемент 17 задержки соединен входом с импульсным выходом входного счетчика 13. Второй элемент 18 задержки выходом соединен с единичным входом триггера 16 пуска, а входом - с выходом первого элемента 17 задержки и с вторыми входами ключей 8 ввода информации. Дополнительный элемент ИЛИ 19 первым входом связан с единичным выходом оконечного триггера 14 входного счетчика 13, вторым входом - с выходом формирователя 20 сигнала Сброс по включению питания (пример выполнения которого приведен на фиг.1) и с входом установки в исходное состояние распределителя 2 импульсов, а выход связан с входом подтверждения прямого хода распределителя 2 импуль- сов и с входами установки нуля счетчика 11, коммутирующего,триггера 6 и триггера 16 пуска, другой нулевой вход которого соединен с единичным выходом коммутирующего триггера 6. Адресный вход входного счетчика 13 подключен к входу установки в нуль остальных триггеров этого же счетчи- ка 13, а выход задающего генератора 5 связан с входом инвертора 15. Гальванические развязки 21 (например, трансформаторного типа), шины Адрес 22, Синхроимпульсы (СИ) 23 и Информация (ИНФ) 24 являются входами устройства, на которые поступают соот ветствующие сигналы от внешнего управляющего устройства, например от ЭВМ (не показано), Устройство работает следующим образом. При включении напряжения питания и формирователь 20 сигнала Сброс по включению питания формирует импульс Сброс, (уоторый поступает на вход установки в исходное состояние распределителя 2 импульсов и устанавливает его в исходное электрическое состояние, соответствующее начальному угловому положению шагового двигателя 1, а проходя элемент ИЛИ 19 сбрасывает в нулевое состояние счетчик П, коммутирующий триггер 6, триггер 6 пуска и подтверждает условие прямого хода распределителя 2 импульсов. Входные сигналы Адрес, СИ и ИНФ поступают на гальванические развязки 21 в последовательности, указанной на фиг. 2, где позициями А-М обозначе ны сигналы в одноименных точках схемы (фиг.1), Входной сигнал, поступающий по шине Адрес через гальваническую развязку 21, устанавливает оконечный триггер 14 входного счетчика 13 в нулевое состояние, вследствие чего на второй вход входного ключа I2 поступает единичный сигнал с единичного выхода оконечного триггера 14, разретающий прохояодение синхроимпульсов с шины СИ 23 через гальваническую развязКу 21 и входной ключ 12 на счетный вход входного счетчика 13. Одновременно этот же сигнал, вьтолняющий в данном случае функцию сигнала Сброс, проходя через элемент ЮШ 19 на распределитель 2 импульсов, счетчик 11, коммутирующий триггер 6 и триггер 16 пуска, либо подтверждает, либо устанавливает их (в переключения их в другое, не исходное состояние до появления сигнала Адрес например, при воздействии помехи) в исходное состояние по связям, указанным на фиг. 1, и удерживает их в этом состоянии до окончания записи входной информации в регистр 7 ввода числа (фиг.2). Таким образом, нулевой сигнал с единичного выхода коммутирующего триггера 6 поступает на второй вход первого ключа 4, запрещая прохождение частоты с задающего генератора 5 на счетчик II и распределитель 2 импульсов. Нулевой сигнал с единичного выхода триггера 16 пуска поступает на третий вход второго ключа 10, запрещая прохождение сигналов по другим входам этого же ключа 16 на-коммутирующий триггер 6. После прохождения сигнала по шине Адрес 22 сопровождающие входную информацию синхроимпульсы СИ с шины 23 поступают на входной счетчик 13, а сама входная информация (ИНФ) с шины 24 вместе с синхроимпульсами поступает на регистр 7 ввода числа. Обчно при передаче цифровой информации на большие расстояния используется парафазный код или же число представляется динамическим способом, что обеспечивает высокую помехозащищенность. После поступления последнего импульса последовательного входного кода в регистре 7 ввода числа записывается вся цифровая информация, а последний, сопровождающий входной код, синхроимпульс переполняет входт ной счетчик 13, с импульсного выхода которого сигнал переполнения поступает на вход первого элемента 17 задержки. Оконечный триггер J4 входного счетчика 13 соответственно устанавливается в нулевое состояние, закрывая входной ключ 12 и снимая сигна Сброс с распределителя 2 импуль сов, счетчика 11, триггера 16 пуска и коммутирукщего триггера 6 по связям, указанным на фиг. 1. После поступления импульса пере.полнения на вход первого элемента 17 задержки через время задержки At-, (фиг.2), выбираемое аким, чтобы оно гарантировало перезапись информации с регистра 7 ввода числа после окончания всех переходных процессов на элементах схемы устройства, возникаю щих после ввода входной информации с шины Информация 24, на выходе первого элемента 17 задержки появится импульс Запись, который поступает на вход второго элемента 18 задержки и на вторые входы ключей 8 ввода информации. При этом информация с регистра 7 ввода числа переписывается через ключи 8 в счетчик 11. В зависимости от Ttoro, какого знака noступила входная информация на распределитель 2 импульсов, или останутся . условия прямого хода, подтвержденные сигналом Сброс с оконечного триггера 14 или же (при наличии единичного ЗФовня в знаковых разрядах) запишутся в распределитель 2 импульсов условия реверса. Через время задержки 4tj второго элемента 18 задержки, выбираемое таким, чтобы оно гарантировало перезапись информации с регистра 7 ввода числа в сче чик 11 и распределитель 2 импульсов и окончание всех переходных процессов на этих же элементах схемы устройства, возникающих при указанном режиме, до появления импульсов на пе реключающем входе распределителя 2 импульсов и счетном входе счетчика 11, на выходе второго элемента 18 задержки появится импульс Пуск, поступающий на единичный вход триггера 16 пуска, который переключается в единичное состояние. Единичный сиг нал с выхода триггера 16 пуска посту пает на третий вход второго ключа Ю Если в регистре 7 ввода числа записан двоичный код отличный от нулево го, то входной эЛемент ИЛИ 9 вырабатьшает на своем выходе единичный сиг нал, который поступает на второй вход второго ключа 10, В момент пауз между импульсами, поступакмцими с задающего генератора 5 через инвертор 15 на первый вход второго ключа 10, т.е. при появлении единичного сигнала на этом входе, на всех трех входах второго ключа 10 будет присутствовать единичный сигнал, такой же сигнал появляемся при этом на выходе ключа 10 и поступает на единичный вход КОМГ4Утирующего триггера 6. Триг гер 6 переключается в единичное сост яние и единичный сигнал с его единичного выхода поступает на нулевой вход триггера 16 пуска, перебрасывает его в нулевое состояние, закрьшает ключ 10. Одновременно единичный сигнал поступает на второй вход первого ключа 4. В этом случае разрешается прохожде ние импульсов с задающего генератора 5 через ключ 4 на переключающий вход распределителя 2 импульсов и счетный вход счетчика 11. Шаговый двигатель 10 5 -8 1 начинает движение. Импульсы управле ния проходят на счетчик II и распределитель 2 импульсов до того времени, пока счетчик 11 не переполнится. С импульсного выхода счетчика 1I импульсный сигнал переполнения поступает на счетный вход коммутирующего триггера 6, перебрасывая его в нулевое состоя ние. Нулевой сигнал с единичного выхода коммутирукяцего триггера. 6 поступает на второй вход первого ключа 4 и закрывает его, тем самым запрещая прохождение импульсов управления на распределитель 2 импульсов и счетчик 11. Шаговый двигатель 1 останавливает ся в позиции, соответствующей заданной, отработав заданное число импульсов. На этом рабочий цикл устройства заканчивается и оно готово к отработке следующей посыпки входной информации . Таким образом, введение в устройство формирователя сигнала Сброс по включению питания, первого элемента задержки, второго элемента задержки, дополнительного элемента ИЛИ и новык связей позволяет повысить точность и надежность работы путем исключения самопроизвольного пуска шагового двигателя 1 по включению питания. Обеспечивается также запись всей входной информации в регистр 7 ввода чнспа и последующее нормальное функц онирование устройства, благодаря тому, что по команде Адрес входной счетчик 13 устанавливается в исходное состояние и импульс переполнения формируется только после окончания записи входной информагд1и в регистр 7 ввода числа (т.е; после считывания всех поступающих с внешнего устройства синхроимпульсов) . Это повышает точность и надежность работы устройства. По включению питания обеспечивается соответствие исходного состояния распределителя 2 импульсов начальному угловому положению шагового двигателя 1, так как сигнал Сброс с фор- мирователя 20 сигнала Сброс по включению питания устанавливает распределитель 2 импульсов в исходное состояние, соответствующее начальному угловому положению шагового двигателя.

.m

СИ

l/Hf.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее распре Делитель импульсов, усилитель мощности, первый ключ, первый вход которого связан с выходом задающего генератора, а второй вход подключен к единичному выходу коммутирующего триггера, регистр ввода числа, выходы которого подключены к первым входам ключей ввода информации и к соответствующим входам входного элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к второму входу второго ключа, выходы соответствующих ключей ввода информации подключены к соответствующим установочным входам счетчика и к входу установ ки направления движения распределителя импульсов, импульсньп выход счетчика подключен к счетному входу коммутирующего триггера, входной ключ, выход которого связан со счетным входом входного счетчика, адресный вход которого подключен к единичному входу оконечного триггера этого счетчика, единичный выход оконечного триггера подключен к второму входу входного ключа, первый вход которого подсоединен к тактирующему входу регистра ввода числа, инвертор, выход которого связан с первым входом второго ключа, соединенного третьим входом с единичным выходом триггера пуска, а выходом - с единичным входом коммутирующего триггера, выход .первого ключа подсоединен к счетному входу счетчика и к переключающему входу распределителя импульсов, отличающеес я тем, что, с целью повьшения его точности и надежности, в него введены два элемента задержки, формирователь сигнала Сброс по включению питания и дополнительный элемент ИЛИ, причем вход первого элемента задержки подключен к импульсному выходу входного § счетчика, выход второго элемента за(Л держки подключен к единичному входу триггера пуска, а вход - к выходу первого элемента задержки и к вторым входам ключей ввода информации, первый вход дополнительного элемента 1ШИ соединен с единичным выходом оконечного триггера входного счетчика, второй вход - с выходом формирователя сигнала Сброс по включению питания и с входом установки в исходное состояние распределителя импульсов, а выход связан с входом подтверждения прямого хода распределителя импульсов и с входами установки О счетчика, коммутирующего триггера и триггера пуска, другой нулевой вход которого соединен с единичным выходом коммутирующего триггера, адресный вход входного счетчика подсоединен к входу установки в О остальных триггеров входного счетчика, а выход задающего генератора связан с входом инвертора.

Запись

Г Пуеж