Устройство для управления многофазным шаговым двигателем Советский патент 1984 года по МПК H02P8/12 H02P8/34 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению.шаговыми двигателями, и может быть испол зовано, например, в устройствах число вого программного управления металлорежущими станками. Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого имеет первый ключевой элемент, соединяющий фазу двигателя с одним полюсом источника питания постоянного тока, второй ключевой элемент, соединяющий фазу двигателя с другим полюсом источника питания через резистор обратной связи, RS-триггер и два предварительньпс усилителя Cl. Недостатком этого устройства является низкая надежность из-за выхода из строя обоих ключевых элементов в канале усилителя мощности при выход из строя хотя бы одного из них. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для управления многофазным шаговым двигателем, содержащее источник сигналов управления и многоканальный усилитель каждый канал которого имеет два предварительных усилителя, два ключевых элемента5 первый из которых связывает одну клемму фазы двигателя с первым полюсом источника питания пс Стоянного тока; а второй ключевой элемент связы вает вторую клемму фазы двигателе через резистор обратной связи с вторым полюсом источника питания, RSтриггер, подключенный входом S к первому выходу источника сигналов управления, а входом R - к выходу одновибратора, соединенного входом с резистором обратной связи и входом порогового элемента, и два элемента И-НЕ подключенные первыми входами к второму выходу источника сигналов управления, а выходами - к входам предва- рительных усилителей, соединенных выходами с входами соответствующих ключевых элементов 21. Недостатком известного устройства является пониженная надежность, обусловленная отключением всех кана-лов при выходе из строя хотя бы одного ключевого элемента и невозможностью обеспечивать шагового двигателя при выходе из строя одного ключевого элемента даже с более низкой частотой управления. Цель изобретения - повьшение надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления многофазным шаговым двигателем, содеражщее источник сигналов управления и многоканальный усилитель, каждый канал которого имеет два предварительных усилителя, два ключевых элемента, первый из которых связьгоает одну клемму фазы двигателя с первым полюсом источника питания постоянного тока, а второй ключевой элемент связывает другую клемму фазы двигателя через резистор обратной связи с вторым полюсом источника питания, RSтриггер, подключенный входом S к первому выходу источника сигналов управления, а входом R - к выходу одновибратора, соединенного входом с резистором обратной связи и входом порогового элемента, и два элемента И-НЕ, подключенные первыми входами к второму выходу источника сигналов управления, а выходами - к входам предварительных усилителей, соединенных выходами с входами соответствующих ключевых элементов, введены третий и четвертый элементы И-НЕ и формирователь импульсов, подключенный выходом к второму входу второго элемента И-НЕ, а входом - к выходу четвертого элемента И-НЕ, соединенного первым входом с инверсным выходом RS-триггера, а вторым входом - с выходом порогового элемента и вторым входом третьего элемента И-НЕ, подключенного выходом к второму входу первого элемента И-НЕ, а первым входом - к прямому выходу RS-триггера, соединенного инверсным выходом с входом источника сигналов управления. Такое выполнение устройства обеспечивает работу двигателя в аварийной ситуации при выходе из строя первого ключевого элемента. I На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства. Устройство, содержит источник 1 сигналов управления, RS-триггер- 2, первый 3 и второй А элементы И-НЕ, первый 5 и второй 6- предварительные усилители, пороговый элемент 7, одновибратор 8, первый ключевой элемент 9, шунтирующий диод 1.0, фазу 1 1 шагового двигателя, второй ключевой эле3мент 12, резистор 13 обратной связи, диод 14 рекуперации, третий 15 и четвертый 16 элементы И-НЕ и формирователь 17 импульсов. Вход S RS-триггера 2 соединен с первым выходом источника 1 сигналов управления, инверсный выход - с первым входом четвертого элемента И-НЕ 16 и первым входом 1сточника 1 сигна лов управления, а прямой выход с первым выходом третьего элемента И-НЕ 15. Вторые входы третьего 15 и четвертого 16 элементов И-НЕ подключен к выходу порогового элемента 7, а входы последнего и одновибратора 8 к резистору 13 обратной связи. Выход одновибратора 8 соединен с входом R RS-триггера 2. Второй выход источника 1 сигналов управления соединен с первьпии входами элементов И-НЕ 3 и 4 Выход первого элемента И-НЕ 3 через усилитель 5 подключен к входу первог ключевого элемента 9, связывающего одну клемму фазы 11 с первым полюсом источника питания U, а выход второго элемента И-НЕ 4 через усилитель 6 к входу второго ключевого элемента 12 связывающего вторую клемму фазы 11 через резистор 13 обратной связи с вторым полюсом источника питания U Выход третьего элемента И-НЕ 15 соед нен с вторым входом первого элемента И-НЕ 3, а выход четвертого элемента И-НЕ 16 через формирователь 17 импул сов - с вторым входом второго элемен та И-НЕ 4. Шунтирующий диод 10 подключен к вьрсоду первого ключевого элемента 9 и второму полюсу источника питания и в обратной по отношению к напряжению источника питания поляр ности. Диод 14 рекуперации связывает второй ключевой элемент 12 с первым полюсом источника питания U. На фиг. 2 приведены временные диаграммы следующих сигналов: 18 - сиг нал Сброс на первом выходе источни ка 1 сигналов ; 19 - сигнал управления током на втором вькоде источника 1 сигналов управления; 20 - сигнал на выходе порогового элемента 7; 21 ток в фазе 11 шагового двигателя; 22- сигнал на выходе одновибратора 8 23- сигнал на выходе формирователя 17; 24 и 25 - сигналы соответствецно на прямом и инверсном выходах ЦБ-триггера; 26 - сигнал на выходе элемента И-НЕ 4. 974 Устройство работает следующим образом. Сигнал Сброс 18 (фиг. 2) с первого выхода источника 1 сигналов управления поступает на вход S RS-триггера 2 и устанавливает его в исходное рабочее состояние, при котором на его прямом выходе появляется разрешающий единичный потенциал, а на инверсном выходе - запрещающий нулевой потенциал (24 и 25, фиг. 2). Сигнал. 19, поступающий с второго выхода источника 1 сигналов управления через элементы И-НЕ 3 и 4 и усилители 5 и 6, включает одновременно два ключевых элемента 9 и 12, и к фазе 11 прикладывается напряжение источника питания U, обеспечивающее быстрое нарастание тока. Когда падение напряжения на резисторе 13 обратной связи достигает порога срабатывания порогового элемента 7, последний срабатывает и ключевой элемент 9 закрывается, после чего ток в фазе 11 начинает спадать, протекая по конту-. ру диод 10 - ключевой элемент 12 резистор 13 обратной связи - полюс источника питания. При уменьшении тока, когда падение напряжения на резисторе обратной связи соответствует порогу отпускания порогового эле- мента 7, последний открывает ключевой элемент 9, в результате чего обеспечивается повторное нарастание тока аналогично описанному. Коммутация ключевого элемента 9 с помощью сигналов порогового элемента продолжается до тех пор, пока на первых входах элементов 3 и 4 присутствует сигнал в виде единичного уровня. Среднее значение тока в фазе 11 задается порогом срабатывания порогового элемента 7. Величина пульсации тока и частота модуляции определяются гистерезисом (коэффициентом возврата) порогового элемента 7 и Индуктивностью фазы. При появлении на первых входах элементов И-НЕ 3 и 4 сигнала нулевого уровня ключевые элементы 9 и 12 закрываются и происходит рекуперация энергии, запасенной в фазе, в источник питания U через диод 14. При неисправной работе усилителя 5 или пробое ключевого элемента 9 ток в фазе нарастает до предельно допустимого значения - момент t(21, на фиг. 2), которое определяется уровнем срабатывания одновибратора 8. Выходной сигнал 22 одновибратора переключает триггер 2 по R-входу, На вь1ходах тригрера 2 при этом появляются сигналы 24 и 25, которые соответственно запрещают прохождение сигнала от порогового элемента 7 на ключевой элемент 9 и разрешает его прохождение на ключевой элемент 12 через формирователь 17. При этом на входах элемента 16 появляются два сигнала единичного уровня, а на его выходе - сигнал 26 нулевого уровня, который поступает на вход формирователя 17 импульсов, вырабаты вающего импульс длительностью tf, за крьшающий ключевой элемент 12, Ток в обмотке начинает спадать, протекая в том же направленииза счет ЭДС сам индукции по контуру диод 14 - открытый ключевой элемент 9 - фаза11. Дл тельность импульса t выбиpaetc;я та1КОЙ, чтобы ток в фазе спал до уровня отпускания порогового устройства 7. После окончания импульса. 22 ключевой элемент 21 открывается и ток в фазе 11 начинает нарастать. Когда падение напряжения на резисторе 13 обратной связи достигает .порога срабатьшания порогового элемента 7, последний вырабатывает сигнал, поступающий через элемент И-НЕ 16 на формирователь 17, который формирует импульс длительностью tr , и описанный процесс повторяется. Таким образом обеспечивается коммутация второго ключевого элемента 12 при выходе из строя (пробой) первого ключевого элемента 9. Кроме того, при срабатывании RS-триггера 2 с его инверсного выхода в источник 1 сигналов управления подается сигнал об аварийной ситуации. Применение предлагаемого устройства позволит сохранить деталь и закончить ее обработку в аварийной ситуации.

УСТРОПСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМ lUArOBblM ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее источник сигналов управления и многоканальный усилитель, каж дый канал которого имеет два предва рительных усилителя, два ключевых элемента, первый из которых связыва ет одну клемму фазы двигателя с пер вым полюсом источника питания посто янного тока, а второй ключевой элемент связывает другую клемму фазы двигателя через резистор обратной связи с вторым полюсом источника питания, RS-триггер, подключенный входом S к первому выходу источника сигналов управления, а входом R к выходу одновибратора, соединенного входом с резистором обратной связи и входом порогового элемента, и два. элемента И-НЕ, подключенные первыми входами к второму выходу источника сигналов управления, а выходами к входам предварительных усилителей, соединенных выходами с входами соответствующих ключевых элементов, о тличающееся тек что, с целью повышения надежности, в него введены третий и четвертый элементы И--НЕ и формирователь импульсов, подключенный .выходом к второму входу второго элемента И-НЕ, а входом к выходу четвертого элемента И-НЕ, соединенного первым входом с инверсным выходом RS-триггера, а вторым входом - с выходом порогового элемен та и вторым входом третьего элемента И-НЕ, подключенного выходом к второму входу первого элемента И-НЕ, а первым входом - к прямому выходу RS-триггера, соединенного инверсным выходом с входом источника сигналов управления.

И

№

га

21 22

23 24 25 2S

t

t

t

t

п

t

t t t