Устройство для программного управления @ -фазным шаговым двигателем Советский патент 1985 года по МПК G05B19/40 

00

4ik 4

GO 1 Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач. По основному авт. св. № 1020800 известно устройство для программног управления W) -фазным шаговым двигателем, содержащее блок задания программ, подключенный выходами че рез первый и второй счетчики к входам сумматора, первый инвертор и W мультиплексоров, выходы которых подключены к фазным обмоткам двигате ля, , управляющие входы соединены между собой и с выходами старших разрядов второго счетчика, выход перенос сумматора соединен с 1,2,3,т1-ым информационным входом соответствен,но 2,3т, 1-го мультиплексоров а через инвертор - с 1 ,2,3... №-ым V информационным входом соответстве но . 1,2,3... т-го мультиплексоров, а третьи информационные входы мультиплексоров подключены к шине нулевого потенциала J Однако к этом устройстве линейнЪ ступенчато уменьшается ток в одной фазе и одновременно увеличивается в ;смежной фазах двигателя. В результа этого развиваемый на валу момент в зонах основных положений ротора двига.теля достигает номинального зн чения М.,- а между этими положениями постепенно уменьшается до значения Это приводит к неравномерно Г М,, сти распределения моментов и недоиспользованию нагрузочных возможнос тей двигателя, что снижает качество управления шаговым двигателем в целом. Кроме того, при управлении известным устройством число положений ротора получается равным всего лишь числу уровней квантования тока в каждой из смежных фаз. Цель изобретения - повышение точ ности и качества управления устройства путем увеличения развиваемого на валу момента в зонах между основными положениями ротора и удвоения числа дробных положений ротора при неизменном числе уровней квантования тока в фазах. Указанная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены второй инвертор, а также первый и второй элементы ИЛИ, причем выход переноса сумматора под31ключен к первому входу первого элемента ИЛИ и через первый инвертор к первому входу второго элемента ИЛИ, дополнительный младший разряд второго счетчика соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ и через второй инвертор - с вторым входом второго элемента ИЛИ, а выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены к соответствующим информационным входам мультиплексоров. На чертеже приведена функциональная схема устройства для программного управления шаговым двигателем (4-х фазный вариант. Устройство содержит блок 1 задания программ, первый и второй счетчиг ки 2 и 3, сумматор 4, первый инвертор,5, мультиплексоры 6, фазные обмотки шагового двигателя 7, первый и второй элементы ИЛИ 8 и 9, второй инвертор 10 и дополнительный младший разряд второго счетчика 11, Работа устройства для случая управления четырехфазным шаговым двигателем, с числом уровней квантования происходит следующим образом. Тактовая последовательность импульсов с высокой частотой из блока 1 задания программ непрерьшно поступает на вход первого двоичного счетчика 2, работающего на суммирование i До поступлеьшя из блока 1 в счетчик 3 первого низкочастотного импульса тактирования устройство находится в исходном состоянии, при котором второй счетчик 3 находится в нулевом состоянии; На выходах переноса сумматора 4 и элемента ИЛИ 8 присутствуют нулевые, а на выходах инвертора 5 и элемента ИЛИ 9 - единичные потенциалы. На все управляющие входы мультиплексоров 6 с выходов старших разрядов счетчика 3 поступают нулевые потенциалы, следовательно, выбираются их первые информационные входы. В таком состоянии устройства через первую фазу двигателя протекает номинальный токЗц всех остальных 7 фазах ток отсутствует. С поступлением из блока 1 задания программ первого низкочастотного импульса на вход счетчика 3 в,него записывается цифра 1, в силу чего на выходе переноса сумматора 4 появляются высокочастотные импульсы со скважностью 8 (так как число уровней квантования токов выбрано ) и частотой fgbic ------, а на выходе ин8вертора 5 - импульсы с той же частотой, но со скважностью 8/7. Так как старшие разряды и дополнительный раз ряд 11 счетчика 3 не меняют свое состояние, то на выходе элемента ИЛИ 9 присутствует единичный потенциал, а на выходе элемента ИЛИ 8 - высокочастотные импульсы со скважностью 8. При таком состоянии устройства через вторую фазу двигателя протекает ток равный При этом ток в первой фазе двигателя сохраняе свое значение, равное tJ,, а в третьей и четвертой фазах токи, отсутствуют. Это приводит к тому, что ротор двигателя отрабатывает дробный шаг, равный т Ot -f F где Lg(g - величина основного шага двигателя; Р - коэффициент дробления, причем . С приходом из блока 1 последующих низкочастотных тактовых импульсов во второй счетчик 3 поочередно записываются цифры с 2 по 7. При этом на выходах второго счетчика 3 {включая и дополнительный разряд присутствую ют потенциалы логического нуля и выб раны первые информационные входы мультиплексоров 6. На выходе перенос сумматора 4 поочередно формируются импульсы со скважностью /88 8 8 2: 3 4 5 с В 8 а на выходе инвертора 5 - со 6 7Г Y8 8 8 8 8 скважностью V6 5 4 3 2 / как на выходе дополнительного разряда 11 второго счетчика 3 присутствует нулевой потенциал, то на выходе эла.мента ИЛИ 9 поддерживается единичный потенциал, а на выходе элемента ИЛИ 8 поочередно формируются импульсы, аналогичные импульсам на выходе переноса сумматора 4. Это приводит к ступенчатому увели чению тока 2 3 4 , 5 ц 8 Н. 8 .N 8-« 8 Mi 6 - 7 8 Н 8 второй фазе двигателя, а ток в первой фазе поддерживается номинальным . В соответствии с этим ротор двигателя отрабатывает семь дробных шагов. Этим завершается первая 1 часть цикла работы устрой8ства. При поступлении очередного низкочастотного импульса в младшие разряды счетчика 3 записывается цифра 8, При этом на выходе дополнительного разряда 11, т.е. четвертого разряда, будет присутствовать единичный потенциал, а на остальных - нулевые. Старшие разряды счетчика 3 не изменяют свое состояние и, следовательно, остаются выбранными первые информационные каналы мультиплексоров. На выходе переноса сумматора 4, как и в начале первой J части цикла, присутствует нулевой потенциал, а н- выходе инвертора 5 - единичный. Так : как НА выходе четвертого разряда второго счетчика 3 присутствует единичный потенциал, то на выходе элементов ИЛИ 8 и 9 также будет единичный потенциал. Это приводит к тому что через с первую и вторую фазы двигателя протекает ток равньй 3},., а в двух других - ток отсутствует. С поступлением очередных низкочастотных импульсов ток в первой фазе ступенчато уменьшается, а во второй - поддерживается равным номинальному. В соответствии с этим, ротор двигателя отрабатывает дробные шаги. Этим завершается вторая 1/8 часть цикла, т.е. первая четверть цикла. После достижения младшими разряд.зми счетчика 3 цифры 15 в его старшие разряды записывается цифра 1 и выбираются вторые информационные входы мультиплексоров. При этом во все младшие разряды (включая и дополнительный старший разряд 11 мпадших разрядов) записывается цифра 0 в силу чего через вторую фазу двигателя протекает ток, равный Ju а во всех остальных - ток отсутствует. Дальнейшая работа.устройства аналогична двум первым g частям цикла, лишь с той разницей, что в старшие разряды счетчика 3 поочередно записываются числа 2,3 и т.д. В соответствии с этим поочередно выбираются соответствующие информационные входы мультиплексрров 6 и результируннций вектор электромагнитного поля статора, а также ротор двигателя .перемещаются в соответствукяцем направлении. Коэффициент пересчета старших разрядов счетчика Зпри числе фаз двигателя m равен четырем, а коэффиц ент пересчета остальных его разрядов равен 16, т.е. коэффициент дробления шага . Для m-фазного двигателя коэффициент Ъересчета второго счетчика 3 равен KC, P.m « 2N.m Таким образом, цифрой N определя ется количество уровней квантования токов в фазах двигателя, коэффициент пересчета первого двоичного счетчик 2 и коэффихщеит пересчета младших разрядов счетчика 3 (без учета допол нительно введенного разряда младши разрядов}. Цифрой № определяется фазность двигателя, количество мультиплексор количество информационных входов мультиплексоров и коэффициент пересче-,30

второго двоичнота старших разрядов го счетчика 3.

определенный технико-экономический эффект. Обратное направление вращения ротора двигателя задается блоком 1. При этом переводится в режим вычитания только второй.счетчик 3. Коэффициент дробления основного шага двигателя можно изменить в широких переделах 2 - Р путем одновременного изменения коэффициентов пересчета первого счетчика 2 и младших разрядов второго счетчика 3. При этом коэффициент пересчета старших разрядов второго счетчика 3 необходимо поддерживать равным числу ff,. Частота импульсов, подаваемых на вход счетчика 2, выбирается исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя. А частота импульсов, подаваемьйс на вход счетчика 3, выбирается в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя. Таким образом, предлагаемое устройство, по сравнению с известным обладает тем преимуществом, что позволяет повысить нагрузочную способность двигателя, а также точность, плавность хода. При том же уровне квантования токов в фазах оно дает возможность получить вдвое больщее число дробных шагов, что обуславливает

4t

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПТ-ФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ по авт. св. № 1020800, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения точности и качества управтления устройства, в него введены второй инвертор а также первый и второй элементы ИЛИ, причем выход переноса сумматора подключен к п рвому входу первого элемента ИЛИ и через первый инвертор - к первому входу второго элемента ИЛИ, дополнительный младший разряд второго счетчика соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ и через второй инвертор - со вторым входом второго элемента ИЛИ, а выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены к соответствующим информационным входам мульS типлексоров.

tea

«О

t

S

SJ