Устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага Советский патент 1985 года по МПК H02P8/22 

СР О)

-sj 1 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированных системах.с дискретным электроприводом для электри ческого дробления шага т-фазного шагового двигателя. По основному авт.св. № 1061230 известно устройство для -управления шаговым двигателем с дроблением шага, содержащее распределитель импульсов с входами реверса и тактиро вания, логические элементы 2И по чи лу Фаз двигателя, связанные первыми входами с выходами распределителя да|пульсов,усилители мощности, ком 1утйрующие фазы двигателя:, мультиплексор нескольких каналов на один, нереверсивный двоичный счетчик, подключенный тактовым входом к шине вь1сокочастотных ш пульсов тактирова кия, а выходами - к управляющим входам мультиплексора, реверсивный счетчик Джонсона, подключенный так,тов1Ф1 входом к шине низкочастотных импульсов тактирования, входом реверса - к входу реверса распределителя импульсов и к шине реверса уст ройства, а выходами - к адресным входам мультиплексора { 3. Недостатками известного устройст .ва являются неравномерное деление шага и свя званные с этим большие колебания екорости. Целью изЬбретения является повышение равномерности деления шага и плавности движения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления шаговм двигателем с дроблением шаг содержащее распределитель импульсов е входами реверса и тактирования, логические элемёнты 2И по числу фаз двигателя, связанные первыми входами с выходами распределителя импульсов усш1ители мощности, коммутирующие фазы двигателя, мультиплексор нескольких каналов на один, нереверсив ный двокчн счетчик, подключенный тактовьм входом к пшне высокочастотных :импульсов тактирования, а выходами - к управля1Ьощм входам мультиплексора, реверсивный счетчик Джонсона, подключенный тактовым входом к шине низкочастотных импульсов тактирования, входом реверса - к входу реверса распределителя импульсов и к шине реверса устройства, а iвыходами - к адресным входам мульти 67 плексора, введены логические элементы 2ИЛИ по количеству фаз двигателя, дополнительный распределитель импульсов, аналогичный основному, с входами реверсирования и тактирования, инвертор и логические элементы ЗИДИНЕ и ЗИ, подключенные первыми и вторыми входами соответственно к выходам первого и последнего разрядов счетчика Джонсона, третьими входами непосредственно и через инвертор к шине низкочастотных импульсов тактирования, а выходами - к тактовым входам основного и дополнительно;Го распределителей импульсов, причем .вход реверса дополнительного распределителя импульсов соединен с шиной реверса устройства, его выходы - с первыми входами логических элементов 2ИЛИ, подключенных выход.ами соответственно к входам усилителей мощности, а вторыми входами к выходам логических элементов 2И, соединенных вторьЕми входами с выходом мультиплексора. На фиг.1 приведена функциональная схема устройства.применительно к четырехфазному шаговому двигателю;, на фиг.2 - временные диаграммы функционирования устройства для случая управления четырехфазным шаговым двигателем (ЩЦ) при числе уровней квантования и коэффициенте дробления шага Кдр 8; на фиг.З - векторные диаграммы суммарного момента при количестве уровней квантования N 4 и коэффициенте дробления шага Устройство (фйг.1) содержит первый распределитель 1 импульсов с входами реверса и тактирования, логические элементы 2И 2,1-24 по числу фаз двигателя, связанные первьвми входами с выходами первого распределителя 1 импульсов, усилители 3.1-3.4 мощности , Коммутирующие фазы 4.1-4.4 двигателя, мультиплексор 5 нескольких каналов на один, нереверсивный двоичный счетчик 0, подключенный тактовым входом 7 к шине Tg высокочастотных импульсов тактирования, а вьпсодами к управляюпям входам мультиплекс ора 5, реверсивный счетчик Джонсона В, цодключенньй тактовым входом к шине Т„ 9 низкочастотных импульсов тактирования, входом реверса - к входу реверса первого распределителя 1 и к шине Ур реверса устройства 10, а выходами - к адресным входам муль- . типлексора 5. Устройство также содержит логиче кие элементы 2ИЛИ 11.1-11.4 по количеству фаз двигателя, второй распр делитель 12 импульсов с входами реверсирования и тактирования, инвертор 13, логические элементы ЗИЛИ-НЕ и ЗИ 15. Первые входы элементов ЗИПИ-НЕ 14 и ЗИ 15 объединены между собой и подключены к выходу первого разряда, а их вторые входы соответст венно объединены и подключены к выхо ду последнего разряда счетчика Джонсона 8. Третий вход элемента ЗИЛИ-НЕ 1 соединен с шиной Т„ 9 непосредствен но, а третий вход элемента ЗИ 15 через инвертор 13. Их выходы соедине ны соответственно с тактовь1ми входами первого 1 и второго 12 распределителей нмпульсрв. Вход реверса второгО распределителя 12 подключен к общей шине 10 реверса устройства, а его выходы - к первым входам элементов 2ИЛИ 11.1-11.4. Вторые входы элементов 2ИЛЙ 11.1-11.4 подключены соответственно к выходам элементов 2И 2.1-2,4, а выходы к входам усилителей мощности 3.1-3.4. Вторые входы всех элементов 2И 2.1-2.4 объединены между собой и подключены к выходу мультиплексора 5. Входы обнуления обоих распределителей 1 и 12, а также счетчика Джонсона 8 объединены между собой и подключены к общей шине У 16 установки устройства в исходное состояние. В общем слут1ае для повышения точности и равномерности отработки шагов некоторые из начальных и последних выходов счетчика Джонсона 8 могут быть подключены к определенньм группам адресных входов мультиплексора 5, соответствуюп х заданным уровням квантования токов в смежных фазах двигателя. В каждом отдельном случае выполнения устройства число Iобъединенных в группы начальных и I оконечных ииформаш1оккых входов Myjtb :типлексора 5 определяется прииятьм нешшейтлм законен квантовакия токов в смежных файйх двигателя в зависимости от его установленной степени насьпценностя кагнитной системы-и соответствеино кривой иэиенен11я магнитного потока в воздуином зазоре Устройство рабрфает сяеяуюкрш образст. При подаче импульса обнуления на шину У, 16 реверсивный счетчик 8 устанавливается в нулевое исходное состояние,распределитель 1 - в положение, при котором в единичном логическом состоянии находится первая половина его выходов, например для чет1 1рехфазного ЩЦ выходы Вых. 1 и Вых.2, а распределитель 12 - в положение, при котором в единичном логическом состоянии находится его Вых.1 (фиг.2). В соответствш. с требуемым направлением вращения к шине Ур 10 прикладьшается единичный или нулевой потенциалы. Первоначальное нулевое состояние реверсивного счетчика 8 обеспечивает нулевые потенциалы на всех информационных входах мультиплексора 5. При подаче высокочастотных импульсов на щину Тд двоичный счетчик 6 поочередно коммутирует входные нулевые потенциалы мультиплексора 5 и, тем самьм, на его выходе создает постоянный нулевой потенциал. Это приводит к запиранию входных цепей элементов 2И 2. В результате единичный потенциал оказывается только на входе и соответственно на выходе первого элемента 2ИЛИ 11.1, что приводит к открыванию только первого усилителя 3.1 и к протекангео номинального тока IH только через первую фазу 4.1 двигателя (фиг.2). Таким образом , перед началом работы вся система находится в исходном состоянии, соответствующем точке А (фиг. 2 и 3). Для пояснения синхронной работы устройства по тактам предположим, что реверсивный счетчик 8 и распределители 1 и t2 импульсов срабатывают от передних фронтов низкочастотных тактирующих импульсов Т (меандра). От переднего фронта поступаемого на ношу TH 9 первого тактирующего импульса в первом разряде реверсивного счетчика 8 записьюается единица, т.е. на выходе счетчика 8 устанавливается код 1000. Этот код периодически циркулирует на выходе мультиплексора 5 с частотой пересчета двоичного счетчика (с частотой импульсов на шине Т) и в результате созается высокочастотная генерация импульсов. Эти импулБсы, проходя через 2И 2.2 и 2ИЩ И.2 к усилителю 3,2 мощности, создают ток во втор фазе 4.2 величиной 1,(при нулевых токах в третьей и четвертой фазах и номинальном токе 1 в первой фазе). Благодаря этому в системе устанавливается состояние, соответствующее точкам Б (фиг. 2 и 3). В последующих трех тактах работы устройства аналогично описанному пер вому такту происходит потактное изменение кода в счетчике 8; 1100; 1110; 1111. Это приводит к потактном увеличению тока во второй фазе: 2 .: 3 4 н 4 В соответствии с этим система поочередно принимает различные состояния, соответствующие точкам В, Г и Д (фиг. 2 и 3). Этим завершается первый полуцикл функционирования предлагаемого устройства, при котором за четыре такта поступления импульсов на щину Т 9 во второй фазе 4.2 двигателя осуществляется четырехступенчатое увеличение тока. Ступенчатое изменение тока во второй фазе при номинальном токе в первой фазе и нулевых токах в остальных.фазах приводит к ступенчатому повороту суммарного вектора электромагнитного момента и соответственно ротора. В результате рото отрабатывает четыре дробных шага величиной б1др величина основного шага, а N - число уровней квантования тока в каждой фазе, В четвертом такте работы устройства после установки реверсивного счетчика 8 в положение 1111 к первым двум входам элемента ЗИ 15 поступают единичные потенциалы. Благодаря этому после завершения четвертого тактирующего импульса на шине Т на выходе счетчика 8 появляется единичный импульс. От переднего фронта этого единичного импульса запускаетс распределитель 12, что приводит к по явлению единичного потенциала на его втором выходе Вых. 2 , Второй полуцикл функционирования устройства начинается с пятого такта поступления импульсов на шину Т и аналогичен рассмотренному первому с той лишь разницей, что происходит потактное изменение числа единиц в счетчике 8:1110; 1100; 1000; 0000. Это приводит к линейно-ступенчатому уменьшению тока в первой фазе при 67. и номинальном токе во второй фазе и нулевых токах в третьей и четвертой фазах. Благодаря этому система принимает состояния, соответствующие точкам Е, Ж, 3 и И (фиг. 2 и 3). В восьмом такте работы после установки реверсивного счетчика 8 в положение 0000 к первым входам элемента ЗИЛИ-НЕ 14 поступают нулевые потенциалы. Благодаря этому после завершения восьмого тактирующего импульса на шине Т, на его выходе появляется единичный импульс. От переднего фронта этого импульса запускается распределитель 1, что приводит к появлению единичных потенциалов на его выходах Вых. 2 и Вых.З. Последующие циклы работы предлагаемого устройства происходят аналогично описанному первому циклу. График Ц (фиг.2) условно иллюстрирует процесс линейно-ступенчатого изменения тока в фазах (в результате потактного формирования широтномодулированных сигналов на выходе мультиплексора 5), который имел бы место в том cjty4ae, если бы на всех выходах Вых. .4 распределителя 1 одновременно присутствовали единичные потенциалы, а на всех выходах Вых.1 .4 распределителя 1 2 - нулевые потенциалы. Кривые i.- i отображают действительный ход трапециодально-ступенчатого изменения токов в соответствующих фазах двигателя при реальной циклограмме переключений выходов распределителей 1 и 12, Реверсирование устройства осуществляется путем изменения ранее приложенного на шине Ур 10 логического потенциала на обратный. При этом изменяются на обратные описанные выше процессы формирования-кодов в распределителях 12 и в реверсивном счетчике 8. Частота тактирующих импульсов на шине Т| устанавливается в соответствии с требуемой рабочей скоростью данного двигателя при заданном коэффициенте дробления шага, а частота тактирующих импульсов на шине Т выбирается исходя из величины электромагнитной постоянной времени двигателя так, чтобы обеспечить допустимые пульсации тока при осуществляемой широтно-импульсной модуляции фазных напряжений.

71U9367g

Предлагаемое устройство при н.- пользовано дляуправления шаголичии соответствующих распредили- вым двигателемс любым числом телей импульсов может быть ис- фаз.

XI/

Уу.

«

емг.4

«;

li«

Г в б А

Фс/g.J