Устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага Советский патент 1986 года по МПК H02P8/22 

Изобретение относится к управленга электрическими машинами, а именно шаговыми двигателями, и может быть использовано на дискретном электроприводе повышенной точности. Цель изобретения - упрощение и повьшение надежности. На чертеже приве дена функциональная схема устройсфва применительно к четырехфазному шаговому двигателю. Устройство содержит распределител 1-импульсов, логические элементы PI 2 по числу фаз двигателя, связанные вы ходами с входами усилителей 3 мощнос ти, коммутирующих фазы 4 шагового двигателя, а первыми входами - с выходами распределителя 1, блок 5 дробления шага, подключенный прямым и инверсным выходами к вторым входам элементов И.2, Блок 5 дробления шага BKniotiaeT реверсивный счетчик 6, выходы заема и переноса которого через логический элемент ИЛИ 7 подключены к его входу автореверсирования и од новременно к тактовому входу распределителя 15 а входы счетньй, установки в исходное состояние и ручного ревер сиров ain-m - к соответствующим . О инам управления Т Реверс, двоичный счетчик 8, мультиплексор 9п каналов на один, логарифмический счетчик 10. Управляющие (адресные) входы мультиплексора 9 подключены к вг тходам двоичных разрядов счетчика 8, а коммутируемые - к вькодам двоичных разрядов реверсивного счетчика 6, Прямой О и инверсный Q выходы мультиплексора 9.подключены к вторым входам элементов И 2, взятых через один. Счетный вход CMeTtniKa 8 подключен к выхоДу логарифмического счетчика, вход которого соединен с шиной Т , на которую поступают импульсы высокой частоты. Логарифмический счетчик 10 содержит двоичный счетчик 11, счетным входом соединенный с шиной позиционньщ счет чик 12, логический элемент НИИ 13, соединенттый выходом со счетным входом двоичного счетчика В, а также со счет ным выходом позидионного счетчшча 12 и с входом установки в исходное сос тояние двоичного счетчика 11, логиче ские элементы И 14, в)Код1з1 которых соединены с входами логического элемента linn 13, вторые входы - с выходами разрядов двоичного счетчика 1 1 а первые входы - с выходами позициол 83 ного счетчика 12. Логарифмический счетчик 10 подключен входом установки в исходное состояние к выходу переноса счетчика 8, Двоичный счетчик 8 и логарифмический счетчик 10 образуют формирователь адресного кода. Устройство работает следуюшим образом. В первоначальном состоянии на шину Уст. О подается сигнал установки в исходное состояние. При этом реверсивный счетчик 6 устанавливается в нулевое исходное состояние, а распределитель 1 - в положение, при котором в единичном логическом состоянии находится первая половина его выходов, например для четырехфазного двигателя выходы Вых. i и Вых. 2. В соответствии с тpeбye ым направлением вращения к шине Реверс прикладывается единичный или нулевоь уровни потенциалов . Мультиплексор 9 поочередно коммутирует выходы двоичньгх разрядов реверсивного счетчика б на свой гтрямой выход Q,..a на инверсном выходе Q мультиплексора 9 присутствует инверсный относительно выхода Q логический уровень. При этом время, в течение которого каждыл разряд реверсивного счетчика б коммутируется на выходы мультиплексора 9, определяется весом этого разряда и относительно времени коммутации младшего смежного разряда увеличивается вдвое. Например, второй двоичный разряд реверсивного счетчика 6 коммутируется мультиплексором 9 на время, в /два ра.за большее времени коммутации младшего первого разряда, а более старший третий разряд реверсивного счетчш а 6 коммутируется на время, в два раза большее времени коммутации второго разряда и в четыре раза больше времени коммутации первого разряда. Таким образом, длительность коммутации различных разрядов реварсивного счетчика 6 мультиплексором 9 соотносятся между собой так же, как и веса соответствующих двоичных разрядов. Для реализации описанного закона ком2 утации выходов реверспв1 ого счетчика 6 мульт шлексором 9, производящ1Ш ее согласно двоичног у коду на его управпяк т,к входах., подключенных к выходам ст етчика 8, на счетный вход последнего подаются импульсы с соединенного с нш-1 вькода логарифмического 3 счетчика 10. На счетный вход двоично го счетчика 11 непрерывно поступают с шины Tj,,, импульсы высокой часто ты. Рассмотрение работы счетчика 10 начинается с момента, когда, например, с выхода переноса счетчика 8 им пульсный сигнал переполнения последнего поступает на вход установки в исходное состояние позиционного счет чика 1,2. Последний устанавливается в Состояние, при котором единичный логический уровень присутствует только на первом позиционном выходе, соединенной с входом элемента И 14 друго вход которого подключен к первому вы ходу двоичного счетчика 11. Двоичный счетчик 8 самостоятельно устанавлива ете в нулевое исходное состояние в момент выработки им сигнала переполнения. Первый же импульс на шине тВыс устанавливает двоичный счетчик 11 в единичное состояние. Появив шийся при этом на его первом выходе единичный логический уровень привот дит к появлению единичного логического уровня на выходе элемента И 14, соединенном своими входами с первыми выходами двоичного счетчика 11 и позиционного счетчика 12. На выходе элемента РЩИ -13, соединенного своими входами с выходами элементов И 14, также появляется единичный логический уровень, который по цепи обратной связи поступает на вход установки в исходное состояние двоичного счетчика 11 и устанавливает его выходы в нулелевое состояние, что приводит к установлению нулевого логического уровня на выходах элемента ИЛИ 13, С выхода последнего импульс поступает на счетный вход двоичного счетчика 8. На выходе его до поступления импульса существовал нулевой кодовый набор, сообщаемый управляющим входам мультиплексора 9, в соответствии с которым мультиплексор 9 коммутировал на свой выход, подключенный к своему первому входу, напряжение первого выхода реверсивного счетчика 6, После поступления импульса на счетный вход двоичного счетчика 8 на его выходах и на управляющих входах мультиплексора 9 появляется единичный кодовый набор, в соответствии с которым мультиплексор 9 коммутирует на свой выход напряжение второго выхода реверсивного счетчика 6. Импульс с выхода элемента ИЛИ 13 поступает также на счетный вход позиционного счетчика 12, которьш пе83реходит в свое следующее состояние, характеризующееся наличием единичного; логического уровня только на втором позиционном выходе. Очередной импульс на шине Т, устанавливает двоичный счетчик 11 в единичное состояние, однако через элемент И 14, подключенный входом к первому выходу двоичного счетчика 11, единичный логический уровень на вход элемента ИЛИ 13 не проходит из-за наличия нулевого логического уровня на другом входе этого элемента И 14, Следующий импульс на шине Т,(. записывает в двоичный сче1 1ик 11 число два, и появившийся на его втором выходе единичный логический уровень появляется на выходе элемента И 14, один вход которого соединен с вторым выходом двоичного счетчика 11, а другой - с вторым позиционным выходом позиционного счетчика 12, имеющим единичный логический уровень. Далее единичный логический уровень появляется на выходе элемента ИЛИ 13, что влечет установку в исходное состояние двоичного счетчика 11, а с выхода элемента ИЛИ 13 импульс поступает на счетный вход счетчика 8 и записывает в него число два, в соответствии с которым мультиплексор 9 коммутирует.на свой выход напряжение третьего выхода реверсивного счетчика- 6, Импульс с выхода элемента ИЛИ 13 поступает также на счетный вход позиционного счетчика 12, который переходит в следующее состояние, характеризующееся наличием единичного логического уровня только на третьем позиционном вьпсоде. Теперь для появления импульса на выходе элемента ИЛИ 13 и коммутации мультиплексором 9 следующего выхода реверсивного счетчика 6 необходимо появление четьфех импульсов на гаине Тц;,,, Таким образом, коммутация младшего первого выгхода реверсивного счетчика 6 на выход мультиплексора 9 происходит в течение одного периода высокочастотных тактовых импульсов на шине Тщ,,, второго выхода - в течение двух периодов, третьего выхода - в течение четьфех ериодов, четвертого выхода - в течение восьми периодов и так далее. Длиельность коммутации t, каждого из воичных выходов реверсивного счетчиа 6 определяется соотношением t t -к. -выс где К . - весовой коэффициент двоичного выхода; период высокочастотных тактовых импульсов на шине llm II Когда на выходе счетчика 8 набирается максимальный двоичный код,, эквивалентный его коэффициенту пересчета и соответствующий коммутации м шьтиплексором 9 на свой выход последнего старшего разряда реверсивного счетчика 6, появление очередного импульса на счетном входе счетчика В вызывает появление импульсного сигнала переполнения на его выходе переноса. Этот сигнал подается на вход установки в исходное состояние позиционного счетчика 12, и устанавливает счетчик 11 в нулевое состояние. Описанньш цикл коммутации импульса выходов реверсивкого счетчика 6 мультиплексором 9 повторяется непрерывно V периодом Т (2 - 1) t Пока на выходах реверсивного счет чика 6 присутствует исходный нулевой кодовый набор, на прямом О,выходе мультиплексора 9 постоянм создается нулевой, а на инверсном Q - единичнь1 лдогические уровни. В результате взаимодействияэтих сигналов с единичны ми сигналами на выходах Вых. 1 и Вых. 2 распределителя 1 на выходе элемента И 2 первого канала создаетс единичный уровень. Усилитель 3 мощности первой фазы 4 двигателя обеспечи0ает при этом протекание в ней номинального тока 1ц. При поступлении на Шину Т„у первого уттравляющего импульса низкой частоты в реверсивном счетчике 6 записывается единица. При этом за пери од Т коммутации импульсов с выходов счетчика,6 мультиплексором 9 на прямом выходе Q последнего появляется единичный логический уровень на вре мя .j(X--l) .- t t -К. -выс -BblC. a на инверсном выходе ГТ на это же . время t с периодом Т появляется нулевой логический уровень. Эти сигнал с выходов мультиплексора 9, проходя через элементы И 2 к усилителям 3 мощности, создают токи величиной (.M,it.,c, .г (2 - 1)- t. .T N « в первой фазе и tLblc Т IH IH -In ( 1) во второй фазе. В последующих тактах поступления импульсов на шину Т.ц, происходит дальнейший пересчет импульсов в реверсивном счетчике 6. За период Т на прямом выходе Q мультиплексора 9 появляется единичный логический уровень на суммарное время п где а- - логический уровень i-ro выхода реверсивного счетчика 6 (нуль или единица), - время коммутации i-ro выхода,, имеющего весовой коэффициент К, На инверсном выходе Q мультиплексора 9 появляется нулевой логический уровень на это же суммарное время t в течение периода Т. Это приводит к к ступенчатому уменьшению тока: ---х последнем N-M такте этого полуцикла функционирования устройства на выходах реверсивного счетчика 6 формируется максимальньп код, соответствуюп;ий его .коэффициенту пересчета, характеризующга-1ся наличием единичного логического уровня на всех выходах этого счетчика, При этом на прямом Q и инверсном О выходах мультиплексора 9 присутствуют соответственно единичный и нулевой логический уровни, в результате на выходе элемента И 2 второго канала создается единичный логический уровень, а усилитель 3 мощности второй фазы 4 двигателя обеспечивает протекание в ней номинального тока 1|,,. Одновременно с этим на выходе переноса реверсивного счетчика 6 формируется единичный сигнал, который через логический элемент РШИ 7 поступ ет на тактовый вход распределителя и изменяет его состояние так, что единичные логические уровни появляют ся на выходах Вых. 2 и Вых. 3 распределителя 1. Одновременно по це пи обратной связи через элемент ИЛИ 7 на вход автореверсирования реверсивного счетчика 6 поступает единичный сигнал, изменяющий первоначально направление пересчета. Этим завершается первый полуцикл функционирования устройства при кото ром за N тактов поступления импульсо THMIK первых двух фазах на шину линейное 4 двигателя-осуществляется N ступенчатое изменение тока - умень шение в первой фазе и одновременное увеличение во второй. Ступенчатое из менение тока в смежных фазах двигате ля приводит к ступенчатому повороту суммарного вектора электромагнитного момента и соответственно ротора. В результате ротор отрабатывает N дроб ных шагов величиной ар N основного шага. - величина Второй полуцикл функционирования устройства аналогичен рассмотренному с той лишь разницей, что реверсивный счетчик 6 работает в режиме обратног счета на вычитание. Это приводит к . линейно-ступенчатому уменьшению тока во второй фазе 4 и его линейно-ступенчатому увеличению в третьей фазе 4. В такт обнуления реверсивного, счетчика 6 на его выходе заема вырабатывается импульс, который по цепи обратной связи автоматически меняет его направление счета и переключает . распределитель 1 в другое состояние. Последующие циклы работы устройства происходят аналогично описанном первому циклу. Реверсирование предлагаемого устройства осуществляется путем изменения ранее приложенного на шине Ревере логического уровня на обратный При этом изменяются на обратные описанные процессы изменения кодов пере ключения в распределителе 1, реверси вном счетчике 6 и мультиплексоре 9. Частота тактовых высокочастотных импульсов на шине Т выбирается рсходя из величины электромагнитной постоянной времени двигателя, чтобы об§спечить допустимые пульсации тока при осуществляемой широтно-импульсной модуляции фазных напряжений. Разрядность реверсивного счетчика 6, равная числу коммутируемых входов мультиплексора 9, определяется формулой + 1). Разрядность двоичного счетчика 8, равная числу управляющих входов мультиплексора 9, определяется формулой га . Разрядность двоичного 11, количество входов элесчетчикамента ИЛИ 13 и количество позиционных выходов позиционного счетчика 12 равны п. В отличие от прототипа все логические узлы устройства имеют количество входов и выходов, меньше коэффициента дробления шага N. Например, мультиплексор 9 предлагаемого устройства при при N + 1 256 имеет всего п (N + 1) lop; 1/ -- коммутируемых и m 3 управляюп;их входа, управляюп;их входа, что позволяет реализовать его всего на одной цифровой интегральной схеме средней степени интеграции, а реализация всего предлагаемого устройства возможна на нескольких интегральных схемах распространенных серий 133, 155, 564. В то же время мультиплексор прототипа при N + 1 256 должен иметь также 256 адресных входов, для чего необходимо применять более трех десятков аналогичных интегральных схем. Формирователь кода прототипа должен содержать N - 1 254 выхода. Этим достигается цель изобретения - упрощение устройства и повьшзение его надежности. Кроме того, без изменения конструкции легко изменять коэффициент дробления от 2 до 2, где К - число информационных входов у мультиплексора. ормула изобретения 1. Устройство для управления шагоым двигателем с дроблением шага, соержащее распределитель импульсов, лементы И по числу фаз двигателя, оединенные выходами с входами усилиелей мощности, первыми входами - с ыходами распределителя импульсов, торыми входами - с прямым и инверсым выходами блока дробления шага, ключающего элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, соединенный счетным входом с шиной низкочастотных импульсов, а выходами заема и переноса - с входами элемента ИЛИ, подключенного выходом к тактовому входу распределителя импульсбв и входу автореверсирования реверсивного счетчика, мультиплексор прямой выход которого подключен к вторым входам элементов И, взятых через один, а инверсный выход - к вторым входам остальных элементов И, и формирователь адресного кода, подключенньй выходами к адресным входам мультиплексора, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, кoMiviyтируемые входы мультиплексора в порядке возрастания номеров соединены с разрядными выходами реверсивного счетчика в порядке возрастания разрядов, формирователь адресного кода снабжен двоичным счетчиком и Логарифмическим счетчиком, счетный вход которого сое инен с шиной высокочастотных импульов, выход со счетным входом двоичноо счетчика,, выход которого соединен адресными входами мультиплексора, выход переноса - с входом установки огарифмического счетчика в исходное оложение. 2. Устройство по П.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что логарифмический счетчик содержит двоичный счетчик, позиционный счетчик, элементы И по числу разрядов двоичного счетчика и выходов позиционного счетчика, элемент ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом позиционного счетчика, выходы элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, первые, входы с выходами позиционного счетчика; , вторые входа - с выходами разрядов двоичного счетчика, а счетный вход позиционного счетчика соединен с шиной высокочастотных импульсов.

Изобретение относится к управлению шаговыми двигатели. Цель изобретения - упрощение и повышение надежности устройства для упра вления шаговым двигателем с дроблением шага. Устройство содержит распределитель импульсов 1, логические элементы И 2 по числу фаз двигателя, усилители мощности 3, коммутирующие фазы 4 двигателя, блок 5 дробления шага. Блок 5 включает реверсивный счетчик 6, логический элемент ИЛИ 7, двоичный счетчик 8, мультиплексор 9, логарифмический счетчик 10. Счетчик 10 содержит двоичный счетчик 11, позиционный счетчик 12, логический элемент ИЛИ 13, логические элементы И 14. Все логические узлы устройства имеют количество входов и выходов меньше коэффициента дробления шага, что позволяет реализовать устройство на нес скольких интегральных схемах распрос траньнных серий, приводя к упрощению (Л и повышению надежности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.