Устройство для двухрежимного управления шаговым двигателем Советский патент 1987 года по МПК H02P8/00 

11

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в шаговом электроприводе.

Цель изобретения - повышение надежности и точности отработки задания при переходе с одного режима на другой.

На фиг..1 представлена фун.кциональ- ная схема устройства для двзгхрежим- ного управления применительно к четы- рехфазному шаговому двигателю; на фиг.2 - электрическая схема подключения усилителей; на фиг.З - то же, пример.

В устройстве для двухрежимного управления шаговым двигателем (фиг.1) тактовые входы сдвигового регистра 1 несчетного триггера 2 соединены соответственно с выходами первого логического элемента 2И-НЕ 3 и второго логического элемента 2И-НЕ 4. Первый прямой и второй инверсный выходы триггера 2 соединены соответственно с первыми входами третьего логического элемента 2И-НЕ 5 и четвертого логического элемента 2И-НЕ 6. Выходы логических элементов 5 и 6 соединены соответственно с первым и третьим . входами логического элемента 2-2И- -ИЛИ 7. Первые входы логических элементов 3 и 4 соединены с тактовой шиной 8. Второй вход логического элемента 3 соединен с выходом логического элемента 7. Вторые входы логических элементов 4,5 и 6 соединены с шиной режима коммутации 9. Потенциальная шина прямого хода 10 соеди- йена со входом сдвига влево регистра и вторым входом логического элемента 7. Потен1Ц1альная шина обратного хода 11 соединена со входом сдвига вправо регистра 1 и четвертым входом логического элемента 7. Первые и вторые входы логических элементов 2-2И-ИЛИ-НЕ 12-15 объединены и соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым вы ходами регистра 1. Третьи входы логических элементов 12 - 15 соединены соответственно с четвёртым, первы вторым и третьим выходами регистра 1. Четвертые входы логических элемен- тов 12 - 15 соединены с первым выходом триггера 2. Выходы логических элементов 12 - 15 соединены со входами усилителей 16 - 19. Каждьй выхо

162

упомянутых усилителей подключен к обмотке четырехфазного шагового двигателя 20. Разрядами регистра 1 служат D-триггеры 21 и 22. Логические эле - менты 2-2И-ИЛИ-НЕ 23 и 24 связывают перекрестными обратными связями выходы разрядов одного с D-входом разряда другого триггера. Счетный триггер 2 выполнен также на D-триггере, в котором нулевой выход подключен к D-входу.

Количествр несимметрично включаемых фазовых обмоток шагового двигателя 20 может быть меньше или больше количества симметрично включаемых обмоток. Это зависит от выполнения усилителей 16 - 19, которые на выходе могут инвертировать или не инвертировать в входные сигналы управления. На фиг.2 показана электрическая схема подключения усилителей 16 - 19 где для обеспечения достаточного быстродействия включения фаз и поддержания необходимого момента на валу шагового двигателя 20 показана также схема питания. Здесь одни концы фазовых обмоток подключены к источникам питания +ЕП, - низкого уроня напряжения, и +ЕПф - высокого уровня напряжения, другие концы, подключенных к выходам усилителей 16 - 19, соединены с входами логического элемента ИЛИ 25. Выход логического элемента 25 соединен со входом ячейки для форсированного включения к ячейке 26. Шины источников питания +Еп .и , - Еп„, и общий подключбны к ячейке 26. Логические элементы 12 - 15 могут быть образованы логическими элементами 2И-НЕ 27 и 28, выходы которых подключены ко входу усилителя,- к ограничительному резистору 29. Усилители 16-19 содержат также транзистор 30 типа п-р-п, подключенный эмиттерным переходом к общей шине. Резистор 29 одним выводом подключен к источнику питания +Еп, а другим выводом прд- ключен к базовому переходу транзистора 30. Коллекторный переход транзистора 30 служит выходом усилителя. Такая схема усилителей позволяет производить несимметричные включения с меньшим количеством фазовых обмоток. На фиг.З в усилителях 16 - 19 базовьй переход транзистора 30 подключен к выходу логического элемента НЕ 31, вход которого служит входом

усилителя. Приведенная схема усилителей позволяет производить несим- метрич1гое включение с больпшм количеством фазовых обмоток.

Устройство также допускает возможность управления трехфазным и ше- стифазным шаговыми двигателями.

Устройство работает следующим образом.

Пусть при управлении шаговым -двигателем 20 в прямом направлении на шину 8 поступают импульсные сигналы, на шины 9 и 10 поступают сигналы логического О, на шину 11 поступает сигнал логической 1. Причем, триггер 2 находится в нулевом состояни

Логические элементы 4, 5 и-б закрыты. На выходе логического элемента 7 - сигнал 1, и через логический элемент 3 импульсы поступают на тактовые входы регистра 1, управляя им. Сигналы первого двоичного кодирования регистра 1 свободно проходят через первые входы логических элементов 12 - 15 и поступают- на входы соответствующих усилителей 16 - 19. Сигналы второго двоичного кодировани регистра 1 (сдвинуты вправо на один шаг) не проходят через вторые входы логических элементов 12 - 15, так как на их третьи входы поступает йиг нал запрета с единичного -выхода триггера 2.

При поступлении, на усилители 16 - 19 сигналов 1 и О последние включают или отключают соответствующие фазы шагового двигателя 20. Ротор шагового двигателя 20 перемещается

в прямом направлении. Так как проис- °40 каящьй импульс. Порядок переключения

ходит симметричное включение фазовых обмоток, одна пара фаз включена, а другая отключена, то канздому импульсу соответствует ход одного шага перемещения ротора. Количество импульсов, необходимых для полного цикла «управления, равно количеству . фаз, т.е. . Порядок переключения фазовых обмоток в установленном режиме коммутирования с отработкой пголного шага: 16, 17 - 19,16 - 18, 19 - 17, 18. Когда триггер 2 находится в единичном состоянии, то на третьи входы логических элементов

фазовых обмоток в режиме коммутирования с отработкой полушага - 16-19, 16-19-19, 18-18-18, 17-17-17, 16 или 16, 17, 18-16, 17-19, 16, 17-19, 45 16-18, 19, 16-18, 19-17, 18, 19-17, 18.

Для упр.авления шаговым двигателем ,20 в обратном направлении на шины 10 и 11 подаются соответственно сигна- gQ и 1 Поэтому при работе устройства в шаговом режиме коммутиро- вания симметричное включение усилителей происходит в повторяющейся последовательности: 16, 17-17, 18-18, 12 - 15 поступает сигнал разрешения, 55 5 несимметричное включениеТеперь происходит логическое сложение сигналов первого кодирования с сигналами второго кодирования регистра 1. Поскольку сигналы одного кода

в повторяющейся последовательности: 16-17-16-19 или 16, 17, 18- 17, 18, 19-18, 19, 16-19, 16, 17. При работе устройства в полушаговс 1 режиме комрегистра 1 сдвинуты на один такт, то после сложения, включаемых фазовых обмоток на одну фазу -будет меньше или больше, чем при симметричном включении, в зависимости от применяемых усилителей (фиг.2 или фиг.З). Такому несимметричному включению фазовых обмоток соответствует также

шаговый ход перемещения ротора. В этом случае, порядок переключения фазовых обмоток в режиме коммути- рования в полным шагом: 16-19-18-17 или 16, 17, 18 - 19, 16, 17 - 18, 19,

16 , 18, 19.

При поступлении на шину 9 сигнала 1 устройство работает в полушаговом режиме коммутирования. Тогда, при заданном прямом направлении.

20

если триггер 2 находится в единичном состоянии, происходит несимметричное включение фазовых обмоток. Логический элемент 5 открыт и сигналом с выхода логического элемента

7 закрывается логический элемент 3. Поступаемый на шину 8 импульсный сигнал проходит через логический элемент 4 и опрокидывает триггер 2 в нулевое состояние.

Логическое сложение запрещается и происходит симметричное включение фазовых.обмоток. Логический элемент 5 закрыт и сигналом с выхода логического элемента 7 разрешается прохождение импульса через логический элемент 3 на тактовые входы регистра 1, и так далее. В результате такого включения фазовых .обмоток осуществляется полушаговьй ход ротора на Для упр.авления шаговым двигателем ,20 в обратном направлении на шины 10 и 11 подаются соответственно сигна и 1 Поэтому при работе устройства в шаговом режиме коммутиро- вания симметричное включение усилителей происходит в повторяющейся последовательности: 16, 17-17, 18-18, 5 несимметричное включениев повторяющейся последовательности: 16-17-16-19 или 16, 17, 18- 17, 18, 19-18, 19, 16-19, 16, 17. При работе устройства в полушаговс 1 режиме коммутирования комбинированное включени усилителей происходит в повторяющейс последовательности: 16-16, 17-17-17, 18-18-18, 19-19-19, 16 или 16, 17, 18-17, 18-17, 18, 19-18, 19-18, 19, 16-19, 16-19, 16, 17-16, 17. В остальном работа устройства аналогична описанному.

Таким образом, в предлагаемом устройстве для двухрежимного управления шаговым двигателем совместное использование экономичного коммутатора на сдвиговом регистре с неизменяющейся циклограммой и суммирующих логических элементов 2-2И-ИЛИ-НЕ управляемых счетным триггером, обеспечивает надежное функционирование. Применение счетного триггера и логических элементов 2-2И-ИЛИ и 2И-НЕ позволяет запоминать характер включения фаз - симметричное или несимметричное. Поэтому переход от одного режима коммутирования фаз на другой релдам коммутирования происходит без потери и лишней отработки полушага, чем достигается повышение точности.

Формула изобретения 30

25

Устройство для двухрежимного уп- . равления шаговьм двигателем, содержащее усилители мощности по числу фаз двигателя,, тактовую шину,потенциальные шины прямого И обратного хода, шину режима коммутации и сдвиговый . регистр, включающий в себя D-тригге- ры и элементы 2-2И-РШИ-НЕ, выходы

ГГ«1Г - 1 ГПП ГПП (

puf. г

0

30

которых соединены перекрестными обратными связями с D-входами D-триг- геров, выходы которых соединены с первым и четверым входами элементов 2-2И-ИЛИ-НЕ, вторые и третьи входы которых соединены с шинами прямого и обратного хода, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения надежности и точности отработки задания при переходе с одного режима на другой, дополнительно введены элементы 2-2И-ИЛИ-НЕ по числу фаз, элемент 2-2И-ИЛИ, счетный В-триггер

15 и четыре элемента 2И-НЕ, первый из которых соединен, выходом с тактовыми входами сдвигового регистра, первым входом - с тактовой шиной, вторым - . с выходом элемента 2-2И-Ш1И, второй

0 элемент 2И-НЕ входами соединен с шинами тактовой и режима коммутации, выходом - с -тактовым входом счетного D-триггера, выходы которого подключены к первым входам третьего и четвер25 того элементов 2И-НЕ, вторые входы которых соединены с шиной режима коммутации, выходы - с первым и третьим входами элемента 2-2И-РШИ, второй и четвертый входы которого подключены к шинам прямого и обратного хода, каждый выход сдвигового регистра соединен с первым и вторым входами одного дополнительно ( введенного элемента 2-2И-ИЛИ-НЕ и третьим входом дру35 того, смежного с ним, четвертые входы дополнительно введенных элементов 2-2И-ИЛИ-НЕ соединены с прямым выходом счетного D-триггера, а выходы- с входами усилителей мощности.

19

-0 fni

Изобретение относится к электротехнике, к шаговому электроприводу. Цель состоит в повышении надежности и точности отработки задания при переходе с одного режима на другой. Совместное использование экономического коммутатора на сдвиговом регистре с неизменяющейся циклограммой и суммирующих логических элементов 2-2И-Ш1И-НЕ 12-15, управляемых счетным триггером 2, обеспечивает надежное функционирование. Применение счетного триггера 2 и логических элементов 2-2И-ШШ 7 и 2И-НБ 3-6 позволяет запоминать симметричное или не симметричное включение фазовых обмоток, поэтому переход от одного режима коммутирования фаз на другой происходит без потери и лишней отработки полушага, чем достигается повышение точности. 3 ил. с S (Л /г со О5 со 4 н 05 Фле/

ВНИИПИ Заказ 6576/51 Тираж 659 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4