Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1988 года по МПК G05B19/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для многорежимного однополярного и разнополярного управ ления трехфазным шаговым двигателем в системах дискретного привода станков с числовым программным управлением.

Целью изобретения является расши- рение функциональных возможностей устройства путем обеспечения всех возможных симметричных и несимметрич ных режимов одно- и разнополярной коммутаций фаз трехфазного шагово- го двигателя.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг.2 - временные диаграммы функционирования его отдельных узлов при одном из раз нополярных режимов управления; на фиг.З - номограммы электрических положений векторов электромагнитных моментов шагового двигателя при од- нополярных режимах коммутации фаз; на фиг.4 - то же, при разнополярных режимах коммутации фаз; на фиг.З - таблица 1 управления и режимов переключения фаз; на фиг.6 - таблица 2 управления и режимов переключения фаз; на фиг.7 - функциональная,схема счетчика; на фиг.8 - временлая диаг грамма функционирования счетчика 8.

Устройство содержит (фиг.1) первый EJ., и второй ЕСТ.источники питания силовой части с противоположной полярностью, источник питйния логической части Е, распределитель 1 импульсов и две группы ключев лх уси- лителей 2.1-2.3 и 3.1-3.3, средние точки 4.1-4.3, первые выходы фазных.обмоток 5.1-5.3 шагового двигателя, первую общую шину 6.1 усилителей мощности, вторую общую шину 6.1, вторые выводы фазных обмоток 5.1-5.3 двигателя, общую шину 7 устройства, распределитель импульсов содержит четырехзарядный счетчик 8 импульсов с шинами установки в исходное состояние УСТ.О, тактирования Т и реверса Рев., первый 9 и второй 10 трехпозиционные переключателя режима коммутации фаз, логические элементы И-НЕ 11, ИШ-НЕ 12, первую 13.1-13.3 и вторую 14.1-14.3 группу мультиплексоров, четыре канала на один с соответствующими шинами стробирования Строб 1 и Строб 2

-

ю 5

20 25 30

Q дс

35

0

5

Реверсивный счетчик 8 с модулем пересчета содержит (фиг.5) базовый-, реверсивный счетчик 15 с модулем пересчета , логические , элементы И-НЕ 16 и 17, инвертор 18, D-триггер 19 и элемент ИЛИ-НЕ 20, инверторы 21 и 22.

Устройство работает следующим образом.

Перед созданием каждого из возможных режимов коммутации фаз трехфазного шагового двигателя двоичньШ счетчик 8 по команде Уст. О устанавливается в нулевое исходное состояние. В зависимости от требуемого направления вращения двигателя к шине Реверс счетчика 8 прикладывается нулевой или единичный логический уровень потенциала. В зависимости от требуемого режима коммутации фаз трехпозиционные переключатели 9 и 10 устанавливаются в соответствующие положения, а к стробирующим входам Строб 1 и Строб 2 соответственно мультиплексоров 13 и 14 при- кладаваются единичные или нулевые логические уровни потенциалов (см. табл.1 и табл.2 соответственно на фиг.5 и 6).

Режимы однополярной коммутации фаз создаются при приложении единичного (1) уровня потенциала (равного напряжения источника питания логической части Е) к шине тробиро- вания одной из групп мультиплексоров и нулевого (О) уровня потенциала к шине стробирования другой группы мультиплексоров (фиг.З и 5). При этом на выходах тех мультиплексоров, к входам стробирования которых приложены единичные потенциалы, возникают нулевые потенциалы, которые поддерживают соответствующие три ключа усилителя мошрости в постоянно запертых состояниях. Это приводит к работе остальных трех ключей усилителя только от одного из источников питания силовой части и в результате - к протеканию фазных токов через обмотки управления двигателя только в одном направлении. Режим и поочеред- ность переключения фаз при однополяр- ном управлении создается, как видно из табл.1, в зависимости от порядка приложения логических потенциалов к шинам стробирования Строб 1 и Строб 2 мультиплексоров.

Режимы разнополярной коммутации фаз обеспечиваются при нулевых потенциалах на стробирующих шинах обеих групп мультиплексоров (фиг.4 и 6). При этом в процессе функционирования устройства участвуют оба источника питания, и благодаря этому в обмотках управления двигателя в определенной последовательности протекают фазные токи как в одном, так и в другом направлениях. На фиг.2 представлены в качестве примера временные диаграммы функционирования отдельных элементов и узлов устройства в одном из разнополярных режимов, указанном на первой строке табл.2 (фиг.6).

В связи с тем, что мультиплексоры 13 и 14 управляются от 3-го и 4-го разрядов счетчика 8, а их определенные информационные входы через переключатели 9 и 10 подключаются к постоянным (нулевым или единичным) уровням потенциалов или же к выходам 1-го и 2-го разрядов этого же счетчика 8, то смена их выходных потенциалов и, следовательно, соответст- йующие переключения ключей 2 и 3 усилителя мощности и управляющих фаз двигателя в 12-тактных режимах коммутации (первая строка в табл.2) происходят при поступлении каждого тактирующего импульса на вход Т счетчика 8, в 6-тактньгх режимах (третья строка табл.1, вторая и третья строки табл.2) - через один импульс, а в 3-тактных режимах (первая и вторая строки табл.1, с четвертой по седьмой строки табл.2) - через три импульса.

В каждом из этих режимов, работы после двенадцати тактов работы счетчик 8 благодаря своей внутренней логической структуре автоматически обнуляет ся,

Обратные порядки переключения фаз шагового двигателя обеспечиваются аналогично. Реверс производится изменением направления пересчета счетчика 8 (при изменении потенциала на его шине Реверс).

Реверсивный счетчик 8 (фиг.7) с модулем 12 строится по известным обобщенным принципам построения счетчиков с произвольным модулем счета. Здесь отличие заключается лишь в том, что в качестве базового использован реверсивный двоичный счетчик 15 с модулем пересчета 16, а для

обеспечения реверсивного режима пересчета дополнительно содержит элементы 16-2 2.

Двоичный реверсивный счетчик 8 по модулю работает следующим образом.

При прямом счете, когда счетчик 15 работает на суммирование (к шине

Реверс приложена логическая 1, временная диаграмма на фиг.6) ко всем его информационным входам D1- D4 приложено напряжение логического О.

При достижении счетчиком 15 состояния 1011, фиксируемого элементом И 16, с задержкой на один период следования счетных импульсов Т (осуществляемой триггером 19) производится установка счетчика 15 в состояние О путем параллельной записи через входа D1 -D4.

При обратном порядке счета к шине реверса приложено напряжение лог.0

счетчик 15 работает на вычитание, а на входах D1-D4 приложен двоичйый код 1011. В этом случае при достижении счетчиком 15 состояния 0000, фиксируемого выходом переноса СО, с

задержкой на один такт (с помощью триггера 19) производится установка счетчика 15 в состояние 1011 путем записи кода через входы D1-D4 во внутренние триггеры счетчика 15.

35

I Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый источник питания силовой части, распределитель импульсов, состоящий из счетчика импульсов, имеющего входные шины тактирования, реверса и установки в исходное состояние, первую группу из трех мультиплексоров, соединенных своими выходами с управляющими входами усилителей мощности первой группы, коммутирующих фазовые обмотки шагового двигателя, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения всех возможных режимов симметричной и несимметричной, одно- и разнополярной коммутаций обмоток трехфазного шагового двигателя, дополнительно содержит второй источник питания силовой части противоположной полярности по отношению к первому, вторую группу из трех муль

титшексоров, элементы ИЛИ-НЕ и И-НЕ, два трехпозиционных переключатепя режимов коммутации фаз, шинь: Строб 1 Строб 2 и общую шину, вторая группа усилителей подключена ю второму источнику питания силовой части, выходы которых подключены к точкам соединения фазных обмоток шагового двигателя и выходов соответствующих усилителей мощности первой группы, выход каждого из мультиплексоров второй группы соединен с управляющим входом соответствующего усилителя мощности второй группы, первые управ ляющие входы мультиплексоров первой группы соединены с шиной Строб I, первые управляющие входы мультиплек соров второй группы соединены с шиной Строб 2, вторые и третьи управ ляющие входы мультиплексоров обеих групп объединены и подключены соответственно к выходам третьего и четвертого разрядов двоичного счетчика, первые информационные входы соответ- ственно первых, вторых и третьих мультиплексоров обеих групп соединены с общей шиной и с первыми выводами обоих трехпозиционных Переключателей, вторые информационные входы соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров первой группы соединены с выходом элемента И-НЕ, третьи информационные входы соответ - ственно первого, второго и третьего мультиплексоров первой группы соединены с первыми входами элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ и с общим выводом перт вого трехпозиционного переключателя, вторые информационные входы соответ- ственно первого, второго и третьего мультиплексоров второй группы соединены с источником питания элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ и с вторыми выводами обоих трехпозиционных переключателейJ третьи информационные входы соответ-, ственно первого, второго и третьего мультиплексоров второй группы соединены с выходом элемента ИЛИ-НЕ, третьи выводы обоих трехпозиционных переключателей соединены с выходами соответственно первого и второго вы- ходных разрядов счетчика импульсов вторые входы элементов И-НЕ, ИЛИ - НЕ соединены с общим выводом второго трехпозиционного переключателя.

Изобретение относится к области систем дискретного привода станков с числовым программным управлением. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения всех возможных симметричных и несимметричных режимов одно- и разнополярных коммутаций фаз трехфазного шагового двигателя. Устройство для управления шаговым двигателем содержит распределитель импульсов, две группы усилителей мощности, по три усилителя в каждой группе, два разнополярных источника питания, обшую шину всех источников питания, шины Строб , Строб 2 , две группы мультиплексоров, по три в каждом, элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ, два трехпозиционных переклю-- чателя, счетчик импульсов с входными шинами тактирования, реверса и установки в начальное состояние, двоичный счетчик в своем составе содержит четырехразрядный счетчик, четьфех- входовый злемент И-НЕ, два двухвходо- вых элемента И-НЕ, три одновходовых инвертора, RS-триггер. Преимущество изобретения состоит в возможности оперативно изменять (в определенном диапазоне) величину шага и результирующего момента на валу шагового двигателя, а также энергетические и динамические характеристики привода в целом. 7 нл. (Л &д vl j;

J l fn I .

3tl

I

l

1 I I M I M I M I I I I ill I I I I I I I I I { M M /

l

(

rk

nnnnnnnnnnnnnnn

etiixll

t

Bb/x.1i Cf3.1

П П П П

/J.

s

ДЗ

«/

/«,

.1

/ 5.3

-d(f.-.

// -/.-3

ill

rk

n

t

П n П

liL

J1

i

Т

peaepc фиё.2

-2.-3)

. /;

.

f. 5

,-3

.-t

.-г. З

. 2

.,-2

, г

.-г

-/

qffuff.

0ue.S