Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1988 года по МПК H02P8/14 

со

со ел

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в дискретном электроприводе, преимущественно для робо- тотехники.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем регулирования величины и скорости перемещения.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - временная диаграмма частоты шаговых импульсов при работе устройства.

Устройство содержит делитель 1 ча тоты 1 с переменным коэффициентом деления, счетный вход которого соединен с выходом генератора 2, Выход делителя частоты 1 подключен к входу распределителя 3-импульсов, управляю щему обмотками шагового двигателя 4 в соответствии с импульсами на своем входе. Счетчик 5 своим счетным входом подключен к выходу делителя 1 чатоты. Выход счетчика 5 соединен с первым входом элемента 6 сравнения кодов. Выход элемента 6 подключен к второму входу блокировки счета счетчика 5, выход которого соединен с входом первого блока памяти 7. Выхо- ды первого блока 7 памяти и идентичного ему второго блока 8 памяти подключены к информационным входам блока коммутации 9, передающего информацию с одного из своих входов на выход, подключенный к третьему входу (коэффициента деления) делителя частоты. Вход второго блока 8 памяти соединен с информационным выходом вычитающего счетчика 10 и вто- рым входом дополнительного элемента 1 1 сравнения кодов, первый вход которого подключен к выходу третьего блока 12 памяти, выход - к управляютий вход 15 устройства соединен с вторым входом элемента 6 и предназначен для занесения в элемент 6 эталонного числа для сравнения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении устройства сигнал Пуск на вход 14 устройства не подается и информация с входа 13 устройства вычитающим счетчиком 10 не воспринимается. Вычитающий счетчик 10 обнулен. При этом с его выход заема на входы сброса счетчика 5 и делителя 1 частоты вьщается сигнал останова, которьм обнуляет счетчик 5 подготавливая его к дальнейшей работе, и блокирует работу делителя 1 частоты. При этом делитель 1 частоты не реагирует на синхроимпульсы, поступающие с выхода генератора 2 и сигналы с выхода блока 9 коммутации. Поэтому импульсы с выхода делителя 1 частоты на входы распределителя 3, счетчика 5 и вычитающего счетчика 10 не поступают. Таким образом, нулевое состояние вычитающего счетчика 10 не изменяется и он остается в нем неопределенно долго.

Работа устройства для управления шаговым двигателем начинается с того что на вход 13 устройства подается информация о числе шагов, которые требуется совершить шаговому двигателю, а на вход 15 устройства подается информация о максимальном числе шагов при разгоне, что определяет максимальную скорость движения шагового привода. После этого на вход.М в момент tp подается сигнал Пуск.

Вычитающий счетчик 10 в течение всего времени работы устройства осуществляет подсчет числа шаговых импульсов, поступающих с выхода дели

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства для управления шаговым двигателем путем регулирования величины и скорости его перемещения. Устройство для управления шаговым двигателем содержит делитель 1 частоты с переменным коэффициентом деления, соединенный входом с генератором 2, выходом - с распределителем 3 импульсов. Вход коэффициента деления делителя 1 частоты через блок 9 коммутации соединен с выходами двух блоков памяти 7 и 8. Устройство содержит также третий блок 12 памяти, два элемента сравнения кодов 6 и 11, счетчик 5 и вычитающий счетчик 10, соединенные счетными входами с выходом делителя 1 .частоты. На входы устройства записываются числа шагов перемещения и разгона, затем подается команда Пуск. Закон разгона формируется изменением адреса чисел, записанных в блоке памяти 7, и может изменяться оперативно. В блоке памяти 8 записан закон торможения, а адрес числа в этом блоке определяется вычитающим счетчиком 10. Устройство по записанной информации осуществляет по команде Пуск разгон, движение на установившейся скорости и торможение до остановки. 2 ил. с (Л

щему входу блока 9 коммутации и входу j теля 1 частоты распределителя 3, и

разрешения счета счетчика 5. Вход третьего блока 12 памяти подключен к выходу счетчика 5. Информационный вход вычитающего счетчика 10 является первым входом 13 устройства и служит для параллельного занесения данных. Второй вход (разрешения записи) вычитающего счетчика 10 является вторым входом 14 устройства. Тре50

его значение всегда соответствует числу шагов двигателя до конца зада ного перемещения.

По сигналу Пуск -вычитающий сче чик 10 выходит из нулевого состояни и устанавливается на заданное по входу 13 число шагов. При этом на е первом выходе исчезает сигнал останова. Новое значение вычитающего

тий вход (счетный) вычитающего счет- счетчика 10 с его информационного

чика 10 подключен к выходу делителя 1 частоты. Выход заема вычитающего счетчика 10 соединен с входом сброса счетчика 5 и делителя 1 частоты.Тревыхода поступает на второй блок памяти 8 и элемент 11. Нулевой код с выхода предварительно обнуленного счетчика 5 поступает на входы элеме

его значение всегда соответствует числу шагов двигателя до конца заданного перемещения.

По сигналу Пуск -вычитающий счетчик 10 выходит из нулевого состояния и устанавливается на заданное по входу 13 число шагов. При этом на его первом выходе исчезает сигнал останова. Новое значение вычитающего

выхода поступает на второй блок памяти 8 и элемент 11. Нулевой код с выхода предварительно обнуленного счетчика 5 поступает на входы элемента 6 и блоков 7 и 12 памяти. Этот код является адресом выборки для блоков 7 и 12 памяти.

Счетчик 5 счетным входом подключен к выходу делителя 1 частоты и предназначен для отсчета числа шагов шагового двигателя при разгоне. Элемент 6 производит сравнения чисел, поступающих на оба его входа, ив случае их совпадения формирует на своем выходе сигнал, блокирующий дальнейшее увеличение значения счетчика 5 и останавливающий процесс разгона двигателя. Вначале число на вхо де 15 значительно отличается от нуля поэтому на первых Шагах разгона двигателя элемент 6 не блокирует работу счетчика 5.

Первый блок памяти 7 содержит ин- формацию о значении частоты, с которой необходимо подавать шаговые импульсы для шагового двигателя на каждом этапе разгона. Соответствующая информация о значении частоты на каждом этапе торможения содержится во втором блоке 8 памяти. Третий блок 12 памяти содержит информацию о числе шагов, которые необходимы шаго35

вому двигателю для торможения с теку- 39 Закон нарастания частоты шаговых щего значения, скорости, определяемого значением счетчика 5, до полной остановки.

Предположим, что по сигналу Пуск в вьиитающий счетчик 10 записано такое число шагов, для отработки которых шаговому двигателю необходимо произвести разгон, движение с-максимальной скоростью и торможение. Тогда в момент времени t на элемент 11 посту-.- пают два числа с выходов вычитающего счетчика 10 и третьего блока 12 памяти. Первое число соответствует расстоянию в шагах до полной остановки, а второе - числу шаговых импульсов, необходимых для торможения с начальной скорости. Первое число намного больше второго, поэтому на выходе элемента 11 устанавливается сигнал, соответствующий режиму ускорения. Этот сигнал поступает на вход счетчика 5, разрешая дальнейшее увеличение числа в счетчик 5, и на управляющий вход блока коммутации 9. При этом блок 9 коммутации оказьшается в режиме передачи информации с выхода первого блока 7 памяти на третий вход делителя 1 частоты. Таким образом, на самом первом шаге с выхода

45

50

55

импульсов в зависимости от времен может быть произвольньм. Он опред ется информацией, заложенной в пе вый блок 7 памяти, и частотой ген ратора 2.

После завершения разгона шагов двигатель достигает максимальной частоты коммутации в момент време ни t . При этом на выходе счетчик появляется число, идентичное инфо мации на входе 15 и вызывающее ср батывание элемента 6, который сво выходным сигналом блокирует дальн шее нарастание значения счетчика Информация на выходе первого блок памяти перестает изменяться и час тота последующих шаговых импульс на выходе делителя 1 частоты с пе ременным коэффициентом деления ст новится постоянной.

В течение времени от момента t до момента tj шаговый двигатель работает с постоянной скоростью. При этом значение вычитающего счет чика 10 уменьшается на единицу с каждым шагом двигателя.

В момент t,; значение ВЕ 1читающег счетчика 10, равное числу шагов до конца перемещения шагового привода

первого блока 7 памяти считывается информация о начальной частоте шагового двигателя, хранящаяся по нулевому адресу, и передается в делитель 1 частоты.

Первый шаговый импульс с выхода делителя 1 частоты поступает на вход распределителя 3 и вызывает первый шаг двигателя 4. Одновременно он поступает на входы счетчика 5 и вычитающего счетчика 10. В результате этого значение счетчика 5 увеличивается, а значение вычитающего счетчика 10 уменьшается на единицу. Увеличение значения счетчика 5 вызывает смену адреса на входе первого блока 7 памяти и изменение информации на его выходе, которая через блок 9 коммутации поступает в делитель 1 частоты. В результате этого второй шаговый импульс на выходе делителя 1 частоты появляется через меньший промежуток времени и весь цикл повторяется. Таким образом, частота тактовых импульсов на выходе делителя 1 частоты с переменным коэффициентом деления плавно увеличивается и шаговый двигатель осуществляет разгон привода.

5

9 Закон нарастания частоты шаговых

.-

5

0

5

импульсов в зависимости от времени может быть произвольньм. Он определяется информацией, заложенной в первый блок 7 памяти, и частотой генератора 2.

После завершения разгона шаговый двигатель достигает максимальной частоты коммутации в момент времени t . При этом на выходе счетчика 5 появляется число, идентичное информации на входе 15 и вызывающее срабатывание элемента 6, который своим выходным сигналом блокирует дальнейшее нарастание значения счетчика 5. Информация на выходе первого блока 7 памяти перестает изменяться и частота последующих шаговых импульсов на выходе делителя 1 частоты с переменным коэффициентом деления становится постоянной.

В течение времени от момента t до момента tj шаговый двигатель работает с постоянной скоростью. При этом значение вычитающего счетчика 10 уменьшается на единицу с каждым шагом двигателя.

В момент t,; значение ВЕ 1читающего счетчика 10, равное числу шагов до конца перемещения шагового привода.

10

15

20

25

сравнивается с числом на выходе третьего блока 12 памяти, соответ- ствукяцим числу шагов до полной остановки. Элемент 11 срабатывает и выдает сигнал, который еще раз блокирует счетчик 5 и переключает блок 9 коммутации. Информация с выхода второго блока 8 памяти через. блок 9 коммутации попадает на вход делителя ,1 частоты и вызывает снижение частоты шаговых имПульсов на его выходе. По каждому шаговому импульсу вычитающий счетчик 10 уменьшает свое значение на единицу, меняя адрес на входе второго блока .8 памяти; через блок 9 коммутации в делитель 1 частоты поступает новая информация о час-г тоте следующего такта.

Так как значение счетчика 5 остается зафиксированным, то информация на выходе третьего блока 12 памяти также остается постоянной. Элемент 11 сравнения, сравнивая число на своих входах на каждом шаге торможения, подтверждает вьщанный в момент t сигнал торможения, подключающий выход второго блока 6 памяти к входу делителя 1 частоты. Таким образом,от момента t

гатель 4 совершает торможение по закону, записанному во втором блоке 8 памяти.

В момент t, значение вычитающего счетчика 10 достигает нуля, что вызывает появление на его первом выходе сигнала останова, обнуляющего счетчик 5 и блокирующего работу делителя 1 частоты. Шаговый двигатель 4 останавливается; устройство находится в таком состоянии до появления следующего сигнала Пуск на входе 14 устройства. .

Если в момент t подачи сигнала Пуск на вход 14 на входе 13 установить число, меньшее, чем требуется шагов для разгона двигателя до максимальной скорости торможения, то весь цикл работы шагового двигателя будет состоять только из режимов разгона и торможения. В этом случае режим разгона двигателя 4 проходит аналогично предьщущему случаю до момента t. Значение вычитающего счетчика 10 будет уменьшаться, а счетчика 5

го пути шагового двигателя, возрастает и в момент времени t сравнивается с числом на выходе вычитающего счетчика 10, характеризующим оставшийся путь шагового двигателя до полного останова. Это вызывает срабатывание блока 11 сравнения, который блокирует дальнейшее увеличение значения Счетчика 5 и переключает блок 9 коммутации на второй блок 8 памяти. Шаговый двигатель 4 переходит на режим Торможения, протекающий аналогично описанному, и в момент t осуществляет остановку по сигналу ос- .такова с выхода заема вычитающего счетчика 10.

Если характеристики разгона и торможения привода симметричны, то данные в первом 7 и втором 8 блоках памяти являются одинаковыми и для их реализации можно использовать, например, ПЗУ с одинаковыми данными.

При. необходимости распределитель 3 может иметь, например, дополнительный вход управления направлением вращения шагового двигателя, а также, например, схему приведения исполнительного механизма в исходное поло- до момента t шаговый дви- Q жение по включению питания и по внешнему сигналу.

35

40

50

Расчет данных в блоках памяти предлагаемого устройства производится предварительно, например, на ЭВМ по специальной программе.

В случае использования устройства в составе гибких автоматизированных производств оно обеспечивает быструю перестройку оптимального управления шаговым двигателем под конкретный вид нагрузки. Для этого необходимо только сменить данные, описывающие динамику привода, в блоках 7,8 и 12 памяти, например, путем замены ПЗУ в схеме устройства и подать на вход 15 новые данные о максимальной скорости шагового двигателя, например, путем их набора на микропереключателях.

Вся логическая часть устройства легко может быть реализована, например, программными средствами разувеличивается с каждым шаговым импуль55 личных микро-ЭВМ. В этом случае пересом на входе делителя 1 частоты. Число на .выходе третьего блока 12 памяти, характеризующее длину тормозностройка оптимального управления может осуществляться в соответствии с программой без участия человека.

5

0

0

Расчет данных в блоках памяти предлагаемого устройства производится предварительно, например, на ЭВМ по специальной программе.

В случае использования устройства в составе гибких автоматизированных производств оно обеспечивает быструю перестройку оптимального управления шаговым двигателем под конкретный вид нагрузки. Для этого необходимо только сменить данные, описывающие динамику привода, в блоках 7,8 и 12 памяти, например, путем замены ПЗУ в схеме устройства и подать на вход 15 новые данные о максимальной скорости шагового двигателя, например, путем их набора на микропереключателях.

Вся логическая часть устройства легко может быть реализована, например, программными средствами разстройка оптимального управления может осуществляться в соответствии с программой без участия человека.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее два блока 1памяти, элемент сравнения кодов, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, счетный вход которого соединен с выходом генератора, выход - с входом распределителя импульсов, счетчик, счетный вход которого соединен с выходом делителя частоты, вход сброса - с соответствующим входом того же делителя частоты, выход - с первым входом элемен- та сравнения кодов, выход которого соединен с входом блокировки счета счетчика, блок коммутации, первый вход которого соединен с выходом первого блока памяти, второй вход - с выходом второго блока памяти, вход управления - с входом разрешения счета счетчика, а выход блока коммутации - с входом коэффициента деления делителя частоты, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем регулирования величины и скорости перемещения, в него введены вычи- такщий счетчик, дополнительный элемент сравнения кодов и третий блок памяти, вход которого соединен с входом первого блока памяти и выходом счетчика, выход - с первым входом дополнительного элемента сравнения кодов, выход которого соединен с управляющим входом блока коммутации, информационный вход вычитающего счетчика является первым входом устройства, вход разрешения записи является вторым входом устройства, счетный вход соединен с выходом делителя частоты, выход заема - с входом сброса счетчика, а информационный выход - с входом второго блока памяти и вторым входом дополнительного элемента сравнения кодов, а третьим входом устройства является второй вход элемента сравнения кодов.