Устройство для программного разгона шагового двигателя Советский патент 1988 года по МПК H02P8/04 

(21)4129264/24-07

(22)08.10.86

(46) 07.04.88. Бюл. № 13 (72) В. В. Ледерер

(53)621.313.525(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1224944, кл. Н 02 Р 8/00, 1985.

Гумен В. Ф., Калининская Т. В. Следящий шаговый электропривод. - Л.: Энергия, 1980, с. 22.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО РАЗГОНА ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

(57)Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Цель изобретения - упрощение устройства для программного разгона шагового двигателя. Разгон осуществляется с помощью задающего генератора 12, коммутатора 1, реверсивного 4 и позиционного 5 счетчиков и двух двоичных счетчиков 9, 10, связанных выходами через элементы ИЛИ-НЕ 8, 7 с входами счетчиков 4, 5. Импульсы с генератора 12 поступают на реверсивный 4 и позиционный 5 счетчики. Причем реверсивный счетчик 4 работает в режиме вычитания, а позиционный счетчик 5 периодически записывает в него число, которое с каждым циклом уменьшается в два раза. В результате расстояние между импульсами, поступающими на коммутатор 1, уменьшается в геометрической прогрессии, обеспечивая разгон шагового двигателя. 2 ил.

(/:

с

со

00

О5 ел

S

(puil

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

Цель изобретения - упрощение устройства путем устранения четырех элементов задержки.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Устройство для програ.ммного разгона шагового двигателя содержит коммутатор 1, соединенный выходами с обмотками двигателя 2. Тактовым входом коммутатор 1 соединен с выходом первого инвертора 3, соединенного входом с выходом переноса (Со) реверсивного счетчика 4. Кроме того, с тактовым входом коммутатора 1 соединены вход рЕ разрешения записи реверсивного 4 и тактовый вход С позиционного 5 счетчиков. Последний 1,..., п-м выходами соединен с соответствующими входами установки реверсивного счетчика 4 (фиг. 1, п 4), а (п+1)-й выход (пятый на фиг. 1) позиционного счетчика 5 соединен с его входом с1 разрешения счета. Входы сброса счетчиков 4 и 5 соединены между собой и с выходом второго инвертора 6, который входом соединен с выходом первой схемы ИЛИ- НЕ 7. Второй вход последней соединен с шиной управления, а первый - с выходом второй схемы ИЛИ-НЕ 8, с первым входом которой соединен выход первого двоичного счетчика 9, при этом выход последнего соединен и с его входом с1 разрешения счета. Второй двоичный счетчик 10 аналогично соединен с вторым входом схемы ИЛИ-НЕ 8. Входы R сброса двоичных счетчиков 9 и 10 соединены с Шиной направления и входом .коммутатора 1, причем вход R счетчика 10 с последним соединен через третий инвертор 11. Тактовые входы С двоичных 9 и 10 и реверсивного 4 счетчиков соединены с выходом задающего генератора 12, а входы CI разрешения и направления (±1) счета реверсивного счетчика 4 соединены с шиной низкого потенциала.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 12 генерирует тактовые импульсы, которые поступают на тактовые входы реверсивного 4 и двоичных 9 и 10 счетчиков. Когда сигнал на шине управления равен «1 (что соответствует команде «стоп), то на выходе первой схемы ИЛИ-НЕ 7 присутствует «О, следовательно, на выходе второго инвертора 6 присутствует «1. «1 приложенная к входу R сброса реверсивного счетчика 4, устанавливает «О на всех его выходах, а приложенная к аналогичному входу позиционного счетчика 5, устанавливает «О на всех, кроме нулевого, выходах. На тактовый вход коммутатора 1 импульсы не поступают, и вал двигателя 2 неподвижен. Независимо от состояния шины направления на выходе

R одного из двоичных счетчиков 9 и 10 имеется «1 (команда сброса на нуль), а на входе другого - «О (разрешение счета), так как вход R первого двоичного

счетчика 9 соединен с шиной направления непосредственно, а вход R второго двоичного счетчика соединен с шиной направления через третий инвертор П.

Допустимо, что на шине направления присутствует «1, тогда первый двоичный

счетчик 9 сбрасывается на «О, а второй двоичный счетчик 10 считает импульсы, но только до того момента, пока на его выходе не появляется «1, которая поступает на его вход с1 разрешения счета и останавли5 вает счет. Дальнейший счет прекращается, и второй двоичный счетчик 10 не меняет своего состояния. Если на шину направления подан «О, то двоичные счетчики 9 и 10 меняются ролями. Следовательно, независимо от состояния шины направления,

0 на выходе одного двоичного счетчика 9 или 10 имеется «1, а значит на выходе второй схемы ИЛИ-НЕ 8 имеется «О.

При подаче «О на шину управления на обоих входах первой схемы ИЛИ-НЕ

5 7 оказываются «О и, следовательно, на ее выходе появляется «1, а на выходе второго инвертора 6 появляется «О, что означает разрешение счета для реверсивного 4 и позиционного 5 счетчиков. Поскольку на всех выходах реверсивного счетчика 4 присут0 ствуют «О и в нем установлен режим вычитания ( вход ±1 соединен с шиной низкого потенциала), то первый тактовый импульс, пришедший с задающего генератора 12, приводит к появлению импульса на его выходе переноса (кратковременно

5 появляется низкий потенциал), который про- инвертируется первым инвертором 3, и, следовательно, на его выходе кратковременно появляется высокий потенциал. От переднего фронта импульса коммутатор 1 изменяет состояние своих выходов так, что вал шаго вого двигателя 2 поворачивается в ту или иную сторону (в зависимости от состояния шины направления) на один шаг.

Кроме того, от переднего фронта импульса изменяет свое состояние также и по5 зиционный счетчик 5, на его первом выходе появляется «1, которая прикладывается к первому входу D установки реверсивного счетчика 4. А поскольку выход первого инвертора 3 соединен также с входом РЕ разрешения записи реверсивного счетчика 4

0 и «1 на этом входе соответствует команде «Запись, то в реверсивный счетчик 4 записывается число 1000. Каждый последующий тактовый импульс уменьщается на «1 содержимое счетчика. Для того, чтобы довести содержимое реверсивного счетчика 4 до

5 нуля, потребуется восемь тактовых импульсов. Все это время коммутатор 1 не меняет своего состояния. Шаговому двигателю дается пауза на разгон. Девятый тактовый

импульс, пришедший с тактового генератора 12, приводит к появлению импульса на выходе переноса реверсивного счетчика 4 и, следовательно, на выходе первого инвертора 3. Коммутатор вновь сменяет свое состояние, соответствуюш,ее повороту шагового двигателя 2 еще на один шаг. Позиционный счетчик 5 также меняет свое состояние, и «1 появляется на его втором выходе. При этом в реверсивный счетчик 4 записывается число 0100, и для доведения его содержимого до «О надо только четыре тактовых импульса.

Пауза на дальнейший разгон шагового двигателя 2 уменьшается вдвое, и пятый тактовый импульс приводит к следующей смене состояний выходов коммутатора 1, а также к смене состояния позиционного счетчика 5. При появлении «1 на его третьем выходе в реверсивный счетчик 4 записывается число 0010. И чтобы довести состояние реверсивного счетчика 4 до «О, потребуются два тактовых импульса (пауза на разгон уменьшится еще в два раза), а третий тактовый импульс приводит к смене состояния коммутатора 1 и повороту шагового двигателя еще на один шаг, а также к смене состояния позиционного счетчика 5. При появлении «1 на его четвертом выходе в реверсивный счетчик 4 записывается число 0001. Пауза на разгон становится еще меньше, поскольку двигатель 2 уже в достаточной степени разогнался. После очередного срабатывания коммутатора 1 «1 появляется на пятом выходе позиционного счетчика 5 и прикладывается к его входу с разрешения счета. В дальнейшем позиционный счетчик 5 больше не меняет своего состояния, и каждый импульс с выхода переноса реверсивного счетчика 4 приводит к записи в него числа 0000. Следовательно, импульсы с выхода первого инвертора 3 поступают на вход коммутатора 1 с частотой, равной частоте тактовых импульсов задающего генератора 12. Двигатель 2 вышел на режим и теперь работает с максимальной скоростью. Таким образом осуществляется программный разгон щагового двигателя.

Если требуется изменить направление вращения шагового двигателя, то вал двигателя не смбжет сразу отрабатывать шаги с такой высокой скоростью, поскольку ему придется преодолевать силу своей инерции. Поэтому для смены направления движения шагового двигателя его необходимо вначале остановить, а затем повторить разгон по заданной программе, но в обратном направ- лении.

При смене состояния шины направления с «1 на «О на входе R сброса на «О второго двоичного счетчика 10 появляется «1, и он устанавливается в состояние «О. Поскольку до команды смены направления движения «1 присутствует на входе R сброса первого двоичного счетчика 9, то этот счетчик также находится в состоянии «О. Так

как выходы двоичных счетчиков 9 и 10 соединены с входами второй схемы ИЛИ-НЕ 8, то на ее выходе имеется «1, которая, прикладываясь к первому входу первой схемы ИЛИ-НЕ 7, приводит к появлению «D на ее

Q выходе. И, следовательно, на выходе второго инвертора 6 появляется «1, которая сбрасывает на «О реверсивный 4 и позиционный 5 счетчики. Реверсивный счетчик 4 перестает реагировать на тактовые импульсы, и шаговый двигатель 2 начинает ос5 танавливаться.

Первый двоичный счетчик 9 начинает считать тактовые импульсы. Когда он отсчитает один или несколько тактовых импульсов, на его выходе появляется «1. Точное количество тактовых импульсов, которое нужно просчитать двоичному счетчику, определяется временем, требуемым для остановки шагового двигателя (чем больше импульсов, тем больше задержка). Технически задержка определяется тем выходом двоич5 ного счетчика, который соединяется с его входом разрешения счета и входом второй схемы ИЛИ-НЕ 8. Если соединяется первый выход, то задержка в один такт, если второй выход, то задержка в два такта, если третий выход, то задержка в четы0

0

ре такта, и т.д.

К входам второй схемы ИЛИ-НЕ 8 (фиг. 1) подключены вторые выходы двоичных счетчиков, следовательно, задается задержка в два тактовых импульса. Появ5 ление «1 на входе второй схемы ИЛИ- НЕ 8 приводит к появлению «О на ее выходе и, следовательно,к появлению «1 на выходе первой схемы ИЛИ-НЕ 7 и к появлению «О на выходе второго инвертора 6, что

,. означает разрешение счета для реверсивного 4 и позиционного 5 счетчиков. Двигатель 2 начинает разгоняться в обратную сторону по заданной программе. В случае повторной смены направления процесс опять повторяется, но задержку в этом случае

5 определяет второй двоичный счетчик 10. Предлагаемое устройство, так же как и известное, позволяет разгонять шаговый двигатель по заданной программе для обеспечения максимальной скорости врашения вала, однако оно не содержит трудно реали0 зуемых элементов задержки и может быть реализовано на основе широко распространенных микросхем. После изготовления предлагаемое устройство не требует настройки. А поскольку синхронизация работы отдельных элементов осуществляется частотой задающего генератора, которая легко стабилизируется кварцем, то все устройство имеет стабильные характеристики, не зависящие от температуры и времени.

5

Формула изобретения Устройство для программного разгона шагового двигателя, содержащее шины управления, направления и низкого потенциала, задаюш,ий генератор и коммутатор, соединенный выходами с обмотками двигателя, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства путем устранения четырех элементов задержки, в него введены позиционный, реверсивный и два двоичных счетчика, два элемента ИЛИ-НЕ и три инвертора, первый из которых входом соединен с выходом переноса реверсивного счетчика, а выходом - с тактовым входом коммутатора, входом разрешения записи реверсивного и тактовым входом позиционного счетчиков, п первых выходов последнего соединены с соответствующими входами установки реверсивного счетчика, а (п+1)-й выход позиционного счетчика соединен с его входом разрешения счета, входы сброса реи

0

версивного и позиционного счетчиков соединены между собой и с выходом второго инвертора, соединенного входом с выходом первой схемы ИЛИ-НЕ, второй вход которой соединен с шиной управления, а первый - с выходом второй схемы ИЛИ-НЕ, с первым входом которой соединен вход разрешения счета и один из разрядных выходов пер вого двоичного счетчика, второй двоичный счетчик соединен одним из разрядных выходов и входом разрешения счета с вторым входом второй схемы ИЛИ-НЕ, вход сброса первого двоичного счетчика соединен с входом коммутатора и шиной направления, соединенной через третий инвертор с входом сброса второго двоичного счётчика, тактовые входы двоичных и реверсивного счетчиков соединены с выходом задающего генератора, а входы разрешения и направления счета реверсивного счетчика соединены с щи- ной низкого потенциала.