Устройство для управления многофазным двигателем возвратно-поступательного движения Советский патент 1988 года по МПК H02P7/62 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению возвратно-поступательным движением многофазных электродвигателей, в частности мотор-подшипников.

Целью изобретения является расширение функциональн ых возможностей путем регулирования скорости и длины перемещения подвижного элемента дви- гателя.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема первого задатчика кода с ручным управлением; на фиг.З -.схема второ- го задатчика кода с ручным управлением; на фиг.4 - таблица состояний реверсивного сдвигового регистра и управляемого делителя частоты.

Устройство для управления много- фазным двигателем возвратно-поступательного движения содержит ключевые усилители 1 мощности (фиг.1) по числу фаз, каждьй из которых снабжен управляющим входом 2 и входом 3 за- Дания напряжения, а выходами подключен к соответствующей катущке 4 индикатора мотор-подшипника 5, реверсивный сдвиговый регистр 6,снабженный информационными (установочны- ми) входами R и S в каждом разряде, тактовым С-входом и входом tl направления,управляемый делитель 7 . частоты, снабженный информационными D-входами в каждом разряде, входом РЕ рарешения- записи, тактовым С-входом и R-входом сброса, генератор 8 тактовых и ульсов регулируемой частоты, первьш 9 и второй 10 D-триг- геры, первый одновибратор 11, вхо- дом подключенный к источнику питания, второй одновибратор 12, снабженный прямым и инверсным вькодами, третий одновибратор 13, первьй -задат чик 14 кода,снабженный прямым и ин- версным выходами в каждом кодовом разряде, второй задатчик 15 кода, снабженный-двумя входами 16 и 17, первый 18 и второй 19 элементы запрета, инветор 20, первый 21 и вто- рой 22 элементы 2И и преобразователь 23 частота - напряжение. Информационные S-входы регистра 6 соединены с прямыми, а R-входы - с инверсными вькодами первого задатчика 14 кода, вход которого подключен к выходу первого одновибратора 11,К-вхо- дам сброса делителя 7 частоты и первого D-триггера 9, управляющему

д

0 5 0 с д з ..,

5

входу второго элемента 19 запрета и S-входу второго D-триггера 10,В-вход которого соединен с нулевой шиной, тактовый С-вход - с выходом делителя 7 частоты и входом инвертора 20, прямой и инверсный выходы - с первыми входами первого 21 и второго 22 элементов 2И, вторые входы которых подключены к прямому выходу второго одновибратора 12, вход которого через второй элемент 19 запрета соединен с выходом инвертора 20, тактовьм С- входом первого В-тригг-ера 9 и управляющим входом первого элемента 18 запрета, инверсньй. выход. - с входом третьего одновибратора 13, выходом подключенного к входу РЕ разрешения записи делителя 7 частоты, тактовый С-вход которого соединен с тактовым С-входом регистра 6 и выходом первого элемента 18 запрета, а информационные В входы делителя 7 частоты - с разрядными выходами второго задатчика 15 кода, первый вход 16 которого соединен с выходом первого элемента 2И 21, а второй вход 17 - с выходом второго элемента 2И 22, причем инверсный выход первого D-триггера 9 соединен с его D-входом и входом направления регистра 6,вход первого элемента 18 запрета соединен с выходом генератора 8 и входом преобразователя 23 частота - напряжение, выход которого подключен к входам 3 задания напряжения ключевых усилителей 1 мощности, управляющими входами 2 подключенных к выходам разрядов регистра 6 .

. Первый задатчик 14 кода содержит диодную матрицу, построенную на диодах 24-Зв (фиг.2), к входам которой подключены многопозиционный переключатель 34,. с входом 35, являющимся входом задатчика 14 кода, а выходы через регистры 36-39 соединены с нулевой шиной и подключены к входам инверторов 40-43.

Второй задатчик 15 кода содержит диодную матрицу, построенную на диодах 44-75 (фиг.З), входы которой подключены к многопозиционным.переключателям 76 и 77 через диоды 78 - 85 и 86-93 соответственно, причем вход переключателя 76 является входом 16 задатчика 15 кода, а вход переключателя 77 - его входом 17.Выходы диодной матрицы, подключенные через резисторы 94-97 к нулевой ши3. 1

не, соединены поразрядно с S-вхо- дами RS-триггеров 98-101 и через инверторы 102-105 с R-входами этих триггеров, причем выходы триггеров 98-101 являются выходами разрядов второго задатчика 15 кодов.

В качестве задатчиков 14 и 15 кодов могут также использоваться программирующие устройства или процессор управляющей ЭВМ.

Устройство для управления многофазным двигателем возвратно-поступательного движения работает следующим образом.

При включении питания выходной импульс одновибратора 11 устанавливает в нулевое состояние управляемый делитель 7 частоты и первьи D- триггер 9, а в единичное состояние - второй D-триггер 10, а также запрещает прохождение- сигнала через второй элемент 19 запрета по его пря- мому входу. Этот же импульс, поступая на вход первого задатчика 14 кода, вызьгоает появление на его параллельных выходах кодовой комбина- ;ции, соответствующей заданному количеству одновременно включаемых катушек 4. индуктора мотор-подшипника 5j запись 1 в младише разряды регистра б, включение соединенных с этими .разрядами входами 2 ключевых усилителей 1 мощности и соответству- .ющих катушек 4„ Уровень О на выходе СО делителя 7, обусловленный его нулевым состоянием, вызывает появление уровня 1 на выходе инвертора 20 и на инверсном входе первого элемента 18 запрета, запрещая прохождение импульсов тактового генератора. 6 на тактовые С-входы регистра 6 и делителя 7. Одновременно нулевым состоянием первого D-триггера 9 обусловлен уровень 1 на входе направления регистра 6, чем предопределен сдвиг информа1щи в регистре в прямом направлении (от младших разрядов к старпшм) ,

После прохождения одиночного импульса на выходе одновибратора 11 и на инверсном входе второго элемента 19 запрета устанавливается уровень О, чем разрешается прохождение уровня 1 с выхода инвертора 20 на вход второго одновибратора 12, запуск последнего и появление на его прямом выходе й myльca положительной полярности, поступающего на вторые

1 71 53

0

5

0

5

0

5

0

5

0

входы первого 21 и второго 22 элементов 2И и проходящего на вход 16 второго задатчика 15 кода через элемент 2И 21, что об5 словлено единичньм состоянием второго D-триггера 10. При этом на выходе второго задатчика 15 кода появляется двоичный код числа, соответствующего максимальной емкости делителя 7 частоты.

После прохождения импульса второго одновибратора 12 положительный перепад напряжения на его инверсном выходе запускает третий одновибратор. 13, импульс которого, поступая на вход РЕ делителя 7 частоты, обеспечивает запись в делитель информадаи с выходов второго задатчика 15 кода, появление уровня 1 на вькоде СО делителя 7 и переход в нулевое состояние второго D-триггера 10, а также появление уровня О на выходе инвертора 20 и на инверс.ном входе первого элемента 18 запрета, чем разрешается прохождение тактовых им-, пульсов, вырабатываемых генератором 8, на тактовые С-входы регистра 6 и делителя 7.

Поскольку при.включении устройства положение реактивного подвижного элемента мотор-подшипника 5 относительно индуктора является неопределенным, переключение электромагнитной волны после включения должно осуществляться по всей длине индуктора (от первой до последней катушки 4). При этом электромагнитная волна, подходя к месту расположения реактивного элемента, увлекает его за собой, позволяя в дальнейшем задавать крайние положения и регулировать длину перемещения.

При количестве катушек 4 в индукторе (и количестве разрядов регистра 6), равном N, и количестве одновременно включаемых катушек, равном М N, количество тактов, обеспечивающих прохождение электромагнитной волны по всей длине индуктора, определяется числом N - (М-1), а количество разрядов делителя 7, достаточ- но$ для счета тактов при таком прохождении, определяется из соотношения

55

п-

N - (М - 1) и 2

Дальнейшая работа устройства поясняется таблицей состояний регистра 6

51

и делителя 7 (фиг,4). В приведенном в таблице примере количество катушек А, равное количеству разрядов регистра 6, N 12, количество одновременн включаемых катушек М 4, количество тактов, обеспечивающих прохождение электромагнитной волны индуктора по всей его длине, N - (М - 1) 9. При этом 2 «i. 2 и количество разрядов делителя 7 п .4,

Так как каждая катушка 4 (фиг.1) Индуктора мотор-подшипника 5 и кажды ключевой усилитель 1 мощности могут иметь два состояния - Включено и Выключено, двоичное число V в разряде регистра 6 вызывает включение соответствующих ключевого усилителя

Iмощности и катушки 4, а двоичное число О в разряде .регистра- 6 удерживает соответствующие ключевой усилитель 1 мощности и катушку 4 в выключенном состоянии.

Как видно из таблицы состояний (фиг.4), при В1шючении питания (нулевой такт, пуск) двоичное число 1 записывается в 1-й, 2-й, 3-й и 4-й разряды регистра 6 (в остальные разряды с 5-го по 12-й включительно, записывается двоичное число 0),Одновременно делитель устанавливается в нулевое состояние с принудительной записью в него двоичного четырехразрядного числа 0000,. После прохождения лмпульса первого одновибратора

IIв делитель 7 записывается запрограммированное вторым задатчиком 15 кода (по входу 16) двоичное четьфех- разряднре число 1000 (нулевой такт, запись)5 соответствующее максимальному количеству тактов, равному 9 и обеспечивающему перемещение электромагнитной волны в индукторе от первой до последней (12-й) катушки.

При каждом последующем такте, опр деляемом прохождением на тактовые С-входы регистра 6 и делителя 7 им-, пульса с выхода генератора 8 регулируемой частоты, происходит сдвиг, н один разряд информации в регистре 6 и уменьшение на единицу содержимого делителя 7 частоты. При сдвиге на один разряд информации в регистре 6 выключается первая из четырех включенных катушек 4 и включается первая последующая катушка, чем обеспечивается перемещение электромагнитной волны в индукторе и реактивного подвижного элемента мотор-подшипника 5.

71586

После -прохождения 8-го импульса на тактовые С-входы регистра 6 и делителя 7 частоты (8-й такт) логическое число 1 оказывается записанным в 9-й, 10-й, 11-й и 12-й разрядые регистра 6, при этом включены 9-я, 10-я, 11-я и 12-я катушки 4 индуктора. Содержимое делителя 7 частоты

Q при этом становится равным двоичному, четьфехразрядному числу 0000, что вызывает noHBJieiMe уровня О на выходе СО делителя 7 и -уровня 1 на выходе инвертора- 20, переход в

5 единичное состояние первого D-триг- гера 9 и появление уровня О на входе направления сдвигового регистра 6, предопределяющего дальнейший сдвиг инфopмalц и в регистре в обратном

Q направлении (от старших разрядов к младшим).Одновременно уровнем 1 на выходе инвертора 20 запускается описанный выше механизм записи в делитель 7 частоты следующего двоич5 ного числа, запрограммированного вторым задатчиком 15 кода и определяющего длину обратного перемещения реактивного элемента мотор-подшипника 5, Приведенный в таблице (фиг.4)

Q пример предусматривает такое перемещение от 12-й до 2-й (включительно) катушки индуктора. При этом количество тактов, осуществляющих- обратное перемещение, равно N - (М - 1) 11 - - (4-1) 8 и в делитель 7 запи сыва- ется двоичное четьфехразрядное число 0111 (8-й такт, запись).

После выполнения запрограммированного количества тактов двоичное число 1 оказьгоается записанным в 2-й, 3-й, 4-й и 5-й разряды регистра 6, содержимое делителя 7 0000, на выходе.инвертора 20 появляется уровень 1, переводяш 1Й первый D-триг- гер, 9 в нулевое состояние,. чем предопределяется дальнейший сдвиг информации в регистре 6 в прямом направлении, запускающий механизм записи следующего запрограммированного задатчиком 15 кода числа в делитель 7 (15-й такт, запись, перемещение с 2-й по 10-ю катушки индуктора мотор- подшипника 5, четырехразрядное двоичное число 0101). Дальнейшая работа устройства аналогична описанной.

Скорость перемещения электромагнитной волны в индукторе и подвижного реактивного элемента мотор-подшип5

0

5

0

7

ника 5 определяется скоростью (частотой) смены тактов, что, п свою очередь, определено частотой тактовых импульсов генератора 8. Регулирование частоты генера.тора 8 позволяет в широких пределах регулировать скорость перемещения реактивного элемента .

Для обеспечения правильного соотношения между частотой переключения и напряжением питания катушек А при частотном регулировании скорости,

f

определяемого выражением - const,

где f - частота переключений; U - напряжение питания катушек 4 индуктора, на входы 3 задания напряжения ключевых усилителей 1 мощности с выхода преобразователя 23 частота - напряжение, входом подключенного к выходу генератора 8, подается напряжение, являющееся линейной функцией частоты генератора 8.

Таким.образом, изменение двоичного числа,записываемого из первого за- датчика 14 кода в регистр 6 при вклю ,чении питания, позволяет изменять количество одновременно включаемьк катушек 4 индуктора, изменение в процессе работы устройства двоичного числа, записываемого в каждом такте из второго задатчика 15 кода в де- литель 7, позволяет регулировать длину перемещения реактивного элемента мотор-подшипн ика 5 при его возвратно-поступательном движении без остановки и переналадки устройства, а регулирование частоты тактовых импульсов, вырабатываемых генератором 8,. позволяет регулировать в процессе работы устройства скорость линейного перемещения подвижного реактивного элемента мотор-подшипника 5.

Формула изобретения

,

Устройство для управления многофазным двигателем возвратно-поступательного движения, содержащее ключевые усилители мощности по числу фаз, управляемый делитель частоты, регистр, генератор тактовых импульсов.

10

15

20

25

30

-

0

0

5

D-триггер и одновибратор, подключенный входом к источнику питания, первый и второй задатчики кода, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем регулирования скорости и длины перемещения подвижного элемента двигателя, дополнительно введены первый и второй элементы запрета, инвертор, первый и второй элементы 2И, второй и третий одновиб- раторы, второй D-триггер, преобразователь частота-напряжение, ключевые усилители мощности снабжены входами задания напряжения, регистр вьшолнен реверсивным сдвиговым, его информационные входы соединены с выходами первог.о задатчика кода, вход которого подключен к выходу одновибрато- ра, к входам сброса делителя частоты и первого D-триггера, управляющему входу второго элемента запрета и S-ВХОДУ второго D-триггера, D-вход которого соединен с нулевой шиной, тактовый вход - с выходом делителя частоты и входом инвертора, прямой и инверсный выходы - с первыми входами обоих элементов 2И, вторые входы которых подключены к прямому выходу второго одновибратора, вход которого через второй элемент запрета соединен с выходом, инвертора, тактовым входом первого D-триггера и управляющим входом первого элемента запрета, инверсный выход - с входом третьего одновибратора, выход которого подключен к входу разрешения записи делителя частоты, тактовый вход которого соединен с вькодом первого элемента запрета и тактовым входом регистра, а информационный вход делителя - с выходом второго задатчика кода, входы которс го соединены с выходами элементов 2И, причем инверсный выход первого D-триггера соединен с его D-входом л входом направления регистра, вход первого элемента запрета соединен с генератором импульсов и входом преобразователя частота-напряжение, выход которого подключен к входам задания напряжения ключевых усилителей мощности, управляющими входами соединенных с выходами разрядов регистра.

35

1417158

Изобретение отностися к электротехнике, а именно к системам-.управления электроприводом возвратно-по- ступательног о движения, и может быть использовано в металлообработке, стан- станкостроении, текстильном машиностроении, приборостроении, робототехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения регулирования длины и скорости перемещения подвижного элемента двигателя. Это достигается обеспечением перемещения электромагнитной волны в индукторе путем последовательного переключения катушек 4 индуктора 5, обусловленного сдвигом информации в двоичном реверсивном, регистре 6, управляющем усилителями мощности 1, реверсирования перемещения изменением направления сдвига регистра 6 делителем частоты 7, регулирования длины перемеще шя за счет изменения тачек реверсирования регистра путем изменения двоичных чисел, записыва- . емых в делитель частоты 7 после каждого перемещения, регулирования скорости перемещения изменением частоты тактовых импульсов генератора 8. При включении питания рдновибратор 11 вырабатывает импульс, записьшающий через задатчик кода 14 начальную ин- формаи;ию о числе одновременно вклю- чаемьлх катушек 4 в регистр 6. Затем проводится последовательное, включе- - ние катушек 4 для возврата подвижного элемента в исходное положение. В дальнейшем длина перемещения определяется задатчиком кода 15. а S tam

mvu 111.1