Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1989 года по МПК H02P8/04 H02P8/24 

1

Изобретение относится к управлению электрическими двигателями и может быть использовано в шаговом электроприводе с высокими требованиями к длительности разгона и торможения.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности отработки заданных перемещений.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг.2 - график распределения зоны малых перемещений на разгонный и тормозной участки.

Устройство (фиг.1) содержит последовательно соединенные коммутатор 1, блок 2 противовключения, усилитель 3 мощности, шаговый двигатель 4, датчик 5 положения ротора, блок 6 формирования сигналов датчика, счетчик 7 шагов, одновибратор 8, элемент 9 задержки .

Элемент 9 задержки соединен с D- триггером 10 и - через первую группу элементов И 11 - 12 соответственно - с группой D-триггеров 13 - 14.

Выход счетчика 7 шагов соединен с первым входом логического компаратора 15 и входом дешифратора 16, подключенного первой группой выходов к входам группы элементов ИЛИ 17, 18, второй группой выходов - к входам второй группы элементов И 19, 20.

Устройство содержит также элемент И 21, группу RS-триггеров 22, 23, RS-триггер 24, третью группу элементов И 25, 26, элемент И 27, соединенный через элемент ИЛИ 28 с входом блока 2 противовключения.

0

5

0

Вторая группа выходов дешифратора 16 через вторую группу элементов И 19, 20, группу RS-триггеров 22, 23, третью группу элементов И 25, 26, второй выход дешифратора 16 через элемент И 21, RS-триггер 24, элемент И 27 через элемент ИЛИ 28 соединены с входом блока 2 противовключения.

Вход элемента НЕ 29 соединен с выходом логического компаратора 15, на вход 30 которого подается код сравнения. Второй выход блока 6 формирования сигналов датчика через элемент ИЛИ 3 Г подключен к входу коммутатора 1. Один из входов блока 2 противовключения связан с выходом элемента ИЛИ 32. Счетчик 7 шагов имеет вход 33 записи.

Устройство работает следующим образом.,

В исходном состоянии счетчик 7 ша- ,гов обнулен, что соответствует высокому уровню на выходе счетчика, и

5 обусловливает сброс D-триггеров 10, 13, 14 и RS-триггеров 22 - 24.

Низкий уровень сигнала на выходе D-триггеров 10, 13, 14 запрещает прохождение сигналов через элементы И

19 - 21, а низкий уровень сигнала на выходе RS-триггеров 22 - 24 через элемент ИЛИ 32 обусловливает работу блока 2 противовключения в режиме коммутации фаз, соответствующую заданному направлению вращения

(входы направления вращения не показаны) . При записи в счетчик 7 шагов цифрового двоичного кода, соответствующего заданному перемещению, на

выходе счетчика появляется низкий уровень сигнала и одновибратор 8 вырабатывает импульс напряжения.

Состояния разрядов счетчика 7 ша- - гов подаются на входы логического компаратора 15 и дешифратора 16.

Логический компаратор 15 предназначен для логического сравнения цифрового кода, подаваемого на вход 30, 10 и кода, поступающего с разрядов счетчика 7 шагов. Высокий уровень на выходе логического компаратора появляется, когда цифровой код с разрядов

счетчика 7 шагов превышает код по входу 30 (N т).

Значение цифрового кода по входу 30 (т) определяется минимальным количеством шагов перемещения, необходимых для разгона шагового двигателя в режиме самокоммутации до максимальной (установившейся) частоты и торможения с этой частоты (п шагов) противовключением (фиг.2)„

Разрядность счетчика 7 шагов выбирается исходя из максимально возможного задаваемого перемещения.Счетчик работает только на вычитание.Дешифратор 16 дешифрирует все возможные состояния счетчика 7 шагов.

15

20

Однако в схеме необходимо задействовать количество выходов дешифратора 16, соответствующее кодовому диапазону (1-m-l). Задействованные выходы дешифратора делятся на две группы: первая группа определяет заданные значения шагов перемещения в диапазоне (1 - т-1); вторая группа определяет необходимые значения шагов торможения противовключением в диапазоне 0 - т-1, соответствующие заданному диапазону (1 - т-1) перемещения .

Сигнал на одном из выходов второй группы дешифратора появляется, когда код на выходе счетчика 7 становится равным n , n, nr и т.д.

При записи в счетчик 7 шагов циф1480079 4

Импульс напряжения с выхода элемента 9 задержки через элемент ИЛИ 31 поступает на коммутатор 1, формирующий первое переключение фаз шагового двигателя через блок 2 противо- включения и усилитель мощности„

Сигналы с датчика 5 через блок 6 формирования и элемент ИЛИ 31, поступающие на коммутатор 1, обеспечивают работу шагового двигателя 4 в режиме самокоммутации о

Сигналы с датчика 5 через блок 6 формирования поступают также на вход счетчика 7 шагов, который с каждым сигналом датчика 5 уменьшает свое состояние на единицу.

Работа шагового двигателя 4 при разгоне и движении на установившейся скорости в режиме самокоммутации продолжается до значения цифрового кода в счетчике 7 шагов, соответствующего величине n (n - число шагов торможения противовключением с мак- 25 симальной частоты самокоммутации). При равенстве кода величине n (т„е0 при поступлении на счетчик 7 шагов (N-n)-ro импульса) сигнал с соответствующего выхода дешифратора 16, проходя через элемент И 21, переводит RS-триггер 24 в единичное состояние. При этом высокий уровень сигнала с выхода RS-триггера 24 разрешает прохождение сигналов с выхода блока 6 формирования через элемент И 27 и через элемент ИЛИ 32 подготавливает блок 2 противовключения на изменение коммутации фаз шагового двигателя на обратную

Последующие импульсы, начиная с (N-n+1)-го, будут отрабатываться с противовключением, т0е. на тормозном участке движения. При поступлении на счетчик 7 шагов (N-l)-ro импульса сигнал с соответствующего выхода дешифратора 16 запрещает прохождение сигналов с датчика 5 на коммутатор I, но не запрещает прохождение этого сигнала на счетчик 7 шагов. После от30

35

40

45

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления с шаговыми двигателями. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности отработки заданных перемещений шаговым двигателем. Устройство содержит элементы ИЛИ 17, 18, 28, 31, 32, элементы И 11, 12, 19-21, 25-27, RS -триггеры 22-24, D-триггеры 10, 13, 14, блок противовключения 2, дешифратор 16, одновибратор 8, логический компаратор 15, элемент 9 задержки и элемент НЕ 29. УСТРОЙСТВО ПОЗВОЛЯЕТ ОСУЩЕСТВИТЬ РАЗБИЕНИЕ ДИАПАЗОНА МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ 0*98N*98M (M - ЧИСЛО ШАГОВ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ РАЗГОНА ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ДО УСТАНОВИВШЕЙСЯ ЧАСТОТЫ) НА ГРУППЫ ЗНАЧЕНИЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И ОДНОЗНАЧНО СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ИМ ЗНАЧЕНИЯ ТОРМОЗНЫХ УЧАСТКОВ. ПРИ ОБРАБОТКЕ ЗАДАННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В УКАЗАННОМ ДИАПАЗОНЕ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ РАЗГОННЫЙ УЧАСТОК И УМЕНЬШАЕТСЯ УЧАСТОК ТОРМОЖЕНИЯ. ЗА СЧЕТ ЭТОГО ПОВЫШАЕТСЯ ОБЩЕЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЕ (УВЕЛИЧЕНИЕ СКОРОСТИ НА УЧАСТКЕ РАЗГОНА И УМЕНЬШЕНИЕ ВРЕМЕНИ ТОРМОЗНОГО ПУТИ) И ТОЧНОСТЬ ПРИ ТОРМОЖЕНИИ (ОДНОЗНАЧНАЯ ПРИВЯЗКА ЗНАЧЕНИЙ ЗАДАННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И ТОРМОЗНЫХ УЧАСТКОВ). 2 ИЛ.

рового кода перемещения N n D-Tpnr- Q работки последнего импульса счетчик гер 10 изменяет свое состояние, так как на выходе логического компаратора 15 - высокий уровень сигнала, а задержанный на элементе 9 импульс напряжения одновибратора 8 поступает 55 на С-вход D-триггера 10. Высокий уровень сигнала на выходе D-триггера 10 разрешает прохождение сигнала через элемент И 21„

7 шагов обнуляется, приводя схему в исходное состояние, при этом нулевое состояние RS-триггера 24 переключает блок 2 противовключения на исходную коммутацию и ротор шагового двигателя находится в точке устойчивого равновесия, так как на фазы шагового двигателя подается диаграмма, соответствующая фиксированной стоянке

работки последнего импульса счетчик

7 шагов обнуляется, приводя схему в исходное состояние, при этом нулевое состояние RS-триггера 24 переключает блок 2 противовключения на исходную коммутацию и ротор шагового двигателя находится в точке устойчивого равновесия, так как на фазы шагового двигателя подается диаграмма, соответствующая фиксированной стоянке

под током в конце отработки заданного перемещения

При записи в счетчик 7 шагов цифрового кода перемещения

ИЛИ1

1

,| (где пт

m

и т : т)

на выхо- 15 - низде логического компаратора

кий уровень сигнала и D-триггер 10

остается в обнуленном состоянии.

На одном из выходов дешифратора (первая группа выходов) появляется высокий уровень сигнала, который, проходя через элемент ИЛИ 17 или 18, поступает на D-вход D-триггера 13 или 14 о

В зависимости от конкретного значения заданного перемещения N : m изменяет свое состояние D-триггер 13 или 14, так как на С-входы через элементы И 11 и 12 проходит задержанный импульс напряжения с одновибратора 8 (на выходе элемента ИЛИ 29 - высокий уровень ).

Шаговый двигатель 4 работает в режиме самокоммутации (разгон) до соответствия значения числа импульсов, поступивших в счетчик 7 шагов, величине (п ,,-п ,) или (mt-na) или до значения кода на выходе счетчика 7 п или n-j.

По достижении указанного значения кода на соответствующем выходе дешифратора 16 (вторая группа выходов) появляется высокий уровень сигнала, который, проходя через элемент И 19 или 20, изменяет состояние RS-тригге- ра 22 или 23 (на выходе D-триггера 13 или 14 - высокий уровень сигнала) о

Высокий уровень сигнала на выходе RS-триггера 13 или 14 через элемент ИЛИ 32 подготавливает блок 2 противо- включения на изменение коммутации фаз шагового двигателя на обратную.

Последующие импульсы, начиная с (m.f-n,,+ l) или ( )-го, будут отрабатываться с противовключением, т.е. на тормозном участке движения.

При поступлении на счетчик 7 шагов предпоследнего импульса (N-1) и после отработки последнего импульса схема работает по описанной выше процедуре.

Таким образом, разбиение диапазо10

15

20

ных отрезков п,, п. зоне малых перемещений увеличить разгонный участок и обеспечить быстродействие и точность торможения. В результате по сравнению с прототипом достигается общее повышение быстродействия и точности отработки шагового двигателя,

Разбиение диапазона на группы значений и параметры пц, п и т.д. и п,,, п и т0д„ осуществляется для конкретного шагового привода путем математического и физического моделирования .

Устройство может быть использовано в прецизионных замкнутых системах управления шаговыми двигателями, в которых предъявляются высокие требования к быстродействию и точности отработки как в больших, так и в малых диапазонах заданных перемещений „ Формула изобретения

25

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и второй элементы ИЛИ, коммутатор, усилитель мощности,шаговый двигатель,дат30 чик положения ротора, блок формирования сигналов датчика, счетчик шагов, RS-трмггер и элемент И, подключенный первым входом к выходу RS-триггера, R-вход которого соединен с вы2д ходом счетчика шагов, вход счетчика шагов подключен к первому выходу блока формирования сигналов датчика, соединенного входом с выходом датчика положения ротора, соединенного с

40 валом шагового двигателя, входы которого подключены к выходам усилителя мощности, отличающее- с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности отработки за45 данных перемещений, в него введены третий элемент ИЛИ, группа элементов ИЛИ, второй элемент И, первая, вторая и третья группы элементов И, группа RS-триггеров, D-триггер, группа D5о триггеров, причем число элементов во всех группах одинаково, блок про- тивовключения, дешифратор, одновиб- ратор, логический компаратор, эле-, мент НЕ и элемент задержки, подклюна малых перемещений 0 на труп-55 ченный входом к выходу одновибратора,

пы значений m

f

in

(число значении равно числу элементов в группах заданных перемещений) и однозначно соответствующие им значения тормоз

позволяет в

- -

10

15

20

ных отрезков п,, п. зоне малых перемещений увеличить разгонный участок и обеспечить быстродействие и точность торможения. В результате по сравнению с прототипом достигается общее повышение быстродействия и точности отработки шагового двигателя,

Разбиение диапазона на группы значений и параметры пц, п и т.д. и п,,, п и т0д„ осуществляется для конкретного шагового привода путем математического и физического моделирования .

Устройство может быть использовано в прецизионных замкнутых системах управления шаговыми двигателями, в которых предъявляются высокие требования к быстродействию и точности отработки как в больших, так и в малых диапазонах заданных перемещений „ Формула изобретения

25

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и второй элементы ИЛИ, коммутатор, усилитель мощности,шаговый двигатель,дат30 чик положения ротора, блок формирования сигналов датчика, счетчик шагов, RS-трмггер и элемент И, подключенный первым входом к выходу RS-триггера, R-вход которого соединен с вы2д ходом счетчика шагов, вход счетчика шагов подключен к первому выходу блока формирования сигналов датчика, соединенного входом с выходом датчика положения ротора, соединенного с

40 валом шагового двигателя, входы которого подключены к выходам усилителя мощности, отличающее- с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности отработки за45 данных перемещений, в него введены третий элемент ИЛИ, группа элементов ИЛИ, второй элемент И, первая, вторая и третья группы элементов И, группа RS-триггеров, D-триггер, группа D5о триггеров, причем число элементов во всех группах одинаково, блок про- тивовключения, дешифратор, одновиб- ратор, логический компаратор, эле-, мент НЕ и элемент задержки, подклюа выходом - к первому входу третьего элемента ИЛИ, первым входом элемента И первой группы, С-входу D-триггера, D-вход которого соединен с выходом

логического компаратора и входом элемента НЕ, подключенного выходом к вторым входам элементов И первой группы, R-входы всех триггеров сое- динены с входом одновибратора и первым выходом счетчика шагов, второй выход которого подключен к первому входу логического компаратора и входу дешифратора, первый выход которо- го соединен с вторым входом блока формирования сигналов датчика, первая группа выходов дешифратора - с входами соответствующих элементов группы элементов ИЛИ, вторая группа выходов дешифратора - с первыми входами соответствующих элементов И второй группы, второй выход дешифратора - с первым входом второго элемента И, соединенного вторым входом с выходом D-триггера, а выходом - с S-входом RS-триггера, выход каждого элемента группы ИЛИ подключен к D-вхо ду соответствующего триггера группы D-триггеров, соединенных С-входами с выходами соответствующих элементов И первой группы, а выход каждого триггера группы D-триггеров соединен с вторым входом соответствующего элемента И второй группы, выходы каждого из которых соединены с S-входом соответствующего триггера группы RS-триггеров, выход каждого из которых подключен к первому входу соответствующего элемента И третьей группы и к соответствующему входу первого элемента ИЛИ, соединенного дополнительным входом с выходом RS-триггера, а выходом - с первым входом блока противовключения, подключенного выходом к входу усилителя мощности, а вторым входом - к выходу коммутатора, вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ и с вторыми входами элемента И и элементов И третьей группы, выход каждого из которых подключен к соответствующему входу второго элемента ИЛИ, соединенного дополнительным входом с выходом элемента И, а выходом - с третьим входом блока противовключения, причем второй выход блока формирования сигналов датчика подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ, а второй вход логического компаратора соединен с шиной записи кода сравнения.

Фиг. 2