Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1989 года по МПК G05B19/02 

ь ЭО

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для многорежимного однополярного и разнополярного управления трех- и четырехфазными шаговыми двигателями с активным ротором. Цель изобретения - расширение области применения за счет обеспечения всех возможных однополярных и разнополярных симметричных и несимметричных режимов коммутаций фаз трехфазного и четырехфазного шаговых двигателей. Устройство содержит первую и вторую группы усилителей мощности со средними точками, четырехразрядный двоичный счетчик, инвертор, два трехпозиционных переключателя, логические элементы 2И-НЕ, 2И, 2ИЛИ, 3И, три элемента неравнозначности, первую и вторую группы мультиплексоров с четырьмя информационными входами шины управления режимом, два мультиплексора с двумя информационными входами. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для многорежимного однополярного и разнополярного управления трех- или четырехфазными шаговыми двигателями с активным ротором в системах дискретного привода с числовым программным управлением.

Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет обеспечения всех возможных однополярных и разнополярных симметричных и несимметричных режимов коммутаций обмоток трех- и четырехфазных шаговых двигателей.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства для управления трех- и четырехфазными шаговыми двигателями; на фиг.2 и 3 - номограммы электрических положений векторов электромагнитных моментов при однополярных и разнополярных режимах коммутации фаз соответственно трех- и четырехфазных шаговых двигателей .

Устройство (фиг.1) содержит первый Ес, и второй ЕСг источники питания силовой части с противоположными полярностями, источник питания

логической части ЕЛ, первую 1.1-1.4. и вторую 2,1-2.4 группы усилителей мощности, средние точки 3.1-3.4 усилителей мощности, фазные обмотки трехфазного 4,1-4с.3 и четырехфазного 5.1 шаговых двигателей, общую шину 6 питания устройства, четырехразрядный двоичный счетчик 7 импульсов с шинам установки в исходное нулевое состоя- ние Уст.О, тактирования Т и реверса Реверс, инвертор 8, первый 9 и второй 10 трехпозиционные переключа- тали режима коммутации фаз, логические элементы 2И-НЕ 11, 2И 12, 2ИПИ 13, первый 14, второй 15 и третий 16 элементы неравнозначности элемент ЗИ 17, первую группу мультиплексоров с четырьмя информационными входами 18,1-18.4 с общей шиной стробирова- ния Строб , вторую группу мультиплексоров с четырьмя информационными входами 19.1-19.4 с общей шиной стробирования Строб 2, первую 20 и вторую 21 шины управления режимом коммутации, первый 22 и второй 23 мультиплексоры с двумя информационными входами

Устройство работает следующим образом.

Перед созданием каждого из возможных режимов коммутации фаз трехфазного или четырехфазного шагового двигателя двоичный счетчик 7 по команде Уст.О устанавливается в нулевое исходное состояние. В зависимости от требуемого направления вращения двигателя к шине Реверс счетчика 7 прикладывается нулевой или единичный логический уровень потенци ала. Задание определенного режима коммутации фаз трех- или четырехфазного шагового двигателя осуществляется путем приложения к шинам 20 и 21 и Строб 2 требуемой комбинации нулевых и единичных логических уровней потенциалов, а также установкой трехпозиционных переключателей 9 и 10 на соответствующие позиции,

В табл91 и 2 показаны управления режимов переключения фаз соответственно трех- и четырехфазных шаговых двигателей.

Все режимы однополярной коммутации фаз трех- или четырехфазных ша- говых двигателей создаются при приложений единичного уровня потенциала (равного напряжению источника питания логической части Е) к шине

Q 5 0 5

0

5 0 с

.

0

стробирования Строб 2 второй группы мультиплексоров 19.1-19.4. При этом на выходах мультиплексоров 19.1-19.4 возникают нулевые потенциалы, которые поддерживают соответствующие усилител и 2.1-2.4 мощности второй группы в постоянно запертых состояниях. Это приводит к работе усилителей 1.1-1.4 мощности первой группы только от одного из источников питания силовой части (+ЕСд) и в результате к протеканию фазных токов через обмотки управления шагового двигателя только в одном направлении. Переход же от одного однополярного режима к другому осуществляется с помощью трехпозиционных переключателей 9 и 10.

Для создания разнополярных мов коммутации к шине Строб 2 прикладывается нулевой логический потенциал. Это приводит к включению в процесс функционирования устройства.также мультиплексоров 19.1-19.4 второй группы и усилителей 2.1-2.4 мощности второй группы. А переход от одного разнополярного режима к другому осуществляется с помощью трехпозиционных переключателей 9 и 10.

Устройство подготавливается к режимам управления четырАсфазным шаговым двигателем при приложении к шине 21 нулевого потенциала. При этом запирается по входам элемент ЗИ 17 и на его выходе возникает нулевой потенциал. В результате этого на V-вхо- де разрешения параллельной записи информации счетчика 7 поддерживается постоянный нулевой потенциал,что позволяет ему функционировать в качестве обычного двоичного четырехразрядного счетчика с коэффициентом пересчета А постоянный нулевой потенциал на первых входах элементов 14-16 неравнозначности придает им логические функции повторения на своих выходах информации, поступающей к их вторым входам.

Подготовка же устройства к режимам управления трехфазными шаговыми двигателями осуществляется путем приложения к шине 21 единичного потенциала. При этом к первому входу элемента ЗИ 17 прикладывается единичный потенциал, что позволяет после установки третьего (ЗР) и четвертого (4Р) разрядных выходов счетчика 7 в

51

единичные состояния осуществить его автоматический переход в исходное состояние. Благодаря этому счетчиком 7 как при прямом (на шине Реверс присутствует нулевой потенциал, так и при обратном (на шине Реверс единичный потенциал) порядках его работы удается обеспечить коэффициент пересчета , При этих режимах элемен- ты 14-1Ь неравнозначности настраиваются на выполнение логической функции инверсии информации, поступающей к их вторым входам.

При наличии нулевого потенциала на шине 21 (т„е„ при управлении че- тырехфазным двигателем) выбираются первые информационные входы мультиплексоров 22 и 23. В результате этого усилители 2.2 и 2.3 переключают- ся соответственно от сигналов мультиплексоров 19.2 и 19.3. При наличии единичного потенциала на шине 21 (т.е. при управлении трехфазным двигателем) выбираются вторые информа- ционные входы мультиплексоров 22 и 23. Благодаря этому усилители 2.2 и 2.3 переключаются, наоборот, от сигналов мультиплексоров 19.3 и 19.2. Это позволяет обеспечить требуемые циклограммы переключения фаз в отдельности трехфазного и четырехфазно- го шаговых двигателей.

При любом из возможных режимов коммутации фаз трех- или четырехфаз- ных шаговых двигателей потактное поступление импульсов на шину Т приводит к определенному переключению разрядных выходов счетчика 7 и соответствующих адресных входов мультиплек- соров 18 и 19. Благодаря этому происходят поочередная передача потенциалов, присутствующих на их информационных входах, и соответствующие переключения усилителей 1 и 2 мощности. Это создает определенные циклограммы коммутации фаз шаговых -двигателей.

В связи с тем, что мультиплексо ры 18 и 19 по адресным входам управляются от третьего или четвертого разрядов счетчика 7, а их определенные информационные входы через переключатели 9 и 10 и логические элементы П-16 подключаются к постоянным (нулевым и единичным) потенциалам или же к выходам первого и второго разрядов этого же счетчика 7, то смена их выходных потенциалов и соответствующие переключения усилителей 1 и

5 0 5 0

0 5

5

711&

2 и управляющих фаз двигателей в 12- и 16-тактных режимах коммутации происходят при поступлении каждого тактирующего импульса на Т-вход счетчика 7, в шести и восьмитактных режимах ерез один импульс, а в трех- и четырехтактных режимах - через три импульса.

Формула изобретения

1, Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и второй источники питания силовой части противоположных полярностей, источник питания логической части, об- , щую шину источников питания, две группы из трех усилителей мощности, коммутирующих фазовые обмотки шагового двигателя, первая из которых соединена с первым источником питания силовой части, вторая - с вторым источником питания силовой части, а их выходы объединены соответственно между собой и соединены с фазовыми обмотками шагового двигателя, первую группу из трех мультиплексоров с четырьмя информационными входами, соединенных, своими выходами с управляющими входами усилителей мощности первой группы, вторую группу из трех мультиплексоров с четырьмя информационными входами, выход первого из которых соединен с управляющим входом первого усилителя мощности второй группы, четырехразрядный двоичный счетчик импульсов с четырьмя информационными входами, с входами тактирования, реверса, обнуления и разрешения параллельной записи информации, третий и четвертый разрядные выходы которого соединены соответственно с адресными входами мультиплексоров с четырьмя информационными входами первой группы, инвертор, вход которого соединен с шиной реверса устройства первый и второй трехпозиционные переключатели режимов коммутации фаз, выводы первых позиций которых соединея ны соответственно с первым и вторым разрядными выходами счетчика импульсов, выводы вторых позиций соединены с источником питания логической части, а выводы третьих позиций - с общей шиной источников питания, элемент 2И-НЕ, входы которого соединены соответственно с общими выводами первого и второго трехпозиционных переключателей, а выход - с первым, вторым, третьим и четвертым информационными входами соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя информационными входами первой группы, первую и вторую шины стробирования, соединенные соответственно с входами стробирования мультиплексоров с четырьмя информационными входами первой и второй групп, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения всех возможных однополярных и разнололяр- ных симметричных и несимметричных режимов коммутаций обмоток трехфазного и четырехфазного шаговых двигателей, дополнительно содержит в каждой группе усилителей мощности четвертые усилители, в каждой группе мультиплексоров с четырьмя информационными входами - четвертые мультиплексоры, элемент 2И, элемент 2ИЛИ, элемент ЗИ, первый, второй и третий элементы неравнозначности, первый и второй мультиплексоры с двумя информационными входами и две шины управления режимом коммутации, причем дополнительно введенные усилители мощности соединены соответственно с первым и вторым источниками питания силовой части, их выходы объединены между собой и соединены с фазной обмоткой шагового двигателя, а их управляющие входы подключены соответственно к выходам дополнительно введенных четвертых мультиплексоров с четырьмя информационными входами первой и второй групп, вход стробирования четвертого мультиплексора с четырьмя информационными входами первой группы объединен с первой шиной стробирования и соединен с общей шиной источников питания, а его адресные входы соединены соответственно с третьим и четвертым разрядными выходами счетчика импульсов , вход стробирования четвертого мультиплексора с четырьмя информационными входами второй группы соединен с второй шиной стробирования, второй, третий, четвертый и первый информационные входы соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя информационными входами первой группы соединены с первой шиной управления режимом коммутации, третий информационный вход первого мультиплексора с че0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тырьмя информационными входами первой группы соединен с выходом элемента 2И, первый вход которого соединен с второй шиной управления режимом коммутаций, с первыми входами всех элементов неравнозначности, элемента ЗИ, с вторым информационным входом третьего мультиплексора с четырьмя информационными входами второй группы и с адресными входами первого и второго мультиплексоров с двумя информационными входами, а его второй вход - с общим выводом первого трехпозиционио- го переключателя, четвертый, первый, второй и третий информационные входы соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя информационными входами первой группы соединены с общим выводом первого трехпозиционного переключателя, четвертый информационный вход четвертого мультиплексора первой группы соединен с выходом элемента 2И-НЕ, остальные информационные входы мультиплексоров с четырьмя информационными входами первой и второй групп и первый, третий информационные входы счетчика импульсов соединены с общей шиной источников питания, входы элемента 2ИЛИ соединены соответственно с общими выводами первого и второго трехпозиционных переключателей, а выход - с вторым входом первого элемента неравнозначности, выход которого соединен с вторым, третьим, четвертым и первым информационными входами соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя информационными входами второй группы, второй вход второго элемента неравнозначности соединен с третьим разрядным выходом счетчика импульсов, а выход - с первыми адресными входами всех мультиплексоров с четырьмя информационными входами второй группы, второй вход третьего элемента неравнозначности соединен с четвертым разрядным выходом счетчика импульсов, а выход - с вторыми адресными входами всех мультиплексоров с четырьмя информационными входами второй группы, второй и третий входы элемента ЗИ соединены соответственно с третьим и четвертым: разрядными выходами счетчика импульсов, а выход - с входом разрешения параллельной записи кода в счетчик импульсов, третий,

четвертый, первый и второй информационные входы соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя информацией- ными входами второй группы соединены с источником питания логической части, вход реверса счетчика импульсов соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к второму и чет- вертому информационным входам счетчика импульсов, выход второго мульти- . плексора с четырьмя информационными входами второй группы соединен с первым информационным входом первого и с вторым информационным входом второго мультиплексоров с двумя информационными входами, выход третьего мультиплексора с четырьмя информационными входами второй группы соединен с вторым информационным входом первого и с первым информационным входом второго мультиплексоров с двумя информационными входами, а выходы первого и второго мультиплексоров с двумя

информационными входами соединены соответственно с управляющими входами второго и третьего усилителей мощнос- ти второй группыо

+3, -1, -4-+3, -1-+3, -1, -2-+3, +4, -1, -2-+4, -1, , -2-+4, -2, -1- И, +4, -2, , -2, -3-+1, -3-...

+1П-3)

-з(

+2Н,-з)

- (Ч+з)

H-J

+ 2,т

+Д-Ч-

+ 2,-J

,-г

00

JK-г;

+«,-/,-з

,-,-z

4-7

. Z

Q

сз

«о

§