Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1989 года по МПК H02P8/20 

315

Изобретение относится к технике управления электрическими машинами и может быть использовано в реверсивном дискретном электроприводе с ограниченным диапазоном перемещения.

Цель изобретения - повышение надежности .

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для управления шаговым двигателем.

Устройство для управления шаговым двигателем содержит коммутатор 1, первый триггер 2, датчики 3 предельных положешп объекта, переключатель 4 импульсов синхронизации, счетчик 5, распределитель б импульсов,.многоканальный выходной усилитель 7, второй 8 и третий 9, триггеры, первый 10 и второй П мультиплексоры, при- чем входы коммутатора I соединены с. шинами Направление, Режим, тактовой шиной, выходом первого триггера 2 и его установочными входами, которые подключены к соответствующим вы- ходам датчика 3 предельных положений объекта, первый выход коммутатора 1 подключен к установочному входу R второго триггера 8 и третьему информационному входу первого мультилексо- ра 10, второй выход коммутатора 1 соединен с.установочным входом S второго триггера 8 и вторым информа- плонным входом второго мультиплексора }1, прямой выход второго трпгге- ра 8 подключен к первым (младшим) адресным входам Л первого 10 и второго 11 мультиплексоров, вторые (старшие) адресные входы В которых соединены с прямым выходом третьего триггера 9 и первым входом управления переключателя 4 и п7ульсов синхронизации, второй вход управления кото- рого подключен к инверсному выходу третьего триггера 9, информационный вход которого соединен с инверсным выходом второго триггера 8, а тактовый вход третьего триггер 9 связан с выходом счетчика 5-, вход которого соединен с третьим выходом переключа- теля 4 импульсов синхронизации, пер- вый и второй выходы которого соединены с cooтвeтcтвyIшu-I яI входами распределителя б имнульсов, выхода которого подключены к входам многоканаль- ного выходного усилителя 7, нервый и второй входы направления переключателя 4 импульсов синхронизации соединены с выходами соответственно первого 10 и второго 11 мультиплексоров а первый информационный вход первого 10 и четвертый ипформационпый вход второго 11 мультплексоров объединены и подключены к шине Частота приемистости .

Переключатель 4 импульсов синхронизации содержит с первого по четвертый вентили 12-15 и элемент ИЛИ 15, выход которого является третьим выходом переключателя 4, первый вход элемента ШШ 16 связан с выходом BTQ рого вентиля 13, первый вход которого объединен с вторым входом первого вегггиля 12 и подключен к второму, входу управления нереключателя 4, втрой вход элемента ИЛИ 16 связан с выходом третьего вентиля 14, второй вход которого объединен с первым входом четвертого вентиля 15 и подключен к первому входу управления переключателя 4, первые входы первого 12 и третьего 14 вентилей и вторы входы второго 13 и четвертого 15 вентилей соединены соответственно с первым и вторым входами нанравления нереключателя, а выходы первого 12 и четвертого 15 вентилей являются соответствегпго первым и вторым выходами переключателя импульсов синхронизации.

Устройство работает следующим образом.

Если управляемый объект не находится в одном из крайних положений, т.е, ни один из датчиков 3 предельных положений объекта не включен, а на шину Режим подан высокий потенциал, то. на одном из выходов коммутатора 1, выбор которого определяется в данном случае независимо от состояния первого триггера 2 уровнем потенциального сигнала на шине Направление, появляются импульсь синхронизации, подаваемые на тактовую шину.устройства. При подаче, например, высокого потенциала на шину Направление импульсы синхронизации проходят на.первый выход коммутатора 1 и первый из этих импульсов устанавливает второй триггер 8 в нулевое состояние или подтверждает его, обуславливая низкий потенциал на первых (младших) адресных входах А первого 10 и второго 11 мультиплексоров, в качестве которых может быть использован сдвоенный селектор-мультиплексор К155КП2 с общими

515

адресными входами. Третий триггер 9 при:-включении устройства принудительно устанавливается (цепи установки на схеме не показаны) в состояние, соответствующее заданному направлению движения: единичное при движении вправо либо нулевое при движении объекта влево. При заданном движении вправо на,вторых (старших) адресных входах В первого 10 и второго 11 мультиплексоров присутствует высокий потенциал и отрицательные импульсы синхронизации проходят через третий информационный вход первого мультиплексора 10 на его выход, поступая далее на первый вход направления перключателя 4 импульсов синхронизации, т.е. на первые входы первого 12 и третьего 14 вентилей. На втором вход третьего вентиля 14 присутствует при этом запрещающий потенциал высокого уровня, поступающий с прямот-о выхода третьего триггера 9 на первый вход управления переключателя 4 и блокирующий также четвертый вентиль 15. В эт время на вторых входах первого 12 и второго 13 вептилей присутствует разрешающий потенциал низкого уровня поступающий с инверсного выхода третьего триггера 9 на второй вход управления переключателя 4, и импульсы синхронизации с выхода первого мультиплексора 10 проходят через первый вентиль 12 на первый выход переключателя 4 и далее на соответствующий вход распределителя 6 импульсов, который через многоканальный выходной усилитель 7 питает обмотки шагового двигателя, обеспе- чивая его вращение, например, по часовой стрелке.

При сохранении высокого потенциала на шине Режим и подаче низкого потенциала на шину Направление импульсы синхронизации появляются на втором выходе коммутатора 1, в то время как поступление импульсов синхронизации на первый выход коммутатора 1 прекращается. Первый же импульс с второго выхода коммутатора 1 устанавливает второй триггер 8 в единичное состояние, а состояние третьего триггера 9 остается без изменений. Высокий потенциал на первых и вторых адресных входах перво го и второго мультиплексоров 10 и II разрешает прохождение импульсов с шины частоты приемистости только через

0

5

0

5

0

8416

четвертый информационный вход второго мультиплексора 1 на его выход, в то время как на выходе первого с мультиплексора 10 устанавливается высокий потенциал. Поступающие на второй вход направления переключателя 4 отрицательные импульсы проходят при этом только через второй вентиль 13 и далее через элемент ИЛИ 16 подаются на третий выход переключателя 4, т.е. на вход счетчика 5, на выходе может быть и выход переноса которого после подсчета заданного количества импульсов, определяемого необходимым временем останова при реверсе шагового двигателя, появляется импульс, соответствующий концу отработки режима реверса. Этот импульс обуславливает установку счетчика 5 в исходное состояние (цепи начальной установки счетчика 5 на схеме не показаны и, поступая далее на тактовый вход третьего триггера 9, переписывает сигнал низкого уровня с информационного входа триггера 9 на его выход, обуславливая изменение потенциальных сигналов на прямом и инверсном выходах третьего триггера. Потенциальный сигнал высокого Зфовня с инверсного выхода третьего триггера 9 блокирует первый 12 и второй 13 вентили, в то время как потенциальный сигнал низкого уровня с ( 2 прямого выхода т эетьего триггера 9 снимает запрет на прохождение импульсов синхронизации через третий 14 и четвертый 15 вентили и, поступая на вторые адресные входы мультиплексоров 10 и 11, обеспечивает

при потенциальном сигнале высокого уровня на первых адресных входах мультиплексоров 10 и 11 прохождение импульсов синхронизации с второго выхода коммутатора 1 только через второй информационный вход второго мультиплексора 11 на его выход и далее с второго входа направления пере- |ключателя 4 через четвертый вентиль 15, с выхода которого импульсы синхронизации через второй выход переключателя 4 поступают на второй вход распределителя 6 импульсов и на многоканальный выходной усилитель 7, обеспечивая вращение ротора шагового . двигателя в противоположном направлении.

При повторном реверсе, т.е. подаче высокого потенциа ог(а на шину HvipaB0

5

0

5

ление и сохранении высокого потенциала на шине Режим, реверс отра- батьшается на частоте.приемистости аналогично описанному, за исключе- нием того, что импульсы с шины частоты приемистости проходят только через первый информационный вход первого мультиплексора 10 (низкие потенциалы на первом и втором .адрес ных входах мультиплексоров 10 и П) а после отработки режима реверса по сигналу окончания реверса в третий триггер 9 переписывается сигнал высокого уровня, благодаря чему тре- тий 14 и четвертый 15 вентили блоки- РУ70ТСЯ, а Первый 12 и второй 13 вентили открываются, обеспечивая прохождение импульсов синхронизации с Первого выхода коммутатора на пер вый вход распределителя б импульсов- и готовность устройства к реверсу при повторном изменении направления движения,

При случайном сбое третьего триг- гера 9, причиной которого может стат помеха в цепи питания или .установочных цепях помеха по тактовому входу уже не приводит к сбою, триггера 9), нроисшедп1его, например, при дви- жении ротора шагового двигателя по часовой стрелке (.вправо ) происходит блокировка первого 12 и второго 13 вентилей, в то время как запрет на прохождение импульсов через третий 14 и четвертый 15 вентили снимается, Состояние второго триггера 8, подтверждаемое каждым импульсом синхронизации, при этом Не изменяется, в результате чего на выход первого мультиплексора 10 начинают поступать импульсы с шины частоты приемистости ((низкие потенциалы на первом и втором адресных входах мультиплексоров JO и П), которые, однако, не проходят на распределитель 6 импульсов, а подаютс через третий вентиль 14 и элемент ИЛИ 16 на вход счетчика 5, обуславливая кратковременную стоянку шагового двигателя длительность которой равна длительности стоянки двигателя при реверсе). По окончании отработки . помехи импульс с выхода счетчика 5, поступая на тактовый вход третьего триггера 9, переписывает информацию с инверсного выхода второго триггера 8, возвращая третий триггер 9 в ттат- ный режим работы, после чего движение шагового двигателя возобновляется в заданном направлении на частоте импульсов синхронизации. Отработ помехи при движении влево осуществляется аналогично, также исключая воможность реверса шагового двигателя на частоте импульсов синхронизации и его работу на частоте импульсов, поступающих по шине частоты приемистости.

Аналогичная внутрисхемная переустановка третьего триггера 9 может иметь место и при включении устроит ства, когда по каким-то причинам этот триггер устанавливается в нулевое состояние при движении вправо либо единичное при движении влево. Работа шагового двигателя в данном случае разрешается лишь после автоматической переустановки третьего триггера в требуемое состояние.

При подаче на шину Режим низкого потенциала устройство обеспечивает циклическое перемещение управляемого объекта в заданных пределах в автоматическом режиме. Потенциальные сигналы датчиков 3 предельных, положений-объекта в данном режиме, поступая на установленые входы первого триггера 2, управляют его состоянием и обуславливают наличие импульсов синхронизации на одном из выходов коммутатора 1 независимо от потенциала на шине Направление. При изменении состояния первого тригера 2 вследствие срабатывания одного ИЗ датчиков 3 предельных положени объекта по приходу в соответствующее предельное положение происходит блокировка движения в данном направлении, отработка реверса на частоте приемистости и включение шагового двигателя в противоположное направлении. Возможные сбои третьего триггера 9 в данном релсиме отрабатываются аналогично описанному.

Таким образом, предлагаемое устройство для управления шаговым дви- гателем по сравнению с известным обладает более высокой надежностью, так как сбой одного из наиболее чувствиттельных к помехам элементов устройства наряду с меньшей его вероятностью не приводит к запрещенному режиму работы и отрабатывается автоматически, обуславливая лишь кратковременную остановку шагового двигателя, после которой двигатель

возобновляет движение в заданном направлении с заданной скоростью.

Реализация переключателя импульсов синхронизации на четырех вентилях и элементе ИЛИ в виде комбинационно-, го блока позволяет исключить из состава устройства управляемьгй элемент памяти, надежное Фзткционирование которого связано, как правило, с дополнительными мерами по обеспечению высокой помехоустойчивости.

Формула изобретения

1. Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее подключенные к установочным входам первого триггера датчики предельных положений объекта, коммутатор, входы кото- рого соединены с шинами Направление Режим, тактовой шиной, выходом первого триггера и его установочными входами, последовательно соединенные многоканальный выходной усилитель и реверсивный распределитель импульсов, входы которого соединены с первым и вторым выходами переключателя импульсов синхронизации, третий выход которого подключен к входу счетчика, а первый и второй входы направления Переключателя импульсов синхронизации соединены с выходами соответственно первого и второго мультиплексоров, причем первый информационный вход первого мультиплексора и четвертый информационный вход второго мультиплексора объединены и подключены к шине частоты приемистости, третий информационный вход первого мультиплек сора и второй информационный вход второго мультиплексора соединены с

10

15

20, - д

11841Ш

соответствующими выходами коммутатора и установочными входами второго триггера, прямой выход которого связан с первыми адресными входами первого и второго мультиплексоров, вторые адресные входы которых соединены с прямым выходом третьего триггера, тактовый вход которого связан с выходом счетчика, отличаю щее- С я тем, что, с целью повышения надежности, инверсный выход второго триггера соединен с информационным входом третьего триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам управления переключателя импульсов сшгхронизации.

2. Устройство по п,1, о т л и - чающееся тем, что переключатель импульсов синхронизации содержит первый, второй, третий, четвертый вентили и элемент ИЛИ, выход которого подключен к входу счетчика, первый вход элемента PUIIi связан с выходом второго вентиля, первый вход которого объединен с вторым входом первого вентиля и подключен к инверсному выходу третьего триггера, второй вход элемента ИЛИ связан с выходом третьего вентиля, второй вход которого объединен с первым входом четвертого вентиля и подключен к прямому выходу третьего триггера, первые входы первого, третьего вентилей и вторые входы второго, четвертого вентилей соединены соответственно с выходами первого и второго мульти- плексоров, а выходы первого ji четвертого вентилей, подключены к входам реверсивного распределения импульсов.

25

30

35

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в шаговом электроприводе с ограниченным перемещением подвижного элемента при повышенных требованиях к надежности функционирования устройства. Цель изобретения состоит в повышении надежности. Повышение надежности устройства обеспечивается за счет введения новой совокупности связей между элементами устройства, в т.ч.подключения информационного входа третьего триггера 9 к инверсному выходу второго триггера 8, а также благодаря исполнению переключателя 4 импульсов синхронизации в виде комбинационного блока на вентилях 12-15 и элементе ИЛИ 16. Случайный сбой третьего триггера 9 не приводит к работе шагового двигателя в нештатном режиме и устраняется внутрисхемно, не требуя вмешательства оператора. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.