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

1

(21)4383368/24-07

(22)09,03.88

(46) 07.12.89. Бюл. № 45

(71)Специальное конструкторско-тех- нологическое бюро с опытнь1м производством при Белорусском государственном университете им. З.И.Ленина

(72)В.В.Иижников, В.Д.Телегин, И.Н,Рудой и В.И.Лакизо

(53)621.313.525(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР

№ 1399883, кл. И 02 Р 8/00, 29.08.86.

Авторское свидетельство СССР № 1443117, кл. И 02 Р 8/00, 27.04.87.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕШШ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

(57)Изобретение относится к электротехнике и может 6bifb использовано в шаговом электроприводе с ограниченным перемещением подвижного элемента. Цель изобретения - повьппение быстродействия в режиме отработки циклических перемещений. Устройство содержит два элемента И 18 и 19, одновибратор 17 и элемент ИЛИ 16, с помощью которых обеспечивается минимально необходимая по продолжительности стоянка шагового двигателя в режиме реверса при работе на частотах выше частоты реверса или непосредственное включение двигателя в противоположном направлении, если частота следования импульсов синхронизации не превышает частоту реверса двигателя. Расширение функций третьего триггера 13 позволяет также выполнить переключатель 8 импульсов синхронизации в виде блока комбинационного типа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

§

сл

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в шаговом электроприводе с ограниченным перемещением подвижного элемента. Цель изобретения - повышение быстродействия в режиме отработки циклических перемещений. Устройство содержит два элемента И 18 и 19, одновибратор 17 и элемент ИЛИ 16, с помощью которых обеспечивается минимально необходимая по продолжительности стоянка шагового двигателя в режиме реверса при работе на частотах выше частоты реверса или непосредственное включение двигателя в противоположном направлении, если частота следования импульсов синхронизации не превышает частоту реверса двигателя. Расширение функций третьего триггера 13 позволяет также выполнить переключатель 8 импульсов синхронизации в виде блока комбинационного типа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

ел

о

ГчЭ

Изобретение относится к управлению электрическими мааиннами и может быть использовано в шаговом электроприводе с ограниченным перемещением управляемого объекта.

Цель изобретения - повышение быстродействия в режиме отработки циклических перемещений.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг, 2 - временные диаграммы сигналов а узловых точках устройства.

Устройство для управления шаговым двигателем содернмт тактовую шину 1, шину 2 направления, иину Режим 3, шину 4 частоты приемистости, , та- тор 5, первый триггер б, датчики 7 предельных положений объекта, переключатель 3 импульсов синхронизации, счетчик 9, распределитель 10 импульсов, многоканальный выходной усилитель 11, второй 12 и третий 13 триг- ,геры, первый 14 и второй 15 мульти- плексоры, элемент ШШ 16, одновибра- тор 17, первый 18 и второй 19 элементы И, причем входы коммутатора 5 соединены с тактовой шиной 1, шиной 2 направления, шиной Режим 3, выходом первого триггера и его установочными входаг-га, которые подключены к соответствующим выходам датчиков 7 предельных положений объекта, перв1 1Й выход коммутатора 5 подключен к первому элеме;1та ИЛИ 16, первому входу второго элемента И 19, установочному входу II нторого триггера 12 и TpeTbeNfy информационному входу первого мультиплексора 14, второй выход коммутатора 5 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 16, первым входом первого элемента И 18, установочным входом S второго триггера 12 и вторым информационным входом второго мультиплексора 15, выход элемента ИЛИ 16 соединен с входом одновибрато ра 17, выход которого подключен к вторым входам первого 18 и второго 19 элементов И, выходы которых соединены с установочными входами третьего триггера 13, информационный вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера 12, прямой выход которого соединен с первыми (младшими) адресными входами первого 14 и второго 15 мультиплексоров, вторые (старшие) адресные входы которых подключены к выходу третьего тригге

-10

15

20

25

527702

ра 13 и входу управления переключателя 3 импульсов синхронизации, первый информационный вход первого 14 и четвертый информационный вход второго 15 мультиплексоров объединены и подключены к шине 4 частоты приемистости, выходы первого 14 и второго 15 мультиплексоров соединены соответственно с первым и вторым входами направления переключателя 8 импульсов синхронизации, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим входам распределителя 10 импульсов, связанного своими выходами с входами многоканального выходного усилителя 11, а третий выход переключателя 3 импульсов синхрони- заци соединен с входом счетчика 9, выход которого подключен к тактовому входу третьего триггера 13.

Переключатель 8 импульсов синхронизации содержит первый 20, второй 21 дем льтиплексоры и элемент И.ПИ22, выход которого является третьим выходом переключателя 8, информационные входы первого 20 и второго 21 демультшгпексоров являются соответственно первым и вторым входами нап- равпения переключателя 8, первые (младшие) адресные вход.1 первого 20 и второго 21 де1-сульти1глексоров подключены к входу управления переключателя 8, вторые (старшие) адресные входы демультиплексоров 20 и 21 соединены с общей цгиной устройства, первый выход первого 20 и второй выход второго 21 демультиплексоров подключены к входам элемента ИЛИ 22, а второй выход первого 20 и первый выход второго 21 демультиплексоров соответственно первым и вторым выходами переключателя- 8 импульсов синхронизации.

Логические элементы устройства выполнены по правилам инверсной логики.

Па фиг. 2 обозначены эпюра 23 - шина 4 частоты приемистости; эпюра 24 - первый выход коммутатора 5 (движение вправо); эпюра 25 - второй выход коммутатора 5 (движение влево); эпюра 26 - прямой выход второго триггера 12; эпюра 27 - выход одновибра- тора 17; эпюра 28 - выход (прямой) третьего триггера 13; эпюра 29 - выход первого мультиплексора 14; эпюра 30 - выход второго мультиплексора 15; эпюра 31 - третий выход перею1ючате30

35

40

45

50

55

ля 8 импульсов синхронизации; эпюра 32 - выход счетчика 9; эпюра 33 - выход первого элемента Н 18; эпюра 34 выход второго элемента Н 19; эпюра 35 - первый выход переключателя 3 импульсов синхронизации; эпюра 36 - второй выход переключателя 8 импульсов синхронизации.

Устройство работает следующим об- разом.

Если управляемый объект не находится в одном из крайних положений, т.е. ни один из датчиков 7 предельных положений объекта не включен, а на шину Режим 3 подан высокий потенциал, то на один из выходов коммутатора 5, выбор которого определяется в данном случае уровнем потенциального сигнала на шине 2 направ- ления, поступают импульсы синхронизации, подаваемые на тактовую ши1гу 1 устройства. При подаче, к примеру, высокого потенциала на шину 2 направления отрицательные импульсы синхро- низации проходят на первый выход коммутатора 5 и первый из этих импульсов своим перепадом из 1 в О устанавливает в момент времени Т1 (фиг. 2) второй триггер 12 в нулевое состояние (или подтвердит его, если второй триггер 12 при включении устройства установился в нулевое состояние), обусловив тем самым низкий потенциал на первых (младших) адресных входах первого 14 и второго 15 мультиплексоров, в качестве которых може быть использован сдвоенный селектор- -гультиплексор с общими адресными входами. Одновременно импульс син- хронизации проходит через элемент ИЛИ 16 и поступает на вход одновиб- ратора 17 с перезапуском, формирующего по перепаду из О в 1 входного сигнала положительный импульс, длительность которого выбрана равной периоду следования импульсов синхронизации. Частота последних равна 0,4-0,6 частоты приемистости используемого шагового двигателя, т.е. частоте его реверса. На выходе одно- вибратора 17, на вторых входах первого 18 и второго 19 элементов И вплоть до момента Т2 (фиг. 2) присутствует разрешающий сигнал низкого уровня, не препятствующий прохождению первого импульса синхронизации с первого выхода коммутатора 5 через второй элемент И 19 на установочный

вход S третьего триггера 13 (эпюра 34, фиг. 2). По перепаду этого импульса из 1 в О третий триггер 13 устанавливается в единичное состояние, либо это состояние подтвердится. Тем самым на вторых (старших адресных входах первого 14 и второго 15 мультиплексоров присутствует высокий потенциал и отрицательные импульсы синхронизации проходят через третий информационный вход первого мультиплексора/14 на его выход (эпюра 29, фиг. 2), поступая далее на первый вход направления переключателя 8 импульсов синхронизации. На первый (младший) адресный вход А первого демультиплексора 20 при этом с выхода третьего триггера 13 поступает потенциальный сигнал высокого уровня, и импульсы синхронизации могут проходить только на второй его выход и далее на соответствующий вход распределителя 10 импульсов, который через 1-шогоканальный выходной усилитель 11 включает обмотки шагового двигателя, обеспечивая его вращение, к примеру, по часовой стрелке. Частота импульсов синхронизации поначалу (вплоть до момента времени Т6) превышает частоту реверса шагового двигателя, не выходя при этом за значение частоты приемистости.

При сохранении высокого потенциал на шине Режим 3 и подаче низкого потенциала на шину 2 направления импульсы синхронизации появляются на втором выходе коммутатора 5, в то время как поступление импульсов синхронизации на первый выход коммутатора 5 прекращается. Первый же импульс с второго выхода коммутатора 5 (эпюра 25, фиг. 2) устанавливает в момент времени ТЗ своим перепадом из 1 в О второй триггер 12 в единичное состояние, а состояние третьего триггера 13 при этом не изменяется, так как первый 18 и второй 19 элементы И заблокированы потенциальным сигналом высокого уровня,поступающим с выхода одновибратора 17, перезапускаемого каждым последующим импульсом синхронизации.

Высокий потенциал на первых и вторых адресных входах первого 14 и второго 15 мультиплексоров разрешает прохождение импульсов с шины 4 частоты приемистости только через

четвертый информационный вход второго мультиплексора 15 на его выход (эпюра 30, фиг. 2).

Поступающие на второй вход направления переключателя 8, т.е. на информационный вход второго демульти- плексора 21, отрицательные импульсы проходят при этом только на второй выход второго демультиштексора 21 и далее через элемент ИЛИ 22, обеспечивающий сложение по ИЛИ отрицательных сигналов, поступают на третий выход (эпюра 31, фиг. 2) переключателя 8, т.е. на вход счетчика 9, на выходе которого после подсчета заданного количества (к примеру, двух) импульсов поданных с шины частоты приемистости и число которых определяется необходимым временем останова при реверсе шагового двигателя, в момент времени Т4 (эпюра 32, фиг. 2) появляется отрицательный импульс, соответствуюш 1й концу отработки режима реверса. Этот импульс обуславливает установку счетчика 9 в исходное состояние (цепи начальной установки с четчика 9 на схеме не показаны) и переписывает в момент времени Т5 (эпюра 28, фиг. 2) своим перепадом из О в 1 сигнал 1ШЗКОГО уровня с информационного входа триггера 13 на его выход, обуславливая тем самым изменение потенциального сигнала на вторых адресных входах первого , и второго 15 мультиплексоров и первом адресном входе пер iвого 20 и второго 21 демультиплексо- ров с высокого на низкий уровень. При этом через второй информационный вход второго мультиплексора 15 начинают проходить импульсы синхронизации на информационный вход второго демульги- плексора 21. Так как на первом и втором адресных входах этого демульти- плексора присутствуют низкие потенци- алы, то импульсы синхронизации могут проходить только на первый выход второго деьгультиплексора 21 ( эпюра 36, фиг. 2) и на второй вход распределителя 10 импульсов и далее на много- канальный усилитель 11 мощности, обеспечивая вращение ротора шагового двигателя в противоположном направлении .

При отработке перемещений на час- тотах ниже частоты реверса шагового двигателя (к примеру, после момента времени Т6, фиг. 3) период следования импульсов синхронизации начинает

0 Q Q

е

5

превышать длительность импульса (положительного), формируемого одновиб- ратором 17. Перезапуск одновибратора В данном случае прекращается и формирование положительного импульса завершается в момент времени 17 (эпюра 27, фиг. 2), обуславливая появление на выходе одновибратора 17 сигнала низкого уровня, снимающего запрет на прохождение импульсов синхронизации через первый 18 и второй 19 элементы И на установочные входы третьего триггера 13. Очередной импульс синхронизации, поступающий, к примеру, в момент времени Т8 с второго выхода коммутатора 5, проходит через первый элемент И 18 на установочный вход R третьего триггера и подтверждает его нулевое состояние. По перепаду из О в 1 импульса синхронизации в момент времени Т9 одновибратор 17 запускается вновь, формируя на своем выходе вплоть до момента времени Т10 положительный иг-птульс. Движение шагового двигателя продолжается в заданном направлении с подтверждением состояния третьего триггера 13 по каждому импульсу синхронизации .

При реверсе в данных условиях, т.е. подаче высокого потенциала на шину 2 направления и сохранении высокого потенциала на шине Режим 3 поступление импульсов синхронизации на второй вькод коммутатора 5 прекращается и возобновляется на первом выходе коммутатора. Первый же импульс с этого выхода (эпюра 24, фиг. 2) устанавливает в момент времени Т 1 своим перепадом из 1 в О аторой триггер 12 (эпюра 26, фиг, 2) в нулевое состояние и третий триггер 13 (эпюра 23, фиг. 2) в единичное состояние, обеспечив благодаря этому прохождение импульсов синхронизации с третьего информационного входа первого мультиплексора 14 на его выход и далее через информационный вход первого де -1ультиплексора 20 на его второй выход и первый вход распределителя 10 импульсов. Тем са- М1з1м при перемещениях на частотах ниже частоты реверса шагового двигателя

реверс последнего отрабатывается без дополнительного останова и движение шагоного двигателя в противоположном направлении начинается сразу изменения уровня потенциального сигнала на шнне направления. С приходом следующего импульса синхронизации в момент времени Т12 движение шагового двигателя продолжается в заданном направлении при одновременном подтверждении состояний второго 12 и третьего 13 триггеров.

При подаче на шину Режим 3 низкого потенциала устройство обеспечи- вает циклическое перемещение управляемого объекта в заданных пределах в автоматическим режиме. Потенциальные сигналы датчиков 7 предельных положений объекта в данном режиме, поступая на установочные входы первого триггера 6, управляют его состоянием и тем самым обуславливают наличие импульсов синхронизации на одном из выходов коммутатора 5 независимо от уровня потенциального сигнала на шине 2 направления. При изменении состояния первого триггера 6 вследствие срабатывания одного из датчиков 7 предельных положений объекта по при- ходу в соответствующее положение происходит блокировка движения в данном направлении и отработка реверса шагового двигателя на частоте приемистости, если частота следования импуль- сов синхронизации превышает частоту реверса двигателя, либо с непосредственным включением движения шагового двигателя в противоположном направлении, если частота следования импуль- сов синхронизации не превышает частоту реверса двигателя.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает более высоким в сравнении с известным быстродействи- ем в режиме отработки циклических перемещений благодаря обеспечению минимально необходимой по продолжительности стоянки двигателя в режиме реверса при работе на частотах выше частоты реверса и отсутствию этой стоянки в тех условиях, когда двигатель может реверсироваться непосредственно, а также благодаря обеспечению готовности шагового двигателя к движению в заданном направлении как при включении устройства, так и во время стоянки двигателя.

Формула изобретения

1, Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее подключенные к установочным входам первого

Q 5 0 5 О ,

О 5

0

5

триггера датчики предельных по;тожений объекта, коммутатор, входы которого соединены с шинами направления, Режим, тактовой шиной, выходом первого триггера и его установочными входами, последовательно соединенные многоканальный выходной усилитель и 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 подключены к шине частоты приемистости, третий информационный вход первого мультиплексора и второй информационный вход второго мультиплексора соединены с 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 выходом третьего триггера, тактовый вход которого связан с выходом счетчика, отличающееся тем, что, с целью повьшгения быстродействия в режиме отработки циклических перемещений, в него введены первый и второй элементы И, одновибратор и элемент ИЛИ, входы которого подключены к выходам коммутатора и первым входам первого и второго элементов И, а выход через одновибратор соединен с вторыми входами первого и второго :элементов И, выходы которых подключены к установочным входам третьего триггера, связанного информационным входом с инверсным выходом второго триггера, а выходом - с входом управ- тения переключателя импульсов синхронизации,

2, Устройство по п. 1, о т л и - чающееся тем, что переключатель импульсов синхронизации содержит элемент 1ШИ, первый и второй де- мультиплексоры, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго мультиплексоров, первые адресн1 1е входы первого и второго демультиплексоров объединены и соединены с выходом третьего входами распределителя импульсов, а триггера, вторые адресные входы под- перзый выход первого и второй выход ключены к общей шине устройства, вто- второго демультиплексоров соединены

рой выход первого и первый выход вто-, с входами элемента IlTUi, выход которо- рого демультиплексора соединены с

го соединен с входом счетчика.

23 2

5 26

21 2Ь 29 30

31 32 33 31

35

36

Фиг. 2

Редактор Н.Бобкова

Составитель В.Алфимов Техред М.Дидык

с входами элемента IlTUi, выход к

го соединен с входом счетчика.

Корректор О.Ципле