Устройство для программного управления @ -фазным шаговым двигателем Советский патент 1989 года по МПК G05B19/40 

(21)4263070/2А-24

(22)06.05.87

(46) 15.12.89. Бюл. К 46

(72) А.З.Мурадян, В.Ш.Арутюнян

и Г.Б.Мнацаканян

(53)621.503.55 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР М 1020800, кл. G 05 В 19/40, 1982.

Авторское свидетельство СССР К 1137443, кл. G 05 В 19/40, 1983.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ т-ФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

(57)Изобретение относится к автома- и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач. Пель изобретения - обеспечение дополнительных режимов управления шаговыми двигателями с т 5 и повышение качества управления. Устройство содержит источник питания, блок задания программ, два двоичных счетчика импульсов, сумматор, m мультиплексоров с m информационными входами, фазные обмотки шагового двигателя, два элемента ИЛИ, два инвертора. Для достижения цели в него дополнительно введены i мультиплексоров с i информационными входами, где i т-2/2 при четных m и i m-1/2 при нечетных т, а также дополнительные выходы в блоке задания программ для изменения режимов дробления. 8 ил.

с

С/)

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач. Цель изобретения - обеспечение дополнительных режимов управления шаговыми двигателями с M≥5 и повышение качества управления. Устройство содержит источник питания, блок задания программ, два двоичных счетчика импульсов, сумматор, M мультиплексоров с M информационными входами, фазные обмотки шагового двигателя, два элемента ИЛИ, два инвертора. Для достижения цели в него дополнительного введены I мультиплексоров с I информационными входами, где I=M-2/2 при четных M и I=M-1/2 при нечетных M, а также дополнительные выходы в блоке задания программ для измерения режимов дробления. 8 ил.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения дополнительных режимов управления шаговыми двигателями с mi 5 и повышение качества управления путем увеличения результирующего момента, повышения равномерности его распределения по полю, точности отработки дробньк шагов и плавности хода.

ha фиг.1 приведена функциональная схема устройства для программного управления т-фазным шаговым двигателем; на фиг.2 - 4 - то же, для управления соответственно 5-, 6- и 8-фазным двигателем; на фиг.5 - 7 - номограммы результирующих моментов применительно к 5-, 6- и 8-фазным двигателям; на фиг.8 - временная диаграмма функционирования устройства применительно к 5-фазному двигателю при коэффициенте дробления основного шага Р 8.

Предлагаемое устройство содержит (фиг.I ) источник I питания, блок 2 задания программ, первый 3 и второй двоичные счетчики, сумматор 5, основные мультиплексоры 6. 1-6.т, фазные обмотки 7.1-7.т двигателя, первьв 8 и второй 9 элементы ИЛИ, первый 10 и второй 11 инверторы, дополнительные мультиплексоры 12.1-12.1, где i т-2/2 при четных m и i га-1/2 при нечетных т.

Устройство, например, для управления пятифазным шаговым двигателем с числом уров)1ей квлитования токов

и с коэффициентом дробления шага Р 8 работает следующим образом.

Тактовая последовательность импульсов с высокой частотой fgm; из блока 2 задания программы непрерывно поступает на вход первого двоичного счетчика 3, работающего на суммирование.

До поступления из блока 2 во второй счетчик 4 первого низкочастотного импульса тактирования fциз устройство находится в исходном состоянии, при котором на выходах второго счетчика А, на выходе переноса сумматора 5 и на выходе второго элемента ИЛИ 9 присутствуют нулевые потенциалы, а на выходе первого элемента ИЛИ 8 - единичный потенциал. Па все управляющие входы мультиплексоров 6 с выходов старших разрядов счетчика 4 поступают нулевые потенциалы, следовательно, выбираются их первые информационные входы. В первом режиме работы при подаче от блока 2 к .управляющим входам мультиплексоров 12 нулевого потенциала (Y 0) у них также выбираются первые информационные входы. В таком состоянии устройства через первую фазу двигателя протекает номинмальный ток 1ц, а во всех остальных фазах 7 ток отсутствует (точка О на фиг,За)t

С поочередным поступлением из блока 2 трех низкочастотных импульсов тактирования в счетчике 4 поочередно записьшаются числа 1,2,3, в результате чего на выходе переноса сумматора 5 поочередно возникают широтно- импульсно-модулированные (ШИМ) высот кочастотные импульсы (с частотой fjji,j/4) со скважностью 1/4, 2/4, 3/4 При этом, так как старщие разряды счетчика 4 (начиная с третьего разряда) не меняют свое состояние, на выходе элемента ИЛИ 9 и мультиплексора 12.1 тоже возникают высокочастотные импульсы указанной скважности, а на выходе элемента В поддерживается единичный потенциал. Это приводит к про текани}о номинального тока IH через первую фазу 7.1 двигателя и ступенчатому его увеличению 1/41ц, 2/41, 3/41ц через вторую фазу в результат интегрирования выходных ШИ11 сигналов мультиплексоров 6). В итоге двигател отрабатьгеает три дробных шага (фиг.За, точки 1-3), равных:

с -ОС

oi

iP

8

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где ct-oc - величина основного шага.

Четвертый низкочастотный импульс устанавливает единичный потенциал на выходе третьего разряда счетчика 4 при нулевых потенциалах на выходах остальных разрядов). Это приводит к установлению единичных потенциалов на выходах элементов ИЛИ 8 и 9 и и мультиплексоров 12.1. В результате обеспечивается одновременное протекание номинальных токов через первую и вторую фазы двигателя..Его ротор устанавливается в новое положение, соответствующее точке 4 на фиг.За, в которой вектор момента обладает максимальной величиной. С пятого по седьмой такты поступления низкочастотных импульсов к счетчику 4 на выход элемента ИЛИ 8 вьщаются от сумматора 5 высокочастотные ШИИ-сигналы со скважностью 3/4, 2/4, 1/4. Благодаря этому через вторую фазу протекает номинальных ток а в первой фазе ток ступенчато уменьшается (3/41ц, 2/41„, 1/41„). Двигатель отрабатывает очередных три дробных шага (точки 5-7 на фиг.5а),

После восьмого низкочастотного импульса на выходе четвертого разряда счетчика 4 устанавливается единичньй потенциал, а на выходах остальных разрядов - нулевые потенциалы. Выбираются вторые информационные входы основных мультиплексоров 6. На выхог: дах элемента 1ШИ 9 и дополнительного мультиплексора 12.1 устанавливаются нулевые потенциалы, а на выходе элемента ИЛИ 8 - единичный потенциал. Это приводит к протеканию номинального тока I и через вторую обмотку двигателя при нулевых токах всех остальных обмоток). Ротор двигателя устанавливается в положение, соответствующее точке 8 на фиг.5а, в котором вектор момента имеет минимальную величину. Это положение аналогично описанному исходному положению двигателя (точка О на фиг.5а).

Этим завершается первая 1/5 часть полного цикла формирования фазных токов в первом режиме дробления пяти- фазного шагового двигателя, за которую двигатель совершает 8 дробных шагов (точки 0-8 на фиг.За).

Остальные четыре части аналогичны описанной первой. Отличие заключается в том, что в каждой последующей части

цикла управления двигателем в счетчике 4 поочередно увеличиваются за- письшаемые числа (фиг.ва), в результате чего поочередно выбираются 2-4, 5-й информационные входы мультиплексоров 6. Благодаря этому вектор момета делает полный оборот вокруг своей оси, а ротор поочередно проходит дробные положения, соответствующие точкам 9,..,39 на фиг.За. Этим завершается один полный цикл работы устройства в первом режиме.

Поскольку коэффициент пересчета счетчика 4 выбирается равным: К т Р 2т N, то при конкретном рассматриваемом случае (т 5; N 4; К 40) в сороковом такте функционирования устройства его счетчик 4 автоматически переходит в нулевое исходное состояние (фиг,8а).

Описанньш первые режим дробления шага полностью аналогичен режиму устройства-прототипа. Как видно из фиг.За, в этом режиме вектор момента по величине имеет значительную неравномерность распределения по полю, а отрабатьшаемые дробньге шаги (элементарные углы поворота) имеют достаточную неравномерность.

Второй режим работы устройства создается путем установки на выходной шине У блока 2 задания программ единичного логического потенциала (фиг.2, Зб, 8б). При этом выбираются вторые информационные входы мультиплексоров 12. Все остальные процессы функционирования отдельных элементов и всего устройства в целом во втором режиме происходит аналогично описанному первому режиму. Отличие заключается лишь в том, что, благодаря наличию на втором информационном входе мультиплексора 12.1 единичного потенциала и на втором информационном входе мультиплексора 12.2 сигналов элемента ИЛИ 9, через фазные обмотки 7 шагового двигателя протекают токи, показанные на фиг.8б. В результате ротор шагового двигателя поочередно переходит дробные положения, обозначенные точками О,...,39 на номограмме фиг.Зб.

Как видно из фиг.Зб, во втором ре жиме работы устройства обеспечивается более равномерное по величине распределение вектора момента по полю и более высокая точность отработки дробных шагов. Кроме того, во втором

0

5

0

режиме векторы момситои значительно больше номинального во всех точках номограммы.

В обоих режимах работы устройства реверс производится путем изменения на обратное логического-потенциала на соответствующем выходе блока 2.

Функционирование предлагаемого устройства для управления шаговьп 5И двигателями с числом фаз ш 3 и с другим коэффициентом дробления происходит аналогично описанному (фиг.З, 4 и 6,7).

На фиг.ба, 7а представлены первые режимы дробления шага соответственно 6- и 8-фазных шаговых двигателей, которые совпадают с режимами прототипа, а на фиг.бб, 7б, 7в - создаваемые новые режимы.

Важной особенностью дополнительных режимов дробления шага предлагаемого устройства является увеличение по модулю вектора результирующего момента 5 двигателя при увеличении числа его фаз m (фиг.Зб, 6б, 76, 7в).

Коэффициент дробления основного шага двигателя можно аналогично прототипу изменить Б пределах от 2 до t путем одновременного изменения коэффициентов пересчета первого счетчика 3 и младших разрядов второго счетчика 4. При этом коэффициент пересчета старших разрядов второго счетчика 4 необходимо поддерживать равным числу т.

Частота импульсов, подаваемых на вход счетчика 3, выбирается исходя из величины электромагнитной постоянной Q времени данного двигателя, а частота импульсов, подаваемых на вход счетчика 4, - в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.

Таким образом, предлагаемое ройство позволяет обеспечить ряд режимов дробления шага, повысить равномерность распределения момента и его величину, а также точность отработки дробных шагов.

0

5

5

50

55

Формула изобретения

Устройство для программного управления т-фазным шаговым двигателем, содержащее источник питания, блок задания программ, подключенный первьгм выходом к входу первого счетчика, вторыми выходами - к соответствующим входам второго счетчика, выходы пер

вого счетчика и выходы младших разрядов из группы младших разрядов второго счетчика подключены к входам сумматора, m основных мультиплексоров с m информационными входами, выходы которых подключены к фазным обмоткам двигателя, управляющие входы соединены между собой и с выходами старших разрядов второго счетчика,.первый элемент ИЛИ, соединенный выходом с 1,2,3,.. .,т информационным входом соответственно (1,2,3,...,т)-го мультиплексоров ,2 - (m-i),3 - (m-i+1), 4 - (m-i+2),..,, 1 - (m-i-l)-e инфор- мационные входы которых соединены с нулевой шиной источника питания, где i m-2/2 при четных m и i m-1 /2 при нечетных га, первый и второй ин- . верторы, соединенные выходами с входами первого элемента ИЛИ, а входами - соответственно с выходом переноса сумматора и со старшим разрядом из группы младших разрядов второго счетчика, второй элемент ИЛИ, соединенный выходами с входами первого и второго инверторов, отличающееся тем, что, с целью обеспечения допол

У/ыс .lte/.g 91

Ve

нительных режимов управле1Гия шаговым двигателем с и повьш1ения качества управления, дополнительно содержит i мультиплексоров с i информационными входами, управляющие входы которьсх соединены между собой и подключены соответственно к дополнительным управляющим режимам выхода блока задания программ, (1,2,3,...,i)-e информационные входы соответственно (1,2,3,,..,i)-ых дополнительных мультиплексоров соединены с выходом второго элемента ИЛИ, (2-i, 3-i, 4-i, ...,i)-e информационные входы соответственно 1,2,3,...,(i-1)-го дополнительных мультиплексоров соединены с шиной.питания источника питания, 1.1-2.1-3,...,l-(i-l)-е информационные входы соответственно (2,3,4,..., i)-ых дополнительнвгх мультиплексоров соединены с нулевой шиной источника питания, а выход каждого j-го дополнительного мультиплексора, где j 1-i, соединен cm-j+1, m-j+2,..., га-1 m,1,2,.,,,(m-j)-м инфо рмационным вхоДом соответственно (1 ,2,3, .. . ,tn)- го основного мультиплексора.

77

f 72

мих

5) i :, П

ft, A(/jT .-O

-07

73

74

75

n.

7V

5J

a

.75

i

.W/

H

E

75 5

W/

-0

f

:Ш.

yipajo ty hi /cft/ia

t) 1 (i z

JtfMia

Jfftaja

(i

Фиг5а .

28

ifCpaya

(t-5S (yf}

ftpaja

fffja

Зфвза.

fiptrja

iftut So fy O} lifaja.

.

If (роза.

Фие 6 f (у 11

Zipaia

3 fata

aja

гфаза

1фем

Sipaj

5 фаза.

В фаза

5tpa}S. .7S y, -yt

.

Tifrasa

SfPojo.

Фие 7S(y,0,y,-1)

Г IP

гр

3/

/

5р 6/,

И1МИИ111М||||М|||Щ|МЦ|М11Ц1Ц|Ц

ll 11111

Л-П П . П r-Lf-Li-i njn П П

/

X

.-- Ч

hi

1,5

Фые.в

Составитель И.Слинько Редактор А.Лежнина Техред Л.Сердюкова

Заказ 7640/42

Тираж 788

ВНИИПН Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

ll 11111

Ч z

.ФЬ

X

:ьи

//e. (5

Корректор Л.Бесквд

Подписное