Устройство для программного управления четырехфазным шаговым двигателем Советский патент 1989 года по МПК G05B19/40 

.- г.г

СП

со

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми двигателями. Цель изобретения - повышение равномерности движения, точности обработки дробных шагов и равномерности распределения момента по полю четырехфазного шагового двигателя с ненасыщенной магнитной системой. Устройство содержит мультиплексоры 1.2-1.4 первой группы, фазные обмотки двигателя 2.1 - 2.4, счетчик 4, мультиплексоры второй группы 5.1 - 5.3, дешифратор 6, элементы И 7.1 - 7. (4N-2), шину единичного логического потенциала 8, шину 9 нулевого логического потенциала. 7 ил.

и

ю

h:i /.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми двигателями.

Цель изобретения - повышение равномерности движения, точности отработки дробных шагов и равномерности распределения момента по полю четы- рехфазного шагового двигателя с нена сьоценыой магнитной системой.

На 4«г.1 представлена функциональная схема устройства для общего случая, когда коэффициент дробления ра- вен Кор Зп, где п« 1,2,3,...,,- на фиг.2-А - то же, для случаев соответственно KJP 3(),К j, б(), К „р 9(); на фиг. 5-7 - временные диaгpaм SзI формируемых фазных токов и нoмoгpaм ш результирующих моментов для случаев соответственно К,р- 3(), 6(), Кдр- 9(п

Устройство (фиг.1-4) содержит мультиплексоры 1.1-1.4 первой группы выходы которых подключены (непосредг ственно или через соответствующие усилители мощности) к соответствующим фазным обмоткам 2.1-2.4 двигателя, счетчик 3, тактовый вход которо- го соединен с входом высокочастотньлх импульсов тактирования fg, реверсивный счетчик 4, выходы двух старших разрядов которого подключены соответственно к управляющим входам всех мультиплексоров 1.1-1.4, а входы тактирования и реверса - соответственно к входам низкочастотных импульсов тактирования ц и реверса Рев., мультиплексоры 5.1-5.3 вто- рой группы, управляющие входы которых подключены соответственно к выходам младших разрядов реверсивного счетчика 4, дешифратор 6, входы которого подключены к выходам нереверсивного двоичного счетчика 3, и логические элементы И 7.1-7.(4п-2), первый вход первого из которых соединен с первым выходом дешифратора 6 первый вход каждого последующего элемента И 7 соединен с выходом предыдущего элемента И 7, вторые входы с первого 7.1 по 7.(4п-2)-й, 7.(4п-2) элементов И соединены с выходами дешифратора 6 с второго по (4п-1)-й соответственно, первый, второй,..., (Зп-1)-й, Зп-й информационные входы мультиплексора 5.1 соединены соответственно с вьрсодами элементов И

Q

о

5

5

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотная тактовая последовательность fg непрерывно поступает на вход нереверсивного двоичного счетчика 3. В результате этого на выходах дешифратора 6 формируются периодические кодовые комбинации с одним нулем и 4п-2 единицами, а на выходах элементов И 7.1-7.(4п-2) - прямоугольные высокочастотные широт- но-модулированные сигналы (1ЖМ-сиг- налы) со скважностью соответственно

4п-2 4п-3 2 г, ,„

, 7 . Эти ШШ-сиг0 4п

4п

4п 4п

налы и сигналы с первого

шифратора со скважностью

пают к соответствующим информационным входам мультиплексоров 5.1-5.3. Исходным является с.остояние, при котором реверсивный счетчик 4 находится в нулевом состоянии. На все

управляющие входы мульгиплексоров 1.1-1.4 и 5.1-5.3 со всех выходов старших и младших разрядов реверсивного счетчика 4 поступают нулевые потенциалы и, следовательно, выбираются их первые каналы. Присутствующие на первых информационных входах мультиплексоров 5.1 и 5.2 ЫНМ-сигнаЗп

лы со скважностью

4п

и нулевой потенциал на первом информационном входе мультиплексора 5.3 через их выходы и первые входы определенных мультиплексоров 1.1-1.4 поступают к фазным обмоткам 2.1-2.4. В результате этого через вторую 2.2 и третью

2

Т-/Н, а в остальных двух фазах 2.1

и 2.4 ток отсутствует. Этому состоянию соответствует точка О на фиг. 56

65,76.

С поступлением первых Зп-1 низкочастотных импульсов на вход счетчика 4 в него поочередно записываются цифры 1,2,...,Зп-1. В результате этого поочередно выбираются с второго по Зп-й информационные входы мультиплексоров 5.1-5.3. При этом в мультиплексорах 1.1-1.4 остаются выбранными первые информационные входы. В силу этого к фазам 2.1-2.4 двигателя поочередно поступают определенные ЫЮ1-сигналы, приводящие к протеканию через них соответствующих токов. Этим состояниям соответствуют точки 1-Зп-1 на фиг. 56,

66,76.

Этим завершается первая четверть цикла управления четырехфазным двигателем, в результате которой отрабатываются Зп-1 дробных шагов величиной Т где ci ос основной

(конструктивный) шаг двигателя, а ,2,3,.. .

Последующий (Зп-й) низкочастотный импульс устанавливает в нулевые состояния младшие разряды счетчика 4, коэффициент пересчета которых равен Зп, и формирует импульс переноса для записи в старших разрядах этого счетчика, коэффициент пересчета которых равен 4, цифры 1. Благодаря этому выбираются вторые информационные входы мультиплексоров 1.1-1.4. В такт поступления Зп-1 низкочастотных импульсов f на

10

5310726

вход счетчика 4 на n+l выходах его младших разрядов формируются коды, позволяющие поочередно выбрать информационные входы мультиплексоров 5.1-5.3. В результате этого к фазам 2.1-2.4 двигателя поочередно поступают определенные ЫИМ-сигналы,приводящие к протеканию через них соответствующих токов. Этим состояниям соответствуют точки Зп-6п-1 на фиг. 56, 66, 76. Этим завершается вторая четверть цикла управления двигателей, в итоге которой отрабаты- с ваются последующие Зп-1 дробных шагов.

Последующие третья и четвертая четверти цикла работы устройства аналогичны описанным первым двум четвертям цикла. Отличия заключаются только в том, что по старшим разрядам счетчика 4 выбираются третьи и четвертые информационные входы мультиплексоров 1.1-1.4.

После завершения полного цикла управления счетчик 4 обнуливается и вся система устанавливается в нулевое исходное состояние.

Для обеспечения обратного направления вращения двигателя (реверсирования) меняется на обратный логический потенциал на входе Реверс счетчика 4,

20

25

30

Частота импульсов, подаваемых на вход fg высокочастотного тактирования, выбирается исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя, а частота импульсов, подаваемых на шину низкочастотных управляющих импульсов, выбирается в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.

Формула и 30 б ре тения

Устройство для программного управления четырехфазным шаговым двигателем, содержащее первый, второй, третий и четвертый мультиплексоры первой группы, выходы которых подключены к соответствующим фазным обмоткам двигателя, нереверсивный счетчик, тактовый вход которого соединен с входом высокочастотных импульсов тактирования устройства, и реверсивный счетчик, выходы двух старщих разрядов которого подключены соответственно к управляющим входам

первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров первой группы, а входы тактирования и реверса подключены соответственно к входам низкочастотных импульсов тактирования и реверса устройства, отличагащ е с я тем, что, t целью повьш1ения равномерности движения, точности от- ,работки дробных шагов и равномерности распределения момента по полю четы- рехфазного шагового движителя с ненасыщенной магнитной системой, дополнительно содержит три мультиплексора второй группы, управляющие входы которых подключены соответственно к выходам младших разрядов реверсивного счетчика, деингфратор, входы которого подключены к выходам счетчика, 4п-2 элементов И, где ,2,3,..., первый вход первого из которых соединен с Первым выходом дешифратора, первый вход каждого последующего элемента И соединен с выходом предыдущего элемента И, вторые входы с первог по (4п-2)-й элементов И соединены с выходами дешифратора с второго по (4п-1)-й соответственно, первый,второй, ..., (Зп-1 )-й, Зп-й информационные входы первого мультиплексора второй группы соединены соответственно с выходами (n-l)-ro, п-го,..., (4П-3), (4п-2)-го элементов И, а выход - с четвертым, первым, вторым, третьим информационньпчи входами соответственно первого, второго, третьег четвертого мультиплексоров первой

5

5

0

0

5

группы, первый, BTOpoi i, . . . , (п-2)-й, (n-1)-ii информационные пходь второго мультиплексора второй группы соединены соответственно с выходами (п-1)-го, (п-2)-г о, . . ., второго, первого элементов 11, п-й информационный вход - с первым выходом дешифратора, (п+1)-й, (пЧ-2)-й, . , ., (2п+1)-й информационные входы - с шиной единичного логического потенциала, (2п+2)-й информационный вход - с перв1)1м выходом дешифратора, (2п+3)-й, (2п+4)-й,..., Зп-й информационные входы - соответственно с выходами первого, второго, ... (п-2)-го элементов И, а выход - с третьим, четвертым, первым, вторым информациоилыми вхо.цами сооч ветст- венно первого, второго, третьего, четвертого мультиплексоров периой группы, первый вход третьего мульти- плс кс ора лгороГ группы соединен с nepjjhiM, вторым, третьим, четвертым 1П1фо)ма1,ионными входами соответственно первого, второго, третьего, четвертого мультиплексоров первой группы и подключен к шине нулевого логического потенциала, второй, тре- 1 ий , . . . Зп-ii информационные входы третьего мультиплексора второй группы соединены соответственно с выходами (Ап-2)-го, (4п-3)-го,...,п-го элементов И, а иыход - с вторым, третьим, четвертыг, первым информационными входами соответственно первого, второго, трегьего,четвертого мультиплексоров первой группы.

-.

Nb «SJ

О.

4

JL JII I I I I I I I I 1 I I i t

1 г s 1 5 б 7 8 Э Ю n

oi-

t

Цф

н

ИМИ f I 11 I I I II 1 I мм I и I и и I 11 и

I,

г,

I Z М 5 6 7

W и г t$ 2J 23

л