Устройство управления шаговым двигателем с замкнутым контуром регулирования Советский патент 1991 года по МПК G05B19/40 

Изобретение относится к регулирующим и управляющим системам и предназначено для применения в электромеханических системах, о частности о роботизированных комплексах общего и специального назначения.

Целью изобретения является повышение стабильности работы шагового двигателя.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства управления шаговым двигателем с замкнутым контуром регулирования; на фиг. 2 - принципиальная схема блока запуска и торможения; на фиг. 3 - временная диаграмма устройства; на фиг. 4- принципиальная схема коммутатора; на

фиг. 5 -- диаграмма работы сдвигового регистра коммутатора.

Устройство содержит коммутатор 1. шаговый двигатель 2, датчик 3 шагов, усилитель 4, блок 5 задержки и блок 6 запуска и торможения. Блок запуска и торможения содержит формирователь 7 импульсов, первый инвертор 8, элемент И 9, триггеры 10 и 11, элементы И 12-15, второй инвертор 16. Коммутатор содержит распределитель импульсов 17 и усилители 18-20 мощности. Распределитель 17 импульсов содержит формирователь 21, резистор 22, конденсатор 23, инверторы 24 и 25, сдвиговый регистр 26, инвертор 27 - 29. резисторы 30 - 32, диод 33.

Устройство работает следующим образом.

В момент времени ti (фиг. 3) на вход блока б подается сигнал Включить. Формирователь 7 (фиг. 2) выдает импульс (фиг. 3 б), который через элемент И 12 поступает на вход коммутатора 1 (фиг. 3 и). Коммутатор, получив командный импульс, переключает состояние на такт вперед и ШД начинает отрабатывать первый шаг.

В момент завершения шага та (фиг. 3 е) датчик 3 шагов вырабатывает сигнал, который через усилитель 4 поступает на блок 5, задающий скорость вращения двигателя. Из блока 5 через элементы И 15 и 12 блока 6 (фиг. 2) сигнал поступает на коммутатор 1 ц виде следующего командного импульса (фиг. 3 и, t). Далее процесс повторяется.

При снятии с входа блока б сигнала Включить второй триггер 11 (фиг. 2) запрещает прохождение очередного импульса с датчика 3 шагов на вх.)д коммутатора 1. Задним фронтом этого импульса (момент t3 на фиг. 3 е, в, г) сбрасывается в О триггер 10(фиг. 2), а триггер 11 переводится в прежнее состояние, тем самым вновь разрешается дальнейшее прохождение ммпульсов с датчика 3 шагоз, В устройстве блок 5 запуска и торможения включен в тракт прохождения управляющих импульсов (коммутатор 1, шаговый двигатель 2, датчик 3 шагоп блок 5 задержки и блок 6 запуска и -.ормохения) и при снятии сигнала Включить эапрещ - GT прохождение одного очередного управляющего импульса.

Из-за запрещения прохождения на коммутатор 1 одного импульса ротор шагового двигателя по инерции попадает в зону отрицательных значений моментной характеристики шагового двигателя

М kFpFcmSlnQk, где к - конструктивный параметр;

Fp - постоянная по амплитуде МДС ротора;

FCT - МДС статора;

Qk - пространственный угол между векторами МДС ротора и статора.

Разрешение прохождения следующих командных импульсов позволяет удерживать ротор в этой зоне. Происходит тормг.- жение ШД (фиг. 3 и).

Блок 6 запуска и торможеи/я (фиг. 1) работает следующим образом,

В начале работы устройства на вход Ч- триггера 11 и элемента И 13 подаются соответственно прямой и инверсный сигналы начальной установки НУ и НУ. По этим сигналам блек 6 приводится в исходное состо- жие - на выходе триггера 10

устанавливается 1 (фиг. 3 в), а на выходе триггера 11 устанавливается О (фиг. 3 г).

В момент времени ti (фиг. 3) на вход блока б подается сигнал Включить. Формирователь 7 (фиг. 2) выдает импульс (фиг, 3 б), который через элемент И 12 поступает на вход коммутатора 1 (фиг. 3 и). Одмоврег ен- но сигнал Включить через элемент ,1 9 поступает ю S-вход триггера 11 i ,. лииает HJ его выходе 1 (фиг. 3 г). Эта 1 разрешает прохождение через элемент И 15 импульсов из блока 5 задержка, которые через элемент И Vi. такж поступают а «ход коммутатора 1.

5Прг снятии с иходз блока б сигнала

Включит:. (фиг. 3 а) сигнал (фиг. 3 д) на S-входе триггера 1 i разрешает работу этого триггера по тактовому С-входу. При эгом очередной импульс из блока 5 задержки

0 проходит на вход комм1 гатора 1 и одновременно задним фронтом устанавливает триггер 11 в О (фиг. 3 г). При этом -запрещается прохождение импульсов из блока 5 задержки через элемент И 15 на вход коммутатора

5 1 и разрешается прохождение этих импульсов через элемент И 14 на тактовый С-пход триггера 10 (фиг. 3 э).

Очередной импульс из блока 5 задержки задним фронтом устанавливает на выхо0 де триггепа 10 нулевой сигнал (фиг. 3 в). При этом ь15 S-вхом триггера 11 поступает 1 (фиг. 3 д) и устанавливает на ею выходе сигм;./ 1, которая разрешает дальнейшее прохождение импульсов из блока 5 зэдэрж5 ки через элемент И 15 на вход коммутатора 1. Таким образом при смятии сигнала Включить происходит пропуск одного из импульсов, поступающих из блока 5 задержки на вход коммутатора 1 (фиг. 3 и)

0Сигнал О, поступающий на D-оход

три геров 10 и 11, язпяется общим (источник питания) (фиг. 2)

Коммутатор работает следующим зом.

5При подаче питания на коммутатор 1

схема начальной установки, состоящая из конденсатора 23, резистора 22 и двух инверторов 24 и 25 (фиг. 4), вырабатывает прямой и инперсный импульсы начальной устамов0 ки НУ и НУ. Импульс НУ по R-вхопу обнуляет сдвиговый регистр 26, а импульс НУ поступает на формирователь 21 (фиг. 4), оторый выра п ывает импульс предварительной установки сдвигового регистра 26. По этом/

5 импульсу в сдвиговый регистр записывается информация, находящаяся на входах предварительной станов/и (фиг. 5, ти). При приходе управляющих импупьсов на С-вход сдвигового рег/стра -.и (фиг. 4) информация на исходе сдг.и ового регистра 26 сдвигается (фиг. 5, t2,13). Импульсы с выхода регистра 26 через инверторы 27-29 поступают на усилители 18-20 мощности, которые в зависимости от управляющего импульса подключают к источнику питания ту или иную обмотку двигателя.

Введение в устройство блока торможения и задержки позволяет при снятии сигнала Включить задержать очередной управляющий импульс, переводящий ком- мутатор на шаг вперед. При этом ротор, опережая по инерции вектор поля, попадает в область отрицательных моментов и тормозится. Это дает возможность уменьшить выбег ротора и потерю информации, что в конечном итоге делает работу шагового двигателя более надежной.

Формула изобретения 1. Устройство управления шаговым дви- гателем с замкнутым контуром регулирования, содержащее шаговый двигатель, обмотки которого соединены с выходами коммутатора, а вал - с датчиком шагов, и блок задержки, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности работы, оно содержит блок запуска и торможения и усилитель, вход которого соединен с выходом датчика шагов, а выход - с входом блока задержки, выход которого подключен к первому входу блока запуска и торможения, второй вход которого является входом Включить устройства, а выход блока запуска и торможения соединен с входом коммутатора.

2. Устройство поп 1,отличающее- с я тем, что блок запуска и торможения содержит два триггера, формирователь импульсов, пять элементов И и два инвертора, причем входы формирователя импульсов и первого инвертора подключены к второму входу блока, выход первого инвертора соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, выход формирователя соединен с первыми входами второго и третьего элементов И инверсный выход второго элемента И является выходом блока, инверсный выход третьего элемента И подключен к S-входу первого триггера, С-вход которого соединен с инверсным выходом четвертого элемента И, первый вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера, прямой выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, инверсный выход которого подключен к второму входу второго элемента И, вторые входы четвертого и пятого элементов И и вход второго инвертора соединены с первым входом блока, выход второго инвертора подключен к С-входу второго триггера, R-вход второго триггера и второй вход третьего элемента И соединены соответственно с выходами прямого и инверсного сигнала начальной установки, D-входы триггеров подключены к общей шине источника питания.

Изобретение относится к регулирующим и управляющим системам и предназначено для применения в роботизированных комплексах общего и специального назначения Цель изобретения - уменьшение времени,необходимого для остановки ша- iопого двигателя, и исключение выбегов, а следовательно, повышение надежности работы шагового двигателя. Устройство содержит коммутатор. ШД. датчик шагов, усилитель, блок задержки. Новым является введение блока запуска и торможения, представляющего собой соединение триггеров и логических ячеек И и ИЛИ, который запрещает по сигналу Выключить прохождение очередного командного импульса на коммутатор, вводя ротор ШД в отрицательную область моментной характеристики ШД и, следовательно, ускоряя процесс торможения и повышая надежность работы ШД. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л

фиг.1

Фиг А

f 7 3

Фиг.5