Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1991 года по МПК H02P8/00 

Изобретение относится к управлению приводами с шаговыми двигателями уг может быть использовано при управлении шаговыми приводами, работающими в сеансных режимах при периодических включениях и отключениях источника питания системы при обработке во время включения однократной уставки коррекции.

Цепь изобретения состоит в повышении точности.

На чертеже приведена структурная схема устройства управления шаговым двигателем.

Устройство содержит шаговый двигатель 1, соединенный последовательно

с усилителем 2 мощности и распределителем 3, первый вход которого подключен к выходу первого элемента 4 задержки, формирователь 5 сигнала Сброс, подключенный входом к шине питания через ключ 6 и входу одно- вибратора 7, а выходом - к первому входу первого поляризованного реле 8, второе поляризованное реле 9, соединенное первым входом через первый элемент 4 задержки с выходом формирователя 5, а вторым входом - с выходом одновибратора 7, с первыми входами первого 10, второго 11, третьего 12, четвертого 13 элементов И и через второй элемент 14 задержки - с вто35 Јь

35

Э

:о

35

to

рым входом первого поляризованного реле 8, третье 15 и четвертое 16 по- мяризованные реле, подключенные первым и вторым входами к выходам соот- ветственно первого 10 и второго 11 элементов И, третьего 12 и четвертого 13 элементов И, первый 17 и второй 18 элементы НЕ, подключенные выходами к вторым входам, соответственно, вто- рого 11 и третьего 12 элементов И, а входами - к вторым входам соответственно первого 10 и четвертого 13 элементов И и соответственно к второму и третьему выходам распределителя 3, соединенного вторым и третьим входами с контактами соответственно третьего 15 и четвертого 16 поляризованных реле; элемент НЛП 19, первый вход которого подключен к выходу первого эле- мента 4 задержки и ко входу Сорос первого 20 счетчика; регистр 21 сдвига, связанный информационными выходами с входами второго 22 счетчика; второй вход элемента ШШ 19, подключен- ный к выходу переполнения первого 20 счетчика; RS-триггер 23, связанный S-входом с выходом пятого элемента И 24, прямым выходом - с первым входом шестого элемента И 25, соединенно го выходом со счетным входом первого 20 счетчика, а вторым входом - с выходом делителя 26 частоты и первым входом седьмого элемента И 27, подключенного вторым входом к инверсному выходу RS-триггера 23, а выходом - к счетному входу второго счетчика 22; третий элемент НЕ 28, подключенный к знаковому разряду регистра 21 сдвига; восьмой элемент И 29, соединенный вы- ходом с входом записи второго счетчика - 22 элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 30, подключенный выходом к второму йХоду пятого элемента И 24, четвертый элемент НЕ 31, соединенный выхо- дом с входом управляемого 32 ключа, подключенного входом к выходу генератора 33 импульсов, а выходом - к входу делителя 34 синхронизатора, соединенного выходом с входом делите- ля 26 частоты, пятое поляризованное реле 35, соединенное управляющими обмотками с выходами элементов И 36 и 37; элемент ИЛИ 38, подключенный выходом к входу Сброс регистра 21 сдвига.

Устройство для управления шаговым двигателем работает следующим образом.

5 g 5 Q е 0 5 Q

5

При замыкании ключа 6 шина источника питания +и подключается к формирователю 5 сигнала Сброс. В качестве ключа 6 при ручном включении устройства может быть использован любой тумблер, работающий на замыкание с фиксацией, при автоматическом включении может быть использован дистанционный переключатель, работающий на переключение от внешних сигналов (Рабо- та и Отбой).

Формирователь 5 сигнала Сброс может быть выполнен на RC-цепи и инверторе любой серии микросхем,

При подключении шины питания к формирователю 5 на выходе последнего вырабатывается сигнал Сброс, который поступает на первый сигнальный вход поляризованного реле 8, контакт которого подключает шину питания к распределителю 3 импульсов и всем элементам логической части (на схеме линии питания не приведены).

Сигнал Сброс через элемент 4 задержки поступает также на вход записи распределителя 3 импульсов, обеспечивая запись в распределитель информации (лог. О или лог.1), определяемую состоянием контактов поляризованных реле 15 и 16, на входы сброса регистра 21, сдвига (через элемент ИЛИ 38) первого 20 счетчика, второго 22 счетчика, делителя-синхронизатора 34 и делителя 26 частоты и через элемент ИЛИ 19 на R-вход RS-триггера 23, обеспечивая их обнуление, а также на первый сигнальный вход второго поляризованного реле 9, контакт которого подключает шину питания к усилителю 2 мощности.

При этом, ввиду того, что счетчик 22 обнулен, сигнал логического нуля на выходе элемента НЕ 31 запирает управляемый электронный ключ 32, и опорная частота с генератора 33 импульсов не проходит на делитель-синхронизатор 3/- и далее. Шаговый двигатель находится в режиме фиксированной стоянки под током, причем под напряжением оказываются те фазы шагового двигателя, которые определены распределителем 3 импульсов после записи в него информации импульсом Сброс с контактов поляризованных реле 15 и 16. Уставка на обработку задается из вычислительного устройства (ВУ) по информационной шине (ИнФ) в виде после- довательного кода на сдвиговый ре

гистр 21 и при помощи тактовых им- пульсов (ТИ) записывается в регистр 21 сдвига (последовательный интерфейс вычислительного устройства). Уставка содержит информацию (в двоичном коде) о величине перемещения и знаке перемещения. В регистре 21 сдвига знаковый разряд является старшим. Запись информации в регистр 21 сдвига происходит в течение определенного вр времени (определяется быстродействием и разрядностью ВУ) в определенном времени интервале машинного цикла Т, определяемого программой. На втором входе элемента И 29 - высокий уровень сигнала, определяемый выходом информационного состояния счетчика 22 (счетчик обнулен). Выходом информационного состояния счетчика 22 является пос ледний выход переноса. С приходом на первый вход элемента И 29 импульса пТц (вход синхронизации) на выходе элемента И 19 формируется импульс,

Шаговый двигатель 1 приходит во вращение в направлении, определяемом состоянием знакового разряда регистра 21 сдвига, поступающего на распределитель 3 импульсов. Одновре30

который используется для записи устав- 25 менно импульсы управления с выхода деки с регистра 21 сдвига в счетчик 22 (записывается информация перемещения) и для записи двоичного дополнительного кода, пропорционального суммарному люфту привода в счетчик 20, который поступает по шине записи 311.

На входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ И)Ш - всегда два сигнала: на первом входе - сигнал с выхода знакового разряда регистра 21 сдвига, на втором входе - сигнал с контакта поляризованного реле 35.

Положение контакта и сигнал на нем определяют знак вращения привода при обработке предыдущей уставки до отклю-до чения питания прибора.

На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ,ИЛИ сигнал имеет высокий уровень только при несовпадении уровней сигнала на его входах,т.е. при несовпа- 45 дении знаков вращения в текущей уставке и уставке предыдущего сеанса.

Импульс, формируемый на выходе элемента И 29, поступает также на вход элемента И 24 и при несовпадении 50 знаков вращения устанавливает KS-трнг- гер 23 в единичное состояние по входу S. На первом входе элемента И 25 устанавливается высокий уровень сигнала с прямого выхода RS-триггера 23. После записи уставки в счетчик 22 и сравнения знаков вращения текущей уставки и уставки предыдущего сеанса,

лителя 26 частоты поступают на вход элементов И 25 и 27. Поскольку в рассматриваемом случае знаки вращения текущей уставки и уставки предыдущего сеанса не совпадают (т.е. должен быть реверс привода), и разрешающий высокий уровень сигнала присутствует на входе элемента И 25 (прямой выход RS-триггера 23 в единичном состо- 5 янии), то управляющие сигналы с выхода делителя 26 частоты поступают на счетный вход счетчика 20.

Счетчик 20 работает на сложение.

При переполнении счетчика 20 на его выходе появляется импульс напряжения, который, проходя через элемент ИЛИ 19, устанавливает КЗ-триггер 23 к входу R в инверсное состояние. На инверсном выходе RS-триггера 23 - высокий уровень сигнала, на прямом выходе - низкий уровень сигнала.

Шаговый двигатель отработал суммарный люфт привода, Далее управляю- 1дие сигналы с выхода делителя 26 частоты поступают через элемент И 27 на счетный вход счетчика 22.

Счетчик 22 работает на вычитание. Пр/эисходнт отработка уставки коррек- 55 ции. В момент, когда уставка коррекции отработана, т.е. состояние счетчика 22 равно нулю,электрон шли ключ 32 закрывается, и опорная частота не проходит далее на формирование упнизкий уровень сигнала с выхода ин-

0

формационного состояния счетчика (состояние счетчика, отличное от нуля) открывает электронный ключ 32 (через элемент НЕ 31), и опорная частота генератора 33 импульсов начинает поступать на делитель-синхронизатор 34. Делитель-синхронизатор 34 может быть выполнен на двухразрядном счетчике, один из импульсов которого (второй или третий) является импульсом записи в делитель 26 частоты кода, пропорционального частоте вращения шагового двигателя 1 и поступающего по шине записи (ЗП). Импульсы управления с выхода делителя 26 частоты поступают на распределитель 3 импульсов, на усилитель 2 мощности и далее - на шаговый двигатель 1.

Шаговый двигатель 1 приходит во вращение в направлении, определяемом состоянием знакового разряда регистра 21 сдвига, поступающего на распределитель 3 импульсов. Одновре5 менно импульсы управления с выхода де0

5 менно импульсы управления с выхода део

5

0

лителя 26 частоты поступают на вход элементов И 25 и 27. Поскольку в рассматриваемом случае знаки вращения текущей уставки и уставки предыдущего сеанса не совпадают (т.е. должен быть реверс привода), и разрешающий высокий уровень сигнала присутствует на входе элемента И 25 (прямой выход RS-триггера 23 в единичном состо- 5 янии), то управляющие сигналы с выхода делителя 26 частоты поступают на счетный вход счетчика 20.

Счетчик 20 работает на сложение.

При переполнении счетчика 20 на его выходе появляется импульс напряжения, который, проходя через элемент ИЛИ 19, устанавливает КЗ-триггер 23 к входу R в инверсное состояние. На инверсном выходе RS-триггера 23 - высокий уровень сигнала, на прямом выходе - низкий уровень сигнала.

Шаговый двигатель отработал суммарный люфт привода, Далее управляю- 1дие сигналы с выхода делителя 26 частоты поступают через элемент И 27 на счетный вход счетчика 22.

Счетчик 22 работает на вычитание. Пр/эисходнт отработка уставки коррек- 5 ции. В момент, когда уставка коррекции отработана, т.е. состояние счетчика 22 равно нулю,электрон шли ключ 32 закрывается, и опорная частота не проходит далее на формирование управляющих импульсов. Шаговый двигатель останавливается.

По окончании отработки уставки устройство отключается. При этом ключ 6 размыкается и снимает питание с формирователя 5 сигнала Сброс.

Отрицательный перепад напряжения на входе одновибратора 7 сформирует на выходе одиночный импульс, который, поступая на отбойный вход поляризо- , ванного реле 9, отключает шину пита- ния от усилителя 2 мощности через контакт поляризованного реле. Импульс одновибратора 7, поступая также на входы элементов И 10- 13, 36, 37, осуществляет запись состояния распределителя 3 импульсов и знака направления вращения отработанной уставки.

Запись осуществляется посредством подачи импульсов управления на первый или второй входы поляризованных реле 15, 16 и 35, в зависимости от состояния выходов распределителя 3 импуль- сов и выхода знакового разряда регистра 21 сдвига, и информация запоминается на контактах с двумя устойчивыми состояниями поляризованных реле 15 и 16 (состояние распределителя 3 импульсов) и 35 (состояние знакового разряда).

Распределитель 3 импульсов для четырехфазного шагового двигателя может быть выполнен, например, на двухразрядном счетчике, и дешифраторе и имеет два информационных разряда (по записи и чтению), однозначно определяющих состояние распределителя (шагового двигателя).

Импульс одновибратора через элемент 14 задержки подается также на отЬойный вход поляризованного реле 8 и через его контакт отключает шину питания от распределителя 3 импульсов и остальной логической части устройства.

Величина задержки элемента 14 задержки определяется временем записи информации о состоянии распределителя 3 импульсов и состоянии знакового разряда регистра 21 сдвига.

Вначале нового сеанса коррекции ключ 6 замыкается, и осуществляется подключение шины питания к функциональным узлам устройства по в.ышеопи санной процедуре. Величина задержки элемента 4 определяется временем срабатывания поляризованного реле, обеспечивая задержную запись в распреде0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

литель 3 импульсов его состояния до отключения питания в предыдущем сеансе.

Поскольку время срабатывания поляризованного реле на несколько порядков больше времени срабатывания электронных элементов, подключение питания к усилителю 2 мощности произойдет после записи Информации в распределитель 3 импульсов. При записи в регистр 21 сдвига новой уставки также повторится процедура сравнения знаков направления вращения текущей уставки со знаком направления вращения уставки предыдущего сеанса. Если при этом знаки совпали (т.е. нет изменения направления вращения шагового двигателя) и люфт выбран, то работа шагового привода начнется с отработки непосредственно заданной уставки. При этом на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ будет низкий уровень сигнала, так как на его выходах - сигналы одинакового уровня (лог.Г или лог. О),

Импульс записи с выхода элемента ИЛИ 29 не изменяет состояния RS-триг- гера 23, так как на входе S-низкий уровень и RS-триггер 23 будет находиться в инверсном состоянии, определяемом импульсом сброса (по входу R) с формирователя 5 сигнала Сброс через элемент 4 задержки при включе- |Нии питания.

При открывании электронного ключа 32 управляющие импульсы с делителя 26 частоты будут поступать на счетный вход счетчика 22 через элемент И 27, на одном из входов которого разрешающий высокий уровень с инверсного выхода RS-триггера 23.

Уставка коррекции будет отработана. При обнулении счетчика 22 ключ 32 закрывается и работа шагового двигателя прекращается.

При многократных отключениях и включениях устройства в каждом новом сеанср работы шаговый двигатель начинает работать из положения, в котором он находился в момент отключения устройства и отрабатывает заданную уставку с учетом анализа направления вращения, заданного в текущей уставке, по отношению к направлению вращения предыдущего сеанса (т.е. обнаружение реверса). При этом, если реверса нет, то сразу отрабатывается заданная уставка, если имеет место реверс, то вначале отрабатывается суммарный

лифт редуктора привода, а затем заданная уставка.

Введение запоминания знака направления вращения в конце сеанса отработки по отключению питания поз- воляет при работе в новом сеансе при изменения знака направления вращения учитывать суммарный люфт редуктора привода при отработке уставки, что повышает точность работы системы

Устройство может быть использовано в прецизионных разомкнутых системах управления шаговыми приводами, где при отсутствии обратной связи по положению выходного вала привода, необходимо обеспечить высокую точность.

Наибольший эффект при использовании предлагаемого устройства может быть получен в прецизионных системах, к которым предъявлены требования обес обеспечения многократных (до Ю6) сеансов при отработке разовых уставок коррекции в каждом сеансе и высокой точности.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем по авт.св. Н 1429275, о т- личающееся тем, что, с це- лью повышения точности, введены с пятого по десятый элемент И, пятое поляризованное реле, третий и четвертый элементы НЕ, первый и второй счетчики, регистр сдвига, элемент ИСКЛЮ- ЧАЮЩЕЕ ИЛИ RS-триггер, генератор импульсов, управляемый электронный ключ, делитель-синхронизатор, делитель частоты, первый элемент ИЛИ и второй элемент ИЛИ, первый вход кото- рого подключен к выходу первого элемента задержки, к входам сброса первого и второго счетчиков, делителя-синхронизатора, делителя частоты и к первому входу первого элемента ИЛИ, вто- рой вход второго элемента ИЛИ - к выходу переполнения первого счетчика, а выход - к R-входу RS-триггера, подключенного S-входом к выходу пятого элемента И, прямым выходом - к первому входу шестого элемента И, соединенного выходом со счетным входом первого счетчика, а вторым входом -

с выходом делителя частоты, четвертым входом распределителя импульсов и первым входом седьмого элемента И, подключенного вторьм входом к инверсному выходу RS-триггера, а выходом - к счетному входу второго счетчика, вход записи которого подключен к выходу восьмого элемента И, первому входу пятого элемента И н входу записи первого счетчика, соединенного информационными входами с шиной записи, информационные входы второго счетчика - к информационным выходам регистра сдвига, знаковый разряд которого соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с входом третьего элемента НЕ и пятым входом распределителя импульсов, вход сдвига подключен к информационной шине, синхровход - к шине тактовых импульсов, вход сброса - к выходу первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, а первый вход восьмог элемента И соединен с шиной синхронизации, второй вход - с выходом состояния второго счетчика и входом четвертого элемента НЕ, подключенного выходом к управляющему входу электронного ключа, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с входом делителя-синхронизатора, первый выход которого подключен к счетному входу делителя частоты, второй выход - к входу записи делителя частоты, соединенного информационными входами с шиной записи, причем выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к второму входу пятого элемента И, второй вход - к переключающемуся контакту пятого поляризованного реле, первая управляющая обмотка которого соединена с выходом девятого элемента И, вторая обмотка - с выходом десятого элемента И, первый вход которого подключен к входу третьего элемента НЕ, второй вход - к первым входам четвертого и девятого элементов И, второй вход девятого элемента И соединен с выходом третьего элемента НЕ, а неподвижные контакты пятого поляризованного реле подключены к шинам питания.

Устройство относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления шаговыми приводами. Целью изобретения является повышение точности отработки заданных на шаговый привод перемещений. Устройство содержит элемент памяти (поляризованное реле) для запоминания знака направления вращения отработанной установки по отключению питания устройства, элементы для сравнения знаков направления вращения текущей уставки и уставки предыдущего сеанса, счетчик с записью информации, характеризующей величину суммарного люфта привода. При изменении знака направления вращения текущей установки по отношению к знаку направления вращения уставки предыдущего сеанса вначале происходит отработка суммарного люфта привода в соответствии с заданным значением, а затем т отработка непосредственно заданной текущей уставки. При совпадении знаков направлений враще- . ния (люфт выбран) происходит отработка заданной уставки. 1 ил. S (Л

I t I .1 i i | ,i Г, I ,71

i-htif ХЙГЛ ft