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

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано для управления многофазным шаговым двигателем с электрическим дроблением шага в системах автоматизированного электропривода.

Цель изобретения - повышение экономичности и надежности устройства.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства на фиг.2 - схема управления ключевым усилителем мощности полумостовой схемы; на фиг.З - схема управления ключевым усилителем мощности мостовой схемы, на фиг.4 - диаграммы напряжений на выходах элементов устройства.

Устройство для управления га-фазным шаговым двигателем содержит двоичный реверсивный счетчик 1, соединенный входами с шинами сброса 2, реверса 3 и низкочастотных импульсов тактирования 4, выходами подключенный к первой группе адресных входов

постоянного запоминающего устройства 5, соединенного выходами с входами циЛроаналогового преобразователя 6, счетчик 7 по модулю га, подключенный входом к шине 8 высокочастотных импульсов тактирования, а выходами - к другой группе адресных входов постоянного запоминающего устройства 5 и входам дешифратора 9, а также m каналов управления, каждый из которых содержит аналоговый ключ 10, соединяющий выход цифроаналогового преобразователя 6 с первым входом регулятора тока 11, выполненного в виде стробируемого компаратора с запоминанием сигнала на выходе, ключевой усилитель 12 мощности (ключ), подключенный входами к шинам 13 и 14 источника питания (на чертеже не показан). К выходу усилителя 12 подключены последовательно соединенные фаза 15 двигателя и датчик 16 тока, выход которого подсоединен к второму входу регулято(Л

о

С71

00 СО

0

pa 11 тока, выход которого связан с информационным входом D-триггера 17, соединенного выходом с информационным входом D-трнггера 18. Управляющие входы аналогового ключа 10 и регулятора 11 тока объединены с инверсными динамическими тактовыми входами записи D-триггеров 17 и 18 и подключены к соответствующему выходу дешифратора 9. Выходы D-триггеров 17 и 18 всех каналов управления подключены к адресным входам постоянного запоминающего устройства 19, выходы которого подсоединены к управляющим входам со- ответствующих усилителей 12 мощности. Полумостовой усилитель 12 мощности (см. фиг.2) включает ключи 20 и 21 и обратные диоды 22 и 23.

Мостовой усилитель мощности (см. фиг.З) состоит из ключей 24-27 и обратных диодов 28-31.

Устройство для управления тп-фаэ- ным шаговым двигателем работает следующим образом.

В начальный момент на шину 2 подается сигнал установки устройства в исходное состояние, по которому счетчик 1 переводится в нулевое состояние, и на адресные входы постоянного запоминающего устройства 5 поступает исходный код. Высокочастотные импульсы тактирования с шины 8 подсчитывают ся по модулю га счетчиком 7 и сигналы с его выходов поступают на вторую группу адресных входов постоянного запоминающего устройства 5, обеспечивая поочередную выборку и подачу на входы цифроаналогового преобразователя 6 m эквивалентных двоичных кодов. При поступлении каждого импульса тактирования по шине 8 дешифратор 9 формирует стробирующий сигнал, который поступает в соответствующий канал управления. Этот сигнал замыкает один из аналоговых ключей 10 и эталонный сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 6, задающий величину тока в фазе 15 двигателя, поступает на вход регулятора тока 11 соответствующего канала управления. При этом сигнал с выхода дешифратора 9, поступающий на стробирующий вход компаратора, разрешает сравнение значений эталонного сигнала и фактического тока. Регулятор тока 11 вырабатывает логичес- кий сигнал рассогласования, для которого уровень логической 1 соответствует превышению сигнала задания над фактическим током.

0

j

5

5

0

5

0

45

0

По срезу стробирующего сигнала в П-триггер 18 заносится сигнал с выхода D-трнггера 17, а в D-триггер 17 заносится сигнал с выхода регулятора тока 1 1 . Таким образом, Г)-триггер 1 7 хранит информацию с выхода регулятора тока 11 в данном такте, а D-триггер 18 - выходной сигнал регулятора тока 11 предыдущего такта управления. Наличие информации о состоянии выходного сигнала регулятора тока 11 в настоящем и предыдущем тактах управления позволяет реализовать такой режим работы силовых ключей 12, при котором изменение направления тока в фазе 15 двигателя производится через паузу, в которой все силовые ключи отключены. Так, когда фактический ток меньше заданного, на выходах регулятора тока 1 1 и D-триггеров 17 и 18 имеются сигналы логической 1. Соответствующая фаза 15 двигателя через силовые ключи 12 подключается к соответствующим шинам источника питания. Когда фактический ток превысит заданное значение, сигнал на выходе регулятора тока 11 примет уровень логического 0 и на выходе D-триггера 17 будет сигнал логического 0, а на выходе D-триггера 18 сигнал логической 1. В этом такте управления фаза 15 будет отключена от шин источника питания и ток в ней будет спадать. Если к следующему такту выходной сигнал регулятора тока 11 сохранит уровень логического 0, то на входах D-триггеров 17 и 18 будут сигналы логического 0 и фаза 15 будет подключена к шинам источника питания противоположной полярности. Таким образом, комбинация выходных сигналов D-триггеров 17 и 18 0-1 или 1-0 вызывает отключение соответствующей фазы 15 двигателя от шин источника питания, а комбинация.0-0 или 1-1 вызывает подключение фазы 15 двигателя к соответствующим шинам источника питания. Постоянное запоминающее устройство 19 преобразует код с выходов D-триггеров 17 и 18 в сигналы управления ключевыми элементами 12. При этом постоянное запоминающее устройство 19 может быть запрограммировано для управления различными схемами ключевых элементов (мостовой или полумостовой) .

При поступлении очередного импульса по шине 4 низкочастотных импульсов тактирования счетчик 1 переводится в

516

состояние с другим кодом сигналов на выходах. Периодическое изменение кодов на выходах счетчика 7 обеспечивает поочередное извлечение из постоянного запоминающего устройства 5 и подачу на входы цифроаналогового преобразователя 6 га новых эквивалентных кодов, которые являются последующими уровнями ступенчато-изменяющихся сигналов задания на токи фаз. Таким образом, поступление импульсов по шине 4 обеспечивает периодическое изменение сигналов задания на токи фаз двигателя. Величина периода повторения пропорциональна разрядности счетчика 7 и периоду импульсов на шине 4.

При подаче сигнала на шину 3 реверса счетчик 1 изменяет направление счета, тем самым изменяя порядок чередования токов в фазах двигателя и направление его движения.

Рассмотрим работу силовых ключей, выполненных по полумостовой схеме при управлении двухфазным шаговым двигателем в соответствии с фиг.2. Здесь каждая фаза 15 двигателя подключена к общей точке ключевых элементов 20 и 21, параллельно каждому из которых включены обратные диоды 22 и 23 соответственно. Входы ключевых элементов 20 и 21 подключены к выходам данных ДО...ДЗ постоянного запоминающего устройства 19, к адресным входам которого подключены выходы D-триггеров 17 и 18.

Допустим, на выходах D-триггеров 17 и 18 установлены сигналы логической 1. При этом на выходах данных ДО, Д1 постоянного запоминающего устрой - ства 19 устанавливаются сигналы логической 1 (см. табл. 1), которым соответствуют открытое состояние ключевого элемента 21 и закрытое состояние ключевого элемента 20, и подключение фазы 15 двигателя к отрицательной шине 14 источника питания. При превышении током в фазе 15 заданного значения по срезу стробируюцего сигнала на выходе D-триггера 17 устанавливается сигнал логического 0, а на выходах ДО и Д1 постоянного запоминающего устройства 19 - сигналы логических 1 и. О соответственно. В данном такте управления происходит восстановление запирающих свойств ключевого элемента 21, и он закрывается. Энергия, запасенная в индуктивности фазы 15, разряжается через диод 22 на емкости фильтра источника питания. Если в сле

5

0

дующем такте сигнал на выходе регулятора тока не изменится, на выходе U-триггера 18 установится сигнал логического 0, а на выходах ДО и Д1 постоянного запоминающего устройства 19 - сигналы логического 0. Ключевой элемент 20 подключит фазу 15 к положительной шине 13 источника питания (см. фиг.4).

Процесс обратного переключения каждой фазы аналогичен описанному выше. Выходным сигналам 0-1 и 1-0 D-триггеров соответствуют отключенные состоя- ,1ия ключевых элементов 20 и 21, что исключает реким сквозных токов.

При управлении двухфазным шаговым двигателем для случая, когда силовые ключи выполнены по мостовой схеме (см. фиг.З), фаза 15 шагового двигателя и датчик тока 16 соединены последовательно и включены между общими точками ключевых элементов 24, 25 и 26, 27. Параллельно ключевым эле5 ментам включены обратные диоды 28, 29 и 30, 31 соответственно. Управляющие входы ключевых элементов 24-27 подключены к выходам ДО...Д7 данных постоянного запоминающего устройства 19, к адресным входам АО...A3 которого подключены выходы D-триггеров 17 и 18.

Допустим, на выходах D-триггеров 17 и 18 установлены сигналы логической 1. При этом на выходах данных ДО, Д1, Д2, ДЗ постоянного запоминающего устройства 19 устанавливаются логические сигналы 0, 1, 1, 0 соответственно (см. табл. 2), которым соответствуют открытые состояния ключевых элементов 24 и 27 и закрытые состояния ключевых элементов 25 и 26. Общая точка диодов 28 и 29 (точка А Лазы 15) подключена к шине 13, а общая точка фазы 15 и датчика 16 (точка В) - к шине 14 источника питания.

5 При превышении током в фазе 15 заданного значения по срезу стробирующего сигнс-ша на выходе D-триггера 17 устанавливается сигнал логического 0, а на выходах ДО, Д1, Д2, ДЗ постоянного запоминающего устройства 19 - логические сигналы 1, 0, 1, 0 соответственно. В данном такте управления происходит восстановление запирающих свойств ключевых элементов 24 и 27 и они закрываются. Энергия индуктивности фазы 15 разряжается через диоды 29 и 30 на емкости фильтра источника питания. Если в следующем такте сигнал на выходе регулятора тока не изменит0

5

0

0

ся, на выходе D-триггера 18 установится сигнал логического 0, а на вы- ходах ДО Д1 Д2, ДЗ постоянного запоминающего устройства 19 - логические сигналы 1,0,0, 1 соответствен- но. При этом ключевой элемент 25 подключит точку А, а ключевой элемент 2Ь - точку В фазы 15 к шинам источника питания 14 и 13 соответственно (см. фнг.4).

Процесс обратного переключения каждой фазы аналогичен описанному. Выходным сигналам 0-1 и 1-0 D-тригге- ров соответствуют отключенные состоя- ния ключевых элементов 24-27. Следовательно, данная схема управления uid- говым двигателем позволяет повысить надежность управления за счет исключения режима сквозного тока и уменьшения потери в силовых ключах. Имея простую схему, устройство управления в то же время обладает расширенными функциональными возможностями и способно работать с различными варианта- ми силовых схем, что расширяет область его применения.

Формула изобретения

Устройство для управления т-фазным шаговым двигателем, содержащее двоичный реверсивный счетчик, соединенный входами с шинами сброса, реверса и низкочастотных импульсов тактирования, а выходами подключенный к первой группе адресных входов постоянного запоминающего устройства, соединенного выходами с входами цифроаналогово- го преобразователя, счетчик по моду

5

0

0

5

лю т, подключенный входом к шине высокочастотных импульсов тактирования, а выходами - к другой группе адресных входов постоянного запоминающего устройства и входам дешифратора, и m каналов управления, каждый из которых . содержит аналоговый ключ, соединяющий выход цифроаналогового преобразователя с первым входом регулятора тока, выполненного в виде стробируемого компаратора с запоминанием сигнала на выходе, ключевой усилитель мощности, подключенный входами к шинам двупо- лярного источника питания, а выходом - к последовательно соединенным фазе двигателя и датчику тока, выход датчика тока подключен к второму входу регулятора тока, управляющие входы аналогового ключа и регулятора тока объединены и подключены к соответствующему выходу дешифратора, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности и надежности, введено второе постоянное запоминающее устройство и в каждый канал управления введены два D-триггера, информационный вход первого из них подключен к выходу регулятора тока, а второго - к выходу первого D-триггера, тактовые входы D-триггеров объединены и подключены к управляющему входу регулятора тока, адресные входы второго постоянного запоминающего устройства подсоединены к выходам D-триггеров всех каналов управления, а выходы подключены к управляющим входам соответствующих ключевых усилителей мощности.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага. Цель изобретения состоит в повышении экономичности и надежности. Контролируется ток Лазы двигателя, подключенной к мостовому усилителю мощности, и обеспечивается задержка замыкания следующего ключа до запирания ранее включенного, чем предотвращается появление сквозного тока. 4 ил.

Таблица прожига ПЗУ для полумостовой схемы

Адрес

Данные Адрес I Данные Адрес Данные Адрес

Таблица 1

Данные

Таблица прожига ПЗУ для мостовой схемы

Адрес

0000 0001 ООН) 0011

: I Данные I Адрес Данные I Адрес I Данные I Адрес I Данные

100110010100

100101010101

100101010110

100101100111

010110011000

010101011001

0101010-11010

01010 Л 01011

01011001 1100 01010101 1101 01010101 1110 01010110 1111

0110100 0110010 0110010 0110011

2

J

It

-

10 Таблица

1100 1101 1110 1111

01101001 01100101 01100101 01100110

f

ФигЬ