Устройство для управления шаговым двигателем с четным числом фаз Советский патент 1991 года по МПК H02P8/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для разнопо- лярного управления шаговыми двигателями с числом фаз лл 4, 6, 8,... и с активным ротором в дискретных системах автоматизированного электропривода

Целью изобретения является упрощение схемы (путем исключения мультиплексоров и логических элементов) и ее управления (путем исключения трехпозици- онных переключателей), а также расширение функциональных возможностей обеспечения управления m-фазным шаговым двигателем, где m 6, 8....

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для управления шаговым двигателем с четным числом фаз т; на фиг. 2 - функциональная схема счетчика при

m 6; на фиг. 3-5 - монограммы векторов моментов для случая m 4; на фиг. 6 - соответствующие временные диаграммы при несимметричных режимах коммутации. Устройство в общем случае, когда число фаз равно т. содержит (фиг. 1) первую 1.1- l.m и вторую 2.1-2.т группы усилителей мощности, соединенные между собой и составляющие т/2 мостовых схем усилителей, подключенных к источнику 3 питания силовой части, реверсивный двоичный счетчик 4 с шинами тактирования, реверса и установки в нулевое состояние, первый 5.1 элемент 2-И-ИЛИ, первый входы первой и второй структур И которого соединены соответственно с первой 6 и второй 7 шинами выбора режима коммутации, второй вход первой структуры И первого элемента 2-Йс

ч4 4Ьь OJ 4 Ю

ИЛИ соединен с выходом элемгта НЕ 8, подключенного входом к второй шине 1 выбора режима, второй вход второй структуры И первого 5.1 элемента 2-И-ИЛИ соединен с прямым выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика 4, а выход первого 5.1 элемента 2-И-ИЛИ соединен с первыми входами вторых структур И со второго no (m - 1)-й элемент 2-И-ИЛИ (5 2-5.m t 1),остальные входы первого и второй структур И которых соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами с второго по n-й разряд двоичною реверсивного счетчика А, где n lg2m 1. В диагонали каждого мостового усилителя мощности попарно встречно-параллельно (либо последовательно- показано пунктиром) подключены противолежащие фазы

шагоього двигателя- 1-я с (-л Ч- 1 ) -и , 2-яс (гр+2)-й ( )-я с ( m - 1)-й,

m. г,

у -я с ГТ1-И. Входы усилителей мощности

диагонально расположенных плеч 2.1 и 1.2, 2 3 и 1.4, .. ,2.т-3)и 1. (т -2), 2 {т- 1) 1. т мостовых схем соединены соответственно с выходами элементов 2-И-ИЛИ 52,53,

г- т г- ,т .л , D -у, 5 .(-у 1) ,л входы усилителей других

плеч 1.1 и 2.2, 1.3 и 2.41. (т - 3) и 2 .(т

- 2) гех же мосговых схем соединены соответственно с вы кодами элементов ИИЛИ 5 (у 2), 5 ( ™ - 3), . . ,5. m 5 (m f 1)

Реверсивный счетчик 4 с модулем пересчета K-vp 2т при т - 4, 8, 16, строится как трздициоинмй двоичный реверсивный счетчик с коэффициентом пересчета Kliep - 0; 16; 32, ... При остатних значениях КПер он содер,.,т (см , например, фиг 2 для слу- чач т -- б и Кг - р - 12) базовый реверсивный Д1 ои 1иый счетчик 0, логические элементы И-НЕ 9 и И 0, инверторы 11, 12, элемент- ИЛИ- НЕ 13 и Д-триггер 14. Коэффициент пересчета базового счетчика 8 выбирается ро лпрм ближячшему двоичному числу 2п, м°нь.исму т

Устройство работает следующим образом,

Перед созданием любого из возможных режимов коммутации фаз к шине Уст.О подается сигнал обнуления счетчика 4, а к шине Реверс в зависимости or требуемого направления вращения прикладывается нулевой или единичный логический потенциал. Задание определенного режима коммутации осуществляется путем приложения к ШИНРМ 6 и 7 требуемой комбинации

нулевых и единичных уровней логических потенциалов в соответствии с таблицами 1,

2,3

При поступлении на шину Т тактирую- 5 щих импульсов на выходах l-n разрядов счетчика 4 формируются двоичные коды, первый разряд которого подается к входу первого элемента 2-И-ИЛИ 5.1, а остальные разряды - к входам аналогичных эле0 ментов 2-И-ИЛИ 5.2-5. (т + 1). Счетчик 4 производит подсчет тактовых импульсов до своего коэффициента пересчета КПер.. после чего автоматически обнуляется.

Если на шинах 6 и 7 имеются нулевые

5 потенциалы, то на выходе элемента 2-И- ИЛИ 5.1 устанавливается постоянный нулевой потенциал. В результате этого двоичный код 2 n разрядов счетчика 4 на выходах элементов 5.2-5. (т + 1) преобразу0 ется в код 1из т (т. е. с одной единицей и m - 1 нулями). Это приводит к созданию такого разнополярного режима коммутации фаз двигателя, при котором ротор принимает основные дискретные положения (фиг. 3).

5 В этом режиме суммарный вектор момента двигателя в каждом такте переключения равен удвоенному значению номинального его момента при однополярном управлении.

0 Если к шине 6 прикладывается единичный потенциал, а к шине 7 - нулевой, то на выходе элемента 2-И-ИЛИ 5.1 устанавливается постоянный единичный потенциал. Это позволяет двоичный код счетчика 4 преоб5 разозать на выходах элементов 5.2-5. (т + 1) в код 2 из т (т, е. с двумя единицами и m - 2 нулями). В результате этого создается такой разнополярный режим переключения фаз, при котором ротор двигателя

0 принимав г промежуточные положения между основными. При этом режиме суммарный вектор момента двигателя в каждом такте переключения равен геометрической сумме удвоенных значений номинальных момен5 тов двух соседних основных положений при однополярном управлении (фиг. 4).

В этих двух режимах работы переключение фаз двигателя происходит через один гакт поступления импульсов к шине Т счет0 чика 4. Это является результатом того, что первый разряд счетчика 4 не участвует в процессах переключения фаз.

В отличие от них, в третьем режиме ус- тройст ва в процессе переключения фаз при5 нимает участие также первый разряд счетчика 4. Этот режим создается при приложении к шине 7 единичного потенциала, а к шине 6 любого (единичного или нулевого) потенциала. При этом через каждый такт поступления импульсов к шине Т счетчика 4

на выходе первого элемента 2-И-ИЛИ 5.1 устанавливается единичный потенциал. В результате этого на выходах элементов 2- И-ИЛИ 5.2-5. (т + 1) через каждый такт возникают коды с одной или двумя едини- цами из т. Благодаря этому вал шагового двигателя поочередно принимает все возможные основные и промежуточные положения (фиг. 5, 6).

Реверсивный счетчик 4 с модулем 2т строится и работает по известным обобщенным принципам счетчиков с произвольным модулем счета. Отличия между их отдельными исполнениями (в зависимости от т) заключаются в организации информационных входов Д1-Д.П и анализа выходной информации для обнуления.

Реверсивный счетчик, например, при m « 6 и Кпер. 12 работает следующим образом (фиг, 2).

При прямом счете, когда базовый счетчик 8 работает на суммирование (к шине Реверс приложена логическая 1) ко всем его информационным входам Д1--Д4 приложено напряжение логического О.

При достижении базовым счетчиком 8 состояния 1011 (эквивалентному десятичному числу 11), фиксируемого элементом И- НЕ 9, с задержкой на один период следования счетных импульсов Т (осущест- вляемой триггером 14 ) производится установка счетчика 8 в состояние О путем параллельной записи через входы Д1-Д4.

При обратном порядке счета к шине реверса прилагается напряжение лог. О, счетчик 8 работает на вычитание, а на входах Д1-Д4 установлен двоичный код 1011. В этом случае при достижении счетчиком 8 состояния 0000, фиксируемого выходом переноса 00, с задержкой на один такт (с помощью триггера 14) производится установка счетчика 8 в состояние 1011 путем записи кода через входы Д1-Д4 во внутренние триггеры счетчика 8.

Счетчик 4 при других значениях m (на- пример 10, 12, 14 ....) работает аналогично описанному.

Таким образом, данное устройство по сравнению с прототипом имеет более простую структуру, поскольку вместо сложных по внутренним структурам мультиплексоров содержит более простые элементы 2- И-ИЛИ. Оно имеет и простое управление - с помощью всего лишь двух шин выбора режима коммутации фаз. Кроме того, оно

имеет расширенные функциональные возможности, поскольку позволяет управлять любым шаговым двигателем с четным числом фаз.

Формула изобретения Устройство для управления -шаговым двигателем с четным числом фаз, содержащее первую группу усилителей мощности, общая шина которых соединена с плюсовой клеммой источника питания силовой части, соединенного минусовой клеммой с нулевой шиной устройства, вторую группу усили- телей мощности, выходы которых соединены с выходами соответствующих усилителей мощности первой группы, реверсивный двоичный счетчик с шинами тактирования, реверса и установки в нулевое состояние, первую и вторую шины выбора режима коммутации фаз, отличающее с я тем, что, с целью упрощения, а также расширения функциональных возможностей путем обеспечения управления шаговым двигателем с числом фаз т, большим четырех, введены m + 1 элементов 2-И-ИЛИ и элемент НЕ, первые входы первой и второй структур И (т + 1)-го элемента 2-И-ИЛИ соединены соответственно с первой и второй шинами выбора режима коммутации, второй вход первой структуры И которого соединен с выходом элемента НЕ, подключенного входом к второй шине выбора режима коммутации, второй вход второй структуры И (т + 1)-го элемента 2-И-ИЛИ соединен с прямым выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, а выход (т + 1)-го элемента 2-И-ИЛИ соединен с первыми входами вторых структур И с первого по m-й элементов 2-И-ИЛИ, остальные входы первой и второй структур И которых соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами со второго по n-й разрядов двоичного реверсивного счетчика, где n lg2rn +1, общая шина второй группы усилителей мощности соединена с нулевой шиной устройства, первая и вторая группы

усилителей мощности образуют -у мостовых схем, в диагоналях которых попарно- встречно соединены фазы двигателя, а управляющие входы усилителей мощности1 диагонально расположенных плеч каждой i-й мостовой схемы соединены вместе и под,/IГП ч

ключены к выходам 1-го и ( I + у )-го элементов 2-И-ИЛИ.

fy M(b

W-W+

с-г-м

Щ

Ј-1+

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для разнополярного управления шаговым двигателем с активным ротором и с числом фаз M = 4, 6, 8,... в дискретных системах автоматизированного электропривода. Цель изобретения - упрощение, а также расширение функциональных возможностей за счет обеспечения управления шаговым двигателем с числом фаз M, большим четырех. Устройство содержит M/2 мостовых усилителей мощности 1, 2, реверсивный двоичный счетчик 4 с шинами тактирования, реверса и установки в нулевое состояние, первую 6 и вторую 7 шины выбора режима коммутации фаз, а также (M + 1) элементов 2-И-ИЛИ 5 и элемент НЕ. 6 ил.

( «WY

ф

u.j

JflJ II ,т,0)

iu

г гпф

Јf

гъ

газ

-л. ((fЈ/d id

+1+4-2-3 +1-3 + 1+Ц-2-3

.

+2+3-1-4 +3-1

Щи г. 5

+4-2

+J+4-1-2