Устройство для программного управления трехфазным шаговым двигателем Советский патент 1991 года по МПК G05B19/40 

0М. /

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для многопрограммного управления шаговым электроприводом на базе трехфазного двигателя.

Известно устройство для управления трехфазным шаговым двигателем, содержащее группу из трех мультиплексоров, адресные входы которых подключены к выходам соответствующих разрядов счетчика импульсов,- вход для задания направления счета и счетный вход которого соединены с шиной реверса и тактовой шиной соответственно, а выходы разрядов связаны с выходами элемента И-НЕ,

Недостатком данного устройства является низкая надежность. Дешифрация посредством элемента И-НЕ только одного состояния (11) счетчика импульсов может привести к тому, что при случайном сбое счетчика и установке его, к примеру, в состояние 12 соответствующий адресный код обусловит выборку и появление нештатных кодовых комбинаций на выходах мультиплексоров, что может стать причиной аварийной ситуации, усугубляющейся при подаче следующих тактовых импульсов и переходе счетчика в состояние 13, 11, 15 в случае прямого счета. Аналогичная ситуация может иметь место и в режиме обратного счета.

Наиболее близким по достигаемому результату и технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для программного управления трехфазным шаговым двигателем, содержащее тактовую шину, шины реверса, управления режимом и выбора тактности коммутации, элемент ИЛИ, первый инвертор, элемент И, реверсиный двоичный счетчик, первый, второ и третий мультиплексоры, выходы которых являются выходами устройства, первый информационный вход первого мультиплексора объединен с вторым информационным входом второго мультиплексора, третьим информационным входом третьего мультиплексора и подключен к шине управления режимом второй, третий и первый информационные входы соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров связаны с общей шиной, третий, первый и второй информационные входы соответственно первого, второго и

0

5

0

5

третьего мультиплексоров подключены к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого связан с шиной выбора тактности коммутации, второй вход соединен с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика,- выход второго разряда которого подключен к первому входу элемента И, счетный вход и вход для задания направления счета соединены с тактовой шиной и шиной реверса соответственно, а выход третьего разряда подключен к старшим адресным входам мультиплек- соров младшие адресные входы которых объединены.

Недостатком известного устройства является низкая надежность при управлении трехфазным шаговым двигателем и работе счетчика в режиме пересчета на 6. Запись нуля либо числа 5 в счетчик выполняется по просечке, поступающей на вход разрешения параллельной записи в том случае, когда на выходах второго и третьего разрядов счетчика появляются единичные потенциалы, что соответствует коду числа 6 (или 7). Являясь нештатным в случае управления трехфазным шаговым двигателем и поступая на адресные входы мультиплексоров, этот код обуславливает появление помеховых сигналов на выходах устройства. Особо усугубиться адресная избыточность 5 может, к примеру, при обрыве линии записи информации в счетчик либо при подаче нулевого потенциала на шину в случае управления трехфазным шаговым двигателем.

Целью изобретения является повышение надежности путем исключения избыточных состояний и помеховых сигналов на выходе устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для программного управления трехфазным шаговым двигателем, содержащее тактовую шину, шины реверса, управления режимом и выбора тактности коммутации, элемент ИЛИ, первый инвертор, элемент И, реверсивный двоичный счетчик, первый, второй и третий мультиплексоры,выходы которых являются выходами устройства, первый информационный вход первого мультиплексора объединен с вторым информационным входом второго мультиплексора , третьим информационным входом третьего мультиплексора и подключен к шине управления режи0

0

5

0

5

5

мом, второй, третий и первый информационные входы соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров связаны с общей шиной, тртий, первый и второй информационные входы соответственно первого, второ и третьего мультиплексоров подключены к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого связан с шиной выбора тактности коммутации, второй вход соединен с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, вы хол второго разряца которого подключен к первому входу элемента И учетный вход и вход для задания направления счета соединены с тактовой шиной и шиной реверса соответственно, а выход третьего разряда подключен к старшим адресным входам мультиплексоров, младшие адресные входы которых объединены, дополнительно введены второй инвертор, элемент И-НЕ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и од- новибратор, вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ , выход подключен к входу разрешения параллельной записи реверсивного двоичного счетчика, первый и второй информационные входы которого Подключены к шине реверса и объединены с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий информационный вход связан с шиной высокого потенциала, счетный вход через первый инвертор соединен с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, выход третьего разряд которого связан с третьим входом элемента И-НЕ и входом второго инвертора , выход которого подключен к второму входу элемента И, связанного S. своим выходом с младшим адресным входом первого мультиплексора.

При введении второго инвертора, элементов И-НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и одновибратора с указанной новой совокупностью связей с остальными элементами устройства вышеуказанные элементы проявляют в своем взаимодействии новые свойства, обеспечивающие более высокую надежность. В устрой-, стве исключена присущая известному решению адресная избыточность, что позволило не только устранить помехо вые сигналы на выходах устройства, н

0

5

0

5

и предотвратить причины возникновения сбойных ситуаций, так как при лю-- бом возможном состоянии реверсивного двоичного счетчика с модулем счета 3 на адресные входы мультиплексоров поцается только штатная кодовая комбинация ,

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для программного управления трехфазным шаговым двигателем, на фиг.2 - временные диа-, t граммы его работы.

Устройство содержит тактовую шину 1, шины 2, 3 и А соответственно реверса, управления режимом и выбора тактности коммутации, элемент ИЛИ 5 первый 6 и второй 7 инверторы, элементы И-НЕ 8, И 9, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10, первый 11, второй 12 и третий 13 мультиплексоры, реверсивный двоич- ный счетчик И и одновибратор 15, вход которого подключен к выходу элемента И-НЕ 8, выход связан с входом разрешения параллельной записи реверсивного двоичного счетчика И, первый и второй информационные входы и вход для задания направления счета которого объединены с первым входом 0 элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10 и подключены к шине 2 реверса , третий информационный вход связан с шиной высокого потенциала, счетный вход под-с ключей к тактовой шине 1 и через первый инвертор 6 соединен с первым входом элемента И-НЕ 8, второй вход которого связан с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10, второй вход которого подключен к выходу первого разряда реверсивного двоичного счетчика 1, выход второго разряда которого соединен с первым входом элемента И 9, выход которого подключен к младшим адресным входам (А) первого 11, второго 12 и третьего 13 мультиплексоров, второй вход соединен с выходом второго инвертора 7, вход которого связан с третьим входом элемента И-НЕ 3, подключен к вы- о ходу третьего разряда реверсивного , двоичного счетчика I1 и объединен со старшими адресными входами (В) первого 1 1 , второго 12 и третьего 13 мультиплексоров, выходы которых являются выходами устройства, первый информационный вход первого мультиплексора 11 объединен с вторым информационным входом второго мультиплексора 12, третьим информационным входом третье5

0

5

го мультиплексора 13 и подключен к шине 3 управления режимом, второй вход первого мультиплексора 11 связа с общей шиной и объединен с третьим и первым информационными входами соответственно второго 12 и третьего 13 мультиплексоров, третий информационный вход первого мультиплексора 11 объединен с первым и вторым инфор мационными входами соответственно второго 12 и третьего 13 мультиплексоров и подключен к выходу элемента ИЛИ 5, первый вход которого связан с шиной 4 выбора тактности коммутации, а второй вход соединен с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика 14.

Устройство для программного управления трехфазным шаговым двигателем работает следующим образом.

При подготовке устройства к работе реверсивный двоичный счетчик 14, обеспечивающий пересчет на 8, обну- ляется (цели обнуления стандартны и на чертеже не представлены), а к входным шинам 2, 3-й 4 реверса, управления режимом и выбора тактности коммутации в зависимости от требуемого режима коммутации и направления движения прикладываются уровни потенциальных сигналов в соответствии с нижеприведенной таблицей. При подаче сигнала высокого уровня на шину 2 реверса реверсивный двоичный счетчик 14 работает в режиме прямого счета, суммируя поступающие на его счетный вход тактовые импульсы с шины 1 и формируя на своих разрядных выходах двоичное число, увеличивающееся на единицу с каждым тактовым импульсом. Сигнал с выхода первого разряда реверсивного двоичного счетчика 14 поступает на второ вход элемента ИЛИ 5 и либо участвует в процессе потактного переключения уровней потенциалов на определенных информационных входах мультиплексоров 11-13 (при низком уров- не сигнала на шине 4 и несимметричном шеститактном режиме коммутации) либо исключается из этого процесса при подаче сигнала высокого уровня на первый вход элемента ИЛИ 5 с шины 4 и тем самым поддержании посто- янного единичного потенциала на вых де элемента ИЛИ 5 при симметричных трехтактных режимах коммутации.

0

5

0

5

0

5

0

5

Одновременно сигнал с выхода первого разряда счетчика 14 проходит и на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10, обуславливая в случае прямого счета появление сигнала высокого уровня на выходе этого элемента после поступления каждого четного тактового импульса на счетный вход счетчика 14, либо каждого нечетного тактового импульса в режиме обратного счета. Адресный код, поступающий на младшие (А) и старшие (В) адресные входы мультиплексоров 11-13 -и обеспечивающий поочередную выборку информационных входов мультиплексоров (т.е. определенных кодовых комбинаций в соответствии с вышеприведенной таблицей) , формируется из сигналов, снимаемых с выхода элемента И 9 и выхода третьего разряда реверсивного двоичного счетчика 14, причем на первый вход элемента И 9 подается сигнал с выхода второго разряда счетчика 14, в то время как на второй вход элемента И 9 поступает инвертированный с помощью элемента 7 сигнал с выхода третьего разряда счетчика 14. При подаче пятого тактового импульса адресный код не меняется при полном отсутствии просечек по адресным входам мультиплексоров 11-13 а после прохождения четвертого тактового импульса и появления сигнала высокого уровня на выходе третьего разряда счетчика 14 элемент И 9 блокируется сигналом низкого уровня с выхода второго инвертора 7.

С выхода первого инвертора 6 пятый тактовый импульс проходит через открытый элемент И-НЕ, на втором и третьем входах которого после подачи четвертого тактового импульса поддерживаются разрешающие сигналы высокого уровня. Своим окончанием, т.е. переходным из 0 в 1, пятый тактовый импульс запускает одновибра- тор 15, на выходе которого формируется отрицательный импульс, поступаю- щий на вход разрешения параллельной записи счетчика 14 и записывающий в этот счетчик- число 7 при прямом счете (после кратковременного пребывания счетчика в состоянии 5). Следующим, т.е. шестым, тактовым им-, пульсом счетчик 14 обнуляется и вышеизложенный процесс повторяется при отсутствии каких-либо просечек по

адресным входам мультиплексоров -i 11-13.

При изменении направления движения путем подачи сигнала низкого уровня на шину 2 реверса счетчик И начинает работать в режиме обратного счета, уменьшая свое содержимое на единицу.с каждым тактовым импульсом. После достижения нулевого состояния счетчик И по следующему тактовому импульсу перейдет в состояние 7, при котором на всех его раз-- рядах выходах будут присутствовать сигналы высокого уровня, и очередной проинвертированный тактовый импульс пройдет через открытый элемент И-НЕ на вход одновибратора 15, обусловив своим окончанием запуск одно- вибратора.

В счетчик 14 при этом после кратковременной установки в состояние 6 запишется число k, не изменяющее кодовую комбинацию (Ю) на адресных входах мультиплексоров. При подаче следующих тактовых импульсов происходит дальнейшее корректное изменение адресного кода и тем самым считывание информационных входов мультиплексоров 11-О в обратной последовательности, обеспечивающее вращение ротора шагового двигателя в противоположном направлении.

При случайном сбое счетчика И и установке его, к примеру, в состояние 6 при прямом либо 5 при обратном счете адресный код, снимаемый с выхода элемента И 9 и выхода третьего разряда счетчика И, продолжает оставаться штатным, не вызывая появления избыточных состояний по выходам устройства и исключая тем самы возможные у известного устройства сбойные ситуации. Кодовые комбинации на выходах мультиплексоров останутся штатными даже в случае обрыва цепи разрешения параллельной записи счетчика k, когда обнуление последнего будет происходить по каждому восьмому тактовому импульсу.

Таким образом, изобретение обладает, в сравнении с известным более высокой надежностью за счет исключения нештатных адресных кодовых комбинаций, которые не только приводят к появлению помеховых сигналов на выходах устройства, но и в ряде случаев могут обусловить сбойную либо аварийную ситуацию.

3876 10

Устройство может быть реализовано на широко распространенных микросхемах серии К155, при этом в качестве реверсивного двоичного счетчика можно использовать счетчик К155 ИЕ7 с соответствующей организацией счетного входа, первый и второй инверторы, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, эле- Ю менты И-НЕ и И реализуются на двух микросхемах К15 ЛП5 и К155 ЛА4, в качестве одновибратора используется 1/2 микросхемы К155 АГЗ.

15Фо-рмула изобретения

0

5

0

5

Устройство для программного управления трехфазным шаговым двигателем, содержащее тактовую шину, шины реверса, управления режимом и выбора тактности коммутации, элемент ИЛИ, первый инвертор, элемент И, реверсивный двоичный счетчик, первый, второй и третий мультиплексоры, выходы которых являются выходам,-, устройства, первый информационный вход первого мультиплексора объединен с вторым информационным входом второго мультиплексора, третьим информационным входом третьего мультиплексора и подключен к шине управления режимом, второй, третий и первый информационные входы соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров связ-ны с общей шиной, третий, первый и второй информационные входы соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров подключены к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого связан с шиной выбора тактности коммутации, второй вход соединен с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, выход второго разряда которого подключен к первому входу элемента И, счетный вход и вход для задания направления счета соединены с тактовой шиной и шиной реверса соответственно, а выход третьего разряда подключен к старшим адресным входам мультиплексоров, младшие адресные входы которых объединены, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения избыточных состояний и помеховых сигналов на выходе устройства, введены второй инвертор, элемент И-НЕ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и одновибратор, вход которого

0

5

0

5

соединен с выходом элемента И-НЕ, выход подключен к входу разрешения параллельной записи реверсивного двоичного счетчика, первый и второй информационные входы которого подключены к шине реверса и объединены с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий информационный вход связан с шиной высокого потенциала, счетный вход через первый инвертор соединен с первым входом элемента И-HEj второй вход которого

подключен к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, выход третьего разряда которого связан с третьим входом элемента И-НЕ и входом второго инвертора, выход которого подключен к второму входу элемента И, связанного выходом с младшим адресным входом первого мультиплексора.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для многопрограммного управления шаго/ вым электроприводом на базе трехфазных двигателей. Целью изобретения является повышение надежности путем исключения избыточных состояний и помеховых сигналов ча выходе устройства. В устройство дополнительно введены второй инвертор 7, элемент И-НЕ 8, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10. и одновиСратор 15 с новой совокупностью связей, что позволяет исклю-, чить адресную избыточность и тем самым устранить помеховые сигналы на выходах мультиплексоров 11-13 при одновременном исключении причин возможных сбойных ситуаций, так как при любом состоянии реверсивного двоичного счетчика И с модулем счета 8 на адресные входы мультиплексоров подается только штатная кодовая комбинация. 1 табл., 2 ил. с. S (Л с О со 00 оо ч| о

Or

То же

0-7 1

То же

О

1

То же

0-7

То же

о ж е

о же

Трехтактная коммутация (прямой ход) 2-3-1-2.,, ,

Трехтактная коммутация (прямой ход) 12-23-31-12...

Шеститактная коммутация (обратный ход) 1-13-3-32-2-21-1...

же

же

Трехтактная коммутация (обратный ход) 2-1-3-2...

Трехтактная коммутация (обратный ход) 21-1 3-32-21...

Tf

гг тз rv

1W)

fff/f)

2f(W-Z) 22(Pf-V} 25(fffJ

24(9) L

25(8) 26(15)

ТУ rs 77

fat. Z