Устройство для программного управления четырехфазным шаговым двигателем с насыщенной магнитной системой Советский патент 1991 года по МПК G05B19/40 

91

92

93

54

м о

ho

CJ

fe

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть ис- пользовано для управления станками, осна- щенными четырехфазными шаговыми двигателями с насыщенной магнитной системой.

Цель изобретения - уменьшение энергетических затрат и повышение КПД системы за счет сокращения числа одновременно включенных фаз в каждом такте и изменения циклограмм их переключения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для программного управления четырехфазным шаговым двигателем; на фиг. 2 - временные диаграммы управляющих сигналов и фазных токов при коэффициенте дробления на фиг. 3 - номограмма векторов момента при коэффициенте дробления на фиг. 4 - функциональная схема конкретного примера (для выполнения сумматоров); на фиг. 5 - таблица состояний из входов и выходов; на фиг., 6 - варианты выполнения каждого из усилителей мощности.

Устройство (фиг. 1) содержит источник 1 питания, нереверсивный двоичный счетчик 2, вход которого объединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования fB, реверсивный двоичный счетчик 3, входы которого соединены с шиной низкочастотных импульсов тактирования fn, установки в нулевое исходное состояние Уст. О и Реверса, первый 4 и второй 5 сумматоры кодов, первые группы входов которых соединены с выходами нереверсивного дво- ичного счетчика 2, первый 6 и второй 7 пре- образователи кодов, входы которых соединены с выходами младших разрядов реверсивного счетчика 3, а входы - соответственно с вторыми группами входов первого 4 и второго 5 сумматоров. Шина единичного логического потенциала 8 соединена с входами переноса первого 4 и второго 5 сумматоров. Устройство содержит также с первого по четвертый мультиплексоры 9.1-9.4. Первый, второй, третий, четвертый информационные входы соответственно первого 9.1, второго 9.2, третьего 9.3, четвертого 9.4 мультиплексоров с выходом переноса первого сумматора 4, Второй и третий, третий и четвертый, первый и четвертый, первый и второй информационные входы соответственно первого 9.1. второго 9.2, третьего 9.3, четвертого 9.4 мультиплексоров соединены с шиной 10 нулевого логического потенциала.Четвертый, первый, второй, третий информационные входы соответственно первого 9.1, второго 9.2, третьего 9.3, четвертого 9.4 мультиплексоров соединены с выходом переноса второго сумматора 5. Управляющие входу мультиплексоров 9.1-9.4 соединены соответственно с выходами старших разрядов реверсивного счетчика 3. выходы мультиплексоров 9.1-9.4 соединены соответственно с входами усилителей мощности 11.1-11.4, коммутирующих токи фазных обмоток 12.1-12.4 шагового двигателя.

Устройство работает следующим обра0 зом.

Работу устройства удобно рассматри- ватьдля конкретного случая управления, например, при коэффициенте дробления . Тактовая последовательность высоко5 частотных импульсов fB непрерывно поступает на вход первого двоичного счетчика 2, работающего на суммирование.

Исходным является состояние, при котором после подачи сигнала Уст. О второй

0 двоичный счетчик 3 находится в нулевом состоянии 000. При этом на выходе первого преобразователя 6 кодов формируется соответствующий код 111, который, суммируясь с постоянной единицей на входе переноса

5 первого сумматора 4 (независимо от выходного кода первого счетчика 2), создает единичный логический потенциал на его выходе переноса. Одновременно с этим на выходе второго преобразователя 7 кодов формиру0 ется код 000, который, суммируясь с единицей на входе переноса второго сумматора 5 и с высокочастотными выходными кодами первого счетчика 3 на выходе его переноса, формирует периодические высокочастот5 ные прямоугольные сигналы со скважностью 8. Поскольку при нулевом исходном состоянии второго счетчика 3 через управляющие входы выбраны первые информационные входы мультиплексоров 9.1-9.4, то

0 на выходе первого мультиплексора 9.1 передается единичный логический потенциал первого сумматора 4, на выход второго мультиплексора 9.2 передается высокочастотные сигналы со скважностью 8 второго

5 сумматора 5. При этом на выходах третьего 9.3 и четвертого 9.4 мультиплексоров устанавливаются нулевой логический потенциал шины 10. Эти выходные информации мульти- плексоров9,1-9.4через усилители 11.1-11.4 мощ0 ности передаются фазам 12.1-12.4 двигателя. В результате этого в первой фазе 12.1 устанавливается номинальный ток н, во второй

фазе 12.2 - ток амплитудой - н, а в третьей

8

5 12.3 и четвертой 12.4 фазах токи отсутствуют. Это состояние системы соответствует исходной точке б на фиг. 2 и 3.

С поступлением семи низкочастотных импульсов тактирования fH на выходе второго счетчика 3 поочередно устанавливаются

коды 100, 010, 110, 001, 101, 011, 111, ча выходах первого преобразователя 6 кодов - коды 111, 011, 101, 001, 110, 010. 000, а на выходах второго преобразователя 7 кодов - коды 010, 110, 001, 101, 011, 111, 111, В результате этого на выходе переноса первого сумматора 4 поочередно формируются широтно-импульсные модулированные сигп о

налы (ШИМ-сигналы) со скважностью -$, -,

о /

о О о О О

§, §, Ј, -, -, а на выходе переноса второго 65431

сумматора 5 - ШИМ-сигналы со скважностью |, f. 1.1, |, |, |, За счет этого через J 4 о О / о о

первую фазу 12.1 поочередно протекают токи амплитудой 1Н, г н, Ј н, s н, - IH, -г и,

ЦОООО

1345

- 1Н. через вторую фазу - токи - IH. - IH, - IH, оо о о

§ 1н, -5- IH, IH, IH. Эти состояния системы соот8 о

ветствуют точкам 1-7 на фиг. 2 и 3.

Этим завершается первая четверть полного цикла работы устройства, при котором ротор двигателя отрабатывает семь дробных шагов величной

а -2S

алр - N .

где GOC - основной шаг двигателя.

Поступление очередного низкочастотного импульса TH приводит к записи единицы в его старших разрядах и нулей в младших разрядах. В результате этого выбираются вторые информационные входы мультиплексоров 9.1-9.4 и начинается формирование второй четверти цикла, аналогично вышеизложенной первой четверти. При этом по мере поступления очередных низкочастотных импульсов fH через вторую фазу 12.2 протекают ступенчато убывающие

... 7 . 6 . 5. 4 .

токи с амплитудами IH, IH, - н, - н, , тг IH,

о о о о

3 1

-г 1н,-;г1н через третью фазу 12.3-ступенчато

о о

1 , 3 .

нарастающие токи с амплитудами - IH. т: IH,

о о

4567

-г н, -г- IH, -z- IH, IH, IH. н, а через первую и

о о О И

четвертую фазы токи отсутствуют В результате этого ротор осуществляет очередные восемь дробных шагов,

В течение третьей четверти цикла выбираются третьи информационные входы мультиплексоров 9.1-9.4 и аналогичные ступенчато изменяющиеся токи протекают через третью 12.3 и четвертую 12.4 фазы двигателя (при нулевых точках первой 12.1 и второй 12.2 фаз). А в течение последней, четвертой четверти цикла выбираются четвертые информационные входы мультиплексоров 9.1-9.4 и аналогичные ступенчато изменяющиеся токи протекают через четвертую 12.4 и первую 12.1 фазы двигателя (при нулевых токах во второй 12.2 и третей 12.3 фазах).

Этим завершается полный цикл работы устройства, при котором за один полный оборот электромагнитного сектора ротор

0 отрабатывает 32 дробных шага.

Последующие циклы работы устройства происходят аналогично первому циклу.

В общем случае цифрой N определяются коэффициент дробления основного шага

5 двигателя, коэффициент пересчета первого двоичного счетчика 2, коэффициент пересчета младших разрядов двоичного счетчика 2.

Преобразователи кодов 6 и 7 мотут быть

0 реализованы как на обычных комбинационных логических элементах, так и на полупроводниковых постоянных запоминающих устройствах (ПЗУ) и программируемых логических матрицах (ПЛМ).

5 Для обеспечения обратного направления вращения ротора двигателя (реверсирования) по шине Реверс необходимо перевести в режиме вычитания только второй двоичный счетчик.

0Частота импульсов, подаваемых на шину т8 высокочастотного тактирования, выбирается, исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя, а частота импульсов, подаваемых на

5 шину низкочастотных управляющих сигналов, выбирается в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.

Таким образом, небольшое усложнение устройства позволяет уменьшить потребле0 ние энергии от источника питания двигателя и повысить КПД системы (за счет поддержания в каждом такте под током не трех фаз датчика, как в известном устройстве, а двух смежных фаз).

5 Формула изобретения

Устройство для программного управления четырехфазным шаговым двигателем с насыщенной магнитной системой, содержащее источник питания, нереверсивный дво0 ичный счетчик, вход тактирования которого соединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования, реверсивный двоичный счетчик, входы тактирования, сброса и направления счета которого соединены соот5 ветственно с шинами низкочастотных импульсов тактирования, установки в нулевое исходное состояние и реверса, первый и второй сумматоры кодов, первые группы входов которых соединены с выходами не- реверсивного двоичного счетчика, выходы с

первого по четвертый мультиплексоров соединены через соответствующие усилители мощности и соединенные с ними последовательно фазные обмотки двигателя с источником питания, а их управляющие входы - с выходами двух старших разрядов реверсивного двоичного счетчика отличающееся тем, что, с целью уменьшения энергетических затрат и повышения КПД системы за счет сокращения числа одновременно включенных фаз в каждом такте и изменения циклограмм их переключения, устройство содержит первый и второй преобразователи двоичного кода, входы которых соединены с выходом младших разрядов реверсивного двоичного счетчика, а выходы - соответственно с вторыми группами входов первого и второго сумматоров, причем выход переноса первого сумматора соединен

с первым, вторым, третьим и четвертым информационными входами соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров, выход переноса второго

сумматора соединен с четвертым, первым, вторым и третьим информационными входами соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров, входы переноса первого м второго сумматоров соединены с шиной единичного логического потенциала, а второй и третий информационные входы первого мультиплексора, третий и четвертый информационные входы второго мультиплексора,

первый и четвертый информационные входы третьего мультиплексора, первый и второй информационные входы четвертого мультиплексора соединены с шиной нулевого логического потенциала.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления станками,оснащенными четырехфазными шаговыми двигателями с насыщенной магнитной системой. Цель изобретения - уменьшение энергетических затрат и повышение КПД за счет сокращения числа одновременно включенных фаз в каждом такте и изменения циклограмм их переключения. Устройство содержит источник 1 питания, двоичный 2 и реверсивный 3 счетчики, шины низкочастотных и высокочастотных импульсов тактирования, установки в исходное состояние и реверсирования, первый 4 и второй 5 сумматоры, четыре мультиплексора 9.1-9.4, четыре усилителя мощности 11.1-11.4. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены два преобразователя 6 и 7 кодов, две шины логических потенциалов и новые логические связи. 6 ил. -о/ (Јdt) (Л С

У1

в 7 8

О %

-3S,

Фиг.2

oweoa

Gf