Распределитель импульсов для управления четырехфазным шаговым двигателем Советский патент 1992 года по МПК H02P8/00 H03K5/153 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в шаговом электроприводе на базе четырехфазных двигателей. .

Известен распределитель импульсов для управления четырехфазным шаговым двигателем, содержащий шины управления, тактовых импульсов, реверса и двоичный счетчик, тактовый вход которого подключен к шине тактовых импульсов, а вход для разрешения счета соединен с шиной управления.

Недостатком данного устройства являются ограниченные эксплуатационные возможности. Распределитель обеспечивает только один режим четырехтактной коммутации с парным включением фазных обмоток в каждом такте коммутации. В распределителе не обеспечивается и возможность стоянки с обесточенными обмотками без потери информации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является распределитель импульсов для управления четырехфазным шаговым двигателем, содержащий шины тактовых импульсов, реверса, выбора режима коммутации и стробиррвания, двоичный счетчик, первый, второй, третий и четвертый мультиплексоры, выходы которых являются выходами распределителя, стробирующие входы подключены к шине стробирования, первый, второй, третий и четвертый информационные входы соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров связаны с шиной высокого потенциала, второй информационный вход первого мультиплексора соединен с третьим информационным входам второго. че вертым информационным входом третьего и первым информационным входом четвертого мультиплексоров, остальные входы первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров подключены к общей шине, а их первые и вторые адресные входы соединены соответственно с выходами первого и второго разрядов двоичного счетчика, вход для задания направления счета которого связан с шиной реверса.

Недостатком известного распределителя является низкая надежность, обусловленная возможностью отработки ложных шагов и тем самым потери информации, а также выпадения из синхронизма при переключениях режимов коммутации. К примеру, во время перемещений на частотах, близких к частоте приемистости шагового двигателя, и движении условно влево с включением одной фазной обмотки в каждом такте (1-4-3-2-1-...) переход на режим

коммутации с парным включением обмоток при сохранении направления движения (41- 43-32-21-41-...) будет сопровождаться отработкой полутора шагов и ведет таким

образом к потере информации с высокой вероятностью выпадения двигателя из синхронизма. Аналогичная ситуация может иметь место и при переходе от режима с парным включением обмоток к режиму с

0 поочередным включением фазных обмоток при движении условно вправо, когда, например, при включенных первой и второй обмотках в следующем такте должна включиться третья фазная обмотка двигателя в

5 пределах одного такта коммутации.

Цель изобретения - повышение надежности путем исключения возможности отработки ложных шагов и выпадения из синхронизма при переключениях режимов

0 коммутации.

Поставленная цель достигается тем, что в распределитель импульсов для управления четырехфазным шаговым двигателем, содержащий шины тактовых импульсов, ре5 верса, выбора режима коммутации и стробирования, двоичный счетчик, первый, второй, третий и четвертый мультиплексоры, выходы которых являются выходами распределителя, стробирующие входы под0 ключены к шине стробирования, первый, второй, третий и четвертый информационные входы соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров связаны с шиной высокого потенциала, вто5 рой информационный вход первого мульти- плексора соединен с третьим информационным входом второго и четвертого, информационным входом третьего и первым информационным входом четверто0 го мультиплексоров, остальные информационные входы первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров подключены к общей шине, а их первые и вторые адресные входы соединены соответственно с выхода5 ми первого и второго разрядов двоичного счетчика реверса, дополнительно введены пятый мультиплексор, триггер и элемент И. первый вход которого объединен с тактовым входом триггера и подключен к шине такто0 вых импульсов, выход Связан с тактовым входом двоичного счетчика, второй вход соединен с выходом пятого мультиплексора, первый и четвертый информационные входы которого подключены к общей шине.

5 На фиг. 1 представлена функциональная -схема распределителя импульсов для управления четырехфазным шаговым двигателем; на фиг.2 - эпюры напряжений в узловых точках схемы на выходах элементов, позиционное обозначение каждого из

которых согласно фиг,1 указано в скобках рядом с порядковым номером эпюры напряжений.

Распределитель содержит шины тактовых импульсов 1, реверса 2. выбора режима коммутации 3, стробирования 4, двоичный счетчик 5, первый 6, второй 7, третий 8, четвертый 9 и пятый 10 мультиплексоры, триггер 11 и элемент И 12, первый вход которого объединен с тактовым входом триггера 11 и подключен к шине 1 тактовых импульсов, второй вход соединен с выходом пятого мультиплексора 10, первый и четвертый информационные входы которого подключены к общей шине, второй и третий информационные входы соединены соответственно с инверсным и прямым выходами триггера 11, информационный вход которого подключен к шине 3 выбора режима коммутации и объединен с первым адресным входом (А) пятого мультиплексора 10, второй адресный вход (В) которого связан с шиной 2 реверса и объединен с входом для задания направления счета двоичного счетчика 5, тактовый вход которого подключен к выходу элемента И 12, выходы первого и второго разрядов соединены соответственно с первыми (А) и вторыми (В) адресными входами первого 6, второго 7, третьего 8 и четвертого 9 мультиплексоров, выходы которых являются выходами распределителя, стробирующие входы подключены к шине 4 стробирования, первый информационный вход первого мультиплексора 6 объединен с вторым информационным входом второго мультиплексора 7, третьим информационным входом третьего мультиплексора 8, чет- вертым информационным входом четвертого мультиплексора 9 и подключен к шине высокого потенциала (En), второй, третий, четвертый и первый,информационные входы соответственно первого б, второго 7, третьего 8 и четвертого 9 мультиплексоров соединены с прямым выходом триггера 11, а остальные информационные входы первого 6, второго 7, третьего. 8 и четвертого 9 мультиплексоров подключены к общей шине. Элемент И 12 работает в инверсной логике.

Распределитель работает следующим образом.При подготовке распределителя к работе двоичный счетчик 5 обнуляется, на шины реверса 2 и в ыбора режима коммутации 3 подаются потенциальные сигналы, соответствующие заданному направлению движения и выбранному режиму коммутации обмоток шагового двигателя, а триггер 11 устанавливается таким образом, чтобы уровень сигнала на его прямом выходе совпадал с уровнем сигнала на шине 3 выбора режима коммутации (цепи обнуления двоичного счетчика 5 и первоначальной установки триггера 11 стандартны и на фиг.2 не пока- 5 заны). Пусть, к примеру, в исходный момент времени Т на шину 2 реверса (эпюра 13) подан сигнал высокого уровня, обуславливающий работу двоичного счетчика 5 в режиме прямого счета .и соответственно

10 движение условно вправо, а на шине 3 (эпюра 1-4} установлен сигнал низкого уровня с последующей установкой триггера 11 (эпюра 15, прямой выход) в нулевое состояние, далее с некоторой задержкой - на шину 4

15 стробирования, второй 7, третий 8, четвертый 9 мультиплексоры (эпюры 16-19 соответственно), и распределитель устанавливается в исходное состояние, при котором на выходе первого мультиплексора

0 6 (эпюра 16) присутствует сигнал высокого уровня, обуславливающий включение первой фазной обмотки двигателя.

На второй вход элемента И 12 при при- веденных условиях с прямого выхода триг5 гера 11 через пятый мультиплексор 10 (эпюра 20) поступает разрешающий сигнал низкого уровня и при подаче на шину 1 (эпюра 21) отрицательных тактовых импульсов последние проходят череЗ открытый эле0 мент И 12 (эпюра 22) на тактовый вход двоичного счетчика 5. На выходах последнего при поступлении тактовых импульсов формируется двоичный адресный код (00-01-10- 11-00-... при движении вправо).

5 обуславливающий выборку соответствующих информационных входов мультиплексоров 6-9 и тем самым формирование на выходах распределителя кодовых комбинаций (эпюры 16-19) в соответствии с задан0 .ным режимом четырехтактной коммутации с включением одной фазной обмотки в каждом такте (1-2-3-4-1-...). При изменении направления движения путем подачи в момент времени Т2 сигнала низкого уровня на шину

5 2 реверса (эпюра 13) на втором адресном входе (В) пятого мультиплексора 10 также устанавливается сигнал низкого уровня, что обуславливает прохождение сигнала низкого уровня с первого информационного вхо0 да пятого мультиплексора 10 на второй вход элемента И 12 и поддержание этого элемента в незапертом состоянии. Двоичный счетчик 5 после изменения уровня сигнала на шине 2 реверса начинает работать в режиме

5 вычитания, формируя адресный код для мультиплексоров 6-9 а обратной последова-. тельности (00-11-10-01-00-...), благодаря чему обеспечивается формирование в обратной последовательности и выходных сигналов распределителя (эпюры 16-19),

т.е. отработка перемещения в противоположном направлении (влево).

При необходимости перехода на режим парной коммутации фаз двигателя в процессе движения на шину 3 выбора режима коммутации, к примеру, в момент времени ТЗ подается потенциальный сигнал высокого уровня (эпюра 14), записываемый окончанием очередного тактового импульса в момент времени Т4 (по переходу из 0 в 1) в триггер 11 (эпюра 15). На прямом выходе триггера 11 и на соответствующих информационных входах первого б, второго 7, третьего 8 и четвертого 9 мультиплексоров появляется сигнал высокого уровня, обуславливая при движении влево подключение дополнительной фазной обмотки двигателя (эпюры 18 и 19) и отработку- полушага в заданном направлении без изменения текущего адресного кода мультиплексора 6-9, так как в этих условиях тактовый импульс, вызвавший изменение состояния триггера 11, не проходит на тактовый вход счетчика 5 через элемент И 12 (эпюра 22). на второй вход которого вплоть до окончания1 этого тактового импульса через пятый мультиплексор 1.0 (эпюра 20) поступает запрещающий сигнал высокого уровня с инверсного выхода триггера 11, благодаря чему исключается отработка полутора шагов при смене режима коммутации.

При движении вправо с поочередным включением обмоток и вышеописанном переключении режима коммутации в момент времени .Т5 (логические единицы на обоих адресных входах пятого мультиплексора 10, эпюры 13 и 14) элемент И 12 остается открытым, но подключение дополнительной обмотки и штатный переход на рс ким парной коммутации с отработкой полушага в заданном направлении (эпюры 18 и 19) происходит в момент времени Тб после увеличения адресного кода мультиплексоров 6-9, на единицу, т.е. после прохождения тактового импульса (эпюра 22), по окончании которого в данном случае меняется состояние как триггера 11 (эпюра 15), так и двоичного счетчика 5.

Обратный переход с режима парной коммутации на режим с поочередным включением обмоток выполняется в распределителе аналогичным образом с той разницей, что штатный полушаг отрабатывается после , прохождения очередного тактового импульса без изменения текущего адресного кода продвижении влево.

Режим фиксированной стоянки и стоянки с обесточенными обмотками обеспечивается в предлагаемом распределителе соответственно путем прекращения подачи

такт овых импульсов на шину 1 (например, от центрального блрка управления), и при подаче сигнал а высокого уровня на шину 4 стробирования. В последнем случае на всех

выходах мультиплексоров 6-9 независимо от уровней сигналов из информационных и адресных входах появляются сигналы низкого уровня, обеспечивающие обесточива- ние фазных обмоток шагового двигателя.

0 Информация о состоянии распределителя в обоих режимах стоянки сохраняется в двоичном сметчике 5 и при возобновлении движения шаговый двигатель начинает отработку перемещений из того же положе5 иия. в котором произошел его останов. ,Преимуществом предлагаемого распределителя является ито, что изменение уровня сигнала на шине 3 выбора- режима коммутации в режиме фиксированной сто0 янки не приводит к отработке полушага, что было возможным в известном распределителе, Отработка шагов в распределителе начинается только после подачи тактовых импульсов на шину 1.

5 Таким образом, распределитель импульсов для управления четырехфазным шаговым двигателем обладает более высокой надежностью в сравнении с известными

техническими решениями, обеспечивая при

0 любом переключении режимов коммутации штатную отработку одного полушага в заданном направлении и исключая возможность как выпаден ия двигателя из синхронизма, так и потери информации

5 вследствие возможной отработки ложных шагов. Ф о р м ул а и з о б р е т е н и я Распределитель импульсов для управления четырехфазным шаговым двигателем,

0 содержащий шины тактовых импульсов, реверса, выбора режима коммутации и стробирования, двоичный счетчик, первый, второй, третий и четвертый мультиплексоры, выходы которых являются выходами

5 распределителя, стробирующие входы подключены к шине стробирования, первый, второй, третий и четвертый информационные входы соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров

0 соединены с шиной высокого потенциала, второй информационный вход первого мультиплексора соединен с третьим информационным входом второго, четвертым информационным входом третьего и первым

5 информационным входом четвертого мультиплексоров, остальные информационные входы первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров подключены к общей шине, а их первые и вторые адресные входы соединены соответственно с выходами первого и второго разрядов двоичного счетчика, вход для задания направления счета которого связан с шиной реверса, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности путем исключения отработки ложных шагов и выпадения из синхронизма при переключениях режимов коммутации, введены пятый мультиплексор, триггер и элемент И, первый вход которого объединен с так овым входом триггера и подключен к шине тактовых импульсов, выход связан с тактовым входом двоичного счетчика, второй вход соединен с выходом пятого

мультиплексора, первыйичетвертыйин- формационные входы которого подключены к общей шине, второй информационный вход связан с инверсным выходом триггера, третий информационный вход объединен с вторым информационным входом первого мультиплексора и подключен к прямому выходу триггера, информационный вход которого связан с шиной выбора режима коммутации и объединен с первым адресным входом пятого мультиплексора, второй адресный вход которого соединен с шиной реверса..

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в шаговом Строй / электроприводе на базе четырехфазных двигателей. Цель изобретения состоит 8 повышении надежности путем исключения отработки ложных шагов и выпадения из синхронизма при переключении режима коммутации. Распределитель содержит шины тактовых импульсов 1, реверса 2, выбора режима коммутации 3. стробирования 4, двоичный счетчик 5. пять мультиплексоров 6-10, триггер 11, элемент И 12, причем выходы мультиплексоров 6-9 являются выходами распределителя, а их адресные входы соединены с разрядными выходами двоичного счетчика 5. Повышение надежности распределителя обеспечивается благодаря корректному переключению режимов коммутации при исключении возможности как выпадения двигателя из синхронизма, так и отработки ложных шагов при переходах с одного режима коммутации на другой. 2 ил. ы ч