Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1992 года по МПК G05B19/02 

Изобретение относится к системам дискретного электропривода станков с числовым программным управлением и может быть использовано для разнополярного многорежимного управления шаговых двигателей с активным ротором и с четным числом фаз m 4, 6, 8,

Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первую и вторую группы усилителей мощности со средними точками, образующие полумостовые усилители мощности, два источника питания силовой части с противоположными полярностями, четырехразрядный двоичный счетчик, инвертор, два трехпозицион- ных переключателя, логические элементы 2 И-НЕ, 2И, 2ИЛИ. ЗИ, три элемента неравнозначности, первую и вторую группы мультиплексоров 4 на 1, шины управления режимом, два мультиплексора 2 на 1.

Недостатками этого устройства являются сложность, обусловленная содержанием большого числа элементов, а также ограниченная область применения, обусловленная возможностью управления только трех- и четырехфазными шаговыми двигателями.

Наиболее близким к изобретению является устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первой и второй источники питания силовой части противоположных полярностей, соединенные между ними полумостовые усилители мощности с двумя группами усилителей, коммутируюч

о о о

щих фазные токи двигателя, общую шину источников питания, m-канальный распределитель импульсов, состоящий из мультиплексоров и двоичного реверсивного счетчика импульсов, имеющего входные шины тактирования реверса и установки в исходное состояние Кроме того, оно содержит элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ, дватрехпози- ционных переключателя

Недостатками этого устройства также являются сложность (большой объем аппаратуры) и ограниченные функциональные возможности (обеспечивает управление только трехфазным двигателем).

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение надежности путем сокращения числа элементов и рас- шиоение области применения путем обеспечения всех возможных разнополярных режимов управления любым шаговым двигателем с четным числом фаз (т 4, 6, 8,, .,)

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и второй источни- питания силовой части противоположных поля, остей, две группы усилителей мощно- сн1, ..иловые входы усилителей мощности первой группы соединены с первым источником питания силовой части, силовые вхо- ды усилителей мощности второй группы -с вторым источником питания силовой части, а их выходы объединены попарно между собой, m-канальный распределитель импульсов, состоящий из двоичного реверсивного счетчика импульсов, имеющего входные шины тактирования, реверса и установки в исходное состояние, являющимися входными шинами устройства, дополнительно содержи г первую и вторую шины управления режи- мом коммутации, в m-канальный распределитель импульсов введены первый элемент ИЛИ демультиплексор, каждый из нечетных каналов распределителя содержит мультиплексор 2 на 1 на каждый из четных каналов - два мультиплексора 2 на 1 и второй элементы ИЛИ, выходы которого соединены с выходами мультиплексоров 2 на 1 данного канала, первые информационные входы мультиплексоров всех нечетных ка- налов и вторые информационные входы первых мультиплексоров всех четных каналов соединены с выходом первого элемента ИЛИ, вторые информационные входы мультиплексоров всех нечетных каналов и пер- вые информационные входы вторых мультиплексоров всех четных каналов соединены с первой шиной управления режимом, первые информационные входы первых мультиплексоров и вторые информационные входы вторых мультиплексоров всех четных каналов соединены с общей шиной источников питания, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с второй шиной управления режимом, а второй вход - с выходом первого разряда двоичного реверсивного счетчика, адресные входы де- мультиплексора соединены соответственно с выходами с третьего по последний разряды двоичного реверсивного счетчика, а информационный вход - с общей шиной источников питания, адресные аходы зсех мультиплексоров соединены с выходом второго разряда двоичного реверсивного счетчика, входы стробирования мультиплексоров 1-го, 3-го,.. ,(m-3)-ro, (m-1)-го нечетных каналов подключены к входам стробирования вых мультиплексоров 2-го, 4-го, ,(т 2)-го, т-го четных каналов и соединены соответственное 2-ым, 3-игл ,у-ым 1-ым выходами демультиплексора, а входы стробироваиия вторых мулыиплексороз 2- го, 4-го, . ,(т-2) го, m-ro четных каналов соединены соогветсгвенно с 3-им,

4-ым, ,.,-я- ым , 1-ым, 2-ым выводами демультиплексора, с первою по f} -ый , выходы

распределителя соединены соответственно с управляющими входами усилителей мощности первой группы с (-П)-го по m-й выходы распределителя соединены cooiве1Ственно с управляющими входами усилителей мощности второй фуппы, а противолежащие фазные обмотки двигателя попарно-встречно, параллельно или последовательно соединены соответственно между объединенными выходами соответствующих усилителей мощности первой и второй групп и общей шиной источников питания.

На фиг. i представлена функциональная схема предлагаемого устройства для управления шаговым двигателем с четным числом фаз т; на фиг.2, 3 и 4 - функциональные схемы устройства для конкретных случаев управления соответственно 4-, б-, 8-фазны- ми шаговыми двигателями, на фиг 5, 6 и 7 - соответствующие им номограммы векторов моментов.

В общем случае, когда число фаз равно т, предлагаемое устройство (фиг.i) содержит

первую 1.1-1 у и вторую 2.1-2. у группы

усилителей, соединенные между собой и cornставляющие полумостовых схем усилителей мощности, подключенных к источникам питания 3 и 4 противоположных полярностей и коммутирующих токи попарно-встречно, параллельно или последовательно соединенных противолежащих фаз 5..т двигателя, реверсивный двоичный счетчик 6 с шинами тактирования, реверса и установки в нулевое исходное состояние, первый логический элемент ИЛИ 7, первый вход которого соединен с выходом первого раз- ряда счетчика 6, демультиплексора 8, информационный вход которого соединен с общей (нулевой) шиной 9 источников питания, а адресные входы - с выходами с третьего по последний разрядов счетчика 6. В нечетных каналах распределителя содерm

жатся мультиплексоры 10,1-10. у со структурой 2 на 1, а в четных каналах - по два

m

m

мультиплексора 11.1-11.у , 12.1-12. у - со структурой 2 на 1 и логические элементы ИЛИ 13.1-13, -у , входы которых соединены с выходами мультиплексоров этих же каналов. Устройство содержит также первую 14 и вторую 15 шины управления режимом, Причем первые информационные

m

входы мультиплексоров 10.1-10. нечетных каналов и вторые входы первых мультиm

плексоров 11..-rf четных каналов

соединены с выходом первого элемента ИЛИ 7, второй вход которого соединен с второй шиной 15 управления режимом, вторые входы мультиплексоров 10.1-10. нечетных каналов и первые входы вторых мультиплексоров 12.1-12. у четных каналов соединены с первой шиной 14 управления режимом, первые входы первых

мультиплексоров 11.1-11.-7Г и вторые вхо-

i

ды вторых мультиплексоров 12.1-12.у четных каналов соединены с общей шиной

источников питания. С первого по -п- выхо

ды распределителя соединены соответственно с управляющими входами усилителей мощности первой группы 1.11.у , а С (у +1)-го по m-й выходы распреде-

лителя - соответственно с управляющими входами усилителей мощности второй группы 2.1-2.у .

5 0 5

0

5

0

5

b

0

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Перед созданием любого из возможных режимов коммутации фаз к шине Уст.О подается сигнал обнуления счетчика 6, а к шине Реверс в зависимости от требуемого направления вращения прикладывается нулевой или единичный логический потенциал, Задание определенного режима коммутации осуществляется путем приложения к шинам 14 и 15 требуемой комбинации нулевых и единичных логических потенциалов.

При подаче к шине Т тактирующих импульсов на выходах разрядов счетчика 6 поочередно формируются двоичные коды. Счетчик 6 производит подсчет тактовых импульсов до своего коэффициента пересчета Кпер после чего автоматически обнуляется.

При приложении к шине 14 нулевого логического потенциала, а к шине 15 - единичного логического потенциала на выходе элемента ИЛИ 17 устанавливается постоянный единичный логический потенциал. В результате этого в процессе переключения выходных каналов распределителя первый разряд счетчика 6 не участвует. В такт поступления импульсов на вход Т счетчика 6 на его выходах поочередно формируются двоичные коды, которые приводят к поочередному возникновению нулевого потенциала на одном из выходов демультиплексора 8 (при единичных потенциалах на остальных выходах) и соответствующим переключениям мультиплексоров 10-12, Благодаря этому на выходах распределителя через один такт поступления импульсов формируются коды 1 из т (т.е. с одной единицей и т-1 нулями). Это приводит к созданию такого разнополярного режима коммутации фаз двигателя, при котором ротор принимает основные дискретные положения (фиг.5а, 6а, 7а). В этом режиме суммарный вектор момента двигателя в каждом такте переключения фаз равен удвоенному значению номинального его момента при однополярном управлении.

Если к обеим шинам 14 и 15 приложить единичный логический потенциал, то, через один такт поступления импульсов к входу Т счетчика 6 на выходах распределителя формируются коды 2 из т (т.е. с двумя единицами и пл-2 нулями). Это приводит к созданию такого разнополярного режима коммутации фаз двигателя, при котором ротор двигателя принимает промежуточные положения между основными (фиг.5б, 66, 76). При этом режиме суммарный вектор момента двигателя в каждом также переключения фаз равен геометрической сумме удвоенных значений номинальных моментов двух соседних основных положений при однополярном управлении.

В отличие от описанных первых двух режимов в третьем режиме работы устройства к шинам 14 прикладывается единичный потенциал, а к шине 15 - нулевой потенциал В результате этого в процессе переключения мультиплексоров 10-12 и фазных обмоток двигателя принимает участие также первый разряд счетчика 6. Благодаря этому через каждый так г поступления импульсов на вход Т счетчика 6 на выходах распределителя поочередно формируются коды с одной и двумя единицами из т. В итоге вал двигателя поочередно принимает все возможные основные и промежуточные положения (фиг.Бв, бв, 7в).

Реверсирование устройства производится путем изменения логического потенциала на входе Реверс счетчика 6 на обратное и, таким образом, перевода счетчика 6 из режима суммирования на режим вычитания.

В бщем случае, когда число фаз двигателя равно т, коэффициент пересчета счетчика 6 выбирается равным КПер. 2т, Он строится по известным обобщенным поинципам с произвольным модулем пер е- счета.

Выбор между встречно параллельным или последовательным соединением противолежащих фаз двигателя осуществляется исходя из конструкции выводом двигателя и используемых усилителей мощности.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет более простую структуру и высокую надежность, поскольку содержит меньшее число полумостовых усилителей мощности и логических элементов и более прост в управлении. Кроме того, оно имеет более широкую область применения, поскольку позволяет управлять любым шаговым двигателем с четным числом фаз.

Формула изобретения Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и второй источники питания силовой части противоположных полярностей, две группы усилителей мощности, силовые входы усилителей мощности первой группы соединены с первым источником питания силовой части, силовые входы усилителей мощности второй группы - с вторым источником питания силовой части, а их выходы объединены попарно между собой, т-канальный

распределитель импульсов, состоящий из двоичного реверсивного счетчика импульсов, имеющего входные шины тактирования, реверса и установки в исходное

состояние, являющееся выходными шинами устройства, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, а также расширения области применения путем обеспечения всех возможных

разнополярных режимов коммутации фаз любого m-фазного шагового двигателя, где m 4, б, 8дополнительно содержит первую и вторую шины управления режимом коммутации, в m-канальный распределитель импульсов введены первый элемент , демультиплексор, каждый из нечетных каналов распределителя содержит мультиплексор 2 на 1, а каждый из четных каналов - два мультиплексора 2 на 1 и

второй элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами мультиплексоров 2 на 1 данного канала, первые информационные входы мультиплексоров всех нечетных каналов и вторые информационные входы первых мультиплексоров всех четных каналов соединены с выходом первого элемента ИЛИ, вторые информационные входы мультиплексоров всех нечетных каналов и первые информационные входы вторых

мультиплексоров всех четьых каналов соединены с первой шиной управления режимом, первые информационные входы первых мультиплексоров и первые информационные входы вторых мультиплексоров

всех четных каналов соединены с общей шиной источников питания, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с второй шиной управления режимом, а второй вход - с выходом первого двоичного разряда двоичного реверсивного счетчика, адресные входы демультиплексора соединены соответственно с выходами с третьего по последний разряды двоичного реверсивного счетчика, а информационный вход-с общей

шиной источников питания, адресные входы всех мультиплексоров соединены с выходом второго разряда двоичного реверсивного счетчика, входы стробирова- ния мультиплексоров 1-го, 3-го(т-З)-го,

()-го нечетных каналов подключены к входам стробирования первых мультиплексоров 2-го, 4-го,...,(m-2}-ro, m-ro четных каналов и соединены соответственно с 2-м,

„гп ,

o-M,..,,-rj-м , 1-м выходами демультиплексора, а входы стробирования вторых мультиплексоров 2-го, 4-го,,..,(т-4)-го, (т-2)-го, т-го четных каналов соединены соответственно

с 3-м, 4-м , 1-м, 2-м выходами демультиплексора, с первого по у выходы

распределителя соединены соответственно с управляющими входами усилителей мощности первой группы, с (-у +1)-го по пл-й

выходы распределителя соединены соответственно с управляющими входами усилителей мощности второй группы, а противолежащие фазные обмотки двигателя попарно-встречно, параллельно или последовательно соединены соответственно между объединенными выходами соответствующих усилителей мощности первой и второй групп и общей шиной источников питания.

Изобретение относится к системам дискретного электропривода станков с числовым программным управлением и может быть использовано для разнополярного многорежимного управления шаговым двигателем с активным ротором и четным числом фаз Цель изобретения - упрощение и повышение надежности, а также расширение области применения. Устройство содержит два источника питания силовой части с разной полярностью, две группы усилителей мощности, m-канальный распределитель импульсов, состоящий из двоичного реверсивного счетчика импульсов. Для достижения цели устройства дополнительно содержит две шины управления режимом коммутации, а в m-канальный распределитель импульсов введены первый элемент ИЛИ, демультиплексор, каждый из нечетных каналов распределителя содержит мультиплексор 2 на 1, а каждый из четных каналов - два мультиплексора 2 на 1 и второй элемент ИЛИ 7 ил. (Л С

ад

f 14 .

ттт

Уст О

(-Ј)

75

ТУТ

Т PeS ИстО

Фие

Фиг.3

660i ш

-fc- Di

of-i-J

Ч

«35

.

+

I

CM

f

ff

1 Nj

tQ

I

«у

t.

tVl

it