Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1992 года по МПК G05B19/40 

Ё

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для автоматизации металлорежущих станков и других машин, снабженных шаговым электроприводом. Цель изобретения - повышение надежности и сокращение потребления электроэнергии. Устройство содержит блоки управления работой обмотки шагового двигателя, число которых равно числу обмоток шагового двигателя, коммутатор фаз, число выходов которого равно числу обмоток шагового двигателя. Блоки управления работой обмотки шагового двигателя имеют основной и дополнительный входы и основной и дополнительный выходы. Новым техническим эффектом предложенного устройства является увеличение пр сНгёводШел ьности, надежности и коэффициента полезного действия.2 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления шаговым двигателем, например, в устройствах числового программного управления металлорежущих станков.

Известно устройство для управления шаговым двигателем с п обмотками, содержащее генератор импульсов, распределитель фаз, каждый из п выходов которого соединен с первым входом соответствующего блока управления работой обмотки, первый выход каждого из которых подключен к первому выводу соответствующей обмотки шагового двигателя, при этом каждый блок управления работой обмотки содержит первый и второй диод, первый и второй ключи, пороговый элемент, выход которого соединен с S-входом RS-триггерэ, R-вход которого соединен с вторым входом блока

управления работой обмотки, первый вход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к инверсному выходу RS-триггера, а выход элемента И соединен с управляющим входом первого ключа, информационный вход которого подключен к выходу датчика тока и входу порогового , а выход первого ключа соединен с первым выходом блока управления работой обмотки и с первым выводом первого диода.

Недостатком известного техническсго решения является малая его надежное™ и большое потребление электроэнергии.

Целью изобретения является повышение надежности и сокращение потребления электроэнергии.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления шаговым двигателем с п обмотками, содержащее генераV400 СО Ь. VI СЛ

, « t

тор импульсов, распределитель фаз, каждый из п выходов которого соединен с первым входом соответствующего блока управления работой обмотки, первый выход каждого из которы-х подключен к первому выводу соответствующей обмотки шагового двигателя, при этом каждый блок управления работой обмотки содержит первый и второй диод, первый и второй ключи, пороговый элемент, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, Р-вхШ Т Ьтб Јого соединен с вторым входом блока управления работой обмотки, первый вход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход подключен к инве рсному выходу RS-триггера. а выход элемента И соединен с управляющим входом первого ключа, информационный вход которого подключен к выходу датчика тока и входу порогового элемента, а выход первого ключа Соединен с первым выходом блока управления работой обмотки и с пе рвым выводом первого диода, дополнительно введен общий диод, а в блок управления работой обмотки введены конденсатор, третий диод При этом первый вывод общего диода соединен с шиной питающего напряжения, второй вывод - с вторыми выводами п обмоток шагового двигателя и с вторыми выходами блока управления работой обмотки, соединенной с ггёрвым выводом второго диода, второй вывод которого соединен с первым выводом коНденсатора и с первым выходом третьего диода, второй вывод которого соединен с общей шиной, второй вывод конденсатора соединен с вторым выводом первого диода и с информационным входом второго ключа, управляющий вход которого соединен с первым входом блока управления работой обмотки, а выход ключа - с вторым выходом блока управления работой обмотки, все вторые выходы блока управления обмотки объединены и подключены к выходу генератора им ггульсов.

На фиг. 1 показана схема устройства управления шаговым двигателем; на фиг. 2 - эНюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство включает р аспределитель фаз 1. каждый из п выходов которого соединен с первым входом 2 соответствующего блока 3 убавления работой обмотки, первый выход 4 каждого из которых подключен к первому выводу соответствующей обмотки 5 шагового двигателя, при этом каждый блок 3 управления работой обмотки содержит первый и второй диоды б и 7Гпервый и второй ключи 8 и §, пороговый элемент 10, выход которого соединен с S-входом RS- триггера 11, R-вход которого соединен с

вторым входом 12 блока 3 управления работой обмотки, вход 2 которого соединен с первым входом элемента 13 И, второй вход которого подключен к инверсному выходу

триггера 11, а выход элемента 13 И, соединен с управляющим входом ключа 8, информационный вход которого подключен к выходу датчика 14 тока и входу порогового элемента 10, а выход ключа 8 соединен с

0 выходом 4 блока 3 управления работой обмотки и с первым выводом диода 6 Устройство, кроме того, включает общий диод 15, диод 16 и конденсатор 17. Первый вывод диода 15 соединен с шиной 18 питающего

5 напряжения +Un, второй вывод - с вторыми выводами п обмоток 5 шагового двигателя и с вторыми выходами 19 блоков 3 управления работой обмотки, соединенной с первым выводом диода 7, второй вывод которого

0 соединен с первым выводом конденсатора 17 и с первым выводом диода 16, второй вывод которого соединен с общей шиной 20, второй вывод конденсатора 17 соединен с вторым выводом диода бис информацион5 ным входом ключа 9, управляющий вход которого соединен с входом 2 блока 3 управления обмоткой, а выход ключа 9 соединен с выходом 19 блока 3 управления обмоткой, входы 12 блока 3 объединены и

0 подключены к выходу генератора 21 импульсов.

Работа устройства управления шаговым двигателем заключается в следующем. Во время отсутствия напряжения с вы5 хода коммутатора 1 фаз до момента времени ti конденсатор 17 держит высокий заряд Ui 7, накопленный от предыдущего такта работы, ключи 8 и 9 разомкнуты. Триггер 11 находится в состоянии, при котором на его

0 инверсном выходе высокий потенциал, напряжение с выходом датчика тока 14 и порогового элемента 10 отсутствует.

В момент ti сформировалось напряжение UBx(Ui) с выхода коммутатора 1 фаз, от

5 которого через вход 2 происходит замыкание ключа 9 и через элемент И 13 - замыкание ключа 8. После замыкания ключа 9 высокое напряжение Uiy прикладывается к выходу 19 блока 3 управления работой об0 мотки U19 и смещает диод 15 в обратном направлении. К обмотке шагового двигателя 5-1 прикладывается напряжение И 19, а также через замкнутый ключ 9, соединенный с общей шиной к выводу 20 блока 3 При этом

5 через обмотку 5-1 происходит форсированное нарастание тока ф

По мере разряда конденсатора 17 происходит уменьшение напряжения Uig на выходе 19 блока 3-1 и, когда оно становится менее напряжения Uie источника напряжения 18 (момент времени t2), диод 15 отпирается и дальнейшее снижение напряжения на выходе 19 Dig и обмотки 5 прекращается.

По мере нарастания тока ф в обмотке 5-1 шагового двигателя происходит нара- стание напряжения Uu на датчике тока 14. Как только напряжение Uw превысит заранее заданное значение Un (момент времени ts), которое установлено в пороговом элементе 10, на его выходе формируется высо- кий потенциал( от которого триггер 11 переходит в состояние, при котором на его выходе формируется низкий потенциал Вследствие этого на выходе элемента И 13 напряжение становится близким к нулю, ключ 8 размыкается, и ток через датчик тока 14 становится равным нулю, напряжение на нем и с выхода порогового элемента 10 становится близким к нулю ЭДС самоиндукции обмотки 5 шагового двигателя замыкается по цепи: нижний вывод обмотки 5-1, выход 4 блока 3, диод 6, ключ 9, выход 19 блока 3, верхний вывод обмотки 5.

При этом ток в обмотке 5 медленно спадает до прихода импульса 12 с генератора 21 (момент времени и) С приходом на вход 12 импульса U2i)c генератора 21 на выходе управления ключом 8 вновь формируется напряжение и ключ 8 замыкается, ток в обмотке вновь нарастает до заданного значе- ния Un, после чего прекращается формирование напряжения Uu, и ключ 8 размыкается и т.д

Модуляция (поддержания тока в обмотке 5) продолжается до снятия напряжения UBx (момент времени ts) После снятия напряжения с соответствующего выхода коммутатора 1 фаз и происходит размыкание ключей 8 и 9. Запасенная ЭДС в обмотке 5 заряжает конденсатор 17 по цепи: нижний ВЫЁОД обмотки 5, вывод 4 блока 3, диод 6, конденсатор 17, диод 7, вывод 19 и Верхний вывод обмотки 5. При этом напряжение U4 на выходе 4 блока 3 управления скачком становится равным удвоенному напряже- нию питания U18, так как в момент размыка- ния ключей 8 и 9, конденсатор 17 оказывается включенным последовательно с источником напряжения Uie и поэтому в момент времени ts напряжение на выходе 4 становится равным 2Uia. -,

После момента времени ts по мере ггро- текания тока ф происходит заряд конденсатора 17. При этом к моменту времени te конденсатор 17 оказывается заряженным до напряжения выше напряжения 2Ule на величину AUi.

За счет обеспечения перенапряжения на удвоенную величину напряжения питания И18Г в сумме с напряжением AUi те на величину 2Ui8+ AUi происходит ускорение спада тока в обмотке 1, за счет чего уменьшается тормозящее влияние тока в фазе фазового двигателя на заднем фронте

При реализации предложенного технического решения происходит ускорение на переднем фронте импульса управления нарастания тока, а на заднем фронте - ускорение спада тока в обмотках шагового двигателя, что и приводит к ускорению работы шагового двигателя и увеличению производительности данного станка.

Когда на входе 2 блока 3 управления вновь появится импульс управления Uex замыкаются ключи 8 и 9, и далее все процессы протекают аналогично рассмотренным

Пунктиром на фиг. 2 показано нарастание и спад тока 1ф в известных устройствах

Таким образом, предложенное устройство управления шаговым двигателем повышает быстродействие путем увеличения крутизйы нарастания тока в обмотках шагового двигателя во время прихода переднего фронта входного сигнала с одновременным увеличением крутизны тока спада в обмотке шагового двигателя в моменты окончания входного сигнала при неизменном напряжении питания, упрощает конструкцию путем соединения обмоток шагового двигателя звездой, повышает надежность путем обеспечения возможности использования в выходных плечах транзисторов одной структуры, например типа п-р-п

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее п обмоток, генератор импульсов, распределитель фаз, каждый из л выходов которого соединен с первым входом соответствующего блока управления работой обмотки, первый выход каждого из которых подключен к первому выводу соответствующей обмотки шагового двигателя, при этом каждый блок управления работой обмотки содержит первый и второй диод, первый и второй ключ, пороговый элемент, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, R-вход которого соединен с вторым входом блока управления работой обмотки, первый вход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к инверсному выходу RS-триггера, а выход элемента И соединен с управляющим входом первого ключа, информационный вход которого подключен к выходу датчика тока и входу порогового элемента, а выход первого Ключа соединен с первым выходом блока управления работой обмотки и е первым выводом

первого диода, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и сокращения потребления электроэнергии, в него введен общий диод, а в блок управления работой обмотки введены конденсатор и третий диод, при этом первый вывод общего диода соединен с шиной питающего напряжения, второй вывод- с вторыми Шводами п обмоток шагового двигателя и с вторыми выводами п блоков управления обмоток, каждый из которых соединен с первым выводом второго диода, второй вывод которого соединен с первым выводом

$&«/Ј

конденсатора и с первым выводом третьего диода, второй вывод которого соединен с общей шиной, второй вывод конденсатора соединен с вторым выводом первого диода

и с информационным входом второго ключа,

управляющий вход которото соединен с

первым входом блока управления обмотки,

а вьйсод Ключа - с вторым выходом блока

управлений обмотки, все вторые выходы п

блоков управления обмотки объединены между собой, а шина объединения вторьгх выходов соединена с выходом генератора импульсов.

и

rrpr:

NL

Ufa fas).-,-, -im j

i

к