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

(/ С

Использование изобретения относится к автоматике и может быть использовано в. системах управления волновыми шаговыми двигателями; Сущность состоит в расширении области применения.коммутатора. Ком- мутатор для управления шаговым двигателем содержит элементы И, элемент И-НЕ. блок памяти порядка включения обмоток двигателя, бло.к усилителей. Введение преобразователя сигнала управления в частоту, анализатора сигнала управления, .формирователя импульсов блока формирования форсирующих импульсов позволяет управлять работой коммутатора одним ана ,, логовым сигналом, а также выдавать на выход импульсы специальной формы и этим повысить момент и приемистость шагового двигателя при высоких скоростях вращения. 7 ил., 2 табл. .:. ..- ,;- ..

Изобретение относится к автоматике и можетбыть использовано в системах управления волновыми шаговыми Двигателями. :., Известен коммутатор для управлёмия шаговым двигателем; содержащий генератор импульсов, первый счетчик импульсов,

второй счетчик импульсов, к тактовому входу которого подключен выход первого счет. чика импульсов, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, шину тактовых импульсов, которая подключена к входу генератора импульсов и к входу сброса первого счетчика импульсов, шину управления, которая соединена с входом управления второго счетчика импульсов, шины коэффициента пересчёта, которые подключены к информационным входам второго счетчика импульсов, шину реверса, которая соединена с входом вида счета второго счетчика импульсов, первый элемент ИЛИ, к первому входу которого подключен третий выход второго счетчика импульсов, второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с четвертым выходом второго счетчика импульсов, блок памяти, к первому, второму, третьему и четвертому входам которого подключены первый и второй выходы второго счетчика импульсов и выходы первого и второго элементов ИЛИ соответственно, первую, вторую и третью шины режима, которые соединены со вторым входом первого элемента ИЛИ, со вторым входом второго элемента ИЛИ и с пятым входом блока питания соответственно, шину еклю- чения. которая подключена к входу разре- шения блока памяти, блок усилителей, входы которого соединены с выходами блока памяти.

1

00 4 Ю -N

Недостатком данного коммутатора явяются ограниченные функциональные возожности, т к. для его работы требуется большое число сигналов управления и, кроме того, коммуттаор может выдавать только прямоугольные импульсы напряжения в блок усилителей.

Наиболее близким по технической сущности является коммутатор для управления шаговым двигателем, содержащий многоканальный генератор импульсов, блок памяти, ретий4 вход которого соединен с выходом третьего канала генератора импульсов, шину выбора последовательности, которая подключена ко второму входу блока памяти, формирователь Циклов кШмуТйЦМи, состоящий из первого, второго и третьего элементов И, первого и второго элементов ИЛИ, счетчика импульсов, к суммирующему входу которого подключен выход первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого канала генератора импульсов и с первым входом второго элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вычитающим входом счетчика импульсов, вход сброса которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, элемента сравнения, выход которого подключен ко второму входу третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом второго канала генератора импульсов, первого элемента задержки, к входу которого подключен выход заема счетчика импульсов, второго элемента задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента задержки и с входом записи информации счетчика импульсов, выход второго элемента задержки подключен ко второму входу второго элемента ИЛИ, шину Вправо, которая соединена с первым входом первого элемента И и с первым входом элемента сравнения, шину Влево, которая подключена ко второму входу второго элемента И, шину Установка, которая соединена со вторым входом первого элемента ИЛИ, шины Цикл, которые подключены к информационным входам счетчика импульсов и к третьим входам элемента сравнения, вторые входы которого соединены с выходами счетчика импульсов и с первыми входами блока памяти, выходные шины, к которым подключены выходы блока памяти.

Недостатком данного коммутатора также являются ограниченные функциональные возможности, т.к. ему так же требуется большое количество сигналов управления, он не может управлять частотой выдаваемых импульсов и, следовательно, скоростью вращения шагового двигателя и выдает только прямоугольные импульсы.

Целью изобретения является расширение области применения коммутатора путем управления его работой одним аналоговым сигналом, управления частотой выдаваемых импульсов и, соответственно, скоростью вращения шагового двигателя и

0 выдачи импульсов специальной формы, позволяющей повысить момент и приеми- стость шагового двигателя при высоких скоростях вращения.

Указанная цель достигается тем, что в

5 известный коммутатор для управления шаговым двигателем, содержащий первый и второй элементы И, элемент И-НЕ, счетчик импульсов, суммирующий вход которого подключен к выходу второго элемента И,

0 адресные входы за исключением входа старшего разряда блока постоянной памяти порядка включения обмоток двигателя соединены с выходами счетчика импульсов, первая группа входов блока усилителей под5 ключена к группе информационных выходов блока постоянной памяти порядка включения обмоток двигателя, а группа выходов является группой выходов устройства, введены преобразователь сигнала управления

0 в частоту, анализатор входного сигнала, формирователь импульсов и формирователь формирующих импульсов, группа информационных выходов которого подключена ко второй группе входов блока

5 уислителей, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, входом соединенного с первым выходом преобразователя сигна0 ла управления в частоту, второй выход которого подключен к первому входу первого элемента И, а третий выход к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемен5 та И, со вторым входом элемента И-НЕ, с входом старшего разряда блока постоянной памяти порядка включения обмоток двигателя и с первым выходом анализатора входного сигнала второй выход которого

0 подключен к третьему входу второго элемента И, коммутатор соединен с входом преобразователя сигнала управления в частоту и с входом анализатора входного сигнала, третий выход которого подключен к

5 входу старшего разряда блока формирования форсирующих импульсов и к третьему входу первого элемента И, выход которого соединен с вычитающим входом счетчика импульсов, группа выходов которого под- ключена к группе информационных входов

за исключением входа старшего разряда, блока формирования форсирующих импульсов.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого коммутатора для управления шаговым двигателем; на фиг.2 - пример выполнения одного усилителя блока 10; на фиг.З - порядок чередования импульсов в фазных обмотках шагового двигателя, необходимый для правого (а) и левого (б) вращения; на фиг.4 - форма импульсов напряжения на выходах (ПЗУ8) и форма импульсов в фазных обмотках шагового двигателя; на фиг.5 - структурная схема системы автоматического управления подачей топливного газа в турбину газоперекачивающего агрегата; на фиг.6 - порядок выдачи импульсов блока 8 и блока 9 при работе шагового двигателя; на фиг.7 - порядок выдачи и форма импульсов, выдаваемых усилителями блока 10 на активную нагрузку, равную полному сопротивлению фазной обмотки. .

Коммутатор для управления шаговым двигателем (фиг.1) содержит преобразователь сигнала управления в частоту 1, анализатор входного сигнала 2, первый элемент И 3, к первому входу которого подключен первый выход преобразователя сигнала управления в частоту 1, второй элемент И 4, первый вход которого соединен со вторым выходом преобразователя сигнала управле- ния в частоту 1, счетчик импульсов 5, к вычитающему и суммирующему входам которого подключены выходы первого 3 и второго 4 элементов И соответственно, формирователь импульсов б, вход которого соединен с выходом преобразователя сигнала управления в частоту 1, элемент И-НЕ 7, к первому входу которого подключён выход формирователя импульсов 6, блок постоянной памяти порядка включения обмоток двигателя, блок формирования форсирующих импульсов 9, блок усилителей 10. вход 11 коммутатора, выход 12 устройства.

Преобразователь сигнала управления в частоту 1 (фиг.1) предназначен для преобразования аналогового сигнала управления шаговым двигателем в частоту импульсов, пропорциональную амплитуде сигнала. На фиг.1 приведши пример выполнения преобразователя сигнала управления в частоту для случая, когда сигнал управления задается в, виде напряжения. Преобразователь сигнала управления в частоту 1 ( фиг.1) содержит преобразователь напряжения в частоту 13, преобразователь напряжения в частоту 14, входы которых соединены между собой и с входом преобразователя 1, элемент гальванической развязки 15, к входу

которого подключен выход преобразователя напряжения вчзстоту 13, элемент гальванической развязки 16, вход которого соединен с выходом преобразователя на- 5 пряжения в частоту 14, элемент ИЛИ 17.

Анализатор второго сигнала 2 (фиг.1) предназначен для выработки сигналов о необходимом направлении вращения шагового двигателя и сигнала о том. больше или нет

0 амплитуда сигнала управления по модулю порогового значения - Unop. Установлено, что в диапазоне напряжений входного сигнала от Unopi, допустим равного -0,5В, до Unop2, допустим равного + 0,5В, ротор шаго5 вого двигателя не должен вращаться, он должен удерживаться в том положении, в котором находится -этотрежим назван режимом фиксированной стоянки. В диапазоне напряжений входного сигнала от Unopi до

0 1Н,допустим равного -10В, ротор шагового двигателя должен вращаться против часовой стрелки - режим левого вращения, а в диапазоне напряжений от Unop2 до U2 допустим равного + 10В, ротор шагового двига5 теля должен вращаться по часовой стрелке - режим правого вращения. Анализатор сигнала управления 2 - фиг.1 содержит компаратор 18, элемент гальванической развязки Т9, к входу которого подключен выход кйм.0 паратора 18, переменный резистор 20, резистор 21, первый вывод которого соединен с третьим выводом резистора 20, второй вывод которого подключен к прямому входу компаратора 18, компаратор 22, элемент

5 гальванической развязки 23, вход которого соединен с выходом компаратора 22, пере-- менный резистор 24. резистор 25, первый выход которого подключен к третьему выводу резистора 24, второй вывод которого со0- единен с прямым входом компаратора 22, элемент И 26, элемент НЕ 27, вход которого соединен с выходом элемента гальванической развязки 23 и со вторым входом элемента И 26, элемент НЕ 28. выход которого

5 подключен ко второму выходу анализатора сигнала управления 2, выход которого соединен с выходом элемента И 26 и с входом элемента НЕ 28, элемент И-НЕ 29, выход которого подключен к выходу анализатора

0 сигнала управления 2, вход которого соединен с инверсными входами компараторов 18 и 22, выход элемента гальванической развязки 19 подключен к первому входу элемента И 26 и к первому входу элемента

5 И-НЕ 29, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ 27, нулевую шину источника питания 30, которая подключена к первым выводам резисторов 20 и 24, положительный полюс источника питания 31 который соединен со вторым выводом

резистора 21, отрицательный полюс источника питания 32, который подключен ко второму выводу резистора 25

Усилитель, пример выполнения одного усилителя блока 10 (фиг.2) предназначен для формирования импульсов тока в обмотках шагового двигателя и содержит элемент гальванической развязки 33, вход которого подключен к первому входу усилителя - к соответствующему входу из первых входов блока усилителей 10, элемент гальванической развязки 34, к первому входу которого подключен второй вход усилителя -соответствующий вход из вторых входов блока усилителей 10, третий вход которого соединен с третьим входом усилителя и дальше со вторым входом элемента гальванической развязки 34, ключ 35, к входу которого подключен выход элемента Гальванической развязки 33, ключ 36, вход которого соединен с выходом элемента гальванической развязки 34, стабилизатор тока 37, вход которого подключен к выходу ключа 36, диод 38, катод которого соединен с выходом ключа 35, анод диода 38 соединен с выходом стабилизатора 37 и с выходом усилителя (одним из выходов блока усилителей 10), полюс источника питания дискретных элементов 39, который подключен к первому выводу питания элемента гальванической развязки 33, положительный полюс источника питания выходных цепей 40, который соединен со вторым выводом питания элемента гальванической развязки 33, нулевую шину источника питания выходных цепей 41, которая подключена к первому выводу питания элемента гальванической развязки 34, к выводу питания ключа 35 и к выводу питания ключа 36, отрицательный полюс источника питания выходных цепей 42, который соединен со вторым выводом питания элемента гальванической развязки 34 и с выводом питания стабилизатора тока 37 На фиг,2 показана так же для пояснения работы одна обмотка шагового двигателя 43 и демпфирующая цепочка из резистора 44 и диода 45, анод которого подключен к выходу усилителя и ко второму выводу обмотки ша- гозого двигателя 43, первый вывод которой соединен с положительным полюсом источника питания выходных цепей 40 и с первым выводом резистора 44, второй вывод которого подключен к катоду диода 45.

Элемент гальванической развязки 33 (фиг 3) содержит резистор 46, оптрон 47. первый вывод которого подключен к входу элемента гальванической развязки 33, первый вывод питания которого соединен с первым выводом резистора 46, второй вывод которого подключен к второму выводу

оптрона 47, резистор 48, резистор 49, первый вывод которого соединен с пятым выводом оптрона 47, третий вывод которого подключен ко второму выводу резистора 48,

первый вывод которого соединен со вторым выводом питания элемента гальванической развязки 33, выход которого подключен ко второму выводу резистора 49 и к четвертому выводу оптрона 47.

0 Элемент гальванической развязки 34 (фиг.2) содержит оптрон 50, резистор 51, первый вывод которого подключен к первому выводу питания элемента гальванической развязки 34, первый и второй входы

5 которого соединены с первым и вторым выводами оптрона 50 соответственно, резистор 52, второй вывод которого подключен ко второму выводу питания элемента гальванической развязки 34, выход которого со0 единен со вторым выводом резистора 51 и с третьим выводом оптрона 50, резистор 53. первый вывод которого подключен к пятому выводу оптрона 50, четвертый вывод которого соединен с первым выводом резистора

5 52 и со вторым выводом резистора 53.

Ключ 35 (фиг.2) содержит резистор 54 и транзистор 55, коллектор которого подключен к выходу ключа 35, вход которого соединен с базой транзистора 55 и с первым

0 выводом резистора 54, второй вывод которого соединен с эмиттером транзистора 55 и с выводом питания ключа 35.

Ключ 36 (фиг.2) содержит транзистор 56 и резистор 57, второй вывод которого под5 ключен к змиттеру транзистора 56, база которого соединена с входом ключа 36, выход которого подключен к коллектору транзистора 56, вывод питания ключа 36 соединен с первым выводом резистора 57,

0 Стабилизатор тока 37 (фиг.2) содержит стабилитрон 58, резистор 59, транзистор 60, база которого соединена с катодом стабилитрона 58, с первым выводом резистора 59, и с вхбдом стабилизатора тока 37, выход

5 которого подключен к коллектору транзистора 60, резистор 61, первый вывод которого соединен с эмиттером транзистора 60, а второй - с выводом питания стабилизатора тока 37.

0 Счетчик импульсов 5 по суммирующему и по вычитающему входу работает от передних фронтов импульсов, поступающих на эти входы.

Формирователь импульсов 6 предназ5 начен для формирования переднего фронта импульса тока в фазных обмотках шагового двигателя (на фиг.2 показана одна из фазных обмоток шагового двигателя 4) и коррекции оершины этого импульса. Формирователь импульсов б является формирователем импульсов переднего фронта, т е он выдает импульс установленной длительности - ti при появлении импульса на его входе (импульса с выхода преобразователя сигнала управления в частоту 1). Величина ti выбирается исходя из необходимой длительности фронта импульса тока в фазной обмотке шагового двигателя при предельной приемистости и равна для двигателей типа мкс.

В блоки 8 и 9 предварительно записывается информация, обеспечивающая формирование на их выходах импульсов в необходимом порядке и с необходимой полярностью. В табл.1 приведена информации, записанная в блок 8, а в табл. 2 - в блок 9.

В ячейках от 0000 до 0111 блока 8 записана информация, обеспечивающая выдачу на один из выходов блока 8 нулевого сигнала, необходимого в режиме фиксированной стоянки, в ячейках от 1000 до 1111 блока 8 записана информация, обеспечивающая выдачу на три из восьми выходов блока 8 нулевых сигналов, необходимых при одном из режимов вр-ащения - левом или правом. В ячейках от 0000 до 0111 блока 9 записана информация, обеспечивающая выдачу единичного сигнала на два из восьми выходов блока 9 при правом вращении шагового двигателя, а в ячейках от 1000 до 1111 блока 9 записана информация, обеспечивающая выдачу единичного сигнала на два выходи из восьми при нулевом вращении шагового двигателя.

В качестве преобразователей напряже- ния в частоту 13 и 14 использованы микро- схемы типа КР 1108ПП1. Преобразователь 13 предназначен для преобразования в частоту напряжения отрицательной полярности, преобразователь 14 - напряжения положительной полярности. Параметры схем включения преобразователей, напряжения в частоту 13 и 14 выбираются таким образом, чтобы диапазону изменения сигнала управлений - напряжения от 0,58 до 10В по модулю соответствовал на выходах преобразователя сигнала управления в частоту 1 диапазон изменения частоты импульсов от 75 до 3000 Гц, соответствующий рабочему диапазону частот волнового шагового двигателя ДВШ.

Коллекторные резисторы, подключаемые к выходам блока 9,на чертежах (фиг, 1 и 2) не показаны.

Входы блоков 8 и 9, показанные на фиг.1, являются адресными, остальные входы на фиг.1 не показаны, на них поданы сигналы таким образом, чтобы блоки находились в режиме Чтение

На фиг 3 показаны на оси ТИ - тактовые импульсы (импульсы, поступающие на один из входов счетчика импульсов 5); на осях 1,.. ,8 - импульсы, подаваемые в фазные об- 5 мотки с первой по восьмую шагового двигателя.

На фиг.4 показаны: на оси 1 - тактовые импульсы; на оси 2 - импульсы напряжения, подаваемые на первые входы блока усили0 телей 10 (импульсы с выходов ПЗУ 8), на оси 3 - форма импульсов тока в фазной обмотке шагового двигателя при восьмифззном включении.

На фиг.6 и 7 показаны: на осях 3 и 4 5 импульсы на выходах элементов И 3 и И 4 соответственно, на осях 5-1, 5-2, 5-3 - импульсы на первом, втором и третьем выходах счетчика импульсов 5 соответственно, на оси б - импульсы на выходе формирова0 теля импульсов б, на осях 8-1, 8-2, 8-8- сиг,налы на выходах е первого по восьмой соответственно ПЗУ 8, на осях 9-1, 9-2, ..., 9-8-сигналы на выходах с первого по восьмой соответствено ПЗУ 9, на осях 10-1, 1d5 2 10-8 - импульсы напряжения,

выдаваемые на выходы с первого по восьмой блока усилителей 10.

В заявляемом коммутаторе используется три источника питания:

0 источник питания входных цепей (фиг.1) с положительным полюсом 31, нулевой шиной 30 и отрицательным полюсом 32 используется для питания преобразователей напряжения в частоту 13 и 14 и элементов

5 гальванической развязки 15 и 16 преобразо- вателя сигнала управления в частоту 1 и для питания компараторов 18 и 22 и элементов гальванической развязки 19 и 23 анализатора сигнала управления 2;

0 источник питания дискретных элементов (на фиг.2 показан его полох ительный полюс 39, нулевая шина на чертежах не показана), используется для питания элементов гальванической развязки 15 и 16 и

5 элемента ИЛИ 17 преобразователя сигнала управления в частоту 1, элементов гальванической развязки 19 и 23, элементов И 26, НЕ 27, НЕ 28, и И-НЕ 29 анализатора сигнала управления 2, элементов И 3 и 4, счетчика

0 импульсов 5, формирователя импульсов 6 элемента И-НЕ 7, блока 8 и блока 9 и элементов гальванической развязки 33 и 34, усилителей блока 10;

источник питания выходных цепей

5 (фиг.2) с положительным полюсом 40, нулевой шиной 41, и отрицательным полюсом 42, используется для питания усилителей блока 10.

Предварительно рассмотрим работу анализатора входного сигнала 2 и усилителя, одного из блока 10.

Анализатор входного сигнала 2 (фиг.1).

На прямой вход компаратора 18 подается положительное напряжение величиной 0,5В (устанавливается с помощью делителя, состоящего из резисторов 20 и 21). На прямой вход компаратора 22 подаётся бтрица- тельное напряжение величиной 0,5В (устанавливается с помощью делителя, состоящего из резисторов 24 и 25).

Если на входе анализатора 2 и, соответственно, на инверсных входах компараторов 18 и 22 имеется напряжение положительной полярности, большее по величине 1)пор2 0,5В,то на выходах компараторов 18 и 22 будет напряжение отрицательной полярности и, вследствие этого, через входные диоды оптронов элементов гальванической развязки 19 и 23, являющихся, кроме того, и преобразователем уровня сигнала, протекает ток и на выходах элементов гальванической развязки 19 и 23 будет нулевой сигнал, поэтому элемент И 26 будет закрыт и на его выходе будет нулевой сигнал, на вьГходах элементов НЕ 27 и НЕ 28 будет единичный сигнал, на выходе элемента Й--НЕ 29 будет также единичный сигнал . Таким образом, при личии на входе анализатора 2 положительного напряжения, большего Кпор2,т.е. при необходимости отработки шаговым двигателем режима правого вращения на третьем выходе анализатора 2 будет нулевой сигнал, а на первом и втором - единичные сигналы.

Если на входе анализатора сигнала управления 2 и, соответственно, н З ивнерсных входах компараторов 18 и22имеется напряжение положительной или отрицательной полярности, по модулю меньшее Uno p то на выходе компаратора 18 будет напряжение положительной полярности, а на выходе компаратора 22 будет напряжение отрицательной полярности, тогда через входной диод оптрона элемента гальванической развязки 19 не протекает ток и на его выходе имеется единичный сигнал, а через входной диод оптрона элемента гальванической развязки 25 протекает ток и на его выходе имеется нулевой сигнал. На выходе элемента И 26 и на первом выходе анализатора 2 будет нулевой сигнал, на втором выходе анализатора единичный сигнал. Т.к. на обоих входах элемента И-НЕ 29 имеются единичные сигналы, то на его выходе и на выходе анализа- тора 2 будет нулевой сигнал. Таким образом, при наличии на входе анализатора 2 напряжения, меньшего по модулю Unop независимо от полярности этого напряжения, т.е. при необходимости отработки режима фиксированной стоянки, на первом и третьем выходах анализатора 2 будет нулевой сигнал, а на втором - единичный сигнал.

Если на входе анализатора 2 и, соответственно, на инверсных входах компараторов 18 и 22 имеется отрицательное напряжение,по модулю большее Unop,To на выходе компараторов 18 и 22 будет напряжение положительной полярности и, вследствие этого, через входные диоды элементов гальванической развязки 19 и 23 не будет протекать ток и на их выходах будут единичные сигналы, поэтому на выходе элеменат И 26 и на третьеим выходе анализатора 2 будет единичный сигнал, на выходе анализатора 2 - нулевой сигнал, на выходе элемента И-НЕ 29 и на первом выходе анализатора 2 будет единичный сигнал. Таким

образом, при налимий на входе анализатора 2 отрицательного напряжения, большего по модулю Unop, T.e. при необходимости отработки режима левого вращения, на первом и на третьем выходах анализатора 2 будет

единичный сигнал, а на втором - нулевой сигнал.

Усилитель, один из блока 10 (фиг.2). В исходном положении на первом и на третьем входах усилителя имеются единичные сигналы, на втором входе - нулевой сигнал, через диод оптрона 47 элемента гальванической развязки 33 и через диод 50 элемента гальванической развязки 34 ток не протекает. Соответственно не протекает ток

через транзистор оптрона 47 элемента гальванической развязки 33 и через транзистор оптрона 50 элемента гальванической раз- взязки 34, поэтому ключи 35 и 36 закрыты, закрыт также стабилизатор тока 37 и. следовательно, через фазную обмотку 43 ток не протекает.

При появлении нулевого сигнала на первом входе усилителя возникает ток через диод оптрона 47 элемента гальванической развязки 33, открывается транзистор оптрона 47.

Через коллекторно-эмиттерный переход транзистора оптрона 47 и базо-эмиттер- ный переход транзистора 55 ключа 35

начинает протекать ток. Ключ 35 открывается через фазную обмотку 43 начинает протекать ток по цепи: положительный полюс 40 - фазная обмотка 43 - диод 38 - ключ 35 - нелевая шина 41. К фазной обмотке 43 в

этом случае- прикладывается напряжение положительной части источника питания выходных цепей.

Если появляются одновременно единичный сигнал на втором и нулевой сигнал

на третьем входе, то возникает ток через

диод оптрона 50 элемента гальванической развязки 34, открывается ключ 36 и, соответственно, стабилизатор тока 37. Через фазную обмотку 43 начинает протекать ток по цепи положительный полюс 40 - фазная обмотка 43 - транзистор 60 и резистор 6 стабилизатора тока 37 - отрицательный полюс 42. К фазной обмотке 43 в этом случае прикладывается полностью напряжение источника питания выходных цепей.

Для пояснения работы заявляемого коммутатора кратко охарактеризуем волновые шаговые электродвигатели ДВШ 50. ДВШ 100, ДВШ 80 - 0,6. 2ДВШ - 80-0,6 и 3 ДВШ80-0.6.

Указанные шаговые волновые двигатели предназначены для преобразования управляющих импульсов в угловые перемещения вала и выполнены восьмифаз- ными (допускается и четырехфазное вклю- чение заявляемый коммутатор предназначен для восьмифазного включения, но, при записи в постоянные запомина- ющие устройства соответствующей информации он обеспечивает управление волновым шаговым двигателем и при четы- рехфазном включении обмоток).

Принцип действия двигателя основан на дискретном изменении сотояния электромагнитного поля и воздушном зазоре по- средством последовательного возбуждения фаз обмотки статора импульсами тока, волновой деформации гибкого ротора в направлении поля и кинематических преобразованиях в волновой зубчатой пере- даче. Импульсное возбуждение фаз обеспе- чмвается подачей импульсов в последовательности, приведенной на фиг.З. На фиг 3 следует, что импульсы тока должны поступать в три из восьми фазных обмоток статора, при этом направление вращения ротора определяется порядком чередования импульсов тока в фазных обмотках статора - на фиг.За приведен порядок чередования импульсов для правого враще- ния, на фиг.Зб - для левого вращения ротора 5.2. Форма импульсов напряжения на выходах ПЗУ 8 при активной нагрузке, равной сопротивлению обмоток фаз двигателя 5.3,и форма импульсов тока в фазных обмотках двигателя при восьмифазном включении5.1 приведены на фиг.4. При поступлении импульсов тока в фазные обмотки двигателя в соответствии с одним из приведенных на фиг.З порядков в воздушном зазоре двига- теля создается дискретно вращающееся магнитное поле и ротор, деформируясь, совершает волновое движение синхронно с полем статора. Удержание двигателя в заданном положении - отработка режима

фиксированной стоянки происходит при подаче тока постоянно в одну, две или три обмотки. Величина тока, необходимая для удержания двигателя в заданном положе- нии определяется статическим моментом на валу двигателя, который этот двигатель должен обеспечить. Т.к. заявляемый коммутатор предназначен для управления шаговым двигателем, статический момент которого равен 0,8 Нм и обеспечивается при токе, меньшем 0,9А, а ток в каждой обмотке при подключении к ней только положительной части источника питания выходных цепей (т.е. по цепи положительный полюс 40 - обмотка 43 - диод 38 - ключ 35 - нулевая шина 41) равен 1,2А, то для удержания двигателя в заданном положении достаточно, чтобы была включена только одна фазная обмотка (средняя из трех включенных при коде адреса, записанном в счетчике 5, при котором достигнуто заданное положение ротора шагового двигателя) 5.4.

Таким образом, заявляемый коммутатор должен обеспечивать работу шагового двигателя в трех режимах: правое вращение; левое вращение; фиксированная стоянка.

Также для пояснения работы заявляемого коммутатора на фиг.5 приведена структурная схема системы автоматического управления подачей топливного газа в турбину газоперекачивающего агрегата, в которой используется заявляемый коммутатор Система автоматического управления подачей топливного газа в турбину - на фиг 5 содержит трубопровод топливного газа 62, кран 63, установленный на трубопроводе 62, турбину 64, к которой подключен трубопровод 62, датчик температуры 65 продуктов сгорания, установленный на выхлопе турбины 64, датчик оборотов 66 вала турбины 64, аналоговый программный регулятор 67, к первому и второму входам которого подключены выходы датчиков 65 и 66, коммутатор для управления шаговым двигателем 68. вход которого соединен с выходом аналогового программного регулятора 67, шаговый двигатель 69, к которому подключены выходы коммутатора 68, выход шагового двигателя соединен с управляющим входом крана 63 (это означает, что ротор шагового двигателя 69 связан механически с управляющим входом крана 63), входы управляющих воздействий 70, которые подключены к третьим входам аналогового программного регулятора 67.

Система автоматического управления подачей топливного газа в турбину газоперекачивающего агрегата работает следующим образом (обобщенное описание)

При запуске турбины 64 на входы 70 подаются сигналы, соответствующие необходимым при включении оборотам турбины 64 и температуре продуктов сгорания. Аналоговый программный регулятор67 вырабатывает сигнал, поступающий на коммутатор 68, который начинает выдавать импульсы тока в фазные обмотки шагового двигателя 69 Ротор шагового двигателя, поворачиваясь, открывает на установленную величину кран 63. и в турбину 64 начинает поступать топливный газ. Одновременно производится поджиг газа (система поджига газа на фиг.5 не показан). Далее, по мере набора оборотев,изменяются величины сигналов на входах 70 (или вручную или от блока автоматического запуска - на фиг.5 не показан). В соответствий со значением сигналов на входах 70, оборотами турбины, значение которых выдает датчик 66, и температурой продуктов сгорания, выдаваемой датчиком 65, аналоговый программный регулятор 67 выдает сигнал на коммутатор 68, Коммутатор 68 в соответствии с входным сигналом управляет углом поворота ротора шагового двигателя 69 и, соответственно, степенью открытия крана 63 и количеством поступающего в турбину 64 топливного газа. После набора заданного режима турбиной, когда обороты турбины и температура продуктов сгорания соответствуют заданию, поданному на входы 70, аналоговый программный регулятор 67 выдает на коммутатор 68 сигнал, соответствующий режиму фиксированной стоянки шагового двигателя 69. После срабатывания коммутатора 68 шаговый двигатель 69 переходит в режим фиксированной стоянки, удерживая достигнутое положение своего ротора и крана 63. При изменении в процессе работы нагрузки на турбину 64 изменяются ее обороты и температура сгорания. По сигналам от датчиков 65 и 66 аналоговый программный регулятор 67. в соответствии с принятым законом регулирования, выдает на коммутатор 68 соответствующий сигнал и шаговый двигатель 69, поворачивая свой ротор и тем самым приоткрывая или призакрывая кран 63, увеличивает или уменьшает подачу топливного газа в турбину 64. которая переходит в режим, соответствующий заданию.

Коммутатор для управления шаговым двигателем работает следующим образом.

Управление отработкой заданного угла поворота ротора шагового двигателя осуществляется, как указывалось выше, от аналогового сигнала,- напряжения При этом величина напряжения определяет частоту выдаваемых коммутатором импульсов и, соответственно, скорость поворота ротора

шагового двигателя, длительность подачи напряжения определяет величину угла, на который должен повернуться ротор шагового двигателя, а полярность напряжения определяет направление вращения ротора - в заявляемом коммутаторе принято, что положительное входное напряжение вызывает правое вращение, а отрицательное - левое вращение ротора шагового двигателя.

0 При отсутствии входного сигнала, т.е. когда величина напряжения на шине 11 по модулю меньше Unop, на первом и третьем выходах анализатора сигнала управления 2 будет нулевой сигнал, а на втором выходе 5 единичный сигнал, преобразователь сигнала управления в частоту 1 может выдавать, а может не выдавать на какие-либо выходы импульсы в зависимости от конкретной величины напряжения на шине 11, элементы

0 И 3 и И 4 закрыты и на их выходах - нулевые сигналы, элемент И-НЕ 7 также закрыт и на его выходе - единичный сигнал. В счетчике импульсов5 записан произвольный код, для определенности прием, что в счетчике 5 за5 писан нулевой код, тогда имеется нулевой сигнал только на втором выходе блока 8 и имеются единичные сигналы на втором и третьем выходах блока 9 (в соответствии с табл.1 и 2). В блоке усилителей 10 включен

0 только второй усилитель (нулевым сигналом со второго выхода блока 8) и через вторую фазную обмотку (одну из обмоток 43 - фиг.З) шагового двигателя, подключенную ко второй из шин 12(протекает ток (ток, вызванный

5 напряжением между полюсом 40 и нулевой шиной 41 источника питания выходных цепей). Шаговый двигатель находится в режиме фиксированной стоянки.

При появлении входного сигнала, т.е.

0 при появлении на шине 11 напряжения, большего по модулю Unop допустим положительной полярности, коммутатор начинает отрабатывать режим правого вращения шагового двигателя - на третьем выходе ана5 лизатора сигнала управления 2 сохраняется нулевой сигнал, на втором выходе сохраняется единичный сигнал, а на первом выходе появляется единичный сигнал. Единичный сигнал с выхода анализатора сигнала управ0 ления 2 открывает элемент И 4 и элемент И-НЕ 6 и поступает на четвертый вход блока 8, элемент И 3 остается закрытым нулевым сигналом с выхода анализатора 2. При по- с тулленйи единичного сигнала с третьего

5 выхода анализатора 2 на четвертый вход блока 8 появляются нулевые сигналы на его первом и третьем выходах и сохраняется нулевой сигнал на втором выходе блока 8 (в соответствии с табл.1). Начинают включаться первый и третий усилители блока 10. В

преобразователе сигнала управления в частоту 1 начинает работать преобразователь напряжения в частоту 14 Импульсы с выхода преобразователя 14 через элемент гальванической развязки 16 проходят на третий выход и через элемент ИЛИ 17 на выход преобразователя 1. По переднему фронту каждого импульса с первого выхода преобразователя 1 формирователь импульсов 6 выдает короткий импульс, поступающий на вход элемента И-НЕ 7.

Импульсы с выхода преобразователя 1 проходят через элемент И 4 на суммирующий вход счетчика импульсов 5. Первый импульс поступающий на суммирующий вход счетчика 5, записывает в нем код 001 и тогда на входе блока 8 оказывается код 1001. а на входах блока 9 - код 0001, вследствие этого на первом выходе блока 8 появляется единичный сигнал, на втором и третьем -сохра- няются нулевые сигналы, на четвертом выходе - появляется нулевой сигнал, на остальных выходах сохраняются единичные сигналы. В блоке 10 включается первый усилитель и включается четвертый усилитель, второй и третий усилители остаются включенными. Кроме того, исчезает единичный сигнал на втором выходе блока 9, появляется единичный сигнал на четвертом выходе и сохраняются единичный сигнал на третьем выходе и нулевые сигналы на остальных выходах блока 9. При этом, т.к. кроме сигналов с блока 8 появились единичные сигналы на третьем и четвертом из вторых входов блока усилителей 10 и нулевой сигнал на третьем входе при срабатывании элемента И-НЕ 7, то в блоке 10 третий и четвертый усилители подключают, на время действия импульса нулевого уровня с выхода элемента И-НЕ 7. к третьей и четвертой фазным обмоткам 43 полное напряжение источника питания выходных цепей (т.е. напряжение между поло- жительным 40 и отрицательным 42 полюсами). После окончания импульса с выхода элемента И-НЕ 7 третий и четвертый усилители блока 10 подключают к соответствующим фазным обмоткам (третий и четвертый) только положительную часть напряжения источника питания выходных цепей (т.е. напряжение между положитель- ным полюсом 40 и нулевой шиной,41 источника питания выходных цепей). В этом положении коммутатор остается до прихода второго импульса на суммирующий вход счетчика 5. Второй импульс, поступивший на суммирующий вход счетчика 5 со второго выхода преобразователя 1 через элемент И 4, записывает в счетчике 4 код 010 и тогда на входах блока 8 оказывается код 1010, а на входах блока 9 - код 0010, вследствие

этого на втором выходе ПЗУ 8 появляется единичный сигнал, на тетьем и четвертом его выходах сохраняются нулевые сигналы, а на пятом выходе блока 8 появляется нулевой сигнал, на остальных выходах сохраняются единичные сигналы. В блоке 10 выключается второй усилитель и включается пятый усилитель, третий и четвертый усилители остаются включенными. Кроме того, исчезает единичный сигнал на третьем выходе блока 9, появляется единичный на пя- .том выходе, на четвертом выходе сохраняется единичный сигнал, а на остальных - нулевые сигналы. При этом, т.к. кроме сигналов на третьем, четвертом и пятом из первых входах блока 10 имеются единичные сигналы на четвертом и пятом из вторых входов блока 10 и нулевой сигнал на третьем входе, то в блоке 10 третий усилитель подключает к третеьй фазной обмотке (из обмоток 43 фиг.2) напряжение положительной части источника питания выходных цепей, а четвёртый и пятый усилители подключает к четрертой и пятым фазным обмоткам полное напряжение источника питания выходных цепей После окончания импульса с ЁЫХОДЭ элемента И-НЕ 7 четвертый и пятый усилители блока 10 подключают к соответствующим фазным обмоткам (четвертый и пятой) только напряжение положительной части источника питания выходных цепей. В этом положении коммутатор остается до прихода на суммирующий вход счетчика 5 следующего импульса. При поступлении на суммирующий вход счетчика 5 третьего и последующих импульсов коммутатор для управления шаговым двигателем работает аналогично описанному выше. Порядок выдачи импульсов блока 8 и блока 9 на свои выходы при поступлении импульсов на суммирующий вход счетчика импульсов 5 приведен на фиг.ба, порядок выдачи и форма импульсов, выдаваемых усилителями блока 10 на активную нагрузку, равную полному сопротивлению фазной обмотки, приведен на фиг.7а.

При появлении на шине 11 напряжения, большего по модулю,но отрицательной полярности, коммутатор начинает отрабатывать режим левого вращения шагового двигателя. В этом случае на первом и третьем выходах анализатора 2 появляются единичные сигналы, а на втором выходе { появляется нулевой сигнал Единичный сигнал с первого выхода анализатора сигнала управления 2 открывает по третьему входу элемент И 3 и элемент И-НЕ 7 и поступает на четвертый вход блока 8, единичный сигнал с первого выхода анализатора 2 открывает по второму входу элемент И 3 и

поступает на четвертый вход блока 9, элемент И 4 остается закрытым нулевым сигналом со второго выхода анализатора 2. При поступлении единичного сигнала с третьего выхода анализатора 2 на чертвертый вход блока 8 появляются нулевые сигналы на первом и третьем выходах и сохраняется нулевой сигнал на втором выходе. Начинают включаться первый и третий усилители блока 10. При поступлении единичного сиг- нала с первого выхода анализатора 2 на четвертый вход блока 9 исчезает единичный сигнал на третьем выходе, появляется еди- ничный сигнал на первом Шхбде йб охраняется единичный сигнал на втором выходе блока 9. Импульсы, появляющиеся на вто-, ром выходе преобразователя сигнала управления, в частоту 1, через элемент И 3 прбходят на вычитающий вход счетчика 5, который теперь работает в режиме вычита- ния. В остальном работа заявляемого коммутатора аналогична описанной выше.

Порядок выдачи импульсов блока 8 и блока 9 на свои выходы при поступлении импульсов на вычитающий вход счетчика импульсов | 5 приведен на фиг.бб. порядок выдачи и форма импульсов, выдаваемых усилителями блока Юнаактивную нагрузку, равную полному сопротивлению фазной обмотки, приведен на фиг.76.

Формула изобретения Коммутатор для управления шаговым двигателем, содержащий первый и второй элементы И, элемент И-НЕ, счетчик импуль- сов, суммирующий вход которого подключен к выходу второго элемента И, адресные входы, за исключением входа старшего разряда, блока памяти порядка включения обмоток двигателя соединены с разрядными выходами счетчика импульсов, Первая труп

(вых

ПЗУ

Код адреса ячейки

Номера,

разрядов ,.; ;...,..л.:1Г.-;й Ч:-;-.-

выходов ообо ооот ЬШГШЬ шЬЬ oioi biio 01и 1Й6ТШ 1о1оion iioo iioi iio uii.

па входов блока усилителей подключена к группе информационных выходов блока памяти порядка включения обмоток двигателя, а группа выходов является группой выходов коммутатора, от ли ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения области применения, в него введены преобразователь сигнала управления в частоту, анализатор входного сигнала, формирователь импульсов и блок формирования форсирующих импульсов, группа информационных выходов которого подключена к второй группе, информационных входов блока усилителей, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, входом соединенного с первым выходом преобразователя сигнала управления в частоту, второй выход которого подключен к первому входу первого элемента И, третий выход - к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента И, с вторым входом элемента И-НЕ, с входом старшего разряда блока памяти порядка включения обмоток двигателя и с первым выходом анализатора входных сигналов, второй Шход которого подключен к третьему входу второго элемента И, вход коммутатора соединен с входом преобразователя сигнала управления в частоту и с входом анализатора входного сигнала, третий вы- хОд которЬго подключен к входу старшего разряда блока формирования форсирующих импульсов и к третьём йхбду первого элемента И, Bbixofl которого соединен с вычитающим входом счетчика импульсов, группа выходов которого подключена к группе информационных входов, за исключением входа старшего разряда, блока формирования форсирующих импульсов; Табхщй I

Код адреса ячейки

Номара

разрядов

ячейки

fffifofoasoSo/vejt/ л«7/7РЯЖМУЯ б ЛУСт0/гг

/7/ eo$t aJo60 f / t сигнала | yryxySwt/J 4 vctca onr{/ |

.

У/iesretsmut голь- I I

ffcffuvfctrot}

fcrj$jr3ttfI i

Таблица 2

Код адреса ячейки

/г

фиг.

г

а/

W

s

4

-О

гаг

ewii

а

Фиг. 3

ff

&иг 6