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

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для многорежимного управления шаговым электроприводом на базе трех - и четырехфазных двигателей.

Известно устройство для программного управления трехфазным шаговым двигателем, содержащее реверсивный двоичный счетчик с тактовым входом и входом реверса, элементИЛИ, первыйи второй элементы НЕ, элементы И-НЕ. И. ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ И/ГЙ, одновибраторов, первый и третий мультиплексоры, выходы которых являются выходами устройства, младшие адресные входы соединены с выходом элемента И, старшие адресные входы подключены к выходу третьего разряда реверсивного двоичного счетчика, вход разрешения параллельной записи которого связан с выходом одновибратора

Недостатком данного устройства являются ограниченные эксплуатационные возможности и повышенная сложность Устройство не обеспечивает типовые режимы коммутации четырехфазного шагового двигателя при достаточно сложной организации корректного пересчета на 6 с использованием большого количества элементов, в т.ч. одновибратора, выходной импульс которого должен быть жестко по своим вре- менным параметрам с тактовыми импульсами.

Наиболее близким по достигаемому результату и технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для программного управления шаговым двигателем, содержащее шину выбора двигателя, реверсивный двоичный счетчик с тактовым входом и входом реверса, элемент ИЛИ, элемент И первый элемент НЕ, вы- полненный на трех шинах выбора режима коммутации с переключателем для подачи соответствующих потенциальных сигналов блок задания режимов коммутации, первый, второй, третий и четвертый мультиплексо- ры, выходы которых являются выходами устройства, первый информационный вход первого мультиплексора подключен к первому выходу блока задания режимов коммутации и объединен со вторым и четвертым информационными входами соответственно второго и четвертого мультиплексоров, второй информационный вход первого мультиплексора связан с общей шиной и объединен с третьим четвертым и первым информационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров, третий информационный вход первого мультиплексора объединен с четвертым, первым и вторым информационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров и подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с шиной выбора тактно- сти коммутации, второй вход связан с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, второй вход параллельной записи которого соединен с общей шиной, вход реверса объединен с входом первого элемента НЕ, выход которого подключен к третьему входу параллельной записи реверсивного двоичного счетчика, выход второго разряда которого соединен с первым входом элемента И, выход третьего разряда подключен к старшим адресным входам первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров, младшие адресные входы которых объединены, четвертый информационный вход первого мультиплексора связан с первым, вторым и третьим информационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров и подключен ко второму выходу блока задания режимов коммутации, третий выход которого соединен с третьим информационным входом третьего мультиплексора.

Недостатком известного устройства является низкая надежность при управлении трехфазным шаговым двигателем и работе реверсивного двоичного счетчика в режиме пересчета на 6. Запись нулевого кода либо кода числа 5 в счетчик выполняется по просечке, поступающей на вход разрешения параллельной записи в том случае, когда на выходах второго и третьего разрядов счетчика появляются сигналы высокого уровня, что соответствует коду числа 6 или 7, т.е. избыточным состоянием. При обеспечении режимов коммутации обмоток трехфазного шагового двигателя данные сигналы являются нештатными и. поступая на адресные входы мультиплексоров, обуславливают появление помеховых сигналов в виде просечек и прорезок на выходах устройства. При подаче, к примеру, сигналов низкого уровня на шины 10 и 11. что соответствует выбору одного из симметричных режимов коммута- ции, перезапись данных в счетчик сопровождается появлением сигналов низкого уровня на всех выходах устройства, т.е кратковременным нештатным обнулением выхода, которое может быть причиной сбойной ситуации.

Целью изобретения является повышение надежности путем исключения помеховых сигналов на выходах устройства и избыточных состояний при управлении трехфазным шаговым двигателем.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для программного управления шаговым двигателем, содержащее элемент ИЛИ, элемент И, первый элемент НЕ. блок задания режимов коммутации, первый, вто- рой, третий и четвертый мультиплексоры, выходы которых являются выходами устройства, первый информационный вход первого мультиплексора подключен к первому выходу блока задания режимов коммутации и объединен со вторым и четвертым информационными входами соответственно второго и четвертого мультиплексоров, второй информационный вход первого мультиплексора связан с общей шиной и объединен с третьим, четвертым и первым информационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров, третий информационный вход первого мультиплексора объединен с четвертым, первым и вторым информационными входами соответственно второго третьего и четвертого мультиплексоров и подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с шиной выбора тактности ком- мутации, второй вход связан с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, второй вход параллельной записи которого соединен с общей шиной, вход реверса устройства и реверсивного двоичного счетчика объединены с входом первого элемента НЕ, выход которого подключен к третьему входу параллельной записи реверсивного двоичного счетчика, выход второго разряда которого соединен с первым вхо- дом элемента И, выход третьего разряда подключен к старшим адресным входам первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров, младшие адресные входы которых объединены, четвертый информа- ционный вход первого мультиплексора свя- зан с первым, вторым и третьим информационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров и подключен ко второму выходу блока задания режимов коммутации, третий выход которого соединен с третьим информационным входом, третьего мультиплексора, дополнительно введены первый и второй элементы И-НЕ и второй элемент НЕ, вход которого объединен с тактовым входом реверсивного двоичного счетчика, выход подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, второй вход которого объединен с первым входом второго элемента И-НЕ и подключен к шине выбора двигателя, третий вход связан с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, четвертый вход объединен со старшим адресным входом первого мультиплексора,

младший адресный вход которого подключен к выходу элемента И, второй вход которого связан с выходом второго элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего разряда реверсивного двоичного счетчика, первый вход параллельной записи которого связан с общей шиной, а вход разрешения параллельной записи подключен к выходу первого элемента И-НЕ.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается наличием новых элементов : первого и второго элементов И-НЕ, второго элемента НЕ, а также новой совокупностью связей этих элементов между собой и остальными элементами устройства, в т.ч. новыми связями ревер Сивяогб дбоич ного счетчика.

При введении первого и второго элементов И-НЕ и второго элемента НЕ с указанной новой совокупностью связей с остальными элемента мг-г устройства вышеуказанные злемен ъТ гГр оя §л Г1оТ 8 своем взаимодействии новые свойства, обеспечивающие более высокую надежность. При реализации режимов коммутации обмоток трехфазного шагового двигателя в устройстве исключена присущая известному решению адресная избыточность, что позволило не только устранить просечки и прорезки на выходах устройства, но и предотвратить причины возникновения сбойных ситуаций, ток как при любом возможном состоянии реверсивного двЬи чТГото с четчй 1(; моДуЛе счета 8 на адресные входы мультиплексоров, в т.ч. при упра влён ии трехфазным шаговым двигателем под аюгся т бпь кб штатные кодовые комбинации.

На чертеже представлена функциональная схема устройства дня программного управления шатоЖТм дв йгЗтелем.

Устройство содержит шину 1 тактовых импульсопуШиньГ 2, 3 и 4 соответственно реверса, выбора тактности коммутации и двигателя, первый 5 и второй б элементы НЕ, первый 7 и второй 8 элементы И-НЕ, элемент И 9. блок 10 задания режимов коммутации, первый 11, второй 12, третий 13 и четвертый 14 мультиплексоры, реверсивный двоичный счетчик 15 и элемент ИЛИ 16, первый вход которого соединен с шиной 3 выбора тактности коммутации, второй вход подключен к выходу первого разряда реверсивного двоичного счетчика 15, выход второго разряда которой соединен с первым входом элемента И Э, первый и второй входы параллельной записи связаны с общей шиной, третий вход параллетьной записи подключен к выходу первого элемента НЕ 5, вход которого связан с игиной 2 реверса и

объединен с входом реверса (±1) реверсивного двоичного счетчика 15. тактовый вход которого подключен к шине 1 тактовых импульсов и объединен со входом второго элемента НЕ 6, вход разрешения параллельной записи с выходом первого элемента И-НЕ 7, первый вход которого соединен с выходом второго элемента НЕ б, второй вход объединен с первым входом второго элемента И-НЕ 8 и подключен к шине 4 выбора двигателя, третий вход объединен со вторым входом элемента ИЛИ 16, четвертый вход подключен к выходу третьего разряда реверсивного двоичного счетчика 15 и объединен со вторым входом второго элемента И-НЕ 8, выход которого связан со вторым входом элемента И 9. выход которого подключен к младшим адресным входам (Л) первого 11, второго 12, третьего 13 и четвертого 14 мультиплексоров, выходы которых являются выходами устройства, старшие адресные входы (В) соединены с выходом третьего разряда реверсивного двоичного счетчика 15, первый информационный вход первого мультиплексора 11 подключен к первому выходу блока 10 задания режимов коммутации и объединены со вторым и четвертым информационными входами соответственно второго 12 и четвертого 14 мультиплексоров, второй информационный вход первого мультиплексора 11 связан с общей шиной и объединен с третьим, четвертым и первым информационными входами соответственно второго 12 третьего 13 и четвертого 14 мультиплексоров, третий информационный вход первого мультиплексора 11 объединен с четвертым, первым и вторым информационными входами соответственно второго 12. третьего 13 и четвертого 14 мультиплексоров и подключен к выходу элемента ИЛИ 16, четвертый информационный вход первого мультиплексора 11 связан с первым, вторым и третьим информационными входами соответственно второго 12, третьего 13 и четвертого 14 мультиплексоров и подключен к второму выходу блока 10 задания режимов коммутации, третий выход которого соединен с третьим информационным входом третьего мультиплексора 13.

Устройство для программного управления шаговым двигателем работает следующим образом.

Для реализации требуемого режима коммутации фазных обмоток выбранного шагового двигателя в блоке 10 задания режима коммутации при подготовке устройства к работе набирается (к примеру. посредством переключателей) необходимый код в соответствии с нижеприведенной

таблицей. Тактность коммутации, т.е. выбор симметричного либо несимметричного режима коммутации, определяется уровнем сигнала на шине 3 выбора тактности. На

шину 4 выбора двигателя подается потенциальный сигнал низкого уровня при использовании четырехфазного шагового двигателя либо высокого-уровня при необходимости обеспечения режимов коммута0 ции для трехфазного шагового двигателя Направление перемещения и соответственно режим счета реверсивного двоичного счетчика 15 (суммирование либо вычитание) задается уровнем потенциального сигнала

5 на шине 2 реверса. При подаче сигнала высокого уровня на шину 2 реверсивный дво- ичный счетчик 15 работает в режиме прямого счета, суммируя поступающие на его тактовый вход отрицательные импульсы

0 с шины 1 тактовых импульсов и формируя на своих разрядных выходах двоичный код, увеличивающийся на единичку по окончании каждого тактового .импульса. Сигнал с выхода первого разряда реверсивного дво5 ичного счетчика 15 поступает на второй вход элемента ИЛИ 16 и либо участвует в процессе потактного переключения уровней сигналов на соответствующих информационных входах мультиплексоров 11-17 (при низком

0 уровне сигнала на шине 3 и несимметричном шеститактыом или восьмитактном режиме коммутации) либо исключается из этого процесса при подаче сигнала высокого уровня на первый вход элемента ИЛИ 16

5 с шины 3 и тем самым поддержания постоянного единичного потенциала на выходе элемента 16 при симметричных трех- и четырехтактных режимах коммутации.

Сигналы с выхода первого разряда ре0 версивного двоичного счетчика 15 одновременно поступают и на третий вход первого элемента И-НЕ 7, На втором входе этого элемента при реализации режимов коммутации для трехфазного шагового двигателя

5 поддерживается сигнал высокого уровня и после подачи пятого тактового импульса при прямом счете, т.е. послетого как сигнал высокого уровня появится и на выходе третьего разряда реверсивного двоичного

0 счетчика 15, на втором, третьем и четвертом входах первого элемента И-НЕ 7 будут присутствовать разрешающие сигналы высокого уровня, обеспечивающие прохождение шестого тактового импульса через этот эле5 мент на вход разрешения параллельной записи реверсионого двоичного счетчика 15 Тем самым шестым тактовым импульсом реверсивный двоичный счетчик 15 при прямом счете и управлении трехфазным шаговым двигателем обнуляется, не реагируя при

этом на этот же импульс по своемумгакто во- му входу, который блокируется сигналом низкого уровня на входе разрешения записи счетчика. Блокировка счета снимается лишь после восстановления сигнала высо- кого уровня на входе разрешения записи, т.е. с некоторой временной задержкой, обусловленной прохождением тактового импульса через второй элемент НЕ 6 и первый элемент И-НЕ 7.

Адресный код. поступающий на младшие (А) и старшие (Б) адресные входы мультиплексоров 11-14 и обеспечивающий поочередно выборку информационных входов мультиплексоров (т.е. определенных ко- довых комбинаций в соответствии с нижеприведенной таблицей), формируется из сигналов, снимаемых с выхода элемента И 9 (младший разряд адреса) и выхода третьего разряда реверсивного двоичного счетчика 15 (старший разряд адреса), причем на первый вход элемента И 9 подается сигнал с выхода второго разряда реверсивного двоичного счетчика 15, в то время как на второй вход элемента И 9 в режиме пере- счета на 6. т.е. при управлении трехфазным шаговым двигателем, поступает проинвер- тированный с помощью второго элемента И-НЕ 8 сигнал с выхода третьего разряда счетчика 15, обеспечивающий поддержание нулевого потенциала на выходе элемента И 9 при сигнале высокого уровня на выходе третьего разряда счетчика 15 и тем самым корректное формирование адресного кода при управлении трехфазным шаговым дви- гателем в условиях полного отсутствия просечек и прорезок по адресным входам мультиплексоров 11-14 (информация на выходе второго мультиплексора 12 не используется при управлении трехфазным шаговым двигателем).

При изменении направления отрабатываемого перемещения путем подачи сигнала низкого уровня на шину 2 реверса счетчик 15 начинает работать в режиме об- ратного счета, уменьшая свое содержимое на единичку по окончании каждого тактового импульса. После достижения нулевого состояния счетчик 15 по следующему тактовому импульсу перейдет в состояние 7, при котором со всех его разрядных выходов снимаются сигналы высокого уровня, что при управлении трехфазным двигателем соответствуют адресному коду с единичкой в старшем разряде. На втором, третьем и чет- вертом входах первого элемента И-НЕ 7 присутствуют разрешающие сигналы высокого уровня и очередной тактовый импульс проходит через этот элемент на вход разрешения параллельной записи реверсивного

двоичного счётч ика 15, блокируя его тактовый вход и обуславливая запись в счетчик кода числа 4 с учетом инверсии сигнала на первом элементе И-НЕ 5. Адресный код (10) при этом не меняется, соответствуя заданному при управлении трехфазным шаговым двигателем. При подаче следующих тактовых импульсов происходит дальнейшее корректное изменение адресного кода и тем самым считывание информационных входов мультиплексоров 11. 13, 14 в обратной последовательности, обеспечивающее вращение ротора шагового двигателя в противоположном направлении.

Для реализации режимов коммутации обмоток четырехфазного шагового двигателя на шину 4 подается сигнал низкого уровня, запирающий первУй 7 и второй 8 элементы И-НЕ. Сигнал высокого уровня с выхода первого элемента И-НЕ 7 блокирует при этом запись информации в реверсивный двоичный счетчик 15, работающий в данных условиях в режиме пересчета на 8. Сигнал высокого уровня с выхода второго элемента И-НЕ 8 разрешает прохождение сигнала с выхода второго разряда реверсивного двоичного счетчика 15 на младшие адресные входы мультиплексоров 11-14 независимо от состояния сигнала на выходе третьего разряда счетчика 15, благодаря чему обеспечивается корректное формирование адресного кода и при управлении четырехфазным шаговым двигателем. Информация при этом снимается со всех выходов устройства, реверс отрабатывается аналогично вышеоМйсаТШй уТ ™

Таким образом, заявленное устройство для программного управления шаговым двигателем обладает, в сравнении с известным техническим решением, более высокой надежностью благодаря исключению нештатных адресных кодовых комбинаций при управлении трехфазным шаговым двигателем, которые не только приводили к появлению помеховых сигналов на выходах устройства, но и в ряде случаев могли стать причиной сбойной либо аварийной ситуа1 ции.

Формула изобретения

Устройство для программного управления шаговым двигателем, содержащее элемент ИЛИ. элемент И, первый элемент НЕ, блок задания режимов коммутации, первый, второй, третий и четвертый мультиплексоры, выходы которых являются выходами ус тройства, первый информационный вход первого мультиплексора подключен к первому выходу блока задания режимов коммутации и объединен с вторым и четвертым информационными входами соответственно второго и четвертого мультиплексоров, второй информационный вход первого мультиплексора связан с общей шиной и объединен с третьим, четвертым и первым информационными входами соответствен- но второго, третьего и четвертого мультиплексоров, третий информационный вход первого мультиплексора объединён с чет- верты м, первым и вторым информационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров и подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с шиной выбора тактности коммутации, второй вход связан с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика; второй вход параллельной записи которого соединен с общей шиной, вход реверса устройства и реверсивного двоичного счетчика объединен с входом первого элемента НЕ, выход которого подключен к третьему входу параллельной записи реверсивного двоичного счетчика, выход второго разряда которого соединен с первым входом элемента И. выход третьего разряда подключен к старшим адресным входам первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров, младшие адресные входы которых объединены, четвертый информационный первого мультиплексора связан с первым, вторым и третьим информационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров и подключен к второму выходу блока задания режимов коммутации, третий выход которого соединен с третьим информационным входом третьего мультиплексора, отличающееся тем. что, с целью повышения надежности путем исключения помеховых сигналов на выходах устройства и избыточных состояний при управлении трехфазным шаговым двигателем, в него введены первый и второй элементы И-НЕ и второй элемент НЕ, вход которого объединен с тактовым входом реверсивного двоичного рчетчика, выход подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, второй вход которого объединен с первым входом второго элемента И-НЕ и подключен к шине выбора двигателя, третий вход связан с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, четвертый вход объединен со старшим адресным входом первого мультиплексора, младший адресный вход которого подключен к выходу элемента И, второй вход которого связан с выходом второго элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего разряда реверсивного счетчика. первый вход параллельной записи которого связан с общей шиной, а вход разрешения параллельной записи подключен к выходу первого элемента И-НЕ.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для многорежим- но го управления шаговым электроприводом на базе тре.х- и четырехфазных двигателей. С целью повышения надежности устройства для программного управления шаговым двигателем путем исключения помеховых сигналов на выходах устройства и избыточных состояний при управлении трехфазным шаговым двигателем в него дополнительно введены первый 7 и второй 8 элементы И- НЕ и второй элемент НЕ 6 с новой совокупностью связей, позволивших исключить адресную избыточность и тем самым устранить помеховые сигналы на выходах мультиплексоров 11, 13 и 14 при одновременном исключении причин возможных у прототипа сбойных либо аварийных ситуаций, так как при любом состоянии реверсивного двоичного счетчика 15с модулем счета 8 на адресные входы мультиплексоров 11, 13 и 14 при управлении трехфазным шаговым двигателем подаются только штатные кодовые комбинации при обеспечении корректного пересчета на 6. 1 табл,, 1 ил.