Устройство для управления шаговым электродвигателем Советский патент 1975 года по МПК H02P7/62 

поступающих на каждый вход, устанавливается задатчи1ком шагов 15.

Модулятор И (фиг. 3) может быть вылолнен, например, в виде дополнительного счетчика 16, дешифратора 17, €ло.ка дифференцирования 18, Схем совпадения 19-26, ледущих мультивибраторов 27-30, схем «ИЛИ 31-34 и схем «НЕ 35, 36.

Устройство работает следующим образом.

Параллельно с командными импульсами CW (вперед) и CCW (назад), ноступаюп нми с управляющей ЦВМ 1 через п-разрядный счетчик 2 и схемы «ИЛИ 12 и 13, па коммутатор 5 с модулятора 11 поочередно подаются импульсы прямого VPP и обратного VNP движения с наперед заданными периодом и длительностью. Так, если задатчкк 15 установлен на один шаг, то модулятор 11 подает один импульс на вход вперед РТ и через заданное время t подает итпулъс на вход назад NT. Затем снова через отрезок времени /2 модулятор 11 подает импульс на вход РТ и т. д.

В этом случае отрезок времени ti определяет энергию, Которая передается ша гово:му электродвигателю 7 для движения на один шаг в прямом направлении, а 4 - для возврата его в первоначальное положение, т. е. положение ротора шагового электродвигателя в описываемом устройстве можно изменять не только подачей командных импульсов от ЦВМ, но путем изменения соотношения отрезков времени ti и fe. В первом случае при поступлении на вход коммутатора каждого командного импульса ротор шагового двигателя поворачивается на шаг. Перемещение ротора на дробную часть шага можно получить, изменяя соотношение времени /i « 4 в соответствии с оставшейся в п-разрядном счетчике 2 информацией. При этом импульсы с модулятора 11 поступают на коммутатор 5 независимо от Командных импульсов CW и CCW.

Временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства, при поступлении на распределитель 3 импульсов VPP и VNP показаны на фиг. 2. Применительно к изображенному на фиг. 1 лятифазному шаговому электродвигателю, используется попеременное включение двух и трех фаз, в результате чего образуется девять (для десятиразрядного счетчика 2) устойчивых положений (в общем случае -положений соответственно числу разрядов счетчика 2) во время основного импульса О (см. фиг. 2), когда возбуждены фазы А, В и С. Таким образом, в предлагаемом устройстве шаг двигателя может быть уменьшен в любое число раз.

Подробнее работу устройства рассмотрим на основе схемы фиг. 3 и временных диаграмм, приведенных на фиг. 4. Генератор 14 вырабатывает импульсы То с неизменной частотой, поступаюшие в двоичный счетчик 16. Информация, содержащаяся в счетчике 16, с помощью двшиф|ратора 17 преобразуется в последовательность импульсов . Одновременно счетчик 2 считает командные импульсы CW или CCW и через каждые п командных импульсов вырабатывает выходные импульсы РР или NP. Посредством дешифратора (на чертеже не показан) информация, содержащаяся в счетчике 2, преобразуется в сигналы, поступающие на одну из выходных линий 1 - п.

Сигналы с одноименных разрядов обоих счетчиков через схемы совпадений 19 и схе10 мы «ИЛИ 31 поступают на блок дифференцирования 18, состоящий из ждущих мультивибраторов 29 и 30, схемы «ПЕ 35 и схем совпадения 25 и 26. Блок 18 формирует сигнал VPP, дифференцируя передний фронт им15 пульса, поступающего со схемы «ИЛИ 31, а сигнал VNP, дифференцируя задний фронт этого же импульса. Выбирая тот или иной выход Ci-Сп дешифратор 17, изменяют отношение ti-/2. Положение I (см. таблицу на 20 фиг. 2) соответствует случаю, когда /i равно «9, а /2 - «1, положение II-соответственно «8 и «2 и т. д. Ротор R1 шагового двигателя в положении I перемещается на одну десятую шага, в положении десятых 5 н т. д.

Число импульсов VPP или VNP, поданных на каждый вход распределителя 3, устанавливается на шкале SW задатчика шагов 15. Метки времени CLOCK (фиг. 4) поступают на 0 вход двоичного счетчика, состоящего из ждущих мультивибраторов 27 и 28. После отработки одного шага схема «И 20 открывается сигналами со схем 22 или 32 и блок дифференцирования 18 за1пускается каждый раз при 5 поступлении временного импульса CLOCK в схему отсчета времени. После того, как сделан второй шаг, схема «И 20 открывается сигналами со схем 23 или 32, при этом блок 18 запускается от каждого второго времен0 иого импульса. В результате шаговой электродвигатель делает два шага в прямом направлении и два в обратном, что увеличивает амплитуду колебаний. Однако соотношение времени ti и tz в рассматриваемом случае не 5 изменяется. При установке на шкале задатчика 15 трех шагов последовательность операций сохраняется.

Схема «ИЛИ 34 и схема «НЕ 36 предусмотрены для запирания блока 18 при поступ0 лении импульсов РР и NP со счетчика 2, предотвращая тем самым их одновременную подачу на вход распределителя 3.

Если командные импульсы CW или CCW и импульсы на выходе схемы совпадения 19 5 не синхронизированы друг с другом, то это приводит к нежелательным пульсациям тока в фазах шагового электродвигателя, поскольку сигналы, не совпадающие по времени, не проходят. При работе в области высоких частот этот эффект усиливается, что приводит к уменьщению момента, развиваемого двигателем и увеличению вибраций. Для предотвращения этого нежелательного явления счетчик 16 каждый раз устаиавливается входными импульсами, поступающими со схемы «ИЛИ 33, в исходное положение. В результате сигналы на выходах дешифратора 17 и счетчика 2 синхронизируются. Кроме того, в этом случае счетчик 2 выполняется двоичным и сбрасывается в нуль, через каждые п входных имиульсов (в рассмотренном примере ).

Синхронизация сигналов Ci-С„ н 1-п устраняет аульсаиии тока.

Характеристики, представленные на фиг. 5, показывают различне в моментах, развиваемых дв;гатолем, при наличии синхронизации (сллошнгя лмння) и при отсутствии ее (пунктирная линия). По оси абсцисс (фиг. 5) отложена частота входных и.мпульсов, а по оси момент, развиваемый шаговым ;локродзи:ателе-м.

Од |ако, если сброс счетчика 16 в исходное состоя11ие производится каждый раз при поступлении входного импульса, то в области высоких частот переменное двухфазное - трехфазное возбуждение, применительно к рассматриваемому здесь пятифазиому шагоBOiMy двигателю, изменяется на трехфазное возбуждение, что снижает

эффективность предлагаемого устройства.

Для предотвращения -того

нежелательного явления c6ijoc счетчика 16 в исходное состояние осуществляется только до о-иределенной частоты входных импульсов. При большей частоте входных и,мт1ульеов синхронизация отключается. Это обеспечивает сохранение режима переменного двухфазного-трехфазного возбуждения.

На фиг. 6 по-казаны графики изменения угла поворота ротора шагового двигателя при управлении его от описываемого устройства (сплошная линия) и известного (пунктирная линия). На фиг. 7 аналогично изображены частотные хара-ктеристики двигателя. Нижний масштаб по оси абсцисс соответствует работе двигателя в опиеываемом устройстве. Как

следует из приведенных графиков, при работе двигателя значительно уменьшаются колебания, в то время как нагрузочные свойства практически сохраняются.

Приведенное описание работы устройства выполнено применительно к шаговому электродвигателю с вращаюш,имся ротором. Однако рассмотренное устройство в том же виде применимо и для шагового электродвигателя

с прямолинейным движением якоря.

Предмет изобретения

1. Устройство для управления шаговым

электродвигателем, содержаш,ее иереключающнй в заданной последовательности фазы

двигателя коммутатор, соединенный своими

двумя входами с выходами счетчика входных

импульсов, отличаюш.ееся тем, что, с целью уменьшения цены шага и повышения точности церемешения, в нем применен модулятор импульсов, подключенный выходами ко входам указанного коммутатора, а входами -

к выходам счетчика и генерирующий импульсы, поступающие ноочередно на оба входа коммутатора, со скважностью, модулируемой сигналами с выходов счетчика.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в ием .применен синхронизатор, связывающий входы счетчика и модулятора и синхронизирующий работу последнего импульcaiMH, поступающими на входы счетчика.

3.Устройство но нп. 1 и 2, отличающееся тем. что модулятор содержит доиолннтельный счетчик, связанный с выходом синхронизатора и устанавливаемый последним в исходное положение при поступлении на входы основного счетчика каждого импульса.

Приоритет по пунктам: 25.12.70, по п. 1 30.03.71 по пп. 2, 3.

I

ЮР

Л)

CLOCK liMlljfllllliniMlinnilllllllllllllllMini

TO П ПП U27 anRruiJi.rLJiJirLrLnjimLrinrLrinr. U28 J LJ rLJ rLJn J LJnLn ri

C1 llllllliniHIIIIIIIHIIIIIIIIIIIIIIIIII SC2 I I I I M I I M M I I I I I I I I I . SC3 I I I I I I I I I I

J

ct Л PP .S.

П

VNP

n

IliJIIIi TL

J-l лгшллляг

0

80120

160

200 K-fu

Фи.г 5

.6.-.

.-.- - -х:: -, ...

- - г200 мсек

-лг.

ч.

(--A