Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1979 года по МПК H02P8/00 

Изобретение относится к области автоматики и предназначено для использования в системах автоматического управления и регулирования с шаговыми двигателями.

Известны устройства для управления шаговым двигателем, содержащие усилители мощности и распределитель импульсов, образующие коммутатор обмоток шагового двигателя, регистр числа, подключенный к входам счетчика, входной ключ, блоки совпадения и генератор 1. Однако указанные устройства нельзя использовать в резервированных системах управления, так как они недостаточно надежны и имеют низкую помехозащищенность за счет неподтверждения исходных данных перед отработкой информации, что приводит к накапливанию сбоев и потере работоспособности. Такие устройства нельзя применять также в дистанционных системах управления, так как в этом случае они теряют работоспособность за счет временных разбросов в линиях связи. Кроме того, устройства имеют большое количество связей, определяетйое разрядностью входного кода.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для управления шаговым двигателем, содержашее многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого подключен к выходу блока преобразования управляющего сигнала, состоящего из входного ключа, задающего генератора, регистра ввода числа, входного ключа делителя частоты, счетчика, коммутирующего триггера со счетным

входом, входных и выходных ключей формирователя записи, инвертора, триггера сигнала «Сброс, дешифратора, входного счетчика с входньш ключой, трансформаторных гальванических развязок, индикатора нулевого кода и распределителя импульсов 2.

Недостатком этого устройства является невозможность использования его в резервированных системах управления, в. частности трехканальных. В этом случае каналы управления (распределители импульсов) накапливают сбои, возникающие в самом канале или в системе - датчике входной информации, что приводит к неправильной отработке шагов шаговым двигателем. Аналогичное явление возникает при отработке каналами устройства входной информации, отличной друг от друга для каждого из каналов. Тогда в следующем такте работы возникает неправильная отработка импульсов. Устанавливать в исходное состояние выходные триггеры распределителя импульсов подачей сигнала «Сброс невозможно, так как число комбинаций состояний на выходах распределителей равно числу фаз управления шаговым двигателем (2 ). Таким образом, любая начальная установка коммутаторов обмоток без анализа состояНИИ соседних каналов также приводит к неправильной отработке шагов в такте работы устройства. Кроме того в распределителях импульсовможет произойти сбой в статическом режиме до начала отработки, так как сигналом «Сброс подтверждается толь.-„ко условие «прямого хода, а все остальные элементы не стоят под сигналом «Cj5poc Это также приводит к .ложной отработке информации шаговым двигателем, снижает надежность, помехозащищенность и точность преобразования и сужает функциональные возможности известного устройства. - . Целью изобретения является повышение надежности, помехозащищенности и точности преобразования информации и расширение функциональных возможностей устройства для управления щаговы.м двигателем. Это достигается. тем, что в каждый из каналов управления предлагаемого устройства введены триггер опроса с разделительными входами, служащий для выработки сигнала опроса элементов памяти распределителя импульсов, ячейки И-НЕ синхронизации, предназначенные для анализа состояний выходов распределителей импульгов соседних каналов и для коррекции сбившегося канала, ячейка запрета, предназначенная для отключения ячеек И-НЕ синхронизации при отработке входной информации, и инверторы, необходимые для срабатывания соответствующих ячеек И-НЕ Синхронизации при нулевых уровнях на выходах распределителей импульсов соседних каналов; выходы инверторов соединены соответственно с первыми и вторыми входами нечетных ячеек И-НЕ синхронизации, а входы - с первыми и вторыми входа.ми соседних четных ячеек И-НЕ синхронизации, при этом третьи входы всех ячеек И-НЕ, синхронизации объединены и подключены к выходу ячейки запрета, запрещающий вход которой через соответствующую шину соединен с выходом входного ключа блока преобразования управляющего сигнала, а второй вход -, с единичным выходом триггераОпроса с разделительными входами, единичный и. нулевой входы которого соответственно подключены к единичному выходу триггера сигнала «Сброс и выходу выходного ключа формирователя записи блока преобразования управляющего сигнала, причем выходы И-НЕ синхронизации через соответствующие щины соединены с входами элементов памяти распределителя импульсов блока преобра-. зования управляющего сигнала, а выходы распределителей импульсов блока преобразования управляющего сигнала каждого канала управления попарно соединены с первыми и вторыми входами соответствующих четных ячеек И-НЕ синхронизации соседних каналов и с входами соответствую1цих усилителей мощности. Таким образом, введение ячеек И-НЕ синхронизации и инверторов позволяет осуп естзлять начальную установку элементов памяти распределителей импульсов в конечное состояние, которое они должны занимать после отработки любой пачки входного кода, как в положениях, соответствующих возбужденным обмоткам двигателя, так и в положениях, соответствующих их обесточённому состоянию. Это позволяет при.менять устройство для управления щаговы.м двигателем с использованием в качесте усилителя мощности можоритарного элемента, полностью устраняет последствия сбоев в каналах управления, обеспечивает нормальную работу устройства при отработке различного численного значения входной информации и препятствует накоплению сбоев в устройстве. Кроме того, такое выполнение устройства расширяет его функциональные воз.можности, позволяет использовать его в надежных резервированных трехканальных структурах и повыщает надежность На фиг. 1 приведена функциональная схема описываемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока преобразования управляющего сигнала; на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства, Устройство (см. фиг. 1) содержит щаговый двигатель 1, усилители 2 мощности, каналы 3-5 управления и в каждом канале блок 6 преобразоЕ5ания управляющего сигнала, fpnrrep 7 опроса с раздельными входами, выход которого соединен с первым входом ячейки 8 запрета, подключенной своим выходом к третьим входам ячеек И-НЕ 9-12 синхронизации. Первые и вторые входы нечетных ячеек И-НЕ 9 и II синхронизации соединены соответственно с выходами инверторов 13, 14, и 15, 16. Блок 6 преобразования управляющего сигнала содержит шины «Адрес 17, «Выходная инфор.мация 18, «Вход синхроимпульсов 19, «Сброс 20, «Запись 21, «Выход унитарного кода 22, «Входы распределителя импульсов 23. Кроме того, в состав блока 6 преобразования управляющего сигнала (см. фиг. 2) входят входной ключ 24 задающий генератор 25, регистр 26 ввода числа, делитель 27 частоты с выходным ключом 28, счетчик 29, коммутирующий триггер 30 со счетным входо.м, ключи 31-34 ввода информации, входной 35 и выходной 36 ключи формирователя записи, счетные триггеры 37 и 39 формирователя записи, инвертор 39, триггер 40 сигнала «Сброс, дешифратор 41, входной счетчик 42 с ключом 43, трансформаторные гальванические развязки 44-46, соединенные своими входами с шинами «Адрес 17, «Входная информация 18 и «Вход синхроимпульсов 19, и индикатор 47 нулевого кода, который содержит входную ячейку ИЛИ 48, ключ 49, триггер 50 с разделительными входами и выходной ключ 51. Единичный выход триггера 40 сигнала «Сброс подключен к шине «Сброс 20, выход выходного ключа 36 формирователя записи - к шине «Запись 21, выход входного ключа 24 - к шине «Выход унитарного кода 22, а входы элементов памяти распределителя 52 импульсов соединены с шинами «Входы распределителя импульсов 23. Устройство работает следующим образом. Входные сигналы в каждом из каналов . управления поступают на трансформаторные гальванические развязки 44-46 в последовательности, указанной на фиг. 3. Сигнал, поступаюший по шине, «Адрес 17 через гальваническую развязку 46 устанавливает оконечный триггер входного счетчика 42 в состояние «1, вследствие чего, на вход ключа 43 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с шины «Вход синхроимпульсов 19 через гальваническую развязку 45 и ключ 43 на вход входного счетчика 42. В данном устройстве для передачи цифровой информации на большие расстояния используется парафазный код или же число представляется динамическим способом, что обеспечивает высокую,помехозащищенность устройства. Таким образом, после прохождения сигнала по шине «Адрес 17 сопровождающие входную информацию синхроимпульсы поступают на входной счетчик 42, а сама информация вместе с синхроимпульсами - на регистр 26 ввода числа. После поступления определенного числа синхроимпульсов дешифратор 4 формирует сигнал «Сброс, который устанавливает в состояние «1 триггер 40 сигнала «Сброс. Затем через некоторое время определяемое структурой дешифратора 41 и количеством импульсов входной информации, триггер 40 сигнала «Сброс устанавливается в состояние «О, т. е. элементы схемы устанавливаются в исходное состояние по связям, указанным на фиг. 2. Передний фронт импульсов сигнала «Сброс, поступая на шину «Сброс 20 каналов 3-5 управления, устанавливает в состояние «1 триггеры 7 опроса всех каналов управления и, поскольку импульсы управления на входах распределителей 52 импульсов, а значит, и на шине «Выход унитарного кода 22 отсутствуют, т. ё. сигнал запрета на запрещающих входах ячеек 8 запрета всех.каналов управления отсутствует, то сигнал единичного уровня с выходов триггеров опроса, проходя через ячейку 8, открывает ячейки 9-12 синхронизации каждого из каналов 3-5 управления по связям, приведенным на фиг. 1, В зависимости от состояний выходов распределителей 52 импульсов на выходах ячеек 9-12 синхронизации появляются сигналы установки элементов памяти распределителей импульсов так, что в случае совпадения уровней на входах ячеек 9-12 сигналы вырабатываются или же отсутствуют в случае несовпадения указанных уровней. Так, например, если на соответствуюших первой обмотке (Вых. 1) выходах распределителей 52 импульсов каналов 4 и 5 управления находится сигнал высокого уровня, а на соответствующем выходе распределителя импульсов канала 3 управления - сигнал низкого уровня (обмотка двигателя обесточена), то сигналы высокого уровня, проходя через ячейку 12 синхронизации,устанавливают высокий уровень на соответствующих этой обмотке двигателя элементах памяти распределителя импульсов канала 3 управления. Ячейка 11 синхронизации в этом случае закрыта низкими уровнями, поступающими с выходов инверторов 15 и 16. После установки высокого уровня на Вых. 1 распределителя 52 импульсов в канале 3 управления на выходах соответствующих ячеек 12 синхронизации каналов 4 и5 управления также вырабатываются установочные сигналы, подтверждающие высокий уровень на соответствующем первой обмотке элементе памяти распределителя импульсов канала 3 управления. Таким образом происходит коррекция состояния распределителей импульсов. До коррекции распределителя 52 импульсов канала 3 управления ячейки синхронизации каналов 4 и 5 управления закрыты низким уровнем, поступающим с выхода распределителя импульсов (Вых. 1) канала 3, и открываются после коррекции выходов канала 3 управления. Соответствующим образом работает устройство в том случае, когда на выходах распределителей 52 импульсов каналов 4 и 5 управления находится сигнал низкого уровня, а на выходе распределителя импульсов канала 3 управления - сигнал высокого уровня. В этом случае сигналы низкого уровня, пройдя через инверторы 15 и 16, открывают ячейку 11 синхронизации и устанавливают низкий уровень на соответствующих первой обмотке элементах памяти распределителя 52 импульсов канала 3 управления. Ячейка 12 синхронизации закрыта низкими уровнями. Далее происходит подтверждение низких уровней распределителей 52 импульсов каналов 4 и 5 управления. При других комбинациях состояний. вьгходов распределителей импульсов каналов 3-5 управления коррекции элементов ТГамяти пройзводится аналогично, в том числе и по другим выходам (Вых. т). После поступления последнего импульса последовательного входного кода в регистре 26 ввода числа записывается вся цифровая информация, а последний, сопровождающий входной код синхроимпульс переполняет входной счетчик 42, с импульсного выхода которого сигнал переполнения поступает на установочный вход последнего счетного триггера 38 формирователя записи, устанавливая его в состояние «1 и закрывая при этом ключ 43. В этом случае разрешается прохождение импульсов с задающего генератора 25 через входной ключ 35 на счетный, вход первого счетного триггера 37 формирователя записи. После переполнения счетных триггеров 37 и 38 формирователей записи на элементы схемы устройства и шину «Запись 21 подается сигнал «Запись. При этом информация с регистра 26 переписывается через ключи 3134 в счетчик 29, а триггеры 7 опроса устанавливаются в состояние «О, снимая с элементов памяти распределителей 52 импульсов сигналы начальной установки. Одновременно в случае наличия информации, отличной от нулевой, устанавливается в состояние «1 коммутирующий триггер 30, разрещающий прохождение импульсов на вход счетчика 29 и вход делителя 27 частоты. Время задержки сигнала «Запись выбирают таким, чтобы оно гарантировало перезапись информации с регистра 26 после окончания всех переходных процессов на элементах схемы устройства, возникающих после ввода входной информации с шины «Входная информация 18. В зависимости от того, какого знака входнаяинформация поступила на распределитель 52, условия прямого хода, подтвержденные сигналом «Сброс с триггера 40 сигнала «Сброс, остаются или же при наличии единичного уровня в знаковых разрядах записываются условия реверса. Далее частота с задающего генератора 25 проходя через ключ 28, поступает на вход делителя 27 частоты на котором ранее сигналом с выхода триггера 40 сигнала «Сброс бь1ли записаны начальные условия, обеспечивающие появление импульсов на выходе делителя частоты с задержкой на определеежое этими начальными условиями время, что гарантирует схему от ложных срабатываний за счет сколов и увеличивает быстродействие устройства. Импульсы управления проходят на счетчик 29, шину «Выход унитарного кода 22 и распределитель 52 импульсов до того времени, гюка счетчик 29 не переполнится. Одновременно импульсы

управления на все время их действия подают запрещающий сигнал на запреЩаюсцме входы ячеек 8 запрета всех каналов, что

663058

надежности, помехозащищенности и точности преобразования информации и расширения функциональных возможностей, в повышает помехозащищенность схемы и ее надежность при выходе из строя триггеров опроса. После переполнения счетчика 29 коммутирующий триггер 30 устанавливается в состояние «О и закрывает ключи 24 и 28.. .После окончания указанного цикла схема готова к отработке следующей посылки входной информации. Как следует из фиг. 2, отработка информации возможна в том случае, когда на регистре 26 записан двоичный код, отличный от нулевого. Тогда входная ячейка ИЛИ 48 индикатора 47 нулевого кода вырабатывает на своем выходе сигнал высокого уровня, который разрещает прохождение сигнала «Запись на триггер 50, устанавливая его в состояние «1. В случае поступления нулевой информации по шине «Входная информация 18 триггер 50 остается в состоянии «О, т. е. в том состоянии, в какое установил его сигнал с триггеР управляющий сигнал через выходной ключ 51 и не проходит. Таким образом, предлагаемое устройст во по сравнению с прототипом позволяет на порядок повысить надежность схемы, увеличить ее помехозащищенность на величину, определяемую отношением , где t п.сх - время подготовки схемы к работе; t ay - время воздействия начальных условий; а также расщирить функциональные возможности и повысить точность преобразования входного сигнала. Указанное соотношение зависит от частоты сигналов входной информации, быстродействия примененных элементов и других факторов. В общем случае это отнощение может достигать значительной величины, на порядок и более увеличивая помехозащищенность предлагаемого устройства.по сравнению с известной схемой. Формула изобретения Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого подключен к выходу блока преобразования управляющего сигнала, состоящего из входного ключа, задающего генератора, регистра ввода числа, входного ключа делителя частоты, делителя частоты, счетчика, коммутирующего триггера со счетным входом, входных и выходных ключей формирователя записи, инвертора: триггера сигнала «Сброс, дешифратора, входного счетчика с входным ключом, трансформаторных гальванических развязок, индикатора нулевого кода и распределителя импульсов, отличающееся тем, что, с целью повыщения каждыйиз каналов управления введены триггер опроса с раздельными входами ячейка запрета, ячейки И-НЕ синхронизации и инверторы, выходы которых соединены соответственно с первыми и вторыми входами нечетных ячеек синхронизации, а входы - с первыми и вторыми входами соседних четных ячеек И-НЕ сицхронизации, при этом третьи входы всех ячеек И-НЕ синхронизации объединены и подключены к выходу ячейки запрета, запрещающий вход которой соединен с выходом входного ключа блока преобразования управляющего сигнала, а второй вход - с единичным рыходом триггера опроса, единичный и нулевой входы которого соответственно подключены к единичному выходу

663058

10 триггера сигнала «Сброс и выходу выходного ключа формирователя записи блока преобразования управляющего сигнала, причем выходы ячеек И-НЕ синхронизации соединены с входами распределителя импульсов, соединенного выходом каждого канала с первыми и вторыми входами соответствующих четных ячеек И-НЕ синхронизации соседних каналов. Источники информации, принятые во внимание .при экспертизе 1.Дискретный электропривод с шаговыми двигателями, под общ. ред. М. Г. Чиликина. М., «Энергия, 1971, с. 559. 2.Авторское свиделельство СССР № 514441, кл. Н 02 Р 7/62, 1975.

„Лд/кс

„Вх. инф.

,Вк. синхроимп,

К „CSpac

п

:л.

ппппппппп.