Многоканальное устройство для управленияшАгОВыМи дВигАТЕляМи Советский патент 1981 года по МПК G05B19/417 G05B11/26 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в автоматизированных системах управления на базе цифровых вычислительных машин (ЦВМ),

Известно устройство для управления шаговыми двигателями, содержащее цифровую вычислительную машину,, регистры, счетчики, триггеры, схемы переключения фаз шаговых двигателей, элементы И, генератор тактовых импульсов 1 .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровое устройство для управления шаговыми двигателями, содержавдее генератор тактовых импульсов, связанные с ЦВМ адресный блок, и-разрядный регистр-счетчик, триггеры и соединенные с ними элементы И, оперативное запоминающее устройство, дифференциальные усилители считывания, усилители чтения, реверсивные переключающие схемы, усилители мошности в фазах шаговых двигателей 2J

Данные устройства обладают существенными недостатками t

а) время Ьбработки величины каждым шаговым двигателем в группе вавк

но времени отработки максимальной . величины для одного из шаговых двигателей, что не позволяет применять это устройство в системах управле.ния, работающих в реальном масштабе времени;

б)устройства не обеспечивают непрерывный ввод величин, т.е. невоз-. можна работа в режиме непрерйвного

o слежения;

в)наличие отдельной реверсивной схемы переключения фаз для каждого шагового двигателя и дополнительного оперативного запоминающего устройства с необходимыми для его рабо5ты схемами усложняет устройство и увеличивает его габариты,г)отсутствие контроля работы устройства не обеспечивает повышен0ной точности вывода величин на шаговые двигатели.

Цель изобретения,- расширение функциональных возможностей и упрощение устройства.

5

Расширение функциональных возмож ностей заключается, в обеспечении возможности непрерывного ввода челичин на шаговые двигатели, т.е. режима уепрерывного слежения, что позволяет поименять его в системах управления, работающих i реальном масштабе времени. Упрощение устройства состоит в отказе от буферного запоминающего устройства со сложным схемами его управления, в отказе от реверсивных коммутаторов для каждого шагового двигателя, и в построении устройства с применением элементарных узлов вычислительной техники типа И, ИЛИ, Т, .обеспечиваю щих простейшие линейные связи. Поставленная цель достигается тем, что в многоканальное устройств .для управления шаговыми двигателями содержащее регистр, счетчик импульсов, вычислитель, первый выход кото рого подк иочен к первому входу перв го триггера, второй выход к входу адресного блока, а третий выход - к входам вторых триггеров, соединенны выходами с первыми входами соответс вующих первых элементов И, вторые входы которых подключены к выходу второго элемента И, подсоединенного первым входом к выходу первого триг гера, а вторым входом - к выходу генератора тактовых импульсов, и в каж дом канале управления блок усилителе мощности, соединенный выходами с вхо дами шагового-двигателя, введены пер вый блок сравнения, первый и второй элементы ИЛИ, блок третьих элементов ИЛИ, последовательно соединенные ком мутатор, второй блок сравнения и блок четвертых элементов ИЛИ и в каж дый канал управления - пятый элемен ИЛИ и последовательно соединенные элемент задержки, блок третьих элементов И, блок элементов памяти и блок четвертых элементов И, выход которого подключен к вторым входам второго блока сравнения и через блок третьих элементов ИЛИ к входам перво го элемента ИЛИ, а вторые входы - к входу элемента .задержки и к выходам адресного блока, выход первого блока сравнения соединен с первым входом вычислителя и с вторым входом первого триггера, первые входы че геэ регистр - с четвертым выходом вычислителя, а вторые входы через счетчик- импульсов - с выходом второго элемента ИЛИ и с первым выходом вычислителя, подлюченного вторым входом к выходу первого элемента ИЛИ, вторые входы блока четвертых элементов ИЛИ соединены с выходами вторых элементов И, а выходы с входами коммутатора, причем в каждом канале управления выходы блока усилителей мощности подключены к соответствующему входу второго элемента ИЛИ через пятый элемент ИЛИ данного какала, а вторые входы блока третьих элементов И - к выходам коммутатора. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит вычислитель 1, генератор 2 тактовых импульсов, первый триггер3, вторые триггеры 4 и 5, первгд й элемент ИЛИ б, второй элемент и 7, первые элементы И 8 и 9, адресный блок 10, регистр 11, счетчик 12импульсов, коммутатор 13, первый 14 и второй 15 блоки сравнения, блок 16 четвертых элементов ИЛИ 16i,..16j. блок 17 третьих элементов ИЛИ 17 . . 17fy,, элемент 18 задержки, блок 19 третьих элементов И 19 ...19,, блок 20элeмeнtoв 20 .. . 20 памяти, блок 21четвертых элементов И 21...21, блок 22 усилителей 22/i... 22 уу, мощности, шаговый двигатель 23, пятый элемент ИЛИ 24 и второй элемент ИЛИ 25. Функциональные узлы, содержащие генератор 2, триггер 3, элемент И 7, триггеры 4 и 5, элементы И 8 и 9, регистр 11, счетчик 12 и блок 14 сравнения служат для формирования пачки единиц унитарных кодов величин и окончания цикла работы устройства. Функциональные узлы, содержаидие коммутатор 13, блоки 16, 19, 20, 22 и 10 предназначены мля распределения пачки единиц унитарных кодов величин по фазам шаговых двигатСлей 23. Функциональные блоки 15, 21 и 17 применены для установки коммутатора 13в состояние, соответствующее состоянию фаз выбранного для ввода величины двигателя 23. Функциональные узлы, содержащие элемент ИЛИ б, элемент ИЛИ 24, блок 14сравнения, к входам которого подключены выходы регистра 11 и счетчика 12, и элемент ИЛИ 25 используются в устройстве для формирования сигналов контроля его работы. Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения питания на устройство вычислитель 1 производит установку групп элементов 20...20 блока 20, принадлежагцих соответствующим двигателям 23 в состояния, совпаданвдие с состояниями выходов коммутатора 13. Для этого вычислитель 1 производит последовательную выдачу кодов адресов двигателей 23 на блок 10. Каждый сигнал с блока 10 является разрешающим для элементов И 19 ... 19 1 блока 19 выбранного двигат еля 23. При получении этого сигнала элементами И 19 ... 19, блока 19 состояния выходов коммутатора 13 передаются в элементы 20... . 20у), блока 20 и с выходов этих элементов - на усилители 22 ... 22 ( блока 22 двигателя 23, После начальной установки устройство работает в режиме ввода величин на двигатели 23 до снятия питания с блоков устройства . Ввод неличин на двигатели 23 проиэволится циклами, частота которых равна частоте работы двигателей 23, а в ка)едом цикле - единицей унитарного кода (импульсом), своей для каждого двигателя 23, единицы (импульсы) унитарного кода подаются на входы коммутатора 13 для изменения его состояния. Измененное состояние коммутатора 13 передается на элементы 20 , . . 20 блока 20 для управления усилителями ...22ц, блока 22 и далее фазс1ми двигателя 23, выбранного вычислителем 1 по адресу. При выдаче единицы унитарного ко да величины на один двигатель 23 вы числитель 1 производит вьщачу знака этой величины с выхода по шине пере дачи знака на триггеры 4 и Г, знака кода адреса двигателя 23, выбранног для ввода этой величины, с выхода вычислителя 1 з блок 10- кода числа двигателей 23, выбранных для ввода величин в цикле, на регистр 11. Сиг нал с выхода блока 10 является разрешающим для элементов И 21 . . .21 блока 21, принадлежащих выбранному двигателю 23. При появлении этого сигнала на блоке 15 происходит.срав нение состояний выходов коммутатора 13 и состояний элементов 20...20j блока 20, которые поступают на вход блока 15 посредством элементов И 21. . .. 21 wt блока 21 и. элементов ИЛИ 17 ... 17у, блока 17. При несовпадени состояний, указанных функциональных узлов, блок 15 вырабатывает сигнал, которым состояния выходов коммутато ра 13 приводятся в соответствие с состояниями элементов 20 . .. 20 блока 20, относящихся к выбранному двигателю 23, т.е.. состояниями его фаз. Далее вычислитель 1 выдает с выхода управляющий сигнал для начала формирования пачки единиц (импульсов) унитарных кодов величин, выбранных вычислителем 1 для цикла работы устройства. Этот сигнал пост пает по шине управления на единичный вход триггера 3, сигнал с выхо да которого разрешает прохождение через элемент И 7 тактовых импульсо генератора 2 на элементы И 8 и 9. Сигнал с выхода одноЛ) из триггеров 4 или 5 знака на входе одного из элементов И 8 или 9 разрешает прохо дение тактового импульса через соот ветствующий элемент ИЛИ блока 16 на суммирующий или вычитающий вход коммутатора 13. При этом изменяется состояние коммутатора 13. Сигналом с блока 10 через элемент 18 это новое состояние коммутатора 13 переда ется элементами И 19. .. . блока 19 в элементы 20 .. .iOrn блока 20 и через усилители 22...22 блока 22 на фазы выбранного двигателя 23. В момент появления на выходах элементов ИЛИ 17x1 .. .17 блока 17 состояни элементов 20- . .. 20w блока 20 (фаз ) выбранного двигателя 23, элемент ИЛИ 6 вырабатывает сигнал, который поступает на вход вычислителя 1. На этом заканчивается выдача единицы унитарного кода величины на фазы одного двигателя 23, и вычислитель 1 подготавливает к выдаче адрес следующего двигателя 23. Состав операций при выдаче единицы унитарного кода величины на следующий двигатель 23 сохраняется. Отличие состоит в использовании согласно адресу двигателя 23 других групп элементов И 19. .. . 19 wi блока 19 и И 21x1... 21у,1 блока 21, элементов 20 ... 20 блока 20 и усилителей 22 ...22у блока 22. При этом появление нового адреса с блока 10, сравнение состояний коммутатора 13 и элементов 20 . .. 20 ( блока 20 происходит до появления следующего тактового импульса. Таким образом, в цикле работы устройства из тактовых импульсов генератора 2 формируется пачка импульсов, каждый из которых является единицей унитарного кода одной из величин, выбранных для вывода на двигатели 23 в этом цикле. В каждом цикле работа устройства контролируется с помощью ряда сигналов: элемент ИЛИ б вырабатывает сигнал контроля прохомодения единицы (импульса) унитарного кода на элементы 20 ...20 4 блока 20, т.е. сигнал контроля быстродействующей части устройства; каждый из элементов ИЛИ 24 форГЛируёт сигнал при переключении фаз соответствующего двигателя 23 и контролирует прохождение единицы (импульса) унитарного кода величины на фазы двигателя 23, т.е. контролирует работу медленно действующей части устройства - усилителей 22( . . . 22уу, блока 22 и двигателей 23; счетчик 12 подсчитывает число сигналов с элемента ИЛИ 25, которые поступают на его входы с элементов ИЛИ 24; блок 14 вырабатывает сигнсш исправности группы двигателей 23 при совпадении на его входах . кодов со счетчика 12 и с регистра 11. По этому сигналу триггер 3 запрещает прохождение тактовых импульсов через элемент И 7 на элементы И 8 и 9, а вычислитель 1 получает информацию об окончании цикла работы устройства. Отсутствие сигнала с блока 14 в момент времени отведенный по про ррамме работы вычислителя 1 в устройстве, говорит о неисправности какого-то из усилителей 22... 22уй блока 22 или обрыве фазы какогото двигателя 23. Поиск неисправного двигателя 23 . и неисправных усилителей мощности производит вычислитель 1 выдачей в каждом цикле адреса только одного двигателя 23 в блок 10 и 1 - в регистр 11.

При нормальной работе устройства и исправных шаговых двигателях предельным циклом является период частоты работы шаговых двигателей. С этой же частотой производится формирование пачек импульсов (единиц) унигтарных колов величин., Обшее число циклов ограничивается суммарным временем работы устройства в режиме выдачи величин, которые вырабатывает и хранит блок памяти вычислителя.

Частота импульсов (единиц ) унитарi ных кодов в пачке определяется частотой переключения адресов двигателей 23, а частота переключения адресов зависит от быстродействия электрорадиоэл ементов элементной базы устройства и временем решения в вычислителе задачи формирования адреса двигателя 23.

Частота тактовых импульсов генератора 2 выбирается в соответствии с частотой формирования адресов двигателей 23 с учетом быстродействия блока 15.

Предлагаемое устройство применяется для управления шаговыми двигателями в режиме непрерывного ввода величин, обеспечивая при этом автономность обргйотки каждой величины, что особенно важно для систем управления, работающих в реальном масштабе времени.

Предлагаемое устройство упрощает известное, так как позволяет отказаться от буферного запоминающего устройства с сложными схемами его управления, от реверсивных коммутаторов для каждого шагового двигателя и построить устройство аналогичного назначения с применением элементарных узлов вычислительной техники типа И, ИЛИ, т, используя при этом простейшие линейные связи.

Предлагаемое устройство при применении его для управления 50-га шаговыми двигателями в 2 раза меньше имеющегося, что дает возможность, сохраняя габариты известного устройства, повысить его надежность путем полного резервирования. Наличие блоков формирования сигналов контроля быстродействующей части устройства и его части малобыстродействующей позволяет использовать эти сигналы для программного ввода величин на шаговые двигатели, повысить точность ввода величин, так как по сигналам контроля можно фиксировать адрес неисправного шагового двигателя и группы узлов управления любого шагового двигателя в каждом цикле работы устройства, при этом точность контроля ввода величины составляет единицу унитарного кода, а точность определения .неисправности фаз шагового двигателя - один определенный шаговый двигатель, а также повысить быстродействие устройства, следовательно уменьшить занятость вычислителя выдачей величин на группу ШД до 10% вместо 25%, имеющих место в настоящее время.

Формула изобретения

Многоканальное устройств.6 для управления шаговыми двигателями, содержащее регистр, счетчик импульсов вычислитель, первый выход которого подключен к первому входу первого триггера, второй выход - к входу адресного блока, а третий выход к входам вторых триггеров, соединенных выходами с первыми входами соответствующих первых элементов И, вторые входы которых подключены к выходу второго элемента И, подсоединенного первым входом к выходу первого тоиггера, а вторым входом - к выходу генератора тактовых импульсов, и в каждом канале управления блок усилителей мощности, соединенный выходами с входами шагового двигателя, отличающееся тем, что, с целью упрощения и расширения функциональных -возможностей устройства, в него введены первый блок сравнения, первый и второй элементы ИЛИ, блок третьих элементов ИЛИ, последовательно соединенные коммутатор, второй блок сравнения и блок четвертых элементов ИЛИ и в каждый канал управления - пятый элемент ИЛИ и последовательно соединенные элемент задержки, блок третьих элементов И, блок .элементов памяти и блок четвертых элементов И, выход которого подключен к вторым входам второго блока сравнения и через блок третьих элементов ИЛИ к входам первого элемента ИЛИ, а вторые входы - к входу элемента задержки и к выходам адресного блока, выход первого блока сравнения соединен с первым входом вычислителя и с вторым входом первого триггера, первые входы через регистр - с четвертым выходом вычислителя, а вторые входы через счетчик импульсов - с выходом второго элемента ИЛИ и с первым выходом вычислителя, подключенного вторым входом к выходу первого элемента. ИЛИ, вторые входы блока четвертых элементов ИЛИ соединены с выходами вторых элементов И, а выходы - с входами коммутатора, причем в каждом канале управления выхода блока усилителей мощности подключены к соответствующему входу второго элемента ИЛУ через пятый элемент ИЛИ данного канала, а вторые входы блока третьих элементов и - к выходам коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР №419850, кл. G 05 В 19/40, 1972.

2 о Авторское свидетельство СССР №411436, кл. G 05 В 19/40, 1972 (прототип),

TUI