Устройство для управления шаговымэлЕКТРОдВигАТЕлЕМ Советский патент 1981 года по МПК H02P8/14 

УСТРОЙСТВО для УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ

(54) Э ЛЕКТГОД ВИ ГАТЕЛ ЕМ

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для регулирования скорости шагового электродвигателя с активным ротором и магнитной фиксацией и может быть использовано в системах автоматического управления дня регулирования в широких пределах скорости механизмов с долговременным непрерывным режимом работы при питании системы от автономного источника ограниченной мощности.

Известно устройство для управления шаговым электродвигателем, обеспечивающее стартстопный режим работы двигателя и содержащее блок формирования временных интервалов, распределитель импульсов и усилитель мощности, коммутирующий фазы двигателя 1.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для управления щаговым электродвигателем с магяитной фиксацией, содержащее распределитель импульсов, имеющий вход импульсов управления, усилитель мощности, коммутирующий фазы двигателя с логическим эвеном на входе, ключ питания и блок формирования времениых интервалов, ймеюишй вход эталонной частоты 2.

Недостатком данных устройств является ограниченный диапазон изменения скорости шагового двигателя, в котором обеспечи-. вается плавное движение.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования скорости и повьпиение равномерности движения.

Поставленная цель достигается тем, что блок формирования временных интервалов снабжен инвертором, счетным триггером, двумя элементами 2И-2ИЛИ-НЕ, четырьмя элементами И и двумя реверсивными счетчиками, подключенными своими счетными входами к выходам элементов 2И-2ИЛИ-НЕ, соединенных входами с выходом счетного триггера, входом эталошюй частоты, связант ым с входом счетного триггера, и выходом распределителя импульсов, соединенного со входом инвертора, и выходом инвертора, подключенного также ко входам записи реверсивных счетчиков и первым входам элементов И, соединенных своими остальными входами с соответствующими выходами реверсивных счетчиков, а выходами - с входами остановки счета и установки в нуль реверсивных счетчиков и входами ключа питация и логического звена. Данное устройство обеспечивает повышение равномерности движения в широком диапазоне скоростей за счет изменения интервалов времени на отработку шагов в функции частоты следования импульсов управления. На фиг. 1 приведена схема устройства применительно к четырехфазному двигателю; а на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов на отдельных элементах., Устройство для управления шаговым электро двигателем (фиг. I) содержит распределитель импульсов на триггерах 1 и 2 с входом управляющих импульсов fflx и выходным элементом 2И-2ИЛИ-НЕ 3, подключенным ко входу инвертора 4 и входам элементов 2И-2ИЛИ-НЕ 5, 6, связанным своими входами также с выходами инвертора 4 и счетного триггера 7, подключенного счетным входом к входу эталонной частоты f3T. Выход инвертора 4 соединен также с входами записи реверсивных счетчиков 8, 9, а вход инвертора - с входом считывания счетчиков. Выход инвертора 4 соединен также с первыми входами элементов И lO 15, остальные входы которых подключены к соответствующим выходам QI, Qi-Qe, Qe ре. версивных счетчиков 8, 9. Выходы элементов И 10, 12 через элемент И 14 и промежуточный усилитель 15 подключены ко входу ключа питания 16. Выходы элементов И 11, 13 подклю чены ко входам логического звена, образованного инверторами 17, 18, элементами 2И-2ИЛИ НЕ 19-22 и элементами И 23-28. Выходы логического звена подключены ко входам усилит ля 29 мощности, коммутирующего фазы двига теля 30, через промежуточный усилитель 31. Устройство работает следующим образом. Распределитель импульсов на элементах 1,2 преобразует импульсы управления (фиг.2) в четырехканальную систему напряжений QI, Qa, QI , Qj (фиг. 2), которые элементом 2И-2ИЛИ-НЕ 3 преобразуются в одноканальную систему напряжений Р1 (фиг. 2), инвертируются инвертором 4 (U. , фиг. 2) и используются реверсивными счетчиками 8, 9, элементами 2И-2ИЛИ-НЕ 5,6 и элементами И 10-13. Блок ° формирования временных интервалов, включающий в себя инвертор 4, триггер 7, элементы 2И-2ИЛИ-НЕ 5 ,.6, ревер сивные счетчики 8,9 и элементы И 10-13, делит период входных импульсов fax на три интервала (fat, PI и Р2, фиг. 2) Ati, в течение которого включена только одиа фаза двигателя 30; At2 Ati, в течение которого 4 ключены две фазы, At, в течение которого вигатель обесточен (, , Узф, Улф, иг. 2) Если At, AtiMaKC. то Ats 0. ля четырехфаэного двигателя, управляемого т предлагаемого устройства, обеспечивается акон коммутадии вида 1-12-0-2-23-0-3-34-0. . . Работа блока формирования временных интервалов основана на управлении режимами записи и считывания двух реверсивных счетчиков 8 и 9. Схема режимов записи и считьшания осуществляется по сигналам Р1 (фиг. 2). В полутакт записи предварительно обнуленный счетчик начинает заполняться импульсами частотой f3x/2 до заполнения, которое происходит за промежуток времени 2Atj, после чего срабатывает логическая схема, которая блокирует счетчик в заполненном состоянии на промежуток времени At3 до прихода следующего KtAnynbca fax. С приходом следующего импульса fax режим записи сменяется режимом считывания, при котором на вход счетчика поступают импульсы частотой эт и считывание до нулевого состояния совер-/ шается за .промежуток времени Ati, в 2 раза меньший времени записи. Таким образом, один счетчик в первый период входной частоты формирует интервалы времени 2Ati и Ats, а. В , cлeдJШ щий - Atj. Для получения всех временных интервалов Atj, Atj, Ata .в каждый период введено два реверсивных счетЧика, работающих в противофазе по режимам записи и считывания. Элемент 4 (фиг. 2) инвертирует сигнал Р1. Триггер 7 делит частоту импульсов f3T на 2. На элементах 5 и 6 типа 2И-2ИЛИ-НЕ, на входЬ которых поступают сигналы f3j, f3T/2, PI, UI, формируются в противофазе пачки импульсов с частотой f3T и 1зт/2 с длительностью пачек, равной l/fsx {Р2 и РЗ, фиг. 2). Элементы И 10-13 запускаются выходными импульсами счетчиков 8, 9 и сигналами с элементов 3, 4. В полутакт считывания элемент 10 или 12 заблокирован в состоянии, соответствующем логической единице на выходе, сигналом с выхода элемента. 4 или 3, сигнал с выхода которых равен логическому нулю. В полутакт записи (промежуток 2Ati) элемент 10 (или 12) находится в состоянии 1 из-за нулевого сигнала на одном из его входов. При заполнении счетчика до состояния насыщения на всех входах элемента 10 или 12 появляются сигналы логической единицы и он переходит в состояние О. Импульс с . его выхода, соединенного со входом остановка счета счетчика 8 или 9, останавливает счетчик в заполненном состоянии до прихода следующего импульса fex на промежуток времени Ata. Выходные импульсы с элементов 10 и 12 через промежуточный усилитель 15 управляют рабо той ключа 16. Элементы И 11 и 13 также запускаются выходными импульсами счетчиков и сигналами Р1 и U1. В полутакт записи элемент 11 или 13 заблокирован в состоянии 1 сигналом Р1 (или U1), имеющи нулевой потенциал. В полутакт считывания (промежуток Ati) элемент 10 или 12 находится в состоянии, соответствующем логической единице на выходе, так как на одном из его входов имеется нулевой потенциал. При обнулении счетчика на всех входах элемента И 11 (или 13) появляются единичные сигналы и импульс с его выхода, соединенно го со входом Сброс в О счетчика 8 (9), останавливает последний в нулевом состоянии до прихода следующего импульса faxВыходные импульсы с элементов 11 и 13 по ются на вход логического звена для формирования промежуточных шагов двигателя. С повышением fsx. начиная с некоторого значения fgxi, счетчик в полутакт записи заполняется не полностью, при этом время заполнения счетчика импульсами 2Ati 2/fBx, время считывания Ati l/fBx- Импульсы с вы ходов элементов И 11 и 13 через промежуточный усилитель 15 воздействуют на ключ 16 питания так, что он закрыт на время Д1з. При fflx Bxi время записи 2Ati l/fex. ключ 16 открыт постоянно . При fflx Bxi ключ 16 заперт в каждый полутакт на емя -J- 1/fBx - 1/fBxi. увеличивается с уменьшением входной частоты. В логическом звене отпирание каждого транзистора усилителя 29 мощности задерживается на время Ati, которое определяет длительность промежуточного шага двигателя, когда включена только одаа фаза. Две фазы двигателя включены на промежуток времени после окончания импульса считьшания до окончания импульса записи, т.е. иа At2. 6 На фиг. 2 приведены временные диаграммы сигналов на выходах элементов И 10-13 (соответственно U2-U5), элемента И 14 (U6), элементов 17, 18 (U7, U8) и элементов 19- 22 (сигналы Р4-Р7), поясняющие работу основных элементов устройства. Формула изобретения Устройство для управления шаговым электродвигателем с магнитной фиксагшей, содержащее распределитель импульсов, имеющий вход импульсов управления усилитель мощности, коммутирующий фазы двигателя с логическим эвеном на входе, ключ питания и блок формирования временных интервалов, имеющий вход эталонной частоты, о т л и ч ающеесятем, что, с целью расширения диапазона регулирования скорости шагового двигателя и повышения равномерности движения, блок формирования временных интервалов снабжен инвертором, счетным триггером, двумя элементами 2И-2ИЛИ-НЕ, четырьмя элементами И и двумя реверсивными счетчиками, подключенными своими счетными входами к выходам элементов 2И-2ИЛИ-НЕ, соединенных входами с выходом счетного триггера, входом эталонной частоты/связанным с входом счетного триггера, и выходом распределителя импульсов, соединенного со входом инвертора, и выходом инвертора, подключенного также ко входам записи реверсивных счетчиков и первым входам элементов И, соединенных своими остальными входами с соответствующими выходами реверсивных счетчиков, а выходами - с входами остановки счета и установки в нуль реверсивных счетчиков и входами ключа питания и логического звена. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Дискретный электропривод с шаговыми двигателями. Под ред. М. Г. Чиликина. М., Энергия, 1971, с. 546-556. 2.Патент Японии № 51-30641, кл. 55 С , 1976.

Фиг. г