Устройство для управления шаговым электродвигателем Советский патент 1982 года по МПК H02P8/04 H02P8/24 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах любого типа с импульсным управлением, а также в системах автоматического регулирования

Известно устройство для управления шаговым двигат.елем, содержащее управляемый генератор импульсов,г частота которого является функцией входного сигнала, а выходные сигналы генератора используются в качестве сигналов для коммутации фаз шагового электродвигателя II.

Недостатком такого устройства является зависимость сигнала управления импульсного генератора от постоянной времени заряда или разряда конденсатора. Дпя изменения частоты импульсного генератора при этом требуется большой набор емкостей.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для управления шаговым электродвигателем, содержащее генератор импульсов, первый и второй делители частоты с переменным коэффициентом деления,ключ, связывающий генератор импульсов со входом коммутатора фаз двигателя, и реверсивный счетчик величины перемещения, соединенный входом вычитания с выходом ключа, входами задания - с шиной управления (2.

Недостатками устройства являются сложность схемы построения генератора, налиш е дискретных элементов, и как следствие, неустойчивая работа устройства в целом; частотно-временные характеристики ускорения и тор10можения шагового электродвигателя зеркально симметричные, что снижает быстродействие отработки заданных величин перемещения, при изменении нагрузки на валу шагового электро15двигателя в процессе работы, при различных технологических операциях; невозможность управления частотновременной характеристикой ускорения и торможения.

20

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор импульсов, первый и второй

25 делитель частоты с переменным коэффициентом деления, ключ, связывающий генератор импульсов со входом коммутатора фаз двигателя, и реверсивный |Счетчик величины перемещения, соеди30ненный входом вычитания с выходом ,ключа, а входами задания - с шиной управления, введены постоянное запоминающее устройство, дополнительный реверсивный счетчик, два элемента сравнения и блок управления, подключенный первым входом к шине управления, вторым - к выходу основного реверсивного счетчика через первый элемент сравнения, соединенный вторым входом с первым выходом постоянного запоминающего устройств третьим входом - с выходом пе звого делителя частоты, четвертым входом с выходом второго элемента сравнения, связанного своими входами соответственно с выходом дополнительного реверсивного счетчика,подключе ного ко входу второго делителя част ты,и вторым выходом постоянного зап минающего устройства,подключенного третьим выходом ко входу первого де лителя частоты, а четвертым входом к первому входу дополнительного-реверсивного счетчика, связанно1о своим вторым входом с первым выходо блока управления, второй выход кото рого соединен со входом постоянного запоминающего устройства, а третий с управляющим входом ключа. На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг.2 - блок-схема управления; на фиг.3 - временные диаграммы изменения частоты при отработке различных по величине перемещений . Устройство содержит генератор импульсов 1, первый делитель частот 2 с переменным коэффициентом деления, второй делитель частоты 3 с переменным коэффициентом деления, реверсивный счетчик величины переме щения -4, ключ 5, коммутатор фаз двигателя б постоянное запоминающе устройство 7, дополнительный реверсивный счетчик 8, второй элемент сравнения 9, первый элемент сравнения 10, блок управления 11, Блок уп равления 11 (фиг.2) содержит дешифратор 12, логически элементы И 13 и 14, триггеры 15 16 и логические элементы И 17 и 18, Устройство работает следующим обрайом, В исходном состоянии с блока управления 11 выдается запрещающий сигнал на ключ 5, Частота с делителя частоты 2 через блок управления вход дополнительного реверсив ного счетчика 8 не поступает. Когда на вход первого элемента сравнения 10 поступает информация величины пе ремещения, то блок управления 11 вы дает сигнал на постоянное запоминаю щее устройство Ij которое .устанавливает коэффициенты п, т,j,.Коэффициент m записывается в реверсивны счетчик 8, коэффициент п поступает на делитель 2, коэффициент j поступает на вход элемента сравнения 9, а коэффициент С поступает .на вход элемента сравнения Ю, Коэффициент п не меняется в режиме разгона и равномерного движения, а при переходе устройства в режим торможения коэффициенту п соответствует коэффициент п. Разрешение выдачи п или п определяет блок управления Ц. Коэффициент J определяет максимальную частоту управления () шаговым двигателем. На ключ 5 поступает разрешающий потенциал с блока управ- ления 11 и частота с делителя частоты 3 поступает на коммутатор фаз двигателя 6 и на реверсивный счетчик 4, уменьшая его-показания на единицу при каждом импульсе. Начальная частота этих импульсов f Q fq/m, где f ц - частота генератора. В режиме разгона блок управления 11 разрешает прохождение импульсов с делителя частоты 2 на вычитающий вход дополнительного-реверсивного счетчика 8. Каждый импульс изменяет состояние счетчика 8 на единицу, тем самым изменяя.коэффициент деления делителя частоты 3 от m до ;j , причем j т. Темп изменения коэффициента деления делителя частоты 3 задает делитель частоты 2. При достижении максимальной частоты вращег ни я шагового двигателя, когда m j , второй элемент сравнения 9 выдает в блок управления 11 сигнал, который запрещает прохождение импульсов с делителя частоты 2 на вычитающий вход дополнительного реверсивного счетчика 8. Когда величина оставшегося перемещения станет равной величине, необходимой для торможения двигателя Е „ 6 / о первый элемент сравнения 10 выдает сигнал на блок управления 11, который подключает к делителю 2 суммирующий вход счетчика 8 и изменяет 6f на О, а п на п. Режим торможения закончится, когда на выходе реверсивного счетчика 4 (фиг.1) код будет нулевым и тогда элемент сравнения 10 выдает сигнал в блок управлен1 я 11,который запрещает прохождение импульсов через ключ 5. Рассмотренный случай относится к работе шагового двигателя при больших перемещениях 1 , т.е. когда величина перемещения, необходимая для уверенного разгона Йр , и величина, необходимая для надежного торможения .2f , больше или равны заданной величине перемещения g т,е. Ср + . как описывалось, разгон начинается с частоты f, несколько меньшей частоты приемистости шагового двигателя, а торможение заканчивается на частоте приемистости f„р (фиг. За), что позволяет увеличить среднюю скорость перемещения на все величине перемещения 2 , Возможен случай, когда величина перемещения Вп меньше величины перемещения, необходимой для уверенного Йр ер, тогда блок 11 задает коэффициент деления делителя 3 таким, чт бы на его выходе была частота приемистости двигателя, и коэффициент деления делителя 3 во время работы не изменялся (фиг. ЗБ) и, если величина перемещения больше величины перемещений, необходимых для уверен 1иого разгона и торможения ; gp , но меньше их суммы г, 8p+e , то ускорение двигателя начинается с частоты приемистости fpp, но заканчивается на частоте f несколько меньшей, чем в случае Рр + 2 п (фиг. Зв). Необходимо отметить, что частотно-временная характеристика разгона и торможение двигателя проходит в этом случае под другим угло Число частотно-временных характеристик ускорения, равномерного движения и торможения может быть ув личено, т.е. можно учитывать какую функцию выполняет шаговый двигатель как будет меняться нагрузка на его валу в зависимости от различных тех нологических операций, но в этом случае необходимо от внешнего устро ства получать информацию о том, какая будет выполняться технологическая операция. Например, в конкретном устройстве, перемещения столов с укладкой или без укладки провода. Блок управления 11 содержит (фиг.2) дйиифратор 12, предназначенный для выдачи кода адреса в постоянное .запоминающее устройство 7 по коду величины перемещения и по внешним условиям (под внешними условиями понимают какой будет нагрузка на ва лу шагового двигателя при отработке технологического режима, укладка провода на плату, или прогон без провода и т.п.), элементы совпадения 13 и 14, предназначенные для прохождения через них импульсов, поступающих с делителя 2, триггер-1 предназначенный для выдачи потенциа ла, разрешающего прохождение импуль сов на ключ 5 и через элементы совпадения 13 и 14; триггер 1б, предназначенный для выдачи управляющих потенциалов соответственно на элементы совпадения 13 и 14 и на дешифратор 12; элемент совпадения 17, предназначенный для разрешени-я прохождения команды пуск от внешнего устройства, стробируемой импульсами от делителя 2; элемент совпадения 18, предназначенный для управления работой триггера 15. В исходном состоянии триггерял 15 и 16 находятся в нулевом положении. Нулевой сигнал, поступающий с единичного выхода триггера 15 надежно запрещает прохождение импульсов через ключ 5 и закрывает элементы совпадения 13 и 14, выходы которых подключены к вычитающим и суммирующим входам дополнительного реверсивного счетчика 8. При поступлении информации кода величины перемещения Pfi и кода соответствующих внешних условий о нагрузке на валу шагового двигателя на дешифратор 12, на его выходе появляется адрес, поступающий на постоянное запоминающее устройство 7, по которому выбираются коэффициенты т, п,j ,8 и подаются на соответствуювд е элементы, как ОПИСЫВсШОСЬ. IС приходом пускового импульса от внешнего устройства, который синхронизирован с тактовой частотой, поступающей с делителя 2, через элемент совпадения 17 устанавливаются в единичное состояние триггеры 15 и 16. Триггер 15 выдает разрешающий потенциал на ключ 5, а по переднему фронту этого сигнала происходит запись коэффициента m в реверсивный счетчик 8. В случае работы цифрового устройства управления в режиме, иллюстрируемом диаграммами на фиг.3d или ЗЬ, элемент совпадения 13, выход которого подключен к вычитающе входу реверсивного счетчика 8, оказывается открытым разрешающими потенциалами триггеров 15 и 16 для прохождения импульсов с делителя 2, так как запрещающий потенциал с дешифратора 12 отсутствует, а элемент сравнения 9 выдает разрааающий потенциал при условии m j . Происходит режим разгона шагового двигателя. Как только m станет равным j , т.е. произойдет отработка величины разгона р , элементы совпадения 13и 18 будут закрыты запрещающим потенциалом элемента сравнения 9, частота, поступающая на коммутатор фаз двигателя 6, будет оставаться постоянной до тех пор, пока элемент сравнения 10 не выдаст потенциал, являющийся результатом сравнения кода коэффициента с кодом счетчика 4, который установит триггер 16 в нулевое положение, откроет своим нулевым выходом элемент совпадения 14и закроет своим единичным выходом элемент совпадения 19. Изменение потенциала нулевого выхода триггера 16, которйй поступает на дешиф- . ратор 12, вызывает изменение адреса, поступающего на постоянное запоминающее устройство 7. При этом постоянное запоминающее устройство выдает вместо коэффициента Е нулевое

значение, а вместо коэффициента п коэффициент п при неизменном значении коэффициента ,j . Э этом случае происходит режим торможения шагового двигателя/Как только, элемент сравнения зафиксирует неравенство коэффициента ; и значение реверсивного счетчика 8, разрешаю1ций сигнал поступает на элемент совпгщения 18 и при равенстве нулю значения счетчика 4 происходит сброс в нуль триггера 15, который запрещает прохождение импульсов через ключ 5.

В случае работы цифрового устройства управления в режиме, изображенном на фиг, ЗБг дешифратор 12 вьздает запродающий потенциал на элементы совпадения 13 и 14, ас постоянного запоминающехч) устройства поступает коэффициент 0. При приходе пусjKOBoro импульса триггера 15 устанавливается в единичное состояние, открывает ключ 5, через который в этом случае проходят импуль.сы постоянной частоты. Разрешающий потенциал поступающий с элемента сравнения 9 присутствует на элементе совпадения l8 в силу того, что j # т, а состояние реверсивного счетчика 8 не меняется, и при равенстве нулю значения счетчика 4 происходит сброс в нуль триггера 15, который запрещает прохождение импульсов через ключ 5,

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым электродвигателем, содержащее генератор импульсов, первый и второй делители частоты с переменн1 в 1 коэффициентом деления, ключ, связывающий генератор импульсов со входом коммутатора фаз двигателя и реверсивный счетчик величины перемещения, соединенный входом вычитания с выходом ключа, а входами задания - с

шиной управления, отличающ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены постоянное запоминающее устройство, дополнительный реверсивный счетчик,

0 два элемента сравнения и блок управления, подключенный первым входом к шине управления, вторым - к выходу основного реверсивного счетчика через первый элемент сравнения, соединенный вторым входом с первым выходом постоянного запоминающего устройства, третьим входом - с выходом первого делителя частоты, четвертым входом - с выходом второго

Q элемента сравнения, связанного своими входами соответственно с выходом дополнительного реверсивного счетчика, подключенного ко входу второго делителя частоты, и вторым выходом постоянного запоминающего устройства, подключенного третьим выходом ко входу первого делителя частоты, а четвертым входом - к первому входу дополнительного реверсивного счетчика, связанного своим вторым входом с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен со входом постоянного запоминающего устройства, а третий с управляющим входом ключа.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Патент Японии 51-30926, кл, 55 С 2, 1976,

2,Патент Великобритании

№ 1404774, кл, Н 2 j , G 3 N, 1975,