Устройство для управления шаговым электродвигателем Советский патент 1982 года по МПК H02P8/14 

1 Изобретение относится к автомати- . зированному электроприводу и может быть использовано в системах автоматики и вычислительной техники. По основному авт. св. № 610281 известно устройст во для управления шаговым электродвигателем, содержащее усилитель мощности, связанный с распределителем импульсов через элементы совпадения и узел запирания, подключенный своим выходом к входам элементов совпадения. Узел запирания содержит генератор импульсов, счетчик, эле мент совпадения, один вход которого подключен к выходу генератора, дру-; гой - к выходу старшего разряда счетчика , а выход соединен со счетным вхо дом счетчика, связанного своим входом установки нулевого состояния с входом распределителя импульсов. Кроме того, узел запирания содержит два элемента И, один элемент ИЛИ, подключенный сво им выходом к одному входу элемента совпадения, одним входом - к выходу , . младшего разряда счетчика, а другим через один элемент И - к выходам двух промежуточных разрядов счетчика, связанного выходом старшего разряда с одним входом второго элемента И, другой йход которого соединен с выходом элемента ИЛИ С13. Недостатками известного устройства являются понижение КПД и ухудшение равномерности движения при колебаниях питающего напряжения. Целью изобретения является повышение КПД и равномерности движения при колебаниях питающего напряжения. Поставленная цель достигается тем, что узел запирания содержит релейный элемент, инвертор, два дополнительных элемента И и два дополнительных элемента ИЛИ, выход одного из которых подключен к входу основного элемента ИЛИ, а входы - к выходам дополнительных элементов И, связанных первыми входами с выходом основного элемента И, вторым входом одного дополнительного элемента И с выходом второго дополнительного элемента ИЛИ, подключен ного входами к выходам двух промежуточных разрядов счетчика, а третьим входом этого элемента И - к ыходу релейного элемента, связанного входом с источником питания шагового электродвигателя, причем второй вход другого дололнительного элемента И соединен с выходом инвертора, подключенного входом к выходу релейного эле мента. Такое выполнение устройства управления позволяет при превышении величины напряжения питания определенного уровня уменьшить время подключения шагового электродвигателя к источнику питания, что уменьшает вводимую в электродвигатель энергию при отработке шага и, следовательно, уменьшает колебания скорости вращения ротора и повышает КПД. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства приме-,нител§но к четырехфазному шаговому электродвигателю; на фиг. 2 и 3 - вре менные диаграммы сигналов на элементах узла запирания. Распределитель 1 импульсов связан через элементы 2 совпадения с усилителем 3 мощности, коммутирующим обмот ки шагового электродвигателя k. Между общим входом элементов 2 совпадения и импульсным входом f. распределитеУПр K - - f- -H - ля 1 импульсов включен узел 5 запирания, содержащий генератор 6 импульсов выход которого через элемент И 7 подключен к счетному входу счетчика 8 им пульсов. Входы установки нулевого состояния счетчика 8 подключены к импульсному входу распределителя 1. Нулевой выход старшего разряда п счетчика 8 подключен к входам элементов И 7, 9 и 10, нулевой выход п - 1 разряда подключен к другому входу элемента И 10, а нуле вые выходы промежуточных-п - 2 и п разрядов счетчика подключены к входам элемента ИЛИ 11. Первый вход элемента И 12 подключен к выходу элемента И 11 другой вход - к выходу элемента И 10, и третий вход - к выходу релейного элемента 13, вход которого подключен к источнику питания U.,- шагового I I (И I . электродвигателя ч. Входь элемента И I подключены к выходу элемента И 10 и к выходу инвертора 15, связанного входом с выходом релейного элемента 13. Выходы элементов И 12 и I подключены к входам элемента ИЛИ 16, связанного выходом с входом элемента ИЛИ 17, к другому входу которого подключен единичный выход младшего разряда счетчика, а выход элемента ИЛИ 17 подключен к входу элемента И 9, выход которого является выходом узла запирания и присоединения к элементам 2 совпадения. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии старший п разряд 8 находится в единичном состоянии и на элементы И 7 и 9 поступает сигнал логического нуля. Элементы 7 и 9 при этом закрыты, импульсы с генератора 6 на счетчик 8 через элемент и 7 не проходят и состояние разрядов счетчика 8 не изменяется, а сигнал логического нуля с выхода элемента И 9 закрывает элементы 2 совпадения, усилитель 3 мощности также закрыт, и обмотки шагового электродвигателя 4 обесточены. При поступлении управляющего импульса на входы установки нулевого состояния с.четчика 8 все его разряды сбрасываются в нулевое состояние, а распределитель 1 импульсов переключает каналы в очередности, определяемой сигналом на одной из шин направления движения - Вперед или Назад. Предположим, что напряжение питания и. - двигателя 4 меньше напряжения срабатывания релейного элемента 13. Тогда на его выходе будет сигнал логического нуля, а на выходе инвертора 15 - сигнал логической единицы (Р 13 и U 15 на фиг. 2). При сбросе в нуль разрядов счетчика 8 на входы элементов И 7, 9, Ю и элемента ИЛИ 11 с нулевых выходов п, п - 1, п - 2, п - 3 р} зрядов (или 11, О, Тп-1- О, Vl п-Ъ фиг, 2) поступает сигнал логической единицы. Элемент И 7 открывается, и импульсы с-генератора 6 (fg на фиг. 2) проходят на счетный вход счетчика 8 и начинают его заполнять. Единичный сигнал с выхода элемента И 10 поступает на входы элементов И 12 и . Элемент И12 (И 12 на фиг. 2) будет закрыт, так как на один из его входов поступает сигнал логического нуля с элемента 13- При этом элемент И Н откроется (И 1 на фиг. 2), так как на его входы поступают сигналы логической единицы с выхода элемента И 10 и с выхода инвертора 15. Сигнал логической единицы с выхода элемента И 1k поступает на вход элемента ИЛИ 1б, с выхода элемента ИЛИ 16 - на вход элемента ИЛИ 17 и с выхода элемента ИЛИ 17 на вход элемен та И 9. Таким образом, на обоих входах эле мента И 9 (И 9 на фиг. 2) присутствуют сигналы логической единицы, открывающие его. Элемент И 9 в свою очередь открывает элементы 2 совпадения обеспечивая возбуждение обмоток двигателя , вызывающее отработку очередного шага. Импульсы, поступающие с единичного выхода младшего разряда счетчика 8 (Т - 1 на фиг. 2) с частотой fp/2 на вход элемента ИЛИ 16, не изменяют работы схемы до тех пор, пока п - 1 разряд счетчика 8 не перебросится в единичное состояние (момен времени t на фиг. 2). При этом с нулевого выхода п - 1 разряда счетчика В на вход элемента И 10 поступает сигнал логического нул С выхода элемента И 10 (И 10 на фиг. сигнал логического нуля поступает на вход элемента И , с его выхода - на вход элемента ИЛИ 16, и с выхода последнего - на вход элемента ИЛИ 17. В этом случае выходные сигналы элементо ИЛИ 17 и И 9 будут изменяться так же как и состояние единичного выхода младшего разряда счетчика, закрнвая PI открывая элементы 2 совпадения с частотой fo/ 2 (ИЛИ 16 и ИЛИ 17 на фиг. 2). Этим обеспечивается дополнительная коммутация обмотки двигателя k, что уменьшает энергию, вводимую в конце шага. Такое питание обмотки двигателя продолжается до заполнения старшего разряда (Тр - О на фиг. 2) счетчика 8 после чего элементы 2 совпадения и элементы И 7 и 9 закрываются и обмотки двигателя 4 отключаются от источника питания Uf. При поступлении следующего управляющего импульса счет чик 8 вновь сбрасывается в нуль, элементы 2 совпадения и элементы И 7, 9, 10 и 1 вновь открываются, подключая обмотки двигателя k к источнику питания и,и обеспечивая отработку следующего шага. При увеличении напряжения питания Р,двигателя k больше напряжения сра батывания релейного элемента 13 на ег выходе вырабатывается сигнал логической единицы, а на выходе инвертора 15 - сигнал логического нуля (Р 13 и и 15 на фиг. 3). При сбросе управляющим импульсом в нуль счетчика 8 с нулевых выходов п, п - 1 , п - 2 и п - 3 (Т„ - О, Тп-1- О, Т„.г О, Tf,.3 о 3 фиг. 3) разрядов счетчика 8 на элементы И 7, 9 и 10 и элемент ИЛИ 11 так же, как и в предыдущем случае, поступают сигналы логической единицы. Через открытый элемент И 7 начинается заполнение счетчика 8. Единичный сигнал с выхода элемента И 10 (И 10 на фиг. 3)поступает на входы элементов И 12 и И. В отличие от предыдущего случая элемент И будет закрыт, так как на другой его вход поступает сигнал логического нуля с инвертора 15, а элемент И 12 (И 12, И И на фиг. 3) будет открыт, так как на все три его входа поступают сигналы логической единицы: с элемента ИЛИ 11, с элемента И 10 и с релейного элемента 13 (ИЛИ 11, на фиг. 3), Сигнал логической единицы с выхода элемента И 12 через элементы ИЛИ 16 и ИЛИ 17 проходит на вход элемента И 9. На другой его вход с нулевого выхода п-разряда счетчика 8 также поступает сигнал логической единицы и элемент И 9 (И, 9 на фиг. 3) открывается, открывая и элементы 2 совпадения, обеспечивающие питание шагового двигателя для отработки очередного шага. Состояние схемы не изменяется до тех пор, пока не перебросится в единичное состояние п - 3 разряд счетчика (момент времени фиг. 3). Тогда на вход элемента ИЛИ 11 с нулевого выхода п - 3 разряда счетчика 8 поступит сигнал логического нуля и элемент И 12 закрывается и, значит, на выходе элемента ИЛИ 16 появится сигнал логического нуля. С выхода элемента ИЛИ 16 сигнал логического нуля поступает на вход элемента ИЛИ 17, и состояние элемента, ИЛИ 17 будет изменяться так же, как и состояние единичного выхода младшего разряда счетчика 8, т. е. переключаться с частотой fo/2 (Т-,- 1, ИЛИ 16 и ИЛИ 17 на фиг. 3). С -той же частотой fp/2 будут открываться и закрываться и элементы 2 совпадения, обеспечивая дьполнительную коммутацию обмоток электродвигателя Ц, что уменьшает энергию, вводимую в конце шага. Так же, как и в предыдущем случае, питание от двигателя 4 отключается полностью после того, как старший разряд счетчика (Т, - О на фиг, 3) перебросится в единичное состояние, т. е. элементы 2 совпадения и элементы И 7 и 9 закрьу аются. Состояние схемы фиксируется до поступления следующего управляющего импульса.

Если период следования управляющих импульсов меньше времени заполнения счетчика 8 до старшего разряда, в первом и во втором случаях счетчик 8 сбрасывается в нуль до переключения старшего разряда и питание от двигателя t не отключается.

Время подключения двигателя k к источнику питания без дополнительной коммутации при пониженном напряжении питания (t на фиг. 2) в полтора раза больше, чем (tr на фиг. 3) при повышенном напряжении питания.

Таким образом, при превышении напряжеуия питания определенного уровня, на который настроен релейный элемент, уменьшается время подключения двигателя к источнику питания, что уменьшает вводимую в двигатель энергию шага и, следовательно, уменьшает колебания скорости вращения ротора и повышает КПД.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым электродвигателем по авт. св. М° 61028 отличающееся тем, что, с целью повышения КПД,,и равномерности движения при колебаниях питающего напряжения, узел запирания содержит релейный элемент, инвертор, два дополнительных элемента И и два дополнительных элемента ИЛИ, выход одного из которых подключен к входу основного элемента ИЛИ, а входы - к выходам дополн1 ельных элементов И, связанных первыми входами с выходом основного элемента И, вторым входом одного дополнительного элемента И с выходом второго дополнительного элемента ИЛИ, подключенного входами к выходам двух промежуточных разрядов счетчика, а третьим входом этого элемента И - к выходу релейного элемента, связанного входом с источником питания шагового электродвигателя, причем второй вход .другого дополнительного элемента И соединен с выходом инвертора, подключенного входом к выходу релейного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 610281, кл. Н 02 Р 8/00, 1978.

аг

fcj