Устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага Советский патент 1983 года по МПК H02P8/22 

Изобретение относится к электро.технике, а именно к системам управления с шаговыми двигателями, и может быть использовано в дискретных системах автоматического управления.

Известно устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага, содержащее блок задания программ, коммутатор, несколько сумма торов, счетчиков и триггеров, подключенных к фазным обмоткам шагового двигателя И

Недостатками данных устройств являются сложность и большой объем аппаратуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага, содер:Жащее распределитель импульсов, логические элементы И по числу фаз Д|йИгателя, связанные выходами с входами усилителей мощности, коммутируюадиХ . фазы двигателя, первыми входами с выходами распределителя импульсов, а вторыми входами - с прямым и ии версным выходами блока дробления шага W .

Недостатками известного устройства являются большой объем аппаратуры, обусловленный содержанием большого количества узлов со сложной логической структурой, н низкая tiaдежность, обусловленная опасностью случайного нарушения синфазности потактного функционирования между распределителем импульсов и реверсивным делителем частоты при воздействии помех, что может привести к полному

10 нарушению нормальной работы всего устройства.

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его надежности.

Поставленная цель достигается

15 тем, что в устройстве для управления шаговым двигателем с дроблением шага/ содержащем распределитель импульсов, логические элементы И по числу фаз двигателя, связанные выxoдa ol свхо20ламя усилителей мощности, коммутирующих фазы двигателя, первыми входами - с выходами.распределителя импульсов,- а вторыми входами - с прямым и инверсным выходами блока дррб25 ления шага, последний снабжен реверсивным двоичным счетчиком, логическим элементом ИЛИ, мультиплексором нескольких каналов на один и формирователем единичного адресного кода,

30 вь1ходы которого подключены к адресHbjM входам мультиплексо-.,,, подключенного прямым и инверсным выходами ко ВТОР.ЫМ входам элементов И, а управляющими входами -- к выходам всех разрядов реверсивного счетчика, соединенного выходами переноса и эаема с входами элемента ИЛИ, подключенного своим выходом к тактовому входу распределителя импульсов и входу реверса счетчика. Данное выполнение устройства поз воляет упростить схег«{у за счет использования меньшего количества составных узлов с более простыми логическими структурами и одновременно повысить надежность работы за счет введения жесткой синхронизации между отдельными его составными узлами На чертеже приведена функциональная схема устройства применительно к четырехфазному шаговому двигателю Устройство содержит реверсивный распределитель 1 импульсов, двухвхо.довые логические элементы И 2 по чис лу фаз двигателя, связанные выходами с нходами усилителей 3 мощности, коммутирующих фазы 4 шагового двигателя , а первыми входами - с выходами распределителя 1, блок 5 дробления шага, подключенный прямым и инверсньтм выходами ко вторым входам элементов И 2, взятых через один. Блок Яробления шага включает в себя реверсивный двоичный счетчик б, выходы эаема и переноса которого через логи ческий элемент ИЛИ 7 подключены к его входу автоматического реверсирования и одновременно к тактирующему входу распределителя 1, а входы тактирования, установки в исходное состояние и ручного реверсирования.к соответствующим шинам управления , Уст,О, Реверс, формирователь 8. единичного N-1 канального адресного кода и мультиплексор 9 N+1 канала на один, где N - коэффициент дробления шага. Управляющие входы мультиплексора 9 подключены к выходам всех разрядов двоичного реверсивного счетчика б, первый адресный вход - к шине единичного логического уровня,, N-1 адресных входов к выходам формирователя 8 единичного адресного кода, N+1 адресный вход к шине нулевого логического уровня. Вход формирователя 8 единичного адресного кода подключен к шине TB/ на которую от внешнего г-енератора (не показан) поступают импульсы высокой частоты. Прямой Q и инверсный Q выходы мультиплексора 9 подключены ко вторым входам элементов И, взя тых через один. Устройство работает следующим образом, В первоначальном состоянии на шину Уст,О подается сигнал установки в исходное состояние. При этом реверсивный двоичный счетчик 6 устанав-. ливается в нулевое исходное состояние, а распределитель 1 - в положение, при котором в единичном логическом состоянии находится первая половина его выходов, например, для четырехфазного двигателя - выходы Вых,1 и Вых,2, В соответствии с требуемым направлением .вращения к шине Реверс прикладывается единичный или нулевой уровни потенциалов. При этом в соответствии с первоначальным нулевым кодовым набором на выходах счетчика б и на управляющих входах мультип51ексора 9 выбирается первый адресный вход мультиплексора, подключенный к постоянному единичному уровню. Это приводит к появлению единичного уровня на прямом Q выходе мультиплексора 9, и нулевого на инверсном Q выходе, В результате взаимодействия этих сигналов с единичными сигнашами на выходах Вых.1 и Бых.2 распределителя 1 на выходе элемента И 2 первого канала создается единичный уровень. Усилитель 3 мощности первой фазы 4 двигателя обеспечивает при этом протекание в ней номинального тока 1м , , В течение всего периода функционирования устройства на N-1-выходах фор /1крователя 8 непрерывно вырабатываются высококачественные прямоугольные сигналы с одинаковым периодом, но с различной дискретной скважностью. Это осуществляется благодаря поочередному (в такт поступления высокочастотных импульсов на шину формированию на его выходе наборов единичного. кода, представленных, например, для случая в таблице. Коды на выходах формирования Так, при коэффициенте дробления шага N на его первом выходе вырабаты Баются периодические сигналы со скважа на последующих его выностьюходах - сигналы со-скважностями тгN.. N. ТП7 При .поступлении на шину Тщ, первоготактирующего импульса низко частоты в счетчике б записывается единица и, в соответствии с этим, выбирается второй .вход Вх.2 мультиплексора 9. При этом периодически высокочастотные сигналы с первого выхода формирователя 8 со скважност jj поступают на прямой выход муль типлексора 9 и со скважностью N ,на его инверсный выход. Эти сигналы :проходя через элементы И 2 к усилителям 3 мощности, создают токи вели IH - В первой фазе и -t - во второй фазе. Во втором такте поступления им.пульса на шину Тщ,. в счетчике б .записывается цифра два и, в соответ 1С5ТВИИ с этим, выбирается третий вхо Вх.З мультиплекстора 9. При- этом периодические высокочастотные сигна лы со второго выхода формирователя со скважностью поступают, на прямой выход Q мультиплексора 9 и со скважностью - на его инверсны выход Q. Эти сигналы создают ток ве Ы - 95 личиной -я . I f, В первой . тг во второй фазе. В последующих тактах поступления импульсов на шину Тц,, происходит дальнейший пересчет импульсов в сче чике б и поочередная выборка последующих входов Вх..N мультиплексора 9. В соответствии с этим от формирователя 8 на прямой выход мультиплексора 9 поочередно выдаютс Ы N сигналы со скважностью тггт ггг1 « N, а на его инверсный выход Q N-Я N-4 сигналы со скважностями -тт, ТТ ° приводит к ступенчатому уменьшению тока -- I , тг первой фазе 1м , ij- I , и его увеличению ст . N-2, N-1 н - во второй IT Н 1Г фазе. В последнем N-OM такте этого полуцикла функционирования устройства на выходе счетчика б формирует- ся максимальный код, эквивалентный его коэффициенту пересчета. При этом выбирается последний ()-й вход мультиплексора 9, в результате которого на его прямом Q и инверсном Q вых:одах возникают соответственно нулевой и единичный уровни. Одновременно с этим на выходе переноса счетчика 6 формируется единичный сигнал, который через логический элемент ИЛИ 7 поступает на тактовый вход распределителя 1 и изменяет его состояние. Начиная с этого момента, единичные уровни подаются на Вых.2 и Вых.З распределителя 1. Одновременно по цепи обратной связи через элемент ИЛИ 7 на вход автоматического реверсирования счетчика б поступает единичный сигнал, изменяющий первоначальное направление пересчета. Этим завершается первый полуцикл функционирования устройства, при котором тактов поступления импульсов нашину Тцу,)( первых двух фазах 4 двигателя осуществляется линейное N-ступенчатое изменение .тока (уменьшение в первой фазе и одновременное увеличение во второй фазе). Ступенчатое изменение тока в смежных фазах двигателя приводит к ступенча- тому повороту суммарного вектора электромагнитного момента и, соответственно, ротора. В результате ротор отрабаФьшает N дробных шагов, .величиной -|р , где cijj- величина основного шага. Второй полуцикл функционирования устройства аналогичен рассмотренному с той лишь разницей, что счетчик б работает в режиме обратного порядка пересчета (на вычитание) и в соответствии с этим выборка адресных входов мультиплексора 9 происходит также в обратном.порядке. Это приводит к линейно-ступенчатому уменьшению тока во второй фазе и его линейно-ступенчатому увеличению в третьей фазе В такт обнуления счетчика 6 на его выходе заем вырабатывается импульс, который по цепи обратной связи автоматически меняет его направление пересчета и переключает распределитель 1 в другое состояние. Последуклдае циклы работы устройства происходят аналогично описанному первому циклу. : Реверсирование предлагаемого устройства осуществляется путем измене-: ния ранее приложенного на шине Реверс логического потенциала на обратное. При этом изменяются на .обратные описанные вьаае процессы изменения-кодов переклшченир в распределителе 1, с.четчике б и мультиплексоре 9

Частота формирования высокочастотных на выходах мультиплексора 9 выбирается, исходя извеличины электромагнитной постоянной времени двигателя, чтобы обеспечить допустимые пульсации тока при осуществляемой широтно-импульсной модуляции фазных напряжений.

Коэффициент пересчета счетчика 6. выбирается в соответствии с заданным коэффициентом дробления шага N по формуле К N + I, а его разрядность - по форйуле п

.

В соответствии с этим чисво управляющих входов мультиплексора 9 выбирается равным п, число его адресных входов - равным N+1, а число выходов формирователя кода 8 - равным .Nri. .

Формула изобретения

Уртройс во для управления шаговым двигателем с дроблением шага, содержащее распределитель импульсов, логические элементы И по числу фаз двигателя, связанные выходами с входа ми усилителей мощности, коммутиру: ощих фазы двигателя, первыми входами - с выходами распределителя импульсов, а вторыми входами - с прямым и инверсным выходами блока дробления шага, отЯичающеес-я тем, что, с целью упрощения и повышения надёжности, блок дробления шага снабжен реверсивным двоичным счетчиком, логическим элементом ИЛИ, мультиплексором нескольких каналов на

один и формирователем единичн(эго адресного кода, выходы которого подключены к адресным входам мультиплексора , подключенного прямым и инверсным выходами к Ьторым входам элементов И, а управляющими входами - к выходам всех разрядов реверсивного счетчика, соединенного выходами переноса и заема с входами элемента ИЛИ,

подключенного своим выходом к-тактовому входу распределителя импульсов и входу реверса счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 601666, кл. G 05 В 19/40, 1978. . 2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2956970/29-07, кл. Н 02 Р 8/00, 198D.