Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1983 года по МПК H02P8/12 

(З) УСТРОЙСТВО ДЛЯ: УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления с шаговыми двигателями.

По основному авт. св. № известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов, источники питания постоянного тока высокого и низкого уровней, функциональный преоб-разователь , выполненный в виде расширителя импульсов,с длительностью импульса, зависящей от частоты входных импульсов, вход которого соединен с входами распределителя импульсов, и многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого включает основной ключевой элемент, соединенный своим входом с выходом распределителя импульсов, вспомогательный ключевой элемент и разделитель ные диоды. В каждый канал усилителя мощности введен логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый вход

которого соединен с выходом распределиteля импульсов, второй - с выходом расширителя импульсов, а выход с входом вспомогательного ключевого элемента Г 11.

. Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон рабочих частот.

Цель изобретения - расширение

Q. диапазона рабочих частот.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве расширитель . импульсов содержит генератор, делитель частоты, шесть эленентов И ,

,5 три элемента ИЛИ,два счетчика импульсов и счетный триггер, связанный входом с выходами распределителя, прямой выход которого соединен с первыми входами пеовогр,

20 четвертого и шестого элементов И, инверсный выход - с первыми входами второго., третьего и пятого элементов И, выход генератора соединен с входом делителя частоты и вторыми входами второго и четвертого ментов И, выход делителя частоты связан с вторыми входами первого и третьего элементов И, выходы первого и второго элементов И связаны с входами первого элемента ИЛИ, а его выход - с входом первого счетчика импульсов, выходы третьего и четвертого элементов И подключены к входам второго элемента ИЛИ, а его выход - к входу второго счетчика импульсов,выход первого счетчика соединен с вторым входом пятого элемента И, выход второго счетчика - с /вторым входом шестого элемента И, ВЫХОДЫ пятого и шестого элементов И связаны с входами третьего элемента ИЛИ, подключенного выходом к вто- рым входам элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ На чертеже приведена функциональная схема устройства. Устройство содержит источник 1 пов шенного напряжения, основной источни 2 питания, распределитель 3 импульсо разделительные диоды k, основные клю чевые элементы 5, вспомогательные кл чевые элементы 6, логические элемен ты ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7, элемент ИЛИ 8 расширитель импульсов с длительность импульса, зависящей от частоты, COCT ящий из генератора 9 делителя 10 частоты, счетного триггера 11, элеме 12-17. элементов ИЛИ 18-20 и тов И 21 и 22. двух счетчиков 2 и Устройство работает следующим образом. , Расширитель импульсов преобразует значение периода управляющих импульсов в длительность форсировочного им пульса, причем чем меньше период управляющих импульсов, тем больше длительность форсировочного импульса. При частотах управляющих импульсов меньших некоторой частоты f,. длитель ность Форсировочного импульса равна нулю, а при частотах управляющих импульсов выше некоторой частоты f длительность форсировочного импульса равна периоду управляющих импульсов. Если частота управляющих импульсов меньше f,, ,то при поступлении разрешающего сигнала с выхода распределителя 3 включается основной ключевой элемент 5, и ток от источника 2 питания протекает через обмотку двигателя. При этом на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7 формируется запрещающий сигнал, так как длительность форсировочного импульса равна нулю и вспомогательный ключевой элемент 6 выключается. Таким образом, в этом случае ток в обмотке нарастает плавно под действием основного низковольтного источника 2. При пропадании разрешающего : сигнала с выхода распределителя 3 импульсов ключевой элемент 5 .выключается, а на выходе логического элемента 7 формируется разрешающий сигнал, включающий ключевой элемент 6. При этом ток в обмотке медленно; спадает, так как- величина активного сопротивления в цепи разряда обмотки двигателя весьма мала. Таким образом, при f., fn процессы нарастания и спадания тока в обмотках двигателя относительно, медленные , что обусловливает Главное движение его ротора. . При частоте управляющих импульсов .fи порядок работы ключевого элемента 5 остается без изменений, а ключевой элемент 6 под действ.ием выходного сигнала логического элемента 7 при включенном ключевом элементе 5 включается на время равное длительности форсировочного импульса с приходом каждого управляющего импульса,а при выключенном ключевом элементе 5 . выключается на тоже время.При этом ток в обмотке, двигателя при ее включении .ступенчато нарастает,а при выключении ступенчато спадает. Количество и значения ступеней тока определяются числом фаз двигателя и тактов коммутации. При этом если число тактов коммутации относительно велико, что имеет место для современных высокочастотных шаговых двигателей, то форма тока в обмотках приближается к пилообразной, что способствует плавному движению ротора двигателя. При частоте управляющих импульсов f,fg ключевой элемент 6 включается и выключается синхронно с ключевым элементом 5, при этом обеспечивается максимальное форсирование переходных процессов в обмотках двигателя. Расширитель импульсов работает следующим образом. Управляющие импульсы поступают через элемент В на счетный вход триггера 11. Пусть в .некоторый момент времени разрешающий сигнал присутствует на прямом выходе счетного триггера 11. Тогда к входу счетчика 21 через элементы 12 и 18 подключается выход делителя 10 частоты и счетчик 21 начинает пядсчет импульсов частоты fд, поступающей с выход делитедяЛО. После прихода следующе управляющего импульса счетный триггер переключается, прохождение импу сов частоты f. на вход счетчика 21 запрещается и разрешается прохождение импульсов частоты генератора 9 fir-v При этом выход счетчика 21 через элементы 16 и 20 подключается входам элементов 7. Длительность выходного импульса Т равна времени заполнения счетчика частотой f. и определяется выражением т 1- и IA. где NCI,- емкость счетчика. В этом такте счетчик 22 заполняется импульсами частоты f В сле22 менядующем такте счетчики 21 и ются ролями. Таким образом, в каждо (Такте рдин из счетчиков служит для измерения периода управляющих импульсов, а другой - для формирова ния импульса форсировки. Длительность форсирующего импульса при это определяется периодом управляющих импульсов в предыдущем такте. Счетч ки устанавливаются в нулевое состоя ние после окончания формирования фо сирующего импульса (цепи сброса не показаны). Максимальное значение т ка в обмотке двигателя при этом приближенно определяется выражением (для симметричной коммутации) I JKiMnvyn i ацпKIу . И n .., .ч.)(., ,Л ) V- 2 3„| - СКф-1) иф--), - постоянная времени обмотки .ШД;.. . Э К - -коэффициент форсирования; ЗА- достижимый ток ПрИ ПОДКЛЮ чении источника 2 питания; 3ц- номинальный ток; п - число тактов коммутации. Для поддержания ) const необходимо выполнить условие l() 1. Для Тф .0 при €н Для .при trfQ т;-ЧПриведенные выражения позволяют выбрать параметры расширителя импульсов (частоты fj. и f, емкость счетчика NQ) для конкретного случая. Таким образом, степень форсирования нарастания и спада тока в обмотках двигателя зависит от текущего значения частоты управляющих импульсов, что обеспечивает плавность /: вижения ротора в широком диапазоне частот с сохранением высоких динамических .характеристик. Формула изобретения Устройство для управления шаговым двигателем по авт. св. № , : отличающееся тем, целью расширения диапазона рабочих частот, расширитель импульсов содер-, жит генератор, делитель частоты, шесть элементов И, три элемента ИЛИ, два счетчика импульсов и счетный триггер, связанный входом с выходами. , распределителя, прямой выход которого соединен с первыми входами пеового, четвертого и шестого элементов И, инверсный выход - с первыми входами второго, третьего и пятого элементов И, выход генератора соединен с входом делителя частоты и вторыми входами второго и четвертого элементов И, выход делителя частоты связан с вторыми входами первого и третьего элементов И, выходы первого и второго элементов И связаны с входами первого элемента ИЛИ, а его выход - со входом первого счетчика импульсов, выходы третьего и четвертого элементов И подключены ко входам второго элемента ИЛИ, а его выход - ко входу второго счетчика импульсов, выход первого счетчика соединен со вторым входом пятого элемента И, выод второго счетчика - со вторым входом шестого элемента И, выходы пятого и шестого элементов И связаны со входами третьего элемента , подключенного выходом к вторым ходам элементов ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР }f , кл. Н 02 Р Э/00, 1979.