Устройство для программного управления шаговым двигателем

 

СОКИ COBEYCHHX

СОЦИАЛИСТРМЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) G 05 в 19/4о

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАЮ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) .3323636/18-24 (22) 14.08.81 (46) 15.04.83. Бюл. и .14 (72) В.В. Казьмин и П.Я. Комарченко (53) 62-503.55(о88.8) (56) 1..Авторское свидетельство СССР я 798731, кл. G 05 в 19/40, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

;H 734619,,кл. О 05 В: 19/40, 1980..

3. Авторское свидетельство СССР

N 491121, кл. G 05 3 19/40, 1975 (прототип).

:(54)(57) f. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАМ"МНОГО УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее блок задания программы, первым и вторым выходами соединенный соответственно с первым и. вторым вхо дами распределителя импульсов, выходы которого соединены с первыми входами каналов управления, каждый изкоторых содержит последовательно соединенные стабилизатор тока, усилитель мощности, выходом подключенный к соответствующей фазной обмотке шагового двигателя, о т л и ч а ющ е е е я тем,. что, с целью расширения функциональных возможностей, в каждый из каналов управления введен датчик тока обмоток шагового дви" гателя, включенный .последовательно с обмоткой двигателя, сигнальный выход каждого из датчиков тока связан с вторым входом соответствующе го стабилизатора тока, .третий вход

;которого соединен с вторым выходом..Я0.„10122 07,. A блока задания программы, входами ,соединенного с вторыми выходами каж- дого из стабилизаторов тока, третий выход стабилизатора тока соединен с вторым входом усилителя мощности-, выходы блока задания программы с тре" тьего по шестой соединены соответственно с третьим, четвертым, пятым и шестым входами распределителя, а последние ш выходов блока задания программы соедйнены с остальными m входами распределителя.

2. Устройство по ri. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, стабили" . затор тока- каждого канала содержит первый пороговый элемент, выходом . g соединенный с первым входом первого элемента И-НЕ, выходом соединенно" . ro с первым выходом стабилизатора тока, и последовательно соединенные второй пороговый элемент, триггер, второй элемент И-НЕ, элемент ИЛИ-НЕ, выходом соединенный с вторым выходом стабилизатора тока, а вторым 4иа входом - с выходом первого элемента

И-НЕ, третий выход стабилизатора то- (© ка соединен с выходом второго эле- фф мента И-НЕ, вторым входом соединенного с вторым входом первого элемента.И НЕ и с первым входом стабилиэа ; тора тока, входы первого и второго пороговых элементов объединены и соединены с вторым входом. стабилизатора тока, третий вход которого соединен с R-входом триггера.

1 10

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и пред" назначено для. использования в авто" матизированных системах управления технологическими процессами от yn" равляющих вычислительных машин.

Известны многоканальные устрсйст" ва для программного управления шаговыми двигателями, содержащие вычислитель, коммутатор, логические .вентили, счетчики, регистры, генератор импульсов, блоки сравнения, памяти и адресные блоки, усилители мощности шаговых двигателей (1) и Г2». Применение в этих устройствах непрерывного ввода состояния фаз в вычислитель по включении усилителя мощности показывает статическое состояние фазы, т.е. включена она или выключена, но не дает представления о динамическом ее состоянии, т.е. о времени нарастания или убывания тока в фазе, . в устройстве $2) при использовании регистров в качест" ве коммутатора нельзя осуществлять йесимметричную коммутацию фаэ при переменном числе тактов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст« ройство для программного управления шаговым двигателем, содержащее блок задания программы, первым и вторым выходами соединенный соответственно с первым и вторым входами распределителя импульсов, выходы которого соединены с первыми входами каналов управления, каждый иэ кЬторых содер жит последовательно соединенные стабилизатор тока, усилитель мощности, выходом подключенный к соответ" ствующей фазной обмотке шагового двигателя (.3».

Недостатком из вест но го устрой ст ва является то; что в нем учитывается динамическое изменение тока в фазе в процессе отработки импульсов шаговым двигателем, но отсутствует воз" можность работы в режиме непрерывного слежения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения режима непрерывного слежения за динамическим состоянием тока.в фазе и программного задания числа тактов в 11-фаэных"ааговых двигателях с симметричной и несимметричной системами коммутаций.

12207

Поставленная цель достигается тем, что в устройство в каждый из каналов управления введен датчик тока обмоток шагового двигателя, включен-

5 ный последовательно с обмоткой двигателя, сигнальный выход, каждого из датчиков тока связан с вторым входом соответствующего стабилизатора тока, третий вход которого соединен с "

10 вторым выходом блока задания програм" мы, входами соединенного с вторыми выходами каждого:из стабилизаторов тока, третий выход стабилизатора то".ка соединен с вторым входом усилите15 ля,мощности, выходы блока задания программы с третьего по рестой сое динены соответственно с третьим, чет. вертым, пятым и шестым входами распределителя, а последние m выходов

20 блока задания программы соединены . с остальными ш входами распредели" теля.

Стабилизатор тока каждого канала содержит. первый пороговый элемент, выходом соединений с первым входом

nepaoro элемнета И-НЕ, выхбдом соединенного с первым выходом стабилизатора тока, и последовательно соединенные второй пороговый элемент, 30 триГгер,,второй элемент И-НЕ, элемент. ИЛИ-НЕ, выходом соединенный с вторым выходом стабилизатора..тока, а вторым входом " с выходом. первого элемента И-НЕ, третий выход стабилизатора тока соединен с выходом вто5. рого, элемента И-НЕ, вторым входом соединенного с вторым входом первого элемента И-НЕ и с первым входом стабилизатора тока, входы первого и второго пороговых элементов объединены и соединены с вторым входом ста-. билизатора тока, третий вход которого соединен с Н-входом триггера.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг. 2 и 3временные диаграммы стабилизатора тока.

50 устройство содержит блок 1 задания программы, распределитель 2 импульсов, N стабилизаторов 3 тока (СТ), Н блоков ..усилителей 4 мощности, обмотки 5 шагового двигателя, 55 датчикй 6 тока обмоток шаговрго .дви гателя. Распределитель импульсов со" держит счетчик 7, .постоянное эапо" минающее устройство (ПЗУ) 8, форми рователь 9.

07 4

ro элемента 11; к - единичный уровень напряжения NU с выхода распределителя 2 импульсов; л - единичный уровень напряжения на входе R RSтриггера 1?; м - изменение напряжения NU6 на датчике 6 N тока.

Для работы с N-фазным шаговым двигателем по И-тактной симметричной или несимметричной коммутации обеспе"" чивают требуемый режим распределителя 2, для чего по установочным вхо- дам распределителя 2 блока 1 задают

М-тактов в двоичном коде, по входу выборки также в двоичном коде задают

И фаз при И-тактной как симметричной, так и несимметричной системе коммутаций.

С подачей напряжения питания на устройство по сбросовому выходу из блока 1 поступает сигнал, сбрасы-. вающи " в ноль счетчик 7 а распределителе 2 и RS-триггеры 12. Нулевой комбинации на выходе счетчика 7 соответствует единичное состояние напервом выходе распределителя 2. В зависимости от выбранной коммутации,. фаз возможно единичное состояние и на других выходах распределителя 2.

Единичный уровень по первому входу СТ3 поступает на вторые входы элементов И-НЕ 14 и 15. С пороговых элементов 1О и 11.поступают единичные уровни, на выходах элементов

И-НЕ 14-и 15 формируются нулевые уровни, которые включают по первому и второму входам оба ключа в блоке усилителей 4 мощности.

Через обмотку 5 шагового двигателя начинает протекать ток.

Два нулевых уровня на входе эле-.

t мента ИЛИ-НЕ 13 формируют на его, выходе единичный уровень., который по второму выходу CT 3 передается на первый вход в блок 1 и сигнализирует о моменте включения фазы.

Как только в обмотке 5 шагового двигателя ток достигает требуемого значения, с датчика б тока снимается сигнал, включающий первый пороговый . элемент 10, на выходе которого пояа ляется нулевой уровень, при этом единичным уровнем по первому входу закрывается первый ключ блока усили". телей 4 мощности, ЭДС самоиндукции разряжается через второй ключ и на датчике 6 тока сигнал убывает до значения, при .котором отключается hep- . вое пороговое устройство 10 и на его . выходе появляется вновь единичный

3 10122

СТ 3 содержит первый пороговый элемент 10, второй пороговый элемент

11, RS-триггер 12, элемент ИЛИ-HE 13, первый элемент И-НЕ l4, второй элемент И-HE 15.

Блок 1 задания программы представляет собой микро-ЭВИ, например

"Электроника 60И".

Усилитель 4 мощности содержит управляемые по первому и второму вхо- 1а дам первый и второй электронные ключи, включенные последовательно с обмоткой шагового двигателя.

Первый выход блока 1 задания программы соединен с частотным (+1) - 1 входом счетчика 7, второй выход блока 1 соединен со сбросовым входом счетчика 7. Выходы блока 1 соединены с третьего по,шестой установочными входами счетчика 7. 20

Последние ш выходов блока 1 соединены с m входами распределителя 2 и являются входами выборки этого распределителя.

Число входов выборки распределителя 2 определяется по формуле ш =. 1од20, где Й - число фаз шагового двигателя.

Один из входов выборки распределителя 2 служит для осуществления реверса шагового двигателя, при этом в ПЗУ S происходит выборка комбинаций, соответствующая реверсивному включению фаз.

Устройство работает следующим образом.

Режим фиксированной стоянки.

На фиг. 2 показаны временные диа" граммы стабилизатора 3 N тока в режиме фиксированной стоянки при включенIt

40 нои N обмотке шагового двигателя, где а " изменение тока NI 5 для обмотки 5 N управления шагового двигателя. в режиме фиксированной стоянки; б - изменение напряжения NU на вы- -. ходе первого ключа усилителя 4 N;

4 . м ,в - напряжение Б06 на входе второго ключа усилителя 4 N; r - изменение напряжения БУ. на выходе первого элемента И"НЕ 14;.д - нулевой уровень напряжения NU< на выходе

М второго элемента И-НЕ 15; е " изменение напряжения NU на выходе элемента ИЛИ-НЕ 13; ж - единичный уровень

NU на.инверсном выходе RS-триггера

12; з - изменение напряжения NU на выходе.первого порогового элемента 10 и " единичный уровень напряжения NU на выходе второго порогоаоS 10122 уровень, включающий по первому входу первый ключ в блоке усилителей 4 мощности. Тамии образом, с помощью первого ключа подключается обмотка 5 шагового двигателя с такой частотой, чтобы среднее значение.тока в фазе сохранилось постоянным. При этом с второго выхода СТЗ в блок l . поступает длинная посылка импульсов с частотой включения фазы шагового 1© двигателя, характерной для данного типа двигателя в зависимости от его физических параметров.

Режим движения шагового двигателя.

На фиг. 3 показаны временные диа- is граммы СТЗ в режимах начала движения, аварийной ситуации и сброса в исходное состояние схемы после устранения аварийной ситуации. Для выполнения отработки. заданных щ блоком 1 шагов по частотному входу распределителя 2 поступает элементарный импульс на счетчик 7. На выходе счетчика 7 изменяется код, которому соответствует выходной код из 25

ПЗУ 8, включаются по заданной комму- .

° тации следующие фазы и начинается . движение шагового двигателя. С вто. рого выхода СТЗ в блок 1 поступает короткая посылка функциональных им- эв пульсов,, по которым судят о начале движения шагового двигателя. Блок. 1 анализирует динамическое состояние тока в фазе по функциональной посылке импульсов и осуществляет в реальном масштабе:времени разгон и движе.ние.

Торможение шагового двигателя осуществляется перед окончанием отработки заданных шагов, При превышении током в обмотке 5 шагового двигателя допустимой вели" чины в .момент аварийной ситуации срабатывает второе пороговое устрой ство 11, устанавливает BS"триггер

12 в единичное состояние, запирает .второй элемент И"НЕ 15, отключает

07 4 по третьему входу блока усилителей

4 второй ключ и нулевой уровень с выхода элемента ИЛИ-НЕ 13 сигнализирует по второму выходу СТ3 в блок 1 об аварийной ситуации. Для возвращения в исходное состояние необходимо по сбросовому .выходу блока 1 подать управляющий сигнал.

По поступлении в блок 1 сигналов о состоянии фаэ.этот блок анализирует порядок их включения и в случае сбоя выдает команду на останов, т.е. на прекращение подачи функциональных импульсов по частотному выход„».

Формирователь в распределителе 2 служит для формирования короткого импульса загрузкю.счетчика 7 при перепаде уровня на выходе формирователя иэ нуля в единицу, что исключает появление двух комбинаций в счетчике 7 при поступлении последнего счетного импульса, до которого организо-. ван его пересчет.

Конкретное выполнение распределителя осуществлено на счетчике серии 176 ИЕ2 и постоянном запоминающем устройстве 567 РЕ1 с емкостью памяти 4096 бит что обеспечивает любую коммутацию шаговых двигателей числом фаз N до 8 и числом тактов.й до 16.

Использование устройства в режиме непрерывного слежения за статическим и динамическим состоянием фаз позволяет программно осуществлять разгон, движение и торможение шагового двигателя. Применение программно" го изменения по установочным входам числа тактов И и по входу выборки распределителя числа фаэ N и реверса шагового двигателя позволяет в широких пределах использовать предла.гаемое устройство.

Изобретение дает возможность большинство логических операций выполнять блоком задания программы, что намного упрощает схему устройства.

1012207

1012207

) 012207

©в

mt2

2 Тираж 72 одписное

8НИИПИ Государственного. комитета СССР .. по делам изобретений и открытий

> 13035 Иосква <-35 Раушская наб. . 4/5 аказ иал атент, r. жгород, ул, роектная, .: Составитель. А.. Андерс .

Ре актор Л. Алексеенко Техоед C. Мигунова Корректор А. Тяско