Устройство для управления шаговым двигателем

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3 (51) .Н 02 Р 8/00 .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

f

J

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3328210/24-07 (22) 14,08,81 (46) 23.04.83. Бюл. И 15 (72) Б,Н.Шпикалов и О,К.Капитонов (53) 621 ° 313.13-133.3т525(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР и 260295, кл..Н 02 P 8/00, l969.

2. Авторское свидетельство СССР

Й 340051, кл, H 02 P 8/00, 1970..

3, Авторское свидетельство СССР

Н 368707,

ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее распределитель импульсов, ключ, ревер; сивный счетчик, схему сравнения и генератор импульсов, выход которого соединен с сигнальнйм входом ключа, о т л и чающее с я тем, что, с целью повйшения быстродействия двигателя-, введены программное устройство, делитель частоты, элемент

И, коммутатор, счетчик, логический компаратор, элементы памяти и делитеяь-синхронизатор, первый вход которого соединен с первым выходом счетчика, подключенным к первому входу коммутатора и к управляющему входу ключа, связанного выходом с вторым входом делителя-синхронизатора, подключенного первым выходом к первому входу элемента памяти, вторым выходом - к первому входу элемента И, третьим выходом - к первому входу делителя частоты, сое» диненного вторым входом с четвертым выходом делителя-синхронизатора и первым входом программного устройства, связанного вторым входом с выходом коммутатора, первым выходом - с первым входом схемы сравнения, а вторым выходом -. с третьим входом делителя частоты, подключенного своим выходом к входу распределителя импульсов, первому входу реверсивного счетчика и первому входу счетчика, соединенного вторым выходом с первым входом логическоl.o компаратора, вторым входом - с С„ выходом реверсивного счетчика и вторым входом элемента Ц, подключен- 5 ного выходом к второму входу схемы ® сравнения, соединенной выходом с (1 вторым входом коммутатора, связанно- в еь го третьим входом с вторым входом . «ф1« реверсивного счетчика, выходом логического компаратора и вторым входом элемента памяти, подключенного выхо" дом к третьему входу элемента И.

101<<119

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению шаговым двигателем.

Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее мульти вибратор, коммутатор, пусковое устройство, соединенное с элементами задержки выходы которых связаны с коммутатором < 1 j.

Недостатком этого устройства явля" 10 ется то, что оно не обеспечивает торможение шагового двигателя с максимальной частоты, достигнутой а режи" ме paarона, Известно также устройство для уп- 15 рааления шаговым двигателем, содержащее тактовый генератор, управляемый ключ, счетчик, делитель, элемент задержки и распределитель.

Устройство предназначено для уве- 20 личения быстродействия шагового двигателя, что обеспечивается подачей на распределитель второго импупьса с частотой, меньшей, чем частота входных импульсоа, причем следующие по- 25 сле второго импульсы серии поступают на распределитель с собственной частотой, (ром"-. того, а устройстве осуществляется, держка последнего импуль 3:".:="рии (л ", 30

Однако а этом устройстве неаозмо . жен раа<-îè шагового двигателя до максималь",eé :,астоты без потери инвормации <,пропуска имгульсов отработки), Наибопез близким по технической

35 сущнаст - к предлагаемому является устройство для управления шаговым даи.-ателен, содержащее распределитель импульсов, ключ, реверсианый с летчик схему сравнения и генератор им"

". Ф

40 пульсов, выход которого соединен с сигна: ьным входом ключа,, Это устройство обеспечивает ппавное увеличение частоты шагового привода при разгоне и уменьшение часто45 ты при торможении со скоростью . ограничкааемсй характеристиками шагового двигателя и нагрузки, а в установившем я режиме - релейное слежеwe за <астотой управляющих импульсов 13 j, Однако для достижения максимальной частоты за минимальное время эа счет изменения частоты управляющих импульсов а переходных режимах (раэгон":орможение) требуется реализация оптимального закона управления ре1«имом работы привода, при этом изменение частоты управляющих импульсов может производиться либо плавно, либо скачками, Недостатком известного устройства является невозможность реализации оптимального закона управления режимом работы привода в переходных режимах, например, скачкообразного изменения частоты с отработкой заданного количества импульсов на каждом приращении (уменьшении) частоты, что приводит к, снижению быстродействия.

Целью изобретения является повышение быстродействия шагового двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее распре- . делитель импульсов, ключ, реверсивный счетчик, схему сравнения и ге" нератор импульсов, выход которого соединен с GMгнальным входом ключа,, введены программное устройство, делитель частоты, элемент И, коммутатор, счетчик, логический компаратор, элемент памяти и делитель-синхронизатор, первый вход которого соединен с первым выходом счетчика, подключенным к первому входу коммутатора и к управляющему входу ключа, -.âëaaHHoão выходом с вторым входом делителя"синхронизатора, подключенного первым выходом к первому входу элемента памяти, вторым выходом - к первому входу элемента И, третьим выходом — к первому входу делителя частоты, соединенного вторым входом с четвертым выходом делителясинхронизатора и первым входом программного устройства, связанного вторым входом с выходом коммутатора, первым выходом - с первым входом схемы сравнения, вторым выходомс третьим входом делителя частоты, подключенного своим выходом к входу распределителя импульсов, первому входу реверсивного счетчика .и первому входу счетчика, соединенного вторым выходом с первым входом логического компаратора, вторым входом — с выходом реверсивного счетчика и вторым входом элемента И, подключенного выходом к второму вхо.ду схемы сравнения, соединенной выходом с вторым входом коммутатора, связанного третьим входом с вторым входом реверсивного счетчика, выходом логического компаратора и вторым входом элемента памяти, подключенного выходом к третьему входу элемента И, 3 1

Такое выполнение устройства позво ляет реализовать любой закон изменения частоты работы шагового двигателя в переходных режимах (плавное изменение и. скачкообразное изменение с отработкой заданного количества управляющих импульсов на каждом приращении частоты).

Благодаря этому устройство способно работать по оптимальному закону изменения частоты (для каждо-го конкретного привода) в переходных режимах, обеспечивая максималь-ное быстродействие.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для управления шаговым двигателем в однолинейном изображении.

Устройство содержит программное устройство 1 с входом 2 записи, реверсивный счетчик 3, делитель 4 ча.стоты, счетчик 5 с управляющим входом б, ключ 7, делитель-синхронизатор 8, коммутатор 9, генератор 10импульсов, распределитель импульсов

11, логический компаратор 12, элемент памяти .1)., схему сравнения 14, элемент И 15 {для каждого разряда реверсивного счетчика), Устройство работает следующим образом.

В программное устройство 1 по входу 2 записывается оптимальная для конкретного шагового привода программа переходных режимов (разгонторможение), состоящая из констант.

{e двоичном коде) приращения частоты и конагант (в двоичном коде) количества импульсов управления, необходимых для отработки на каждом прира" щении {уменьшении) частоты.

Программное устройство 1 может состоять, например, из запоминающего устройства 16 констант числа импульсов, запоминающего устройства 17 кон" стант частоты, мультиплексоров 18 и

19 и выходного регистра 20, Обьем запоминающих устройств 16 и 17 зависит от реализуемого в программе закона.

В исходном состоянии схемы реверсивный счетчик 3, делитель 4 частоты и счетчик 5 находятся в обнуленном состоянии. Нулевое состояние счетчика 5, предназначенного для приема и отработки заданной уставки (числа импульсов управления), через вход. 6 запирает. ключ 7 и обнуляет делительсинхрониэатор 8. Исходное состояние коммутатора 9 соответствует выборке

014119 4 констант частоты и количества импульсов по первому адресу- запоминающих устройств 17 и 16 программного устройства 1. При .записи уставки в счет" чик 5 (состояние счетчика отлично от нуля) ключ 7 открывается и постоянная частота генератора импульсов 10 поступает на вход двухразрядного делителя-синхронизатора 8, второй синхtO ронизирующий импульс которого осуществляет запись кода, соответству" ющего первому значению частота работы двигателя и содержащегося попервому адресу запоминающего, устройства и 17, в делитель частоты 4 и кода, соответствующего числу импульсов отработки на этой частоте и содержащегося по первому адресу запоминающего устройства 16, в выходной регистр

2в 20, Импульсы переполнения с делителя-синхронизатора 8 являются входными для делителя частоты 4. Импульсы переполнения с делителя частоты 4 следуют с заданной частотой f < f (где

1 AP

2э f„частота приемистости шагового двйгателя) и поступают на распределитель импульсов 11 для формирования диаграммы работы шагового двигателя и дальнейшего усиления импульсов по

Зв мощности. Одновременно импульсы с выхода делителя 4 поступают на входы

: реверсивного счетчика 3 и счетчика

5.. Логический компаратор 12 сравнивает коды реверсивного счетчика 3 и счетчика 5. Сигнал на выходе логи»

3$ ческого компаратора 12 появляется при m(п (где в - соответствует коду счетчика 5, а и - коду ревер,.сивного счетчика 3), Счетчик 5 ра40 ботает только на вычитание. При наличии уставки в счетчике 5 на выходе логического компаратора 12 сигнал отсутствует, что соответствует работе реверсивного счетчика 3 на

45 сложение. В исходном состоянии элемент памяти 13 находится в нулевом состоянии и переводится в единичное состояние третьим еинхроимпульсом делителя-синхронизатора 8. После отработки заданного количества им50 пульсов на частоте f срабатывает схема сравнения 14 по первому синхроимпульсу делителя-синхронизатора

8. Сигнал с выхода схемы сравнения 14 переключает коммутатор 9 на выборку кодов частоты и числа импульсов по следующему адресу запоминаю= щих устройств 16 и 17. Коды частоты и числа импульсов, соответствуюшие

% 10141

1 и и, записываются в делитель частоты 4 и в выходной регистр 20 программного устройства 1 вторым синхроимпульсом делителя-синхрониза.тора 8. Причем значение числа импуль- у сов программируется в виде и и +А, 1 где n - число импульсов, заданное для отработки на частоте 1„, а число импульсов, заданное для отработки на частоте f . Импульсы с вы- 36 хода делителя 4 следуют с частотой

Г >Ф., После отработки на этой частоте заданного числа импульсов процесс приращения частоты повторяется и осуществляется разгон двигателя, М

При выполнении условия m (n сигнал с выхода логического компаратора 12 переключает элемент памяти 13 в нулевое состояние, реверсивный счетчик

3 - на вычитание, коммутатор 9 - 20 на обратное считывание адресов, при этом коммутатор с некоторой задерж-, кой осуществляет выборку кода числа импульсов по предыдущему адресу. Од" новременно нулевое состояние эле- 23 мента памяти 13 блокирует работу элемента И 15 на время стробирования первым синхроимпульсом делителя-синхронизатора 8, исключая возможность выборки следующего значения частоты зв (np совпадении кодов реверсивного счетчика 3 и:регистра 20 программного устройства 1 в. момент срабатывания логического компаратора 12}.

Второй синхроимпульс переписывает код числа импульсов по предыдущему адресу на выходной регистр 20, программного устройства 1, а на третий синхроимпульс перекпючает элемент

13 памяти в единичное состояние, разрешая работу элемента И 15, Таким образом, импульсы с выхода .делителя частоты„.4 имеют частоту, на которой произошло срабатывание ло.гического .компаратора У

Переключение на частоту Г 4 Уср и на соответствующее число импуль"

19 6 .сов отработки произойдет при сравнении кодов числа импульсов реверсивного счетчика 3, работающего на вычитание, и выходного регистра 20 программного устройства 1. При этом срабатывает схема сравнения 14 и происходит выборка кодов частоты и числа импульсов из запоминающих устройств 17 и 16 в.направлении их уменьшения до начального адреса, что обеспечивается реверсированием работы коммутатора 9. Происходит отработка информации (числа импульсов на соответствующей частоте) и осуществляется торможение шагового привода до момента отработки уставки, записанной в счетчик 5. При этом счетчик 5 обнуляется, закрывается ключ,7 и устройство приходит в исходное состояние.

Разрядность счетчика 5 выбирается, исходя из максимального углового диапазона работы двигателя, разрядность реверсивного счетчика 3 равна половине разрядности счетчика. 5.

Частота генератора импульсов 10 и разрядность делителя частоты 4 определяются заданным диапазоном частот разгона - торможения и минимальной дискретностью изменения частоты. Иинимальное число импульсов отработки при разгоне и торможении на каждом значении частоты - один импульс.

По последним адресам. запоминающих устройств 17 и 16 программного устройства 1 должен быть записан код частоты, соответствующий минимальной частоте работы привода, и нулевой код числа импульсов отработки.

Этим обеспечивается отработка на максимальной частоте уставки, записанной в счетчике 5 и превышающей (no числу: импульсов) суммарное число импульсов. на разгон и торможения

Составитель 3.Горник

Редактор Н.Лазаренко Техред О.Неце Корректор В.Бутяга

° «Ю»Ю ° В » «ф»»»

Заказ 3036/66 Тираж 685 . . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

ЮЮ юЕ

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 11