Устройство для программного управления @ -фазным шаговым двигателем

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ т- ФАЗЕЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ , содержащее блок задания программ , подключеиный выходами через : первый и второй счетчики к входамсумматора, отличающееся тем, что, с целью упрсадения и повышения надежности функционирования , в него введены инвертор и m мультиплексоров , выходы которых подключены к обмоткам двигателя, управляющие входы соединены между собой и с выходами старших разрядов второго счетчика, выход переноса сумматора соединен с 1,2,3,..., т-информационным входом соответственно 2,3, ..., га, 1-го мультиплексоров, а через инвертор - ,с 1,2,3,... ,tri-M информационным входом сбответственно 1,2,3,...,m -го мультиплексоров, А третьи информационные входы мультиплексоров подключены к пине нулево- , го потенциала.i

(1Е (u) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН

3(5п G 05 В 19/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

hO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1 ) 339,567 1/18- 24 (22) 08. 02. 82 .(46) 30.05.83. Вюл . Р 20 (72) A.3. Мурадян (53) 621.503.55.(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 491121, кл. G 05 В 19/40, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

9 601666, кл. 6 05 В 19/40, 1976 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО

УПРАВЛЕНИЯ tTI - фАЗНЫМ ШАРОВЫМ ДВИГАTEJIEM, содержащее блок задания программ, подключенный выходами через первый и второй счетчики к входам. сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повйшения надежности функционирования

Фj в него введены инвертор и rn мультиплексоров, выходы которых подключены к фазным.обмоткам двигателя, управляющие входы соединены между собой и с выходами старших разрядов второго счетчика, выход переноса сумматора соединен с 1,2,3,..., m-информационным входом соответственно 2,3, m, 1-го мультиплексоров, а через инвертор вЂ,с 1,2,3,...,й -м информационным входом соответственно

1,2,3,...,m -го мультиплексоров, а третьи информационные входы мультиплексоров подключены к зине нулевого потенциала. S

1020800

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач.

Известно устройство для,програм- 5 ного .управления шаговым двигателем, содержащее счетчики и блок задания программ, выход которого подключен к входу коммутатора (1 j.

Однако это устройство требует 1() применения сложных блоков (стабилизаторов тока и преобразователей цифра-аналог), что снижает надежность работы устройства.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является .устройство для программного управле-. ния rn-фазным шаговым двигателем, содержащее по количеству фаз (п) пер- . вые счетчи ки, триггеры и сумматоры, а также второй счетчик, блок задания программ, связанный с входами коммутатора, второго счетчика и сумматоров (2 J.

Данное устройство сложно и ненадежно, так как содержит большое число пересчетных схем (e+ 1 счетчиков, коммутатор, т триггеров) ., подверженных сбоям и требующих жесткой синхронизации, поскольку возникновение

"сбоя в одном иэ перечисленных схем приведет к. нарушению их синхронной работы, вследствие чего будет нарушена нормальная работа двигателя (т.е. двигатель выйдет из синхрониэма), и нормальная работа двигателя может быть восстановлена только лишь после вынудительного возврата всего устройства в исходное состояние.

Цель изобретения — упрощение и.по-49 вышение надежности функционирования устройства путем уменьшения числа пересчетных схем.

Поставленная цель достигается тем, что устРойство программного 45 управления m-фазным шаговым двигателем, содержащее блок задания программ; подключенный выходами через первый и второй счетчики к входам сумматора, введены инвертор и мультиплексоров, выходы которых подключены к фаэным обмоткам двигателя, управляющие входы соединены между собой и с выходами старших разрядов второго счетчика, выход переноса сумматора соединен с 1,2,3,...,m-м информационным входом соответственно 2,3,... m,1-ro мультиплексоров, а через инвертор — c 1,2,3,... m-м информационным входом соответственно 1,2,3,...,rn -го мультиплексоров, 6 а третьи информационные входы .мультиплексоров подключены к шине нулево- . го потенциала..

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства применительно к rn -фазному двигателю; на фиг. 2 применительно к четырехфазному двигателю; на фиг. 3 — временная диаграмма работы устройства и диаграмма изменения токов в фазах двигателя, применительно к четырехфазному двигателю с коэффициентом дробления основного шага N = 8.

Предлагаемое устройство содержит (фиг. 1) блок 1 задания программ, связанный своим выходом с входами первого 2 и второго 3 двоичных счетчиков, сумматор 4, инвертор 5, мультиплексоров 6-1, 6-гп селекторов на

rn каналов, выходы которых подключены к фазным обмоткам 7-1, 7-л двигателя, а их управляющие входы соединены параллельно между собой и подключены к выходам старших разрядов второго 3 двоичного счетчика. Выходы младших разрядов второго 3 двоичного счетчика подключены к вторым входам сумматора 4, первые входы которого подключены к разрядным выходам первого 2 двоичного счетчика.

На фиг. 2 показаны мультиплексоры 6-9, обмотки фазового двигателя

10-1,10-2, 10-3 и 10-4.

Устройство работает следующим образом.

Работу устройства удобно рассмат- ривать для случая управления четырехфазным шаговым двигателем (фиг.2).

Тактовая последовательность высокочастотных импульсов с частотой f, непрерывно поступает на вход первого 2 двоичного счетчика, работающего на суммирование.

Исходным является состояние, при котором второй 3 двоичный счетчик находится в нулевом состоянии, на выходе переноса сумматора 4 присутствует нулевой, а на выходе инвертора 5 — единичный потенциалы. На все управляющие входы мультиплексоров

6-9 с выходов старших разрядов счетчика 3 поступают нулевые потенциалы. и, следовательно, выбраны их первые каналы.

Такое состояние устройства приве- дет к тому, что через первую 10-1 фазу двигателя потечет номинальный так J<, а во всех остальных 10-2, 10-4 фазах ток будет отсутствовать.

С поступлением первого низкочастотного импульса на вход счетчика 3 в него записывается цифра 1, в силу чего на выходе переноса сумматора появляются высокочастотные импульсы со скважностью N и частотой Евн/N, где ¹ коэффициент пересчета первого

2 двоичного счетчика, а на выходе инвертора 5 — импульсы с той же частотой, но со скважностью N

N-. l

Так как старшие разряды второго 3 счетчика не изменили своего состояния и выбраны первые. каналы мультиплек1020800 теля отрабатывает дробные шаги, Этим завершается второй четверть-цикл.

После достижения младших разрядов счетчика 3 цифры N, в его старшие разряды записывается цифра 2 и выбираются третьи каналы мультиплексоров 6-9, при этом по третьей фазе

10-3 двигателя потечет ток равный

Jz, а в остальных ток будет отсутствовать.

После завершения третьего четверть-цикла, во время которого происходит ступенчатое уменьшение тока в третьей, и его ступенчатое увеличение в четвертой фазах двигателя, в старшие разряды счетчика 3 записывается цифра 3 и выбираются четвертые каналы мультиплексоров 69, при этом по четвертой фазе 10-4 течет ток равный J а в остальных фазах ток отсутствует.

В течение четвертого четвертьцикла ток в четвертой фазе 10-4 ступенчато уменьшается, а в первой

1 О- 1 увеличивается.

После завершения четвертого четверть-цикла счетчик 3 возвращается в исходное состояние (т.е. записывается цифра О, как в младших, так и в старших его разрядах), при этом через первую фазу 10-1 двигателя течет ток равный J, а в остальных ток отсутствует. Последующие циклы работы устройства происходят аналогично первому циклу.

Как видно из описания, коэффициент пересчета старших разрядов счетчика 3 при ñðå фаз m = 4 двигателя равен четырем.

Для m-фазного двигателя коэффициент пересчета второго 3 двоичного счетчика равен о2 где N — коэффициент пересчета младших разрядов второго 3 счетчика;

m — - коэффициент пересчета старших разрядов второго 3 счетчика.

Таким образом, цифрой N определяются коэффициенты дробления бсновного шага двигателя; пересчета первого

2 двоичного счетчика и пересчета младших разрядов второго 3 двоичного счетчика. Цифрой m — Фаэность двигателя, количества мультиплексоров, информационных входов мультиплексоров и коэффициент пересчета старших разрядов вгорого 3 двоичного счетчика.

Для обеспечения обратного направления вращения ротора двигателя (реверсирования), необходимо перевес-.

;ти в режим вычитания. только второй

3 двоичный счетчик.

Коэффициент дробления основного шага двигателя можно изменять в широких пределах от 2 - N путем односоров, то через первую фазу 10-1 двигателя протекает ток равный

N — 1

J а через вторую фазу

10-2 — ток — J . В третьей и четвер1

П той фазах двигателя токи отсутствуС ют. Это приведет к тому, что ротор двигателя отработает дробный шаг равный d = оо, где d — величина а„ ор ос основного шага двигателя, N — коэффициент дробления, величина которого ) совпадает также с коэффициентом пере:счета первого 2 и младших разрядов второго 3 двоичных счетчиков.

С приходом последующих низкочас- 15 тотных тактовых импульсов во второй

3 двоичный счетчик поочередно записываются цифры с 2-х по N, при этом на выходах erb старших разрядов присутствуют потенциалы логического g()нуля и выбраны первые каналы мультиплексоров 6-9. На выходе переноса сумматора 4 поочередно формируются

N N импульсы со скважностью (—

1), а на выходе инвертора 5 со

N И

И вЂ” 2 И вЂ” 3

Это приводит к ступенчатому уменьше- 3О

N — 2, N — 3

HHIo тока О н 1н, — в первой фазе 10-1, и его сту1

2 3 пенчатому увеличению — JH — JA 35

N — 1 во второй фазе 10-2 двигателя. В соответствии с этим ротор двигателя отработает N-1 дробных шагов. Этим завершается пер- g() вый четверть-цикл работы устройства.

При достижении второго 3 двоично- го счетчика цифры происходит переполнение его младших разрядов, и при поступлении очередного низкочастотного импульса в его старшие разряды записывается цифра 1, а в младшие цифра О.

Запись цифры 1 в старшие разряды счетчика 3 приводит к тому, что выбираются вторые каналы мультиплексоров 6-9, и так -как в младшие разряды счетчика З.-произведена запись цифры О, то на выходе переноса сумматора 4, как и в первом четверть-цикле, будет присутствовать нулевой, а на выходе инвертора 5 — единичный потенциалы. Это приведет к тому, что через вторую фазу 10-2 двигателя потечет ток .равный J а во всех остальных Фазах ток будет отсутство- 60 вать. Далее, с поступлением очеред- . ных низкочастотных импульсов ток во второй фазе 10-2 ступенчато уменьшается, а в третьей увеличивается, и в соответствии с этим ротор двига- 65

1020800 временного изменения коэффициентов пересчета первого 2 и младших разрядов второго 3 счетчиков, при этом коэффициент пересчета старших разрядов второго 3 счетчика необходимо поддерживать равным числу m.

Частота импульсов, подаваемых на шину высокочастотного таитирования, выбирается исходя .из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя. A частота импульсов, подаваемых на шину низкочастотных управляющих импульсов, выбирается в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.

Таким образом, данное устройство 15 по сравнению с.прототипом намного проще и надежнее, поскольку имеет меньшее число составных узлов, т.е. мультиплексоров, два, счетчика, блок задания программ (БЗП), один ;у сумматор и один инвертор, а прототип содержит БЗП, коммутатор, m сум" маторов, m + 1 счетчиков, и m триггеров.

Устройство имеет повышенную надежность, так как содержит минимальное: число пересчетных схем (2 счетчика), которые не требуют синхронной работы, поскольку они работают на равных частотах и от разных генераторов.

Возникновение сбоя в работе первого 2 двоичного счетчика предлагаемого устройства приведет лишь к воз.никновению кратковременного провала тока в рабочей фазе. Но, так как частота импульсов, подаваемых на высокочастотную шину тактирования, намного превышает частоту приемистости двигателя, а длительность возникающего провала тока, очень мала, возникновение сбоя в первом 2 счетчике нисколько не повлияет на нормальную работу двигателя.

Возникновение сбоя во втором 3 двоичном счетчике предлагаемого устройства прнведет лишь к пространственному перемещению ротора двигателя из одного рабочего состояния в другое.

1020800

Заказ 3895/40

Тнраи 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCt по.делам иэобретений м открытий

ll3035„ Москва, Ж-35, Рауюская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. уигород, ул. Проектная, 4

Составитель И. Швец

Редактор О. Сопко Техред С.Мигунова Корректор Л. Болван