Устройство для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11}

Н 02 Р 8/ОО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3344558/24-07 (22) 08.10.81 (46) 23.08.83. Бюл. V 31 (72) В.Ш.Арутюнян и А.З.Мурадян (53) 621.313.58(088.8) (56) 1. Гумен.В.Ф., Калининская Т.В.

Принципы построения схем управления шаговыми двигателями в режиме дробления основного шага ° — В сб.:

"Электромашинные средства автоматики", Киев, 1975, с.51-56.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке и 2956970/24-07, . н 02 P 8/00, 1980. (54)(57) УстРОЙстВО ДлЯ УЛРАВлениЯ

ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ

ДРОБЛЕНИЕМ ШАГА, содержащее распределитель импульсов, связанный выходами с первыми входами двухвходовых элементов И, подключенных своими выходами к входам усилителей мощности, коммутирующих фазы двигателя, и блок дробления шага с шинами высокочастотных тактовых импульсов и низкочастотных импульсов управления, подключенный своими выходами к вторым вхрдам элемент гов И, взятых через один, о тличающееся тем, что, сцелью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, блок дробления шага содержит инвертор, двухвходовой элемент ИЛИ, двоичные нереверсивный и реверсинвый счетчики и одноразрядное постоянное запоминающее устройство-с матрицей запоминаю- . щего массива и дешифраторами строк и столбцов матрицы, выход которого подключен к вторым входам элементов И, взятых через один непосредственно, а к остальным - через инвертор; входы дешифратора столбцов матрицы подключены к выходам нереверсивного двоичного счетчика, соединенного счетным о входом с шиной высокочастотных тактовых импульсов, а входы дешифратора строк - к выходам разрядов ревер" сивного двоичного счетчика, соединенного счетным входом с шиной низкочастотных импульсов управления, а выхо- 2 дами "Заем" и "Перенос" — с входами элемента ИЛИ, связанного выходом с тактовым входом распределителя импульсов и входом реверсирования реверсивного счетчика.

1037409

Изобретение относится к электротехнике и может быть. использовано в системах дискретного электропривода с шаговыми двигателями.

Известно устройство для управления шаговым двигателем с электричес ким дроблением шага, содержащее магнитную память, запоминающие регистры, . токовые ключи, дешифраторы, двоичный реверсивный счетчик, стробирующее . 10 устройство, элементы задержки и логические элементы (1 ) .

Недостатками этого устройства являются его сложность, громоздкость и низкая надежность. !5

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления шаговым дви гателем с электрическим дроблением шага, содержащее распределитель импульсов, связанный выходами с первыми входами двухвходовых элементов И, подключенных своими выходами к входам усилителей мощности, коммутирующих фазы двигателя, и блок дробления шага с шинами Ьысокочастотных тактовых импульсов и низкочастотных импульсов управления $2)

Недостатками этого устройства являются ненадежность работы, обусловленная опасностью нарушения синхронности функционирования между отдель,ными пересчетными узлами устройства, имеющими информационную избыточность и склонность к сбоям, а также узкие функциональные возможности, обуслов- З5 ленные возможностью обеспечения толь. ко линейно-ступенчатого закона изменения токов в фазах двигателя.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных

40 возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления шаговым двигателем с электрическим

45 дроблением шага, содержащем распределитель импульсов, связанный выходами с первыми входами двухвходовых элементов И, подключенных своими выходами к входам усилителей мощности, коммутирующих фазы двигателя, и блок 5О дробления шага с шинами высокочастотных тактовых импульсов и низкочастот» ных импульсов управления, последний снабжен инвертором, двухвходовым элементом ИЛИ, двоичными нереверсивным и реверсивным счетчиками и одноразрядным постоянным запоминающим устройством с матрицей запоминающего массива и дешифраторами строк и столбцов матрицы, выход которого подключен к вторым входам элементов И, взятых через один непосредственно, а к остальным - через инвертор, входы дешифратора столбцов матрицы подключены к выходам нереверсивного двоичного счетчика, соединенного счетным входом с шиной высокочастотных тактовых импульсов, а входы дешифратора строк - к выходам разрядов реверсивного двоичного счетчика, соединенного счетным входом с шиной низкочастотных импульсов управления, а выходами

"Заем" и "Перенос" - с входами элемента ИЛИ, связанного выходами с тактовым входом реверсирования реверсивного счетчика.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства применительно к четырехфазному шаговому двигателю.

Устройство содержит распределитель 1 импульсов, связанный выходами с первыми входами двухвходовых элементов И 2, подключенных своими вы- . ходами к входам усилителей 3 мощности, коммутирующих фазы ч шагового двигателя. Блок дробления шага включает в себя постоянное запоминающее устройство 5 с матрицей 6 запоминающего массива и дешифраторами строк 7 и столбцов 8 матрицы применительно к четырехфазному шаговому двигателю.

Выход постоянного запоминающего устройства 5 непосредственно подключен к вторым входам второго и четвертого элементов И 2, а через инвертор 9к вторым входам первого и третьего элементов И 2. В состав блока дробления шага входят также двоичныи нереверсивный счетчик 10, связанный выходами с входами дешифратора столбцов 8, а тактовым входом - с шиной высокочастотных импульсов тактирования Т ы, двоичный реверсивный счетчик 111, связанный выходами с входами дешифратора строк 7, а тактовым входом - с шиной низкочастотных импульсов управления Тн, входами установки в исходное состояние и управляемого (ручного) реверса — с аналогичными входами распределителя 1 и одновременно с соответствующими шинами управления "Уст. "0" и "Реверс" и двухвходовый логический элемент

ИЛИ 12, связанный входами с выходами

"Заем" и "Перенос" счетчика 11, а

10374 выходом — с входом его автоматичес" кого реверсирования и одновременно с тактовым входом распределителя 1.

Устройство работает следующим образом. 5

В первоначальном состоянии устройства на шину "Уст, "0" подается сигнал установки в исходное состояние. При этом реверсивный двоичный счетчик 11 устанавливается в нулевое 1О состояние, а распределитель 1 - в по-ложение, 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 11 и на входах дешифратора строк 7 выбирается первая строка матрицы 6.

При пОдаче на шину ТВЬ!с высОкО 25 частотных импульсов тактирования производится поочередное считывание нулей, записанных во всех ячейках строки матрицы 6. Благодаря этому на ее выходе возникает постоянный нулевой потенциал, а на выходе инвертора 9 - постоянный единичный потенцила. Эти потенциалы, взаимодействуя с единичными потенциалами "Вых.1" и. "Вых. 2" распределителя 1, создают на выходе одного из элементов И 2

35 единичный потенциал, а на выходах всех остальных элементов И 2 - нулевые потенциалы. В результате усилитель мощности 3 в одной фазе 4 ша40 гового двигателя обеспечивает протекание максимального значения тока

При поступлении на шину Т „ к первого низкочастотного тактирующего импульса в реверсивном двоичном счетчике 11 записывается единица. это при45 водит к выборке второй выходной шины дешифратора строк 7 и соответственно второй строки матрицы 6. В такт поступления на шину Т, тактирующих импульсов происходит высокочастотное периодическое считывание информации, содержащей в первой строке матрицы 6 (одной единицы и N-1 нулей)

Благодаря этому на выходе матрицы 6 происходит генерация высокочастотных 55 импульсов со скважностью Й, а на выходе инвертора 9 — со скважностью

HlN- Эти импульсы, проходя через эле09 4 менты И 2 к усилителям 3 мощности, создают токи величиной „- в

М-1 н первой фазе и (> - во второй фазе.

Для обеспечения дробления шага в

N раз матрица 6 должна иметь N столбцов и N+1 строк, а ее деаифраторы столбцов 8 и строк 7 - соответствующие им числа выходных шин. Разрядности же счетчиков 10 и 11 выбираются е соответствии с требуемыми числами выходных шин дешифраторов 7 и 8.

В последующих тактах поступления импульсов управления на шину Tuu3k аналогично описанному первому танту, происходит дальнейший пересчет импульсов в счетчике 11 и поочередная выборка последующих строк матрицы 6.

В соответствии с этим на выходе матрицы 6 поочередно формируются периодические высокочастотные импульсы со м, и N, М скважностью 2а на выходе инвертора 9 со скважносй-< N-Ú .. Q.

TblO у g у ° ° 1 у N Это приводит к ступенчатому уменьшению иа.. и-1 ..а н 1н и 1н H1и Г1н в первой фазе двигателя и его уве2.. .. Н-а; Л ли чению — 1„ во второй фазе.

В последнем (К+1)-ом такте этого полуцикла функционирования устройства происходит заполнение счетчика 11 до его коэффициента пересчета. При этом выбирается последняя строка матрицы 6, в результате чего на ее выходе возникает постоянный единичный потенциал, а на выходе инвертора 9— постоянный нулевой потенциал. Это приводит к созданию максимального токаI во второй фазе и нулевого - в первой фазе.

Одновременно с этим в последнем

{N+1)-ом такте работы счетчика 11 на его выходе "Перенос" формируется единичный импульс, который через .логический элемент И 12 поступает на тактовый вход распределителя 1 и изменяет

его состояние. Начиная с этого момента единичные потенциалы оказываются на выходах "Вых. 2" и "Вых,3" распределителя 1. Одновременно этот импульс, поступая по цепи обратной связи на вход автоматического реверсирования счетчика 11, меняет его первоначальное направление пересчета.

Этим завершается первый полуцикл функционирования устройства, при котором за И+ 1 тактов поступления импуль. сов на шину Тд„„„ в первых двух фазах

4 двигателя осуществляется линейное

1037409 М-ступенчатое изменение тока (уменьшение в первой фазе и одновременное увеличение во второй фазе). Ступенчатое изменение тока в смежных фазах двигателя приводит к ступенчатому повороту суммарного вектора электромагнитного момента и, соответственно, ротора. В результате ротор отрабатывает М дробных шагов, величиной

< др=о ос " где oc

10 новного шага.

Второй полуцикл функционирования устройства аналогичен рассмотренному первому с той лишь разницей, что счетчик 11 работает в режиме обратно. 15

ro порядка пересчета (на вычитание) и, в соответствии с этим, выборка строк матрицы 6 происходит также с обратной последовательностью. Это приводит к линейно-ступенчатому

2О уменьшению тока во второй фазе и его линейно-ступенчатому увеличению в третьей фазе. В такт обнуления счетчика 11 на его выходе "Заем" вырабатывается единичный импульс, который 25 по цепи обратной связи автоматически меняет его направление пересчета и переключает распределитель 1 в очередное состояние.

Последующие циклы работы предла- ЗО гаемого устройства происходят аналогично описанному первому циклу, а единичные потенциалы периодически появляются на выходах "Вых. 1" и

"Вых. 2", "Вых. 3" и "Вйх. 4" распре-З5 аелителя 1 импульсов.

В зависимости от требуемого закона управления процессом дробления шага (линейного, синусоидально-косинусои.дального, с определенной нелинейнос- 40 тью и т. и.) в матрице 6 предварительно записываются соответствующие кодовые наборы. Так, например, при линейном законе управления процессом дробления шага во всех N ячейках первой 4S строки матрицы 6 запоминающего массива записываются логические нули, В одной (e любой) из ячеек ее второй строки записывается логическая единица, а во всех остальных N-1 ячейках этой строки - нули. Аналогично во Вгорой строке в двух соседних ячейках записываются две единицы, в третьей строке в трех соседних ячейках — три единицы и т,д. В предпоследней N-ой строке матрицы 6 записываются. N-1 единиц и один нуль. А во всех и ячейках последней строки записываются единицы.

Реверсирование предлагаемого устройства осуществляется путем изменения ранее приложенного на шине

"Реверс" логического потенциала на обратный. При этом изменяются на обратные описанные выше процессы изменения кодов переключения в распределителе 1 и счетчике 11.

Частота тактирующих импульсов на шине ТВ С выбирается, исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя, чтобы обеспечить допустимые пульсации тока при осуществляемой широтно-импульсной модуляции фазных напряжений.

Возникновение под воздействием помех случайных сбоев в счетчике 10 может привести только лишь к возникновению кратковременных "завалов" амплитуд токов в рабочих фазах двигателя, а в счетчике 11, - к пространственному сдвигу положения ротора. Постоянное запоминающее устройство 5, в силу жесткости записанной программы, обладает высокой сохранностью и надежностью воспроизведения заложенной информации.

Таким образом, предлагаемое устройство, благодаря содержанию меньшего числа пересчетных и логических узлов, а также отсутствию у них информационной избыточности, является более надежным. Возможность записи в постоянное запоминающее устройство любой программы изменения токов в фа- . зах двигателя расширяет функциональные возможности устройства.

1037409

Жаре

Pew@

ВНИИПИ Заказ 6034/58 Тираж 687 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4