Устройство для управления шаговым электродвигателем

 

Ь УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И АГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее распределитель импульсов, многоканальный усилитель мощности, подключенный через элементы И к выходам распределителя импульсов, и формирователь импульса форсирования, соединенный одним входом с входом распределителя импульсов, а другим - с шиной источника питания двигателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыше.ния точности формирования-импульса форсирования и надежности устройства, формирователь импульса форсирования содержит преобразователь напряжение частота, два дополнительных элемента И, счетчик и элемент ИЛИ, связанный выходом с вторыми входами основных элементов И, а первым входом - с выходом первого дополнительного элемента И, подключенного входами к инверсным выходам трех старших разрядов счетчика, выход старшего из которых соединен с одним из входов второго дополнительного элемента И, подключенного другим своим входом к второму входу элемента ИЛИ и выходу преобразователя аналогчастота, соединенного входом с шиной источника питания двигаi теля причем выход второго дополнительного элемента И соединен со счет (О ным входом счетчика, связанного входом установки нулевого состояния с С входом распределителя импульсов. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что введен третий дополнительный элемент И, один вход которого соединен с инверсным -ВЫХОДОМ старшего разряда счетчика, второй - с выходом элемента ИЛИ, а выход подключен к вторым входам основных элементов И.

гг9г «гг

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН .

А дг гг н 02 Р 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕМ ЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3409058/24-07 (22) 16, 03- 82 . (46) 23.11."3 Вюл. И 43 (72) Е.H.Aðõàíãåëüñêèé, С.Д.Вилесов, В.И.Саввин, А.П.Сеньков и П.П.Степанов (53) 621,313.13-525(088.8) (56) 1. Луценко B.Å., Рубцов В.П.

Электропривод с шаговыми двигателями. Электропривод и автоматизация промышленных установок. Т. 6. И, ВИИИТИ,,1978, с. 58-61.

2, Авторское свидетельство СССР

И 902191, кл. Н 02 р.8/00, 1981. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРРВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее распределитель импульсов, многоканальный усилитель мощности, подключенный через элементы И к выходам распределителя импульсов, и Формиро-. ватель импульса форсирования, соединенный одним входом с входом распределителя импульсов, а .другим - с шиной источника питания двигателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности формирования импульса форсирования и надежности устройства, формирователь импульса форсирования содержит преобразователь напряжение " частота, два дополнительных элемента И, счетчик и элемент ИЛИ, связанный выходом с вторыми входами основных элементов

И, а первым входом - с выходом первого дополнительного элемента И, подключенного входами к инверсным выходам трех старших разрядов счетчика, выход старшего из которых соединен с одним из входов второго дополнительного элемента И, подключенного другим своим входом к второму входу элемента ИЛИ и выходу преобразователя аналог-частота, соединенного входом с шиной источника питания двига- теля, причем выход второго дополнительного элемента И соединен со счет. ным входом счетчика, связанного входом установки нулевого состояния с входом распределителя импульсов.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что введен третий дополнительный элемент И, один вход которого соединен с инверсным .выходом старшего разряда счетчика, второй — с выходом элемента ИЛИ, а выход подключен к вторым входам основных элементов И.

425 2 от параметров нескольких элементов, трудно. Кроме того, низкая точность вырабатываемой длительности Форсирования обусловлена тем, что в данном устройстве длительность Форсирования не изменяется при колебаниях напряжения источника питания низкого напряжения, которые также влияют на характеристики шагового двигателя. Устройство имеет недостаточно высокую надежность вследствие выполнения Формирователя длительности форсирования на аналоговых элементах неинтегрального исполнения, Цель изобретения - повышение точности формирования импульса Форсирования vi надежности устройства для управления шаговым электродвигателем.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления шаговым электродвигателем, содержащем распределитель импульсов, многоканальный усилитель мощности, подключенный через элементы И к выходам распределителя импульсов, и соединенный входами с входом распределителя импульсов и шиной источника питания двигателя формирователь импульса Форсирования, последний содержит преобразователь напряжение-частота, два дополнительных элемента И, счетчик и элемент ИЛИ, связанный выходом с вторыми входами основных элементов И, а первым входом - с выходом первого дополнительного элемента И, подключенного входами к инверсным выходам трех старших разрядов счетчика, выход старшего из которых соединен с одним из входов второго дополнительного элемента И, подключенного другим своим входом к второму входу элемента ИЛИ и выходу преобразователя аналог-частота, соединенного входом с шиной источника питания двигателя, причем выход второго дополнительного элемента И соединен со счетным входом- счетчика, связанного входом уста новки нулевого состояния с входом распределителя импульсов .

Кроме того, в формирователь длительности форсирования введен третий элемент И, один вход которого подклю. чен к выходу элемента ИЛИ, другой к инверсному выходу старшего разряда счетчика, а выход подключен к вторым входам основных элементов И.

Такое выполнение устройства обеспечивает повышение точности вырабатываемой длительности форсирования и

1 1056

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления с шаговыми двигателями, например в системах числового программного управления металлорежущими стенками, графопостроителях, программных механизмах и т.д.

Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее 10 распределитель импуЛьсов, формирователь дпительности форсирования и мно. гоканальный усилитель мощности, коммутирующий фазы шагового двигателя.

Это устройство форсирует процесс на- 15 растания тока в Фазах посредством повышения уровня напряжения питания фаз после их переключения на определенный промежуток времени jl) ..

Недостатками указанного устройст- 20 ва являются низкая точность формиро- вания длительности импульса форсирования и независимость длительности форсирования от питающего напряжения, что снижает нагрузочиую способность 25 двигатеЛя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для управления шаговым .электродвигателем, g0 содержащее распределитель импульсов, многоканальный усилитель мощности, подключенный через элементы И к выходам распределителя импульсов, и формирователь импульса Форсирования, соединенный одним входом с входом распределителя импульсов, а другимс шиной источника питания двигателя.

Устройство обеспечивает изменение длительности форсирования в зависи- 4 мости от напряжения питания источника высокого напряжения. При уменьшении напряжения источника длительность форсирования увеличивается, при увеличении напряжения - уменьшается.

Благодаря этому уМеньшается влияние колебаний источника питания высокого

\ напряжения на характеристики шагового двигателя (2j, Недостатками этого устройства являются низкая точность вырабатываемой длительности форсирования и не-. достаточная надежность. Длительность формирования зависит не только от. напряжения питания источника высокого напряжения, но и or параметров элементов формирователя импульса форсирования. Обеспечить стабильность длительности Форсирования, зависящей.

3 1056 надежности устройства для управления шаговым двигателем.

На фиг.! приведена Функциональная схема одного варианта устройства применительно к четырЕхфазному шаговому двигателю; на Фиг.2 и 3 — временные диаграммы напряжений на элементах . схемы первого варианта; на Фиг.4Функциойальная схема другого варианта устройства; на фиг.5 - временные диа- 10 граммы сигналов на элементах схемы второго варианта.

Устройство для управления. шаговым двигателем (фиг,l) содержит усилитель 1 мощности, к входам, которого подключены фазы 2 шагового электродвигателя, распределитель 3 импульсов и элементы И 4, выходы которых соответственно соединены с входами усилителя l мощности. Распределитель ур

3 импульсов содержит счетчик 5 и де.шифратор 6, входы которого соединены с прямыми и инверсными выходами счетчика 5, а входы образуют выходы распределителя 3 импульсов, 25

Устройство содержит также формирователь 7 импульса. Форсирования, который включает в себя преобразователь

8 напряжение-частота, многоразрядный счетчик 9, элементы И 10, 11 и элемент ИЛИ 1?. Один вход элемента И 10 соединен с выходом преобразователя 8, другой вход соединен с инверсным выходом старшего, п-го, разряда счетчика 9, а выход соединен со счетным входом счетчика 9. Входы элемента И

11 соответственно соединены с инверс. ными выходами и, (и-1) -го и (п-2)-го разрядов счетчика 9, а выход соединен с одним из входов элемента ИЛИ 12, 40

Аругои вход которого соединен с выходом йреобразователя 8. Вход установки нулевого состояния счетчика 9 соединен со счетным входом счетчика 5, образующего вход распределителя 3 импульсов, на который поступают управ45 ляющие импульсы. На управляющие входы счетчика 5 подаются сигналы,комбинация которых определяет направление вращения. двигателя.

Для питания шагового двигателя используется источник 13 питания, шина которого соединена с общей точкой фаз 2 шагового двигателя и с входом преобразователя 8 напряжение-частота.

В другом варианте устройство (фиг.4), кроме перечисленных элементов, содержит элемент И 14, соединен,ный выходом с вторыми входами элемен425 4 тов И 4, а входами - с выходом элемента ИЛИ 12 и инверсным выходом сто шего и-го разряда счетчика 9..

Устройство работает следующим образом.

Преобразователь 8 напряжение-частота формирует на выходе последовательность импульсов, частота которых изменяется пропорционально изменению величины постоянного напряжения источника 13 питания. При работе устройства, по мере поступления управляющих импульсов на счетный вход счетчика 5 (фиг.2,а ), сигналы логической единицы с распределителя 3 импульсов последовательно поступают на входы элементов И 4 (фиг.1).

Поступление управляющего импульса приводит к сбросу счетчика 9 в нулевое состояние. При этом сигналы на инверсных выходах его И-го,(п -1) -го и (й -2) -го разрядов (йиг.2,в,г,g) и выходах элементов И ll и ИЛИ 12 (фиг.2,е,ж) представляют собой логическую единицу. Поступление логической единицы с инверсного выхода старшего разряда. счетчика 9 на вход элемента И 10 приводит к поступлению на счетный вход счетчика 9 импульсов, формируемых преобразователем 8 напряжение-частота (фиг.2,6).

После прихода управляющего импульса и поступления первого импульса с преобразователя 8 на счетчик 9, на входы элементов И 4 с выхода элемента ИЛИ 12 поступают логические единпцы, в результате чего на соответствующую Фазу ? шагового двигателя поступает напряжение с источника 13 питания. Номер Фазы шагового двигателя, подключаемой к источнику 13, определяется числом, записанным в счетчике

5 к моменту поступления импульса с преобразователя S на счетчик 9. Изменение напряжения на Фазе 2 шагового двигателя показано на фиг.2,.з.

По мере поступления импульсов на счетный вход счетчика 9 его содержимое увеличивается, в результате чего через соответствующий промежуток времени на инверсном выходе (и-2) -го разряда вместо логической единицы появляется логический нуль (Фиг.?.,в).

На выходе элемента И 11 при этом также появляется логический нуль, в результате чего при дальнейшем увеличении содержимого счетчика 9 на выходе элемента ИЛИ 12 формируется импульсный сигнал, аналогичный сигналу на

3 1056 выходе преобразователя 8 напряжениечастота (фиг.2,б,ж). На фазу 2 шагового двигателя с источника 13 питания при этом также начинают поступать импульсы напряжения с той же частотой и скважностью (фиг.2,э) .

Очередное изменение логического сигнала на инверсном выходе (П -2) -го разряда счетчика 9 (фиг.2,в) не сказывается на сигнале, формируемом на 10 выходе элемента И 11, так как на,инверсном выходе (и-1) -го разряда при этом появляется логический нуль (фиг,2,r) . 8 результате на соответст-, вующую фазу 2 двигателя с источника

13 по-прежнему поступают импульсы напряжения той же частоты (фиг.2,д), Наконец, когда содержимое t:÷åò÷èõà 9 увеличивается настолько, что произой дет изменение состояния его старшего . разряда, в результате чего на инверсном выходе этого разряда появится логический, иуль, поступление импульсов на счетчик 9 с преобразователя 8 прекращается. На фазу шагового двигате- 25 ля при этом продолжают поступать импульсы напряжения питания такой же частоты и скважности, что и на выходе преобразователя 8 напряжение-частота, до поступления следующего уп- зо равляющего импульса на счетный вход счетчика 5 распределителя 3 импульсов и сброса в нуль счетчика 9.

Работа схемы устройства управле ния при поступлении следующего управ- З ляющего импульса не отличается от описанной, за исключением того, что ввиду изменения состояния счетчика 5 напряжение с источника 13 питания будет поступать на другую фазу 2 шагового двигателя.

Таким образом, при поступлении управляющих импульсов схема устройства, показанная на фиг. 1, обеспечивает последовательную подачу на Фазы 2 шагового двигателя серий импульсов, в каждой из которых первый (форсирующий) импульс Имеет относительно большую длительность, определяемую периодом импульсов, формируемых преобра50 эователем 8, и номером младшего из промежуточных разрядов счетчика 9, выходы которых соединены с входами элемента И 11, а остальные импульсы имеют относительно небольшую длительность, равную длительности импульсов

55 на выходе преобразователя 8.

Частота импульсов, формируемых преобразователем 8 напряжение-часто-, 425 та, изменяется пропорционально изменению напряжения на выходе источника

13 питания. При возрастании питающего напряжения частота импульсов, формируемых на выходе преобразователя 8, увеличивается, как показано на фиг.3, на которой временные. диаграммы соответствуют изменению напряжений в тех же точках схемы устройства управления, что и временные диаграммы на фиг.2, обозначенные теми же буквами.

При увеличении частоты импульсов, формируемых преобразователем 8, порядок изменения логических сигналов на выходах счетчика 9 и логических элементов И 10, 11 и ИЛИ 12 при по- ступлении управляющего импульса на очередной вход счетчика 5 распределителя 3 импульсов не изменяется, однако скорость изменения указанных логических сигналов ввиду более быстрого заполнения счетчика 9 возрастает в той же пропорции, что и частота импульсов на выходе преобразователя 8. Поэтому формирование сигнала логического нуля на инверсном выходе (п -2)-го разряда счетчика 9 произойдет через более короткий промежуток времени после поступления управляющего импульса. Длительность форсирующего импульса на выходе элемента

ИЛИ 12 уменьшится пропорционально увеличению частоты импульсов на выходе преобразователя 8 и увеличению питающего напряжения.

Аналогичным образом, уменьшение питающего напряжения приводит к пропорциональному уменьшению частоты импульсов, формируемых преобразователем 8, и пропорциональному увеличению длительности форсирующего импульса при поступлении на счетный вход счетчика 5 управляющего импульса.

Если в формирователь длительности форсирования введен элемент И 14 (фиг.4), то от момента поступления управляющего импульса до формирования сигнала логического нуля на инверсном выходе старшего разряда счетчика 9 устройство работает как и уст ройство, изображенное на фиг, l, и сигнал на выходе элемента И 14 (фиг.5и), управляющий усилителями 1 мощности, изменяется так, же, как и сигнал на выходе элемента ИЛИ 12 (фиг,5,ж ). Диаграммы сигналов на Фиг.5 а-з аналогичны соответствующим сигналам на фиг.2, а-з. После переброса старшего разряда счетчика в нуль и формирования

1056425 логического нуля на инверсном выходе старшего разряда и счетчика 9 (фи .5 д) поступление импульсов на счетчик 9 с преобразователя 8 через элемент И 1О прекращается и одновременно прекращается подача импульсов с выхода элемента ИЛИ 12 через элемент И 14 на элементы И 4, т.е. импульсов напряжения питания через многоканальный усилитель 1 мощности на фазу 2 двигателя (фиг.5, з) . Двигатель полностью обесточивается, Интервал времени от момента поступления управляющего импульса до запирания усилителей 1 мощ ности и обесточивания фаз 2 двигателя должен быть достаточным для того, чтобы переходной процесс отработки двигателем последнего шага закончил ся и к моменту запирания усилителей 1 ротор двигателя был бы неподвижен. устройство (фиг.4) можно применять

-.для управления шаговыми двигателями, у которых имеется фиксация ротора в обесточенном состоянии.

Если период следования управляющих импульсов меньше времени, необходимого для изменения состояния старшего разряда счетчика 9, последний сбрасывается в нуль управляющим импульсом, до момента переключения старшего раз-30 ряда,.после чего начинается новый цикл работы схемы устройства управления, т.е. обесточивание двигателя в этом случае не происходит.

Таким образом, устройство обеспечивает последовательную подачу на фа- . зы 2 шагового двигателя серий импульсов, в каждой из которых длительность первого (Форсирующего) импульса зависит от напряжения, питающего фазы 2, и изменяется обратно пропорционально величине изменения этого напряжения. В результате изменение амплитуды форсирующего импульса полностью компенсируется изменением

его длительности, поэтому площадь импульса, а следовательно, и энергия, подаваемая в Фазу 2 шагового двигате" ля во время этого импульса, остаются неизменными при . изменении питающего напряжения.

Необходимое соотношение между длительностью форсирующего импульса и общей длительностью каждой из импульр. сных последовательностей, которая поступает на соответствующую фазу 2 двигателя в промежутке между приходом управляющего импульса и моментом изменения состояния старшего разряда счетчика 9, может быть обеспечено путем выбора числа промежуточных разрядов этого счетчика, с выходом которых соединены входы элемента И l1.

Точность выработки импульсов форсирования в предлагаемом устройстве зависит только от линейности характеристики преобразователя напряжениечастота, имеющего линейность до деся тых долей процента ° Повышение надежности достигается за счет использования дискретных интегральных элементов, обладающих более высокой надежностью, чем аналоговые элементы.

105б425

ФЫР

Фиг. Л

3056425

1 1 5642 5

Фиг. 5

Составитель 3. Горник

Редактор И. Николайчук Техред И.Гайду Корректор А.Дзятко

Заказ 9337/54 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретения и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

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