Устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага

 

УСТРОЙСТВО. ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ 1ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ДРОБЛЕНИЕМ ША-. ГА, содержащее распределитель импульсов с входными шинами реверса и тактирования, логические элементы И по числу фаз двигателя, связанные первыми входами с выходами распределителя импульсов, а выходами - с входами усилителей мощности, коммутирующих фазы -двигателя,, мульти:плексор нескольких каналов на-один, связанный прямым .и инверсным выходами соответственно с вторыми входами элементов И, взятых через один,двоич|НыЙ счетчик, подключенный-выходами К управляющим входам мультиплексора, и шины высокочастотных и низкочастотных импульсов тактирования, отличающееся тем, что, с целью повышения плавности движения и точнооти деления шага, в него введены реверсивный счетчик Джонсона, логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и 2 НЕ-И, последний связан прямым входом с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенного входами к выходам первого и последнего разрядов счетчика Джонсона, связанного выходами всех разрядов с адресными входами мультиплексора,элемент 2 НЕ-И инверсным входом связан с шиной низкочастотных импульсов тактирования, а выходом - с тактоS вым входом распределителя импульсов , причем тактовый вход счетчика Джонсона соединенс шиной низкочастотных импульсов тактирования, вход изменения направления пересчета - с шиной реверса, а двоичный счетчик выполнен нереверсивным и подключен тактовым вхсудом к шине высо кочастотных импульсов тактирования. о: ю W

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) Н 02 Р 8/ 0 0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ .

/ „ ---,„ .r

ОПИСАНИК ИЗОБРЯтКНИ, .К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1(21) 3439058/24-07 (22) 19.05.82 (46) 15.12.83. Бюл. Р 46 (72) В.Ш. Арутюнян и A.3. Мурадян (53) 621.313.13-525 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР, Р 909784,кл. Н 02 P 8/00, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3324056/24-07, кл. Н 02 Р8/00,,1981. ! (54) (57) УСТРОЙСТВО, ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ДРОБЛЕНИЕМ ШАГА, содержащее распределитель импульсов с входными шинами реверса и тактирования, логические элементы И по числу фаэ двигателя, связанные первыми входами с выходами распределителя импульсов, а выходами — c входами усилителей мощности, коммутирующих фазы -двигателя, мультиплексор нескольких каналов на один, связанный прямым .и инверсным выходами соответственно с вторыми входами ,элементов И, взятых через один,двоич. ный счетчик, подключенный-выходами .к управляющим входам мультиплексора, и шины высокочастотных и ниэкочастот ных импульсов тактирования, о т л и- ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения плавности движения и точности деления шага, в него введены реверсивный счетчик Джонсона, логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и

2 НЕ-И, последний связан прямым входом с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенного входами к выходам первого и последнего разрядов счетчика Джонсона, связанного выходами всех разрядов с адресны- ми входами мультиплексора,элемент 2 НЕ-И инверсным входом связан с шиной низкочастотных импульсов тактирования, а выходом — с тактовым входом распределителя импульсов, причем тактовый вход счетчика

Джонсона соединен с шиной низкочастотных импульсов тактирования, вход изменения направления пересчета — с шиной реверса, а двоичный счетчик выполнен нереверсивным и подключен тактовым вхоцом к шине высокочастотных импульсов тактирования.

1061230

Изобретение относится к электроl. технике и может быть использовано для электрического дробления основного шага m-фазного шагового электродвигателя (ШЭД) в дискретных автоматизированных системах. 5

Известно устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага, содержащее распределитель импульсов, группу логических элементов 2 И, связанных выходами 10 с входами усилителей мощности,коммутирующих.фазы двигателя, а первыми входами с выходами распределителя импульсов, и блок дробления шага, подключенный прямым и инверсным выходами ко вторым входам элементов 2 И, взятых через один.Его ,блок дробления, шага содержит реверсивный счетчик с перекрестной связью, реверсивный делитель частоты,много- . программный распределитель,одновибратор,триггер управления и группу двухвходовых элементов И,соединенную выходами с входами каждого разряда многопрограммнога распределителя, первыми входами — с выходами каждого разряда реверсивного. счетчика, а вто рыми входами — с выходом одновибрато ра, связанного своим .входом со счетным входом реверсивного, счетчика, и с прямым выходом триггера управления, подключенного инверсным выходом к счетному входу реверсивного делителй частоты, связанного выходом с тактовым входом распределителя импульсов 13. 35

Недостатком этого устройства является большой объем аппаратуры,низкая надежность и неравномерность

:отработки дробных шагов. ф()

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее распределитель импульсов с входными шинами .реверса и тактирования, логические элементы И по числу Фаз двигателя, связанные выходами со входами усилителей мощности, коммутирующих фазы двигателя, первыми входами — с выходами распределителя импульсов, а вторыми входами — с прямым и инверсным выходами блока дробления шага, снабженного реверсивным двоичным счетчиком, логическим элементом ИЛИ, мультиплексором нескольких каналов на один и формирователем единичного кода, выходы которого подключены к адресным (информационным) входам мультиплексора,подключенного прямым и инверсным выходами ко .вторым входам элементов И, бО а управляющими входами — к выходам всех разрядов реверсивного счетчика, соединенного выходами переноса и заема с входами элемента ИЛИ,подключенного своим выходом к тактово- 65 му входу распределителя импульсов и входу реверса счетчика (23.

Недостатком известного устройства является неравномерность дробления шага, обусловленная насыщением магнит:. ной системы двигателя, и связанная с этим неравномерность движения ротс. ра шагового двигателя.

Цель изобретения — повышение плавности движения и точности деления шага.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага, содержащее распределитель импульсов с входными шинами реверса и тактирования, логические элементы И по чис- " лу фаз двигателя, связанные первыми входами с выходами распределителя импульсов, а выходами — с входами усилителей мощности, коммутирующих фазы двигателя, мультиплексор нес-:. кольких каналов на один, связанный прямым и инверсным выходами соответственно с вторыми входами элементов И, взятых через один, двоичный счетчик, подключенный разрядными выходами к управЛяющим входам мультиплексора, и шины высокочастотных и низкочастотных импульсов тактирования, снабжено реверсивным счетчиком Джонсона и логическими элементами ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и 2 НЕ-И, последний связан прямым входом с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенного входами к выходам первого и последнего разрядов счетчика Джонсона, связанного выходами всех разрядов с адресными входами мультиплексора, элемент 2 НЕ-И инверсным входом связан с шиной низкочастотных импульсов тактирования, а выходом - с тактовым входом распределителя импульсов, причем тактовый вход счетчика Джонсона соединен с шиной низкочастотных импульсов тактирования, вход изменения направления пересчета — с шиной реверса, а двоичный счетчик, выполнен нереверсивным и подключен тактовым входом к шине высокочастотных импульсов тактирования.

На Фиг.1 приведена функциональная схема устройства применительно к четырехфазному шаговому двигатеmo„ на фиг. 2 — временные диаграммы сигналов.

Устройство (Фиг,1) содержит распределитель импульсов 1 с шиной реверса 2 и тактирования 3, логические элементы И 4, связанные первыми входами с выходами распределителя 1, а выходами - с входами усилителей мощности 5, коммутирующих фазы б двигателя, и мультиплексор 7, связанный прямком и инверсным выходами соответственно с

1061230

1 3 вторыми входами элементов И 4,взятых через один. Оно содержит также нереверсивный двоичный счетчик -8, подключенный тактовым входом к шине высокочастотных импульсов тактирования 9, а выходами всех разрядов — к управляющим входам мультиплексора 7, реверсивный счетчик

Джонсона 10, соединенный таКтовым входом с шиной низкочастотных импульсов тактирования 11, а входом изменения направления пересчета— с шиной pesepca 2. Некоторые из начальных и последних разрядных выходов реверсивного счетчика Джонсона 10 подключены к опре)деленным группам адресных входов мультиплексора 7, соответствующих заданным уровням квантования токов в смежных фазах, а его промежуточные разрядные выходы — к соответствующим остальным адресным входам мультиплексора 7. Первый .и последний разрядные выходы -счетчика Джонсона 10 подключены через логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 к первому входу логического элемента 2 НЕ-И

13, второй вход которого подключен к шине низкочастотных импульсов тактирования 11, а выход — к шине тактирования 3 распределителя 1.

Входы обнуления распределителя 1 и счетчика Джонсона 10 объединены.и подключены к шине установки устройства в исходное состояние 14.

В каждом отдельном случае исполнения предлагаемого устройства число объединенных в группы начальных и оконечных информационных входов мультиплексора 7 определяется принятым нелинейным законом квантования токов в смежных фазах двигателя — в зависимости от его установленной степени насыщенности магнитной системы и соответственно кривой изменения магнитного потока в воздушном зазоре.

Устройство работает с4едующим образом.

Импульс, поступающий на шину 14, устанавливает счетчик Джонсона 10 и распределитель импульсов 1 в ну-. левое состояние. К шине реверса .2 прикладывается логический уровень .потенциала, соответствующий требуемому направлению вращения. При этом на всех разрядных выходах счетчика Джонсона 10 и на прямом выходе мультиплексора 7.оказываются нулевые логические потенциалы, а на инверсном выходе мультиплексора

7 - единичный логический потенциал.

Одновременно с этим на первых двух выходах 15 и 16 распределителя импульсов 1, в случае четырехфазного шагового двигателя, работающего в парном режиме коммутации фаз, присутствуют единичные, а на остальных

его выходах 17 и 18 — нулевые логические потенциалы. В результате этого "разрешающие" потенциалы на входе элемента И 4 первого канала открывают усилитель мощности.5 и через первую фазу б протекает номинальный (максимальный) ток 3„(i< на фиг.2).

При поступлении первого импульса на шину низкочастотных импульсов

10 тактирования 11 (3„ на фиг.2) в первом разряде счетчика Джонсона 10 записывается единица, т.е. в нем ус.танавливается логическая кодовая комбинация 100000. После подачи на

35 шину 9 высокочастотных импульсов тактирования посредством двоичного счетчика 8 производится поочередный опрос информационных входов мультиплексора 7 и выдача на его выходы вырабатываемых счетчиком 10 логических потенциалов. При этом, благодаря объединенным первыл двум входам .мультиплексора 7 на его прямом выходе периодически вырабатываются

25 прямоугольные высокочастотные импульсы со скважностью С = 8/2, а на его инверсном выходе — со скважностью

С = B/6. Это приводит к формированию, токов в первой фазе б амплитудой

6/8 Т„ и во второй его фазе амплитудой i2 = 2/8 Т (при нулевых значениях токов в остальных двух фазах).

В последующих четырех тактах ра- боты устройства происходит потактное изменение кода в счетчике Джонсона 10; 110000; 111000, 111100;

111110. Это приводит к поочередному формированию прямоугольных импульсов со скважностью, 8/3 8/4, 40 8/5 8/6 — на его прямом выходе (32

34 на фиг.2) и со скважностью 8/5,"

8/4; 8/3," 8/2 — íà его инверсном выходе (3, 3 на фиг.2). В результате происходит потактное увеличение тока во второй фазе: 3/8 3„;

4/8 3Н I 5/8 3Н; 6/8 3 и соответствующее уменьшение тока в первой фазе: 5/83„, 4/8. 3„; 3/8 3; 2/83„.

В последнем шестом такте первого полуцикла работы устройства в счетчике Джонсона 10 записывается максимальный код 111111. При этом, бла-годаря объединенным последним двум входам мультиплексора 7 на его прямом выходе возникает постоянный единичный, а на его инверсном выходе постоянный нулевой потенциал. В результате этого во второй фазе 6 двигателя обеспечивается номинальный ток 3 (при нулевых токах во всех остальных трех фазах).

После установки всех разрядов счетчика Джонсона в единичные состояния на выходе элемента 12 (диаграмма 12 на фиг.2) возникает еди65 яичный потенциал. Благодаря. этому

1061230 от заднего фронта шестого тактового импульса. через элемент 13 (диаграмма 13 на фиг.2) запускается распределитель 1 и меняется его исходное состояние. После этого единичные логические потенциалы возникают на выходах 15-18 (фиг.2).

Предполагается, что элементы памяти распределителя 1 и счетчика

Джонсона 10 срабатывают от передних фронтов поступающих непосредственно к их тактовым входам прямоугольных ймнульсов. Этим завершается первый полуцикл функционирования устройст- ва, при котором за шесть тактов поступления импульсов на шину 11 в пер. вой фазе двигателя осуществляется по описанному закону шестиступенчатое уменьшение, а во второй фазе шестиступенчатое увеличение тока.

Благодаря этому, если принятый закон квантования токов в определенной степени точности компенсирует влияние насыщенности магнитной системы данного ШЭД, то происходит равномерный ступенчатый поворот суммарного вектора электромагнитного момента и соответственно ротора. В результате ротор отрабатывает шесть равномерных дробных шагов, величиной (ос

АР 6 где d qс — величина основного шага.

Йторой полуцикл функционирования устройства аналогичен описанному первому. Он начинается с момента поступления на шину 11 очередного седьмого тактирующего импульса.Отли; чие заключается лишь в том, что во втором полуцикле в счетчике Джонсо-, на 10 происходит. поразрядное уменьшение числа логических. единиц, т.е. смена кодов по порядку." 011111, 001111, 000111, 000011, 000001, ОООООО. Это приводит к ступенчатому уменьшению тока во второй фазе и одновременному увеличению в третьей фазе (по два кванта в первой и последней ступеньках и по одному — в остальных ступеньках). После завершения двенадцатого такта на выходе элемента 13 опять возникает единичный потенциал. Это позволяет распределителю 1 через полутакт задержки (от заднегс фронта двенадцатого так. тового импульса через элемент 13) опять изменить свое состояние, что приводит к появлению логических единиц на его выходах 17 и 18.

Последующие циклы работы устройства происходят аналогично первому.

Реверсирование устройства осуществляется путем изменения ранее приложенного на шине 2 логического по-, тенциала на обратный. При этом изФ меняются на обратные описанные процессы потактных формирователей кодов в распределителе 1 и в счетчике

Джонсона 10. Частота тактирующих

5 импульсов T„ на шине 11 устанавливается в соответствии с требуемой рабочей частотой отработки дробных шагов данного ШЭД, а частота тактирующих импульсов на шине 9 выбирается исходя из величины электро10 магнитной постоянной времени данного двигателя, чтобы обеспечить допустимые пульсации тока при осуществляемой широтно-импульсной модуляции фазных напряжений с учетом заданного коэффициента дробления основного шага.

Устройство при наличии соответствующего распределителя импульсов может быть использовано для управления двигателем с любым числом фаз. Число информационных входов мультиплексора 7 и коэффициент пересчета двоичного счетчика 8 выбираются в соответствии с выбранным числом элементарных уровней квантова- ния токов. ЧисЛо разрядов счетчика

Джонсона 10 выбирается в соответствии с заданным коэффициентом дробления основного шага данного ШЭД с учетом принятого закона нелиней-, ного квантования токов.

На фиг. 2 диаграмма Т характеН . ризует прямоугольные импульсы,пода35 ваемые на шину низкочастотных импульсов тактирования 11, диаграмма.

12 показывает выходные сигналы эле:мЕнта ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12, а диаг- . .(рамма 13 — элемента 2 НЕ-И 13. На

40 графиках 15-18 представлены выходные сигналы распределителя импуль сов 1 при управлении четырехфазным двигателем в режиме парной коммутации фаз ° графики 7 3 и 7 Ус

45 ловно иллюстрируют процесс ступенчатого изменения тока в фазах (в результате потактного формирования широтно-модулированных сигналов на выходах мультиплексора 7), который

5О .имел бы местб, если бы на всех выходах 15-18 расйределителя 1 одновременно присутствовали единичные потенциалы. Кривые i -i отображают

7 действительный ход ступенчатого изменения токов в соответствующих фазах четырехфазного двигателя при, реальной циклограмме переключений выходов распределителя 1.

Таким образом, предлагаемое уст60 ройство при подходящем выборе нелинейно-ступенчатого закона квантования токов для каждого двигателя с определенной степенью насыщенности магнитной системы и при соответствующем подключении разрядных выхо1061230 дов счетчика Джонсона к определенным группам информационных входов .мультиплексора позволяет значительСоставитель 3. Горник

Техред:Т.Фанта Корректор A. Дзятко

Редактор К. Волощук

Заказ 10056/56 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 аина Е Ю!

Р но повысить плавность хода, равномерность и точность отработки дробных шагов.