Устройство для управления шаговым двигателем

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ и1АГОШ 1М ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее формирователь импульсов, первый элемент задержки, генератор импульсов и коммутатор , выходом связанный с шаговым двигателем, вал которого механически связан с датчиком положения, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам коммутатора, причем входы формирователя импульсов и первого элемента задержки соединень1 с шиной питания, а выход последнего - с управляющими входами генератора импульсов и коммутатора, о тличающееся тем, что, с целью повышения его надежности и точности , в него введены блок индикации, триггер знака, второй, третий и четвертый элементы задержки, триггер, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, инвертор, первый и второй элементы 2И-2ИЛИ-НЕ, выходы которых подключены к счетным входам кЪммутатора и к первым входам триггера знака,,первые входы - соответственно к выходу и входу инвертора, вторые входы - к выходу первого элемента , ИЛИ, к входу второго элемента задержки и к первому входу триггера, третьи входа - соответственно к инверсному и прямому выходам триггера знака , а четвертые входы - к выходу второго элемента И и к первому входу ,. блока индикации, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, с первым входом второго элемента ИЛИ и через третий элемент задержки - с первым входом первого, элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов и к третьему входу блока индикации , причем знаковые выходы датчика положения соединены с вторыми входами триггера знака, а синхронизирующий выход - с первым входом второго элеS мента И и через четвертый элемент задержки - с вторым входом триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно с первым входом первого элемента И, вторым входом соединенного с выходом второго элемента задержки и с вторым вхоND ND дом второго элемента И, выход формирователя импульсов соединен с вторым .входом второго элемента ИЛИ, соединенного выходом с вторым управляю)цим входом коммутатора, а вход инвертора - с знаковым входом устройства.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

J (19) Ч Р(10

3(б1) G 05 В 19/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ"

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО ДелАм изОБРетений и ОТКРытий

I (21) 3381992/18-24 (22) 15. 01. 82 (46) 07.05.84. Вюл. N 17 (72) P.Â.Ãàëàíñêèé и В.Ф..Синяев (53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 725184, кл. Н 02 P 8/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 3326160/24, кл. G 05 В 19/40, 1981. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее формирователь импульсов, первый элемент задержки, генератор импульсов и коммутатор, выходом связанный с шаговым двигателем, вал которого механически

j связан с датчиком положения, информационные выходы которого подключены к . соответствующим входам коммутатора, причем входы формирователя импульсов и первого элемента задержки соединены с шиной питания, а выход последнего — с управляющими входами генератора импульсов и коммутатора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его надежности и точности, в него введены блок индикации, триггер знака, второй, третий и четвертый элементы задержки, триггер, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, инвертор, первый и второй элементы 2И-2ИЛИ-НЕ, выходы которых подключены к счетным входам коммутатора и к первым входам триггера-знака.,первые входы — соответственно к выходу и входу инвертора, вторые входы — к выходу первого элемента:.

ИЛИ, к входу второго элемента задержки и к первому входу триггера, третьи входы — соответственно к инверсному и прямому выходам триггера знака, а четвертые входы — к выходу второго элемента И и к первому входу блока индикации, второй вход которого соединен с выходом первого элемен\ та И, с первым входом второго элемента ИЛИ и через третий элемент за- держки — с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора иипуль-. сов и к третьему входу блока индикации, причем знаковые выходы датчика положения соединены с вторыми входами триггера знака, а синхронизирующий выход — с первым входом второго элемента И и через четвертый элемент задержки — с вторым входом триггера, прямой и инверсный выходы которого

I подключены соответственно с первым входом первого элемента И, вторым входом соединенного с выходом второго элемента задержки и с вторым входом второго элемента И, выход формирователя импульсов соединен с вторыми ,входом второго элемента ИЛИ, соединенного выходом с вторым управляющим входои коммутатора, а вход инвертора - с знаковым входом устройства.

f 10911

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического регулирования, в цифровых шаговых приводах.

Известно устройство для управле5 ния шаговым двигателем, содержащее три триггера с подключенными к их информационным входам элементами

2 И- 3 ИЛИ-НЕ, соединенных взаимными перекрестными связями и подклю.ченных тактируемыми входами к тактовой шине, три шины задания режима работы, связанные с входами элементов 2И-ЗИЛИ-НЕ и узел установки исходного состояния триггеров, который содержит элемент 4И-НЕ и инвертор, связанный своим входом с тактовой шиной, а выходом — с входом элемента 4И-НЕ, подключенного остальными своими входами к нулевым выходам всех, триггеров, а выходом — к единичному входу одного из триггеров fij

Недостатком известного устройства является ограниченность применения, так как оно обеспечивает автоматическую установку требуемых состояний триггеров при сбоях только для трехфазного распределителя импульсов, управляющего трехфазным шаговым двигателем. В данном устройстве нельзя ре30 ализовать автоматическое восстановление режима коммутации при числе фаз более "трех, т.е. вал двигателя может повернуться через одно или несколько положений в неопределенном направлении. Кроме того, при сбоях, в распределителе импульсов устройство обеспечивает исключение только двух состояний триггеров 000 и 111. При числе фаз более трех могут возникнуть и другие избыточные состояния, кото40 рые известное устройство не устраняет.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления

Ф шаговым двигателем, содержащее формирователь импульсов, элемент задержки, генератор импульсов и коммутатор, выходом связанный с шаговым двигателем, вал которого механически связан с датчиком положения, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам коммутатора,причем входы формирователя импульсов и первого элемента задержки соединены с шиной питания, а выход последнего— с управляющими входами генератора импульсов и коммутатора (2).

22 2

Недостатками указанного устройства являются недостаточная надежность и невысокая точность при работе в условиях помех, вызывающих сбой в работе шагового двигателя.

Цель изобретения — повышение нао дежности и точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления шаговым двигателем введены блок индикации, триггер знака, второй, третий и четвертый элементы задержки, триггер, ° первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, инвертор, первый и второй элементы 2И-2ИЛИ-НЕ, выходы которых подключены к счетным входам коммутатора и к первым входам триггера знака, первые входы — соответственно к выходу и входу инвертора, вторые входы — к выходу первого элемента ИЛИ, к входу второго элемента задержки и к первому входу триггера, третьи входы — соответственно к инверсному и прямому выходам триггера знака, а четвертые входы — к выходу второго элемента И и к первому входу блока индикации, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, с первым входом второго элемента ИЛИ и через третий элемент задержки — с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов и к третьему входу блока индикации, причем знаковые выходы датчика положения соединены с вторыми входами триггера знака, а синхронизирующий выход — с первым входом второго элемента И и через четвертый элемент задержки — с вторым входом триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно с первым входом первого элемента И, вторым входом соединенного с выходом второго элемента задержки и с вторым входом второго элемента И, выход формирователя импульсов соединен с вторым входом вто-., рого элемента ИЛИ, соединенного выходом с вторым управляющим входом коммутатора, а вход инвертора — с знаковым входом устройства.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит коммутатор 1, шаговый двигатель 2, датчик 3 положения, формирователь 4 импульсов, первый элемент 5 задержки, генератор

6 импульсов, блок 7 индикации, триггер 8 знака, первый и второй элемен10911

Э ты 2И-2ИЛИ-НЕ 9 и 10, инвертор 11, триггер 12, первый и второй элементы ИЛИ 13 и 14, второй, третий и четвертый элементы задержки 15, 16 и 17, первый и второй элементы И 18 и 19.

Устроиство работает следующим об5 разом.

При включении питания формирователь 4 импульсов от перепада напряжения. питания формирует импульс запи- 10 си, который через элемент ИЛИ 14 поступает на вход предварительной записи коммутатора 1 и производит запись

I в него кода, поступающего с выходов датчика 3 положения. Триггер 12 ус15 танавливается в произвольное положение. Через определенное время после импульса записи на выходе элемента

5 задержки появляется сигнал разрешения, который поступает на управля20 ющий вход коммутатора 1. С выхода коммутатора 1 код, преобразованный в фазовый сигнал, поступает на обмотки шагового двигателя 2, подтверждая положение его оси. Одновременно по25 тенциал разрешения поступает на. вход управления генератора 6 импульсов и запускает его. Тактовый импульс с выхода генератора 6 импульсов, пройдя элемент ИЛИ 13, поступает на вторые входы элементов 2И-2ИЛИ-НЕ 9 и

10, проходит через один из них, подготовленный по первому входу сигналом со знакового входа устройства на обратный или прямой счетный вход коммутатора 1. Ось шагового двигателя начнет движение с положения, на котором двигатель остановился при выключении питания.

Одновременно тактовый импульс с выхода элемента ИЛИ 13 поступает на 40 вход элемента 15 задержки и на единичный вкод триггера 12. Триггер 12 устанавливается в единичное положение, подготавливает по одному входу элемент И 18 и запирает элемент И 19.

При повороте оси шагового двигателя

2 датчик 3 положения формирует код текущего положения оси и синхроимпульс. Код поступает на информационные входы коммутатора, 1 а синхроимпульс — на вход элемента И 19, через который он не проходит, и на вход элемента 17 задержки. Задержанный синхроимпульс поступает с выхода элемента 17 задержки на нулевой вход триггера 12 и устанавливает его в нулевое положение. Сигнал с выхода триггера 12 подготавливает по второму

22 4 входу элемента И 19 и запирает элемент И 18, через который не проходит импульс, поступающий с выхода элемента 15 задержки, так как. его время задержки превышает величину Т +Т +Т 1 2 З где Т вЂ” время отработки одного шага шаговым двигателем 2; Т вЂ” время задержки элемента 7 задержки, Т, — время переключения триггера 12.

Время, на которое элемент 17 задержки задерживает импульс, должно быть равно или больше длительности синхроимпульса и меньше времени отработки одного шага шаговым двигателем

2. При поступлении последующих тактовых импульсов от генератора 6 импульсов процесс работы устройства повторяется как описано выше. Этот режим работы считается основным. При работе в условиях помех возможен сбой шагового двигателя 2, когда при наличии тактового импульса шаговый двигатель

2 не изменяет своего состояния и пропускает такт, или ложное срабатывание, когда при отсутствии тактового импульса шаговый двигатель 2 изменяет свое состояние и делает ложный такт в любом направлении.

Рассмотрим режим работы при пропуске такта шаговым двигателем. При поступлении тактового импульса триггер 12 устанавливается в единичное положение, элемент И 19 по одному входу запирается, а элемент И 18 подготавливается. Шаговый двигатель .2 не изменяет своего состояния. На выходе датчика 3 положения синхроимпульс отсутствует. Тактовый импульс, задер-. жанный элементом 15 задержки, поступает на элемент И 18. Импульс с выхода элемента И 18 проходит через элемент ИЛИ 14 на вход предварительной записи коммутатора 1 и производит в него запись кода состояния шагового двигателя 2 с выхода датчика 3 положения. Одновременно импульс с выхода элемента И 18 задержанный элементом 16 задержки на время запии кода в коммутатор 1, проходит через элемент ИЛИ 13 и, как тактовый импульс, поступает на триггер 12, а также через элемент 2И-2ИЛИ-НЕ 9 или 10 на счетный вход коммутатора 1 °

Если после дополнительного импульса шаговый двигатель 2 изменит свое состояние на один шаг, то на выходе датчика 3 положения сформируется синхроимпульс, который через элемент 17 задержки поступит на вход триггера 12

1091122 и установит его в нулевое положение.

Далее работа повторяется как при основном режиме работы от генератора 6 импульсов.

Если после первого дополнительного тактового импульса состояние шагового двигателя 2 не изменится, то процесс формирования этого импульса повторится, как описано выше. Это будет продолжаться до тех пор, пока 10 шаговый двигатель 2 не изменит свое состояние или с приходом основного тактового импульса анализатор 7 сбоев не выдаст при заданном критерии соответствующий сигнал управления, 1З например, генератором 6 импульсов или всем устройством. Теперь рассмотрим работу устройства при ложном срабатывании шагового двигателя 2, когда он дополнительно изменяет свое сос- 20 тояние при отсутствии тактового импульса от генератора 6 импульсов.

Пусть со знакового входа устройства поступает сигнал разрешения, следовательно, элемент 2И-2ИЛИ-НЕ 10 будет25 подготовлен по первому входу и коммутатор 1 будет работать в режиме прямого счета — сложения.

При ложном срабатывании ось шагового двигателя 2 поворачивается дополнительно на один шаг в любом направлении. При этом датчик 3 положения на выходах направления формирует импульсы, согласно которым триггер

8 знака подготавливает по третьему входу один иэ элементов 2И-2ИЛИ-НЕ 9 или 10. Одновременно датчик 3 положения сформирует ложный синхроимпульс, который пройдет через элемент И 19, подготовленный по второму входу триг-4п гером 12 при окончании предыдущего такта, н поступит на третий вход блока 7 индикации и .четвертые входы элементов 2И-2ИЛИ-НЕ 9 и 10.

Если ось шагового двигателя 2 повернулась в прямом направлении, то триггер 8 знака подготовит элемент

2И-2ИЛИ-НЕ 9 и ложный импульс с его выхода поступит на обратный счетный вход коммутатора 1 для вычитания.

Ось шагового двигателя 2 повернется в обратном направлении на один шаг и восстановит свое положение. Если ось шагового двигателя 2 повернулась в обратном направлении, то триггер знака 8 .подготовит элемент 2И-2ИЛИ-НЕ

10, через который ложный импульс поступит на прямой счетный вход коммутатора 1 для сложения. Ось шагового двигателя 2 повернется в прямом направлении ка один шаг и восстановит свое положение. При повторном ложном срабатывании шагового двигателя 2 работа по самовосстановлению повторится как описано выше. Одновременно с появлением ложного импульса импульс с выхода элемента И 19 поступает на вход блока 7 индикации.

Таким образом, при ложном срабатывании шагового двигателя или пропуске шага автоматически обнаруживается ошибка и восстанавливается режим коммутации обмоток шагового двигате-. ля, а его ось устанавливается в заданное положение. Этим повышается точность и надежность функционирования, что обуславливает получение оп» ределенного технико-экономического эффекта в случае применения предлагаемого устройства для управления шаговым двигателем.

1091122

Составитель С.Дунаев

Редактор Ю..Середа Техред И.Метелева Корректор Ю.-Макаренко

Заказ 3081/43 Тираж 842 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