Устройство для управления шаговым двигателем

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее распре Делитель импульсов, усилитель мощности , первый ключ, первый вход которого связан с выходом задающего генератора , а второй вход подключен к единичному выходу коммутирующего триггера , регистр ввода числа, выходы которого подключены к первым входам ключей ввода информации и к соответствующим входам входного элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к второму входу второго ключа, выходы соответствующих ключей ввода информации подключены к соответствующим установочным входам счетчика и к входу установ ки направления движения распределителя импульсов, импульсньп выход счетчика подключен к счетному входу коммутирующего триггера, входной ключ, выход которого связан со счетным входом входного счетчика, адресный вход которого подключен к единичному входу оконечного триггера этого счетчика, единичный выход оконечного триггера подключен к второму входу входного ключа, первый вход которого подсоединен к тактирующему входу регистра ввода числа, инвертор, выход которого связан с первым входом второго ключа , соединенного третьим входом с единичным выходом триггера пуска, а выходом - с единичным входом коммутирующего триггера, выход .первого ключа подсоединен к счетному входу счетчика и к переключающему входу распределителя импульсов, отличающеес я тем, что, с целью повьшения его точности и надежности, в него введены два элемента задержки, формирователь сигнала Сброс по включению питания и дополнительный элемент ИЛИ, причем вход первого элемента задержки подключен к импульсному выходу входного § счетчика, выход второго элемента за (Л держки подключен к единичному входу триггера пуска, а вход - к выходу первого элемента задержки и к вторым входам ключей ввода информации, первый вход дополнительного элемента 1ШИ соединен с единичным выходом оконечного триггера входного счетчика, второй вход - с выходом формирователя сигнала Сброс по включению питания и с входом установки в исходное состояние распределителя импульсов, а выход связан с входом подтверждения прямого хода распределителя импульсов и с входами установки О счетчика, коммутирующего триггера и триггера пуска , другой нулевой вход которого соединен с единичным выходом коммутирующего триггера, адресный вход входного счетчика подсоединен к входу установки в О остальных триггеров входного счетчика, а выход задающего генератора связан с входом инвертора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(511 Н 02 Р 8/00

OllHCAHHE ИЭОБРКткНиЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТКОЙ (21) 3540127/24-07 (22) 21.01.83 (46) 07. 05. 84. Бюл. №. 17 (72) В. Г. Лукин и N. Т. Тимченко (53) 621 . 31 3. 1 3-1 33. 3. 525(088. 8) (56) 1. Исмаилов Ш.Ю. Автоматические системы и приборы с щаговыми двигателями. M., "Энергия", 1968, с.125-126.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 514411, кл. Н 02 P 7/62, 1974 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ШАГОВЬ1М ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее распре (елитель импульсов, усилитель мощности, первый ключ, первый вход которого связан с выходом задающего генератора, а второй вход подключен к единичному выходу коммутирующего триггера, регистр ввода числа, выходы которого подключены к первым входам ключей ввода информации и к соответствующим входам входного элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к второму входу второго ключа, выходы соответствующих ключей ввода информации подключены к соответствующим установочным входам счетчика и к входу установ ки направления движения распределителя импульсов, импульсный выход. счетчика подключен к счетному входу коммутирующего триггера, входной ключ, выход которого связан со счетным входом входного счетчика, адресный вход которого подключен к единичному входу оконечного триггера этого счетчика, единичный выход оконечного триггера подключен к второму входу входного ключа, первый вход которого подсоединен к тактирующему входу регистра ввода числа, инвертор, выход которого связан с первым входом второго ключа, соединенного третьим входом с единичным выходом триггера пуска, а выходом — с единичным входом коммутирующего триггера, выход .первого ключа подсоединен к счетному входу счетчика и к переключающему входу распределителя импульсов, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения го точности и надежности, в него введены два элемента задержки, формирователь сигнала "Сброс" по включению питания и дополнительный элемент ИЛИ, причем вход первого элемента задержки подключен к импульсному выходу входного счетчика, выход второго элемента задержки подключен к единичному входу триггера пуска, а вход — к выходу первого элемента задержки и к вторым входам ключей ввода информации, первый вход дополнительного элемента 11ЛИ соединен с единичным выходом оконечно го триггера входного счетчика, второй вход — с выходом формирователя сигнала "Сброс" по включению питания и с входом установки в исходное состояние распределителя импульсов, а выход связан с входом подтверждения прямого хода распределителя импульсов н с входами установки "О" счетчика, коммутирующего триггера и триггера пуска, дру1"ой нулевой вход которого соединен с единичным выходом коммутирующего триггера, адресный вход входного счетчика подсоединен к входу установки в "0" остальных триггеров входного счетчика, а выход задающего re— нератора связан с входом инвертара, 3 1091

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано дпя управления щаговыми электродвигателями, работаюо»ими в системах автоматического управления и регулирования.

Известно устройство для управления шаговым электродвигателем, содержащее первый, второй и третий триггеры, образующие пересчетную схему, выходы которой подключены к входам усилителей мощности и импульсным входам ключевых устройстн, тригер реверса, выходы которого подключены к соотнетстнующим входам.-,ключевых устройств, подключенных своими выходами к соответствующим входам триггеров пересчет ной схемы, первую схему задержки, выход которой поключен к входу первого триггера пересчетной схемы, вторую схему задержки, выход которой подклю. чен к входу первой схемы задержки и к соответствующим входам второго и третьего триггеров пересчетной схемы (11.

К недостаткам устройства относятся низкие надежность и точность позиционирования, поскольку отсутствует контроль числа импульсов, поданных на шаговый двигатель. Это приводит к »отработке числа импульсов, отличающе гося от заданного и, соответственно, к ошибке позиционирования.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для управления шаговым двига телем, содержащее распределитель импульсов, усилитель мощности, первый ключ, первый вход которого связан с вьгходом задающего генератора, а второй вход подключен к единичному ны40 ходу коммутирующего триггера, регистр ввода числа, выходы которого подключены к первым входам ключей ввода информации и к соответствующим входам входного элемента ИЛИ, выход которо45 го подсоединен к второму входу второ-. го ключа, выходы соответстнующих ключей ввода информации подключены к соответстнующим установочным входам счетчика и к входу установки направления движения распределителя импул».— сов, импульсный выход счетчика подключен к счетному входу коммутирующего триггера, входной ключ, вьгход которого связан со счетным нходом вход- 5 ного счетчика, адресный вход которого подключен к единичному входу оконечного триггера этого счетчика, единич295 2 ный выход оконечного триггера подклю чен к второму входу входного ключа, первый вход которого подсоединен к тактирующему входу регистра Ввода числа, инвертор, выход которого связан с первым входом второго ключа, о соединенного третьим входом с единич. ным выходом триггера пуска, а выходом — с единичным нходом коммутирующего триггера, выход первого ключа подсоединен к счетному входу с »етчика и к переключающему входу распределителя импульсов (2 .1.

K недостаткам устройства относятся невысокие надежность и точность, поскольку оно не исключает самопроизвольного движения шагового двигателя (при отсутствии команды ПУСК) при включении питания.

При включении источника питания коммутирующий триггер устанавливается в случайное состояние и при установке его в единичное состояние сигнал разрешения поступает на соответствующие входы первого и второго ключей, что приводит к прохождению частоты с задающего генератора на коммутатор обмоток шагового двигателя и соответственно, его движению.

При обращении к данному устройству по команде "Адрес" для обработки цикла входной счетчик находится н произвольном (не нулевом) состоянии, что приводит к неправильному последующему его функционированию.

Цель изобретения — повышение точности и надежности работы устройства для управления шаговым двигателем.

Постанленная цель достигается тем, что в устройство для упранления шаговым двигателем, содержа»цее распреде— литель импульсов, усилитель мошпости, ПЕРВЫЙ КЛЮЧ ПЕРВЬ»й ВХОД КОТОРОГ О связан с выходом задающего генератора, а второй вход подключен к единичному выходу коммутирующего триггера, регистр ввода числа, выходы которого подключены к первым входам ключей Ввода информации и к соответствующим Входам вхс цного элемента ИЛИ, Выход которого подсоединен к второму входу второго ключа, выходы соответствующих ключей ввода информации подключены к соответствующим установочнымм Входам счетчика и к входу установки напранле ния движения распределителя импульсов

<< импульсный выход счетчика подключен к счетному входу коммутирующего триггера„ входной ключ, выход которого

)0912 связан со счетным входом входного счетчика, адресный вход которого подключен к единичному входу оконечного триггера входного счетчика, единичный выход оконечного триггера под5 ключен к второму входу входного ключа, первый вход которого подсоединен к тактирующему входу регистра ввода числа, инвертор, выход которого связан с первым входом. второго ключа, соединенного третьим входом с единичным выходом триггера пуска, а выходом — с единичным входом коммутирующего триггера, выход первого ключа подсоединен к счетному входу счетчика и к переключающему входу распределителя импульсов, введены два элемента задержки, формирователь сигнала

"Сброс" по включению питания и дополнительный элемент ИЛИ, причем вход первого элемента задержки подключен к импульсному выходу входного счетчика, выход второго элемента задержки подключен к единичному входу триггера пуска, а вход — к выходу первого элемента задержки и .к вторым входам ключей ввода информации, первый .вход дополнительного элемента ИЛИ соединен с единичным выходом оконечного триггера входного счетчика, второй вход — с выходом формирователя сигнала "Сброс" по включению питания и с входом установки в исходное состоя ние распределителя импульсов, а выход связан с входом подтверждения прямого хода распределителя импульсов и с входами установки "0" счет30 чика, коммутирующего триггера и триггера пуска, другой нулевой вход кото рого соединен с единичным выходом )с коммутирующего триггера, адресный вход входного счетчика подсоединен к входу установки в "0" остальных триггеров входного счетчика, а выход задающего генератора связан с входом инвертора.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства (применительно к трехфазному шаговому двигателю); на фиг. 2 — временные диаграммы, иллюстрирующие его работу.

Si

Устройство (Фиг.)l содержит шаговый двигатель 1, последовательно соединенные распределитель 2 импульсов и усилители 3 мощности, первый ключ

4, первый вход которого связан с вы- 55 ходом задающего генератора 5, а второй вход подключен к единичному выходу коммутирующего триггера 6, регистр

95 4

7 ввода числа, выходы которого подклю чены к первым входам ключей 8 ввода информации и к соответствующим входам входного элемента ИЛИ 9, выход которого подсоединен к второму входу второго ключа 10,выходы соответствующих ключей 8 ввода информации подключены к соответствующим установочным входам счетчика ll и к входу установки направления движения 2 распределителя импульсов.

Импульсный выход счетчика ll подключен к счетному входу коммутирующего триггера 6. Устройство содержит входной ключ 1 2, выход которого связан со счетным входом входного счетчи ка 13 адресный вход которого подключен к единичному входу оконечного триггера 14 входного счетчика 13, еди. ничный выход оконечного триггера 14 подключен к второму входу входного ключа 12, первый вход которого подсоединен к тактирующему входу регистра 7 ввода числа. Инвертор 15 связан выходом с первым входом второго ключа

10, соединенного третьим входом с еди ничным выходом три" ãåðà 16 пуска, а выходом — с единичным входом коммутирующего триггера 6. Выход первого ключа 4 подсоединен к счетному входу счетчика 11 и к переключающему входу распределителя 2 импульсов. Первый элемент 17 задержки соединен входом с импульсным выходом входного счетчика 13. Второй элемент 18 задержки выходом соединен с единичным входом триггера 16 пуска, а входом — с выходом первого элемента 17 задержки и с вторыми входами ключей 8 ввода информации. Дополнительный элемент ИЛИ

19 первым входом связан с единичным выходом оконечного триггера 14 вход ного счетчика 13, вторым входом — с выходом формирователя 20 сигнала

"Сброс" по включению питания (пример выполнения которого приведен на фиг.l) и с входом установки в исходное состояние распределителя 2 импульсов, а выход связан с входом подтверждения прямого хода распределителя 2 импульсов и с входами установки нуля счетчи. ка ll коммутирующего. триггера 6 и триггера 16 пуска, другой нулевой вход которого соединен с единичным выходом коммутирующего триггера 6.

Адресный вход входного счетчика 13 подключен к входу установки в нуль остальных триггеров этого же счетчи- . ка 13, а выход задающего генератора

95 6

3 10912

5 связан с входом инвертора 15. Галь- ванические развязки 21 (например, трансформаторного типа), шины "Адрес"

22, "Синхроимпульсы" (СИ) 23 и "Информация" (ИНФ) 24 являются входами устройства, на которые поступают соот ветствующие сигналы от внешнего управляющего устройства, например от

ЭВИ (не показано).

Устройство работает следующим об- 10 разом. При включении напряжения питания

U> формирователь 20 сигнала "Сброс" по включению питания формирует импульс "Сброс", который поступает на вход установки в исходное состояние распределителя 2 импульсов и устанавливает его в исходное электрическое .состояние, соответствующее начальному угловому положению шагового двигателя 1, а проходя через элемент ИЛИ

19 сбрасывает в нулевое состояние счетчик ll коммутирующий триггер б, триггер 16 пуска и подтверждает условие прямого хода распределителя 2 им- gg пульсов.

Входные сигналы "Адрес", СИ и ИНФ поступают на гальванические развязки

21 в последовательности, указанной на.фиг. 2, где позициями А-М обозначе З0 ны сигналы в одноименных точках схемы (фиг.l).

Входной сигнал, поступающий по шине "Адрес" через гальваническую развязку 21, устанавливает оконечный

31 триггер 14 входного счетчика 13 в нулевое состояние, вследствие чего на второй вход входного ключа 12 поступает единичный сигнал с единичного выхода оконечного триггера 14, разрешающий прохождение синхроимпульсов с шины СИ 23 через гальваническую раз-. вязку 21 и входной ключ 12 на счет- . ный вход входного счетчика 13. Одновременно этот же сигнал, выполняющий ф5 в данном случае функцию сигнала

"Сброс", проходя через элемент ИЛИ 19. на распределитель 2 импульсов, счетчик 11, коммутирующий триггер 6 и триггер 16 пуска, либо подтверждает

50 либо устанавливает их (в случае переключения их в другое,. не исходное состояние до появления сигнала "Адрес", например, при воздействии помехи) в исходное состояние по связям, указанным на фиг. 1, и удерживает их в этом состоянии до окончания записи входной информации в регистр 7 ввода числа (фиг.2).

Таким образом, нулевой сигнал с единичного выхода коммутирующего триггера 6 поступает на второй вход первого ключа 4, запрещая прохождение частоты с задающего генератора 5 на счетчик ll и распределитель 2 импульсов ° о

Нулевой сигнал с единичного выхода триггера 16 пуска поступает на третий вход второго ключа 10, запрещая прохождение сигналов по другим входам этого же ключа 16 на коммутирующий триггер 6.

После прохождения сигнала по шине

"Адрес" 22 сопровождающие входную информацию синхроимпульсы СИ с шины

23 поступают на входной счетчик 13, а сама входная информация (ИНФ) с шины 24 вместе с синхроимпульсами поступает на регистр 7 ввода числа.

Обчно при передаче цифровой информации.на большие расстояния используется парафазный код илн же число представляется динамическим способом, что обеспечивает высокую помехозащищенность.

После поступления последнего импульса последовательного входного кода в регистре 7 ввода числа записывается вся цифровая информация, а йоследний, сопровождающий входной код, синхроимпульс переполняет вход-. ной счетчик 13, с .импульсного выхода которого сигнал переполнения поступает на вход первого элемента 17 задержки. Оконечный триггер 14 входного счетчика 13 соответственно устанавливается в нулевое состояние, закрывая входной ключ 12 и снимая сигна "Сброс" с распределителя 2 импуль— сов, счетчика l1, триггера 16 пуска и коммутирующего триггера 6 по связям, указанным на фиг. l.

После поступления импульса переполнения на вход первого элемента 17 задержки через время задержки ht (фиг.2), выбираемое таким, чтобы оно гарантировало перезапись информации с регистра 7 ввода числа после окончания всех переходных процессов на элементах схемы устройства, возникаю щих после ввода входной информации с шины "Информация" 24, на выходе первого элемента 17 задержки появится импульс "Запись", который поступает на вход второго элемента 18 задержки и на вторые входы ключей 8 ввода информации. При этом информация с регистра 7 ввода числа переписывается через ключи 8 в счетчик 11. В

1091295 зависимости от ч ого, какого знака по1 ступила входная информация на распре:: делитель 2 импульсов, или останутся . условия прямого хода, подтвержденные сигналом "Сброс" с оконечного 5 триггера )4 или же (при наличии единичного уровня в знаковых разрядах) запишутся в распределитель 2 импульсов условия реверса. Через время задержки d t второго элемента 18 )0 задержки, выбираемое таким, чтобы оно гарантировало перезапись информации с регистра 7 ввода числа в счеч чик 11 и распределитель 2 импульсов и окончание всех переходных процес- 15 сов на этих же элементах схемы устройства, возникающих при указанном режиме, до появления импульсов на пе. реключающем входе распределителя 2 импульсов и счетном входе счетчика 20

11, на выходе второго элемента 18 задержки появится импульс "Пуск", поступающий на единичный вход триггера 16 пуска, который переключается в единичное состояние. Единичный сиг- 25 нал с выхода триггера 16 пуска поступает на третий вход второго ключа 10.

Если в регистре 7 ввода числа записан двоичный код, отличный от нулевого, то входной элемент ИЛИ 9 вырабатывает на своем выходе единичный сигнал, который поступает на второй вход второго ключа 10, В момент паузы между импульсами, поступающими с задающего генератора 5 через инвертор

15 на первый вход второго ключа 10 т.е. при появлении единичного сигнала на этом входе, на всех трех входах второго ключа 10 будет присутствовать единичный сигнал, такой же сигнал появляется при этом на выходе ключа 10 и поступает на единичный вход коммутирующего триггера 6. Триг)

rep 6 переключается в единичное состо яние и единичный сигнал с его единич- 4 ного выхода поступает на нулевой вход триггера !6 пуска, перебрасывает его в нулевое состояние, закрывает ключ

10 ° Одновременно единичный сигнал поступает на второй вход первого ключа

4. В этом случае разрешается прохожде ние импульсов с задающего генератора

5 через ключ 4 на переключающий вход распределителя 2 импульсов и счетный вход счетчика 11. Шаговый двигатель

1 начинает движение. Импульсы управле ния проходят на счетчик )1 и распределитель 2 импульсов до того времени, пока счетчик 11 не переполнится. С импульсного выхода счетчика ) 1 импульсный сигнал переполнения поступает на счетный вход коммутирующего триггера

6, перебрасывая его в .нулевое состоя ние. Нулевой сигнал с единичного выхода коммутирующего триггера 6 поступает на второй вход первого ключа 4 и закрывает его, тем самым запрещая прохождение импульсов управления на распределитель 2 импульсов и счетчик

)1. Шаговый двигатель 1 останавливает ся в позиции, соответствующей заданной, отработав заданное число импульсов.

На этом рабочий цикл устройства заканчивается и оно готово к отработке следующей посылки входной информации.

Таким образом, введение в устройство формирователя сигнала "Сброс" по включению питания, первого элемента задержки, второго элемента задержки, дополнительного элемента ИЛИ и новых связей позволяет повысить точность и надежность работы путем исключения самопроизвольного пуска шагового двигателя 1 по включению питания. Обеспечивается также запись всей входной информации в регистр 7 ввода числа и последующее нормальное функпионирование устройства, благодаря тому, что по команде "Ацрес" входной счетчик

13 устанавливается в исходное состояние и импульс переполнения формируется только после окончания записи входной информации в регистр 7 ввода числа (т.е; после считывания всех поступающих с внешнего устройства синхроимпульсов). Это повышает точность.и надежность работы устройства. По включению питания обеспечивается со-. ответствие исходного состояния распределителя 2 импульсов начальному угловому положению шагового двигателя 1, так как сигнал "Сброс" с формирователя 20 сигнала "Сброс" по включению питания устанавливает распределитель 2 импульсов в исходное состояние, соответствующее начальному .угловому положению шагового двигателя.

109!295

1091295 д

Ьлигэ г

Пуек

Фи . >

Составитель 3. Горник

Редактор С. Юско Техред Т.фанта Корректор С.Шекмар

3аказ 3096/52 Тираж 667 Подписное

В11ИИП11 Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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