Устройство для управления многофазным шаговым двигателем

 

УСТРОПСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМ lUArOBblM ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее источник сигналов управления и многоканальный усилитель, каж дый канал которого имеет два предва рительных усилителя, два ключевых элемента, первый из которых связыва ет одну клемму фазы двигателя с пер вым полюсом источника питания посто янного тока, а второй ключевой элемент связывает другую клемму фазы двигателя через резистор обратной связи с вторым полюсом источника питания, RS-триггер, подключенный входом S к первому выходу источника сигналов управления, а входом R к выходу одновибратора, соединенного входом с резистором обратной связи и входом порогового элемента, и два. элемента И-НЕ, подключенные первыми входами к второму выходу источника сигналов управления, а выходами к входам предварительных усилителей, соединенных выходами с входами соответствующих ключевых элементов, о тличающееся тек что, с целью повышения надежности, в него введены третий и четвертый элементы И--НЕ и формирователь импульсов, подключенный .выходом к второму входу второго элемента И-НЕ, а входом к выходу четвертого элемента И-НЕ, соединенного первым входом с инверсным выходом RS-триггера, а вторым входом - с выходом порогового элемен та и вторым входом третьего элемента И-НЕ, подключенного выходом к второму входу первого элемента И-НЕ, а первым входом - к прямому выходу RS-триггера, соединенного инверсным выходом с входом источника сигналов управления.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (д) Н 02 P 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3611861/24-07 (22) 29.06.83 (46) 23.09.84. Бюл. || 35 (72) М.Л. Минц, В.И. Левашев, И.И. Эпштейн и Д.И. Вышецкий (53) 621. 313. 13- 133. 3-525(088. 8) (56) J В.Е. Луценко, В.П. Рубцов

Электропривод с шаговыми двигателями. "Электропривод и автоматизация промышленных установок". Т.6, М., ВИНИТИ, 1978, с. 59.

2. Авторское свидетельство СССР

У- 811477, кл. Н 02 P 8/00, 1979. (54) (57) УСТРО?|СТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

МНОГОФАЗНЪ|М ШАГОВЪ|М ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее источник сигналов управления и многоканальный усилитель, каждый канал которого имеет два предварительных усилителя, два ключевых элемента, первый из которых связывает одну клемму фазы двигателя с первым полюсом источника питания постоянного тока, а второй ключевой элемент связывает другую клемму фазы двигателя через резистор обратной связи с вторым полюсом источника питания, RS-триггер, подключенный

„SU„„1115197 А входом S к первому выходу источника сигналов управления, а входом R— к выходу одновибратора, соединенного входом с резистором обратной связи и входом порогового элемента, и два элемента И-НЕ, подключенные первыми входами к второму выходу источника сигналов управления, а выходами— к входам предварительных усилителей, соединенных выходами с входами соответствующих ключевых элементов, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, в него введены третий и четвертый элементы

И-НЕ и формирователь импульсов, подключенный,выходом к второму входу второго элемента И-НЕ, а входом— к выходу четвертого элемента И-НЕ, соединенного первым входом с инверсным выходом RS-триггера, а вторым входом — с выходом порогового элемен- O та и вторым входом третьего элемента

И-НЕ, подключенного выходом к второму входу первого элемента И-НЕ, а первым входом — к прямому выходу

RS-триггера, соединенного инверсным выходом с входом источника сигналов управления

1115197

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению шаговыми двигателями, и может быть использовано, например, в устройствах числового программного управления металло- 5 режущими станками.

Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого имеет первый ключевой элемент, соединяющий фазу двигателя с одним полюсом источника питания постоянного тока, второй ключевой элемент, соединяющий фазу двигателя с другим полюсом источника питания через 15 резистор обратной связи, RS-триггер и два предварительных усилителя 1).

Недостатком этого устройства является низкая надежность из-за выхода из строя обоих ключевых элементов 20 в канале усилителя мощности при выходе из строя хотя бы одного из них.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для управления многофазным шаговым двигателем, содержащее источник сигналов управления и многоканальный усилитель, каждый канал которого имеет два предварительных усилителя, два ключевых 30 элемента,, первый из которых связывает одну клемму фазы двигателя с первым полюсом источника питания постоянного

/ тока; а второй ключевой элемент связывает вторую клемму фазы двигателя через резистор обратной связи с вторым полюсом источника питания, RSтриггер, подключенный входом Я к первому выходу источника сигналов управ- ления, а входом .R — к выходу одновиб- щб ратора, соединенного входом с резистором обратной связи и входом порогового элемента; и два элемента И-НЕ, подключенные первыми входами к второму выходу источника сигналов управления, а выходами — к входам предва-. рительных усилителей, соединенных выходами с входами соответствующих ключевых элементов С23.

Недостатком известного устройства является пониженная надежность, обус. ловленная отключением всех каналов при выходе из строя хотя бы одного ключевого элемента и невозможностью обеспечивать работу шагового двига- $5 теля при выходе из строя одного ключевого элемента даже с более низкой частотой управления.

Цель изобретения — повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления многофазным шаговым двигателем, содеражщее источник сигналов управления и многоканальный усилитель, каждый канал которого имеет два предварительных усилителя, два ключевых эле. мента, первый из которых связывает одну клемму фазы двигателя с первым полюсом источника питания постоянного тока, а второй ключевой элемент связывает другую клемму фазы двигателя через резистор обратной связи с вторым полюсом источника питания, RSтриггер, подключенный входом S к первому выходу источника сигналов управления, а входом R — к выходу одновибратора, соединенного входом с резистором обратной связи и входом порогового элемента, и два элемента И-НЕ, подключенные первыми входами к второму выходу источника сигналов управления, а выходами — к входам предварительных усилителей, соединенных выходами с входами соответствующих ключевых элементов, введены третий и чет- вертый элементы И-НЕ и формирователь импульсов, подключенный выходом к второму входу второго элемента И-НЕ, а входом - к выходу четвертого элемента И-НЕ, соединенного первым входом с инверсным выходом RS-триггера, а вторым входом — с выходом порогового .элемента и вторым входом третьего элемента И-НЕ, подключенного выходом к второму входу первого элемента

И-НЕ, а первым входом — к прямому выходу RS-триггера, соединенного инверсным выходом с входом источника сигналов управления.

Такое выполнение устройства обеспечивает работу двигателя в аварийной ситуации при выходе из строя первого ключевого элемента.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит источник 1 сигналов управления, RS-триггер 2, первый 3 и второй 4 элементы И-НЕ, первый 5 и второй 6. предварительные усилители, пороговый элемент 7, одновибратор 8, первый ключевой элемент 9, шунтирующий диод 1.0, фазу 11 шагового двигателя, второй ключевой эле1115197 мент 12, резистор 13 обратной связи, диод 14 рекуперации, третий 15 и четвертый 16 элементы И-НЕ и формирователь 17 импульсов.

Вход S RS-триггера 2 соединен с первым выходом источника 1 сигналов управления, инверсный выход — с первым входом четвертого элемента И-НЕ

16 и первым входом .источника 1 сигналов управления, а прямой выход — 10 с первым выходом третьего элемента

И-НЕ 15. Вторые входы третьего 15 и четвертого 16 элементов И-HE подключен к выходу порогового элемента 7, а входы последнего и одновибратора 8 к резистору 13 обратной связи. Выход одновибратора 8 соединен с входом К

RS-триггера 2. Второй выход источника 1 сигналов управления соединен с первыми входами элементов И-НЕ 3 и 4,2О

Выход первого элемента И-HE 3 через усилитель 5 подключен к входу первого ключевого элемента 9, связывающего одну клемму фазы 11 с первым полюсом источника питания U, а выход второгс 25 элемента И-НЕ 4 через усилитель 6— к входу второго ключевого элемента 12, связывающего вторую клемму фазы 11 через резистор 13 обратной связи с вторым полюсом источника питания.U. 3O

Выход третьего элемента И-НЕ 15 соединен с вторым входом первого элемента

И-НЕ 3, а выход четвертого элемента

И-НЕ 16 через формирователь 17 импульсов — с вторым входом второго элемента И-НЕ 4. Шунтирующий диод 10 подключен к выходу первого ключевого элемента 9 и второму полюсу источника питания U в обратной по отношению к напряжению источника питания полярности. Диод 14 рекуперации связывает второй ключевой элемент 12 с первым полюсом источника питания U, На фиг. 2 приведены временные ди- 5 аграммы следующих сигналов: 18 — сигнал "Сброс" на первом выходе источника 1 сигналов ; 19 — сигнал управления током на втором выходе источника 1 сигналов управления; 20 — сигнал на выходе порогового элемента 7; 21 ток в фазе 11 шагового двигателя;

22 — сигнал на выходе одновибратора 8;

23 — сигнал на выходе формирователя 17; 24 и 25 — сигналы соответственно на прямом и инверсном выходах

RS-триггера; 26 — сигнал на выходе элемента И-НЕ 4.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал "Сброс" 18 (фиг. 2) с первого выхода источника 1 сигналов управления поступает на вход S RS-триггера 2 и устанавливает его в исходное рабочее состояние, при котором на его прямом выходе появляется разрешающий единичный потенциал, а на инверсном выходе — запрещающий нулевой потенциал (24 и 25, фиг. 2).

Сигнал. 19, поступающии с второго выхода источника 1 сигналов управления через элементы И-НЕ 3 и 4 и уси- лители 5 и 6, включает одновременно два ключевых элемента 9 и 12, и к фазе 11 прикладывается напряжение источника питания U, обеспечивающее быстрое нарастание тока. Когда падение напряжения на резисторе 13 обратной связи достигает порога срабатывания порогового элемента 7, последний срабатывает и ключевой элемент 9 закрывается, после чего ток в фазе 11 начинает спадать, протекая по конту-. ру диод !Π— ключевой элемент 12— резистор 13 обратной связи — полюс источника питания ° При уменьшении тока, когда падение напряжения на резисторе обратной связи соответствует порогу отпускания порогового элемента 7, последний открывает ключевой элемент 9, в результате чего обеспечивается повторное нарастание тока аналогично описанному. Коммутация ключевого элемента 9 с помощью сигналов порогового элемента продолжается до тех пор, пока на первых входах элементов 3 и 4 присутствует сигнал в виде единичного уровня.

Среднее значение тока в фазе 11 задается порогом срабатывания порогового элемента 7. Величина пульсации тока и частота модуляции определяются гистерезисом (коэффициентом возврата) порогового элемента 7 и индуктывностью фазы. При появлении на первых входах элементов И-НЕ 3 и 4 сигнала нулевого уровня Ключевые элементы

9 и 12 закрываются и происходит рекуперация энергии, запасенной в фазе, в источник питания U через дйод 14.

При неисправной работе усилителя

5 или "пробое" ключевого элемента 9 ток в фазе нарастает до предельно допустимого значения — момент t (21, на фиг. 2), которое определяется уровнем срабатывания одновибратора 8.

1115197

Составитель 3. Горник

Редактор И. Николайчук Техред Т.Иаточка

Корректор M. Максимишинец

Заказ 6788/42 Тираж 666 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

Выходной сигнал 22 одновибратора переключает триггер 2 по R-входу. На выходах тригрера 2 при этом появляются сигналы 24 и 25, которые соответственно запрещают прохождение сигнала от порогового элемента 7 на ключевой элемент 9 и разрешает его прохождение на ключевой элемент 12 через формирователь 17. При этом на входах элемента 16 появляются

10 два сигнала единичного уровня, а на

его выходе — сигнал 26 нулевого уровня, который поступает на вход формирователя 17 импульсов, вырабатывающего импульс длительностью, заl5 крывающий ключевой элемент 12. Ток в обмотке начинает спадать, протекая в том же направлении за счет ЭДС само.индукции по контуру диод 14 — открытый ключевой элемент 9 — фаза 11. Дли20 тельность импульса 7 выбирается та,кой, чтобы ток в фазе спал до уровня отпускания порогового устройства 7.

После окончания импульса.22 ключевой элемент 21 открывается и ток в фазе 11 начинает нарастать. Когда падение напряжения на резисторе 13 обратной связи достигает .порога срабатывания порогового элемента 7, последний вырабатывает сигнал, поступающий через элемент И-НЕ 16 на формирователь 17, который формирует импульс длительностью „, и описанный процесс повторяется.

Таким образом обеспечивается коммутация второго ключевого элемента l2 при выходе из строя (" пробой" ) первого ключевого элемента 9. Кроме того, при срабатывании RS-триггера 2 с его инверсного выхода в источник 1 сигналов управления подается сигнал об аварийной ситуации.

Применение предлагаемого устройства позволит сохранить деталь и закончить ее обработку в аварийной ситуации.