Устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага

 

„„SU ÄÄ1149367

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦЮЛИСтИЧЕСНИХ

РЕСПУЬЯИЙ

4(sl) Н 02 Р 8/00

5

- 1

Ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х. АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР йа ДЕЛМг ИЗОБРЕтЕКИй ИОтк итИй (61) 1061230 (21) 3598957/24-07 (22) 03.06.83 . (46) 07.64.85. Вюл. У 13: (72) $.1. Арутюнян, А.З. Мурадян и А.А. Еостандян (53) 621-313. 13-525(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф:1661230., an. Н О2 P -8!00, 1982. (54) (57) УСХРОЙСТВО- ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕИ С:ДРОБПЕНЙЕМ ШАГА . по авт.cs. t 1061230 о т.л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения равномерности деления шага и плавности движения, в него введены. логические .элементы 2ИЛИ по количеству фаз двигателя, дополнительный распределитель импульсов, аналогичный основйому, с входами реверсирования и тактирования, инвертор и логические элементы ЗИПИ-НЕ и ЗИ, подключенные первьми и вторыми входами соответственно к выходам первого и последнего разрядов счетчика Джонсона, третьими входами непосредственно и через инвертор — к шине низкочастотных импульсов тактирования, а выходами — к тактовым входам основного и дополнительного распределителей импульсов, причем вход реверса дополнительного распределителя импульсов соединен с шиной реверса устройства, его выходы — с первыми входами логических элементов 2ИЛИ, подключенных выходами соответственно к входам усилителей мощности, а вторы- уапц ми входами - к: выходам логических элементов 2И, соединенных вторыми С входами с выходом мультиплексора.

1149

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в . автоматизированных системах с дискретйым электроприводом для электрического дробления шага m-фаэного

5 . шагового двигателя.

По основному авт.св. Ф 1061230 известно устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага, содержащее распределитель импульсов с входами реверса и тактирования, логические элементы 2И по числу фаз двигателя, связанные первыми входами с выходами распределителя импульсов, усилители мощности, коммутирующие фазы двигателя, мультиплексор нескольких каналов на один, нереверсивный двоичный счетчик, подключенный тактовым входом к шине высокочастотных импульсов тактирова- О ния, а выходами — к управляющим .входам мультиплексора, реверсивный счетчик Джонсона, подключенный так" новым входом к шине низкочастотных импульсов тактирования, входом реверса - к входу реверса распределителя импульсов и к шине реверса устройства, а выходами - к адресным входам мультиплексора 1).

Недостатками известного. устройст,ва являются неравномерное деление шага и связанные с этим большие колебания скорости..

Целью изобретения является повышение равномерности деления шага и

35 плавности движения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага, содержащее распределитель импульсов 40 с входами реверса и тактирования, логические элементы 2И по числу фаз двигатели, связанные первыми входами с . выходами распределителя импульсов, усилители мощности, коммутирующие 45 фазы двигателя, мультиплексор нескольких каналов на один, нереверсивный двоичный счетчик, подключенный тактовым входом к шине высокочастотных . :импульсов тактирования, а вы- 50 ходами — к управляющим входам мультиплексора, реверсивный счетчик

Джонсона, подключенный тактовым входом к шине низкочастотных импульсов тактирования, входом реверса — к 55 входу реверса -распределителя импульсов и к шине реверса устройства, а выходами — к адресным входам мульти

367 3 плексора, введены логические элементы 2ИЛИ по количеству фаз двигателя, дополнительный распределитель импульсов, аналогичный основному, с входами реверсирования и тактирования, инвертор и логические элементы ЗИЛИНЕ и ЗИ, подключенные первыми и вторыми входами соответственно к выходам первого и последнего разрядов счетчика Джонсона, третьими входами непосредственно и через инвертор— к шине низкочастотных импульсов тактирования, а выходами — к тактовым входам основного и дополнительно,го распределителей импульсов, причем ! вход реверса дополнительного распре делителя импульсов соединен с шиной реверса устройства, его выходы — с первыми входами логических элементов

2ИЛИ, подключенных выходами соответственно к входам усилителей мощности, а вторыми входами — к выходам логических элементов 2И соединенных вторыми входами с выходом мультиплексора.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства. применительно к четырехфазному шаговому двигателю;, на фиг.2 — временные диаграммы функционирования устройства для случая управления четырехфазным шаговым ,двигателем (ШД) при числе уровней квантования N=4 и коэффициечте дробления шага К*р= .8; на фиг.3 — векторные диаграммы суммарного момента при количестве уровней квантования

И 4 и коэффициенте дробления шага

К„ - 8.

Устройство (фиг. t) содержит первый распределитель 1 импульсов с входами реверса и тактирования, логические элементы 2И 21-24 по числу фаз двигателя, связанные первыми входами с выходами первого распределителя 1 импульсов, усилители 3.1-3.4 мощности, Коммутирующие фазы 4.1-4.4 двигателя, мультиплексор 5 нескольких каналов. на один, нереверсивный двоичный счетчик 6, подключенный тактовым входом 7 к шине Тв высокочастотных импульсов тактирования, а выходами— к управляющим входам мультиплексора

5, реверсивный счетчик Джонсона 8, подключенный тактовым входом к шине

Т„ 9 низкочастотных импульсов тактирования, входом реверса — к входу реверса первого распределителя 1 и к шине У реверса устройства 10, а

1149367 выходами — к адресным входам муль-, типлексора 5, Устройство также содержит логические элементы 2ИЛИ 11.1-11.4 по количеству фаэ двигателя, второй распре-5 делитель 12 импульсов с входами реверсирования и тактирования, инвертор 13, логические элементы ЗИЛИ-НЕ 14 и ЗИ 15. Первые входы элементов

ЗИЛИ-НЕ 14 и ЗИ 15 объединены между fp собой и подключены к выходу первого разряда, а их вторые входы соответственно объединены и подключены к выходу последнего разряда счетчика Джонсона 8. Третий вход элемента ЗИЛИ-НЕ 14 15 соединен с шиной Т„ 9 непосредственно, а третий вход элемента ЗИ 15— через инвертор 13. Их выходы соединены соответственно с тактовыми входами первого f и второго 12 распреде- gp лителей импульсов. Вход реверса второго распределителя 12.подключен к общей шине 10 реверса устройства, а его выходы — к первым входам элементов 2ИЛИ 11.1-11.4. Вторые входы. 25 элементов 2ИЛИ l1.1-11.4 подключены соответственно к вьмодам элементов

2И 2.1-2.4, а выходы — к входам усилителей мощности 3. l-3.4. Вторые входы всех элементов 2И 2..1-2.4 объединены между собой и подключены к выходу мультиплексора 5. Входы обнуления обоих распределителей 1 и

12, а также счетчика Джонсона 8 объединены между собой и подключены

35 к общей шине У 16 установки устройства в исходное состояние.

В общем случае для повышения точности н равномерности отработки шагов некоторые из начальных и последних выходов счетчика Джонсона 8 могут быть подключены к определенным группам адресных входов мультиплексора 5, соответствующих заданным уровням квантования токов в смежных фазах двигателя. Б каждом отдельном случае выполнения устройства число

;объединенных в группы начальных и

I оконечных информационных входов муль, типлексора 5 определяется принятым нелииейньак законом квантования токов в смежных фазах двигателя в зависимости от его установленной степени насыщенности магнитной системы-и соответственно кривой изяенения магнитного потока в воздушном зазоре.

Устройство работает еаещлощии образом.

При подаче импульса обнуления на шину У 16 реверсивный счетчик 8 устанавливается в нулевое исходное состояние, распределитель 1 — в положение, при котором в единичном логическом состоянии находится первая половина его выходов, например для четырехфаэного ШД выходы "Вых. 1" и

"Вых.2", а распределитель 12 — в положение, при котором в единичном логическом состоянии находится его

"Вых. 1™ (фиг.2). В соответстви . с требуемья направлением вращения к шине У 10 . прикладывается единичный или нулевой потенциалы.

Первоначальное нулевое состояние реверсивного счетчика 8 обеспечивает нулевые потенциалы на всех информационных входах мультиплексора

5. При подаче высокочастотных импульсов на шину Т двоичный счетчик

6 поочередно коммутирует входные нулевые потенциалы мультиплексора 5 и, тем самым, на его выходе создает постоянный нулевой потенциал. Это приводит к запиранию входных цепей элементов 2И 2. В результате единичный потенциал оказывается только на входе и соответственно на выходе первого элемента 2ИПИ 11.1, что приводит к открыванию только нервого усилителя 3.1 и к протеканию номинального тока I„ только через первую фазу 4.1 двигателя (фиг.2) .

Таким образом, перед началом работы вся система находится в исходяом состоянии, соответствующем точке А (фиг. 2 и 3).

Для пояснения синхронной работи устройства по тактам предположим, что реверсивный счетчик 8 и распре делители 1 и 12 импульсов срабатывают от передних фронтов низкочас тотных тактирующих импульсов T (меандра).

От переднего фронта поступаемого на шину Т„ 9 первого тактирующего импульса в первом разряде реверсивного счетчика 8 записывается"единица, т.е. на выходе счетчика 8 устанавливаетея код 1000. Этот код периодически циркулирует на выходе мультиплексора 5 с частотой пересчета двоичного счетчика (с частотой импульсов иа шне Ть) и в результате cos»» дается высокочастотная генерация импульсов. Эти имнулвсы, проходя через элементы 2И 2.2 и 2ИЛИ 11.2 к усилите1 l 49367 6 лю 3.2 мощности, создают ток во второй фазе 4.2 величиной -„ Т„(при нулевых токах в третьей и четвертой фазах и номинальном токе I в первой фазе).

Благодаря этому в системе устанавливается состояние, соответствующее точкам Б (фиг. 2 и 3).

В последующих трех тактах работы устройства аналогично описанному первому такту происходит потактное изменение кода в счетчике 8; 1100;

111 0; 1111. Это приводит к потактному увеличению тока во второй фазе:

2 3 (. ((у Х (1 н ° В сОоТВеТсТВНН с

15 этим система поочередно принимает различные состояния, соответствующие точкам В, Г и Д (фиг. 2 и 3).

Этим завершается первый полуцикл функционирования предлагаемого устройства, при котором за четыре такта поступления импульсов на шину Т 9 во второй фазе 4.2 двигателя осуществляется четырехступенчатое увеличение тока. Ступенчатое изменение тока во второй фазе при номинальном токе в первой фазе и нулевых токах в остальных фазах приводит к ступенчатому повороту суммарного вектора электромагнитного момента и соответственно ротора. В результате ротор отрабатывает четыре дробных шага величиной К ос ьс где с ос ((. (< (((( величина основного шага, а и — число уровней квантования тока в каждой фазе.

В четвертом такте работы устройства после установки реверсивного счетчика 8 в положение 1111 к первым двум входам элемента ЗИ 1Э.поступают

40 единичные потенциалы. Благодаря этому после завершения четвертого тактирующего импульса на шине Тн на выходе счетчика 8 появляется единичньФ импульс. От переднего фронта этого единичного импульса запускается распределитель 12, что приводит к появлению единичного потенциала на его втором выходе "Вых. 2 ", Второй полуцикл функционирования устройства нанинается с пятого такта поступления импульсов на шину Т„ и аналогичен рассмотргчному первому . с той лишь разницей, что происходит потактное изменение числа единиц в счетчике 8: 1110; 1100; 1000 0000.

Это приводит к линейно-ступенчатому уменьшению тока в первой фазе при номинальном токе во второй фазе и нулевых токах в третьей и четвертой фазах. Благодаря этому система при= нимает состояния, соответствующие точкам Е, Ж, 3 и И (фиг. 2 и 3).

В восьмом такте работы после установки реверсивного счетчика 8 в положение 0000 к первым входам элемента ЗИЛИ-НЕ 14 поступают нулевые потенциалы. Благодаря этому после завершения восьмого тактирующего импульса на шине Т„ на его выходе появляется единичный импульс. От переднего фронта этого импульса запускается распределитель 1, что приводит к появлению единичных потенциалов на era выходах "Вых. 2" и

Выхе3 °

Последующие циклы работы предлагаемого устройства происходят аналогично описанному первому циклу.

График U, (фиг.2) условно иллюстрирует процесс линейно-ступенчатого изменения тока в фазах (в результате потактного формирования широтномодулированных сигналов на выходе мультиплексора 5), который имел бы место в том случае, если бы на всех выходах "Вых. 1"-"Вых.4" распределителя 1 одновременно присутствовали единичные. потенциалы, а на всех вы(((((I ходах "Вых.1 "-"Вьи.4 " распределителя 12 — нулевые потенциалы. Кривые отображают действительный ход трапециодально-ступенчатого изменения токов в соответствующих фазах двигателя при реальной циклограмме переключений выходов распределителей 1 и 12.

Реверсирование устройства осуществляется путем изменения ранее приложенного на шине У 10 логичесP кого потенциала на обратный. При этом изменяются на обратные описанные выше процессы формирования кодов в распределителях 1 и 12 и в реверсивном счетчике 8.

Частота тактирующих импульсов на шине Т„ устанавливается в соответствии с требуемой рабочей скоростью данного двигателя при заданном коэффициенте дробления шага, а частота тактирующих импульсов на шине Т выв бирается исходя из величины электромагнитной постоянной времени двигателя так, чтобы обеспечить допустимые пульсации тока при осуществляемой широтно-импульсной модуляции фазных напряжений.

1149367 управления шагос любым числом

Предлагаемое устройство при наличии соответствующих распредилителей импульсов может быть использовано для вым двигателем фаз.

1149367

1149367

Составитель 3. Горыик

Редактор О. Черниченко Техред Ж.Еастелевич Корректор А. Обручар

Заказ 1914/40 Тираи: 646: Иодписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и откритий

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

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