Устройство для управления четырехфазным шаговым двигателем

 

Изобретение относится к системам управления шаговыми двигателями . Оно направлено на расширение функциональных возможностей и упрощение устройства для управления четырехфазным шаговым двигателем. Устройство содержит коммутатор, элементы И и блок сигнализации. Для выявления практически всех возможных неисправностей работы устройства в него введены блок определения направления движения, триггер записи информации о направлении движения, триггер перезаписи информации о направлении движения, блок блокировки перезаписи, два ждупщх мультивибратора, два двухвходовых элемента И и логический блок выявления неисправности. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А (19) (11) . (и 4 Н 02 P 8 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3554823/24-07 (22) 23.02.83 (46) 30.12.85. Бюл. Ф 48 (72) N.Н.Глазов и А.А.Дедюшин (53) 621.313.13-133.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 886182, кл. Н 02 P 7/62, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 547955, кл. Н 02 Р 7/62, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ . (57) Изобретение относится к системам управления шаговыми двигателями. Оно направлено на расширение функциональных возможностей и упрощение устройства для управления .четырехфазным шаговым двигателем.

Устройство содержит коммутатор, элементы И и блок сигнализации, Для . выявления практически всех возможных неисправностей работы устройства в него введены блок определения направления движения, триггер записи информации о направлении движения, триггер перезаписи информации о направлении движения, блок блокировки перезаписи, два ждущих мультивибратора, два двухвходовых элемента И и логический блок выявления неисправности. 5 ил.

t l

Изобретение относится к электротехнике, а именйо к системам управления с шаговыми двигателями.

Целью изобретения является упрощение и расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг. l.приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2— один из вариантов реализации блока определения направления движения, на фиг. 3 — один из вариантов реализации логического блока, а на фиг.4 и 5 — временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит коммутатор 1 фаз шагового двигателя 2 с двумя входами Р,, и Р„, элементы И 3, инверторы 4, блок 5 определения направления движения, RSтриггер 6 записи фазы с трехвходовыми элементами ИЛИ 7 на входах, RH-триггер 8 перезаписи фазы, ждущие мультивибраторы 9, блок 10 блокировки перезаписи, включающий в себя пороговый элемент ll, резистор

12, конденсатор 13 и ключ 14 разряда конденсатора, элемент ИЛИ 15, дифференцирующие цепи )6, логический блок 17, сигнальное устройство

l8, трехвходовые элементы 19 и элемент ИЛИ-НЕ 20.

Элементы И 3 подключены попарно к двум смежным выходам коммутатора 1 непосредственно, а к двум другим — через инверторы 4. Триггеры 6 и 8 подключены противоположными входами к выходам блока 5 определения направления движения„

Блок 10 блокировки перезаписи подключен входом, которым является управляющий вход ключа 14, к выходуэлемента ИЛИ 15, соединенного обоими входами с выходами дифференцирующих цепей 16. Входы дифференцирующих цепей 16 подключены к выходам блока 5 определения направления движения. Логический блок 17 соединен входами с выходами Q,,Q,,Q,, !! триггеров 6, 8 и выходом Ц, блока 10 блокировки перезаписи. Выход блока

17 подключен к входу сигнального устройства 18.

На фиг. 2 приведена схемная реализация блока 5 на типовых логических элементах.

Устройство работает следующим образом.

Нри отсутствии заявки на движение, когда на входах коммутатора 1

202009 2 действуют нулевые сигналы P<=P<=0, две из четырех фаз двигателя 2 находятся под током, а две другие обесточены, и на входы блока 5 определения направления движения поступают потенциальные сигналы U u U в любых сочетаниях {по схеме полного перебора) . На временной диаграмме (фиг. 4): в качестве приме-!

0 ра показаны логические сигналы U-= .!

=О и Ul =l. Триггер 8 перезаписи ус танавливается в одно из устойчивых состояний. На выходах l u II блока 5 определения направления двйжения под действием нулевого сигнала Uj возникают потенциальные нулевые сигналы. Поэтому на выходах дифференцирующих цепей 16 действуют нулевые напряжения, вследствие чего

55 ключевой элемент 14.находится в закрытом состоянии, конденсатор 13 заряжен и на выходе порогового элемента 11 устанавливается сигнал логической единицы, который поступает на вторые входы элементов И 19. На третьи входы элементов И 19 также посту" пает сигнал логической единицы с элемента ИЛИ-НЕ 20. Поскольку на двух из трех входах элементов И !9 действуют сигналы логической единицы, происходит перезапись информации из триггера 8 в триггер 6, так как единичный сигнал с одного из выходов триггера 8 через соответствующие элементы И 19 и ИЛИ 7 проходит на вход триггера 6. Таким образом, если Р! =О, Р =О, то Яз=1, Q,<=9, т.е ° триггеры 6 и 8 устанавливаются в одинаковое состояние (фиг.4).

Рассмотрим работу устройства в режиме движения. Предположим, что входным сигналам P =l, P =0 (фиг. 4) соответствует движение

"вверх", при котором фазы двигателя переключаются в прямой последовательности, а сигналам Р =О, Р =1 (фиг. 5) — движение "вниз" и обратный порядок чередования фаз, По любому из единичных сигналов движения элемент ИЛИ-НЕ 20 переводится в нулевое состояние и сигнал логического нуля, воздействуя на соответствующие входы И 19, препятствует перезаписи информации из триггера 8 в триггер 6. При прямом порядке коммутации фаз .двигателя 2 фазовый сдвиг q между напряжениями Ui и 11,; на входах блока 5 определения на ствующее установившемуся режиму движения. Поэтому для исключения ложного сигнала на выходе сигнального устройства 18 в переходном процессе в логическом блоке 17 предусмотрена временная задержка, причем время задержки а выбирается не менее

1/2 Т.

Рассмотрим работу устройства при

10 неисправностях. Основные и наиболее

° трудно выявляемые отказы устройства можно свести к трем группам неисправностей, ведущих к следующим последствиям:

1, 1) коммутация обмоток двигателя при отсутствии задания на движение (несанкционированное движение), 2) отсутствие коммутации при наличии задания на движение (отсутствие

211 движения)

3) коммутация обмоток не в заданной очередности (движение в направлении, противоположном заданному).

В первом случае выявление неис2g правности осуществляется логическим блоком 17 огласно уравнению

Н РР Q,Q,+ РР gg которое обращается в единицу, когда

ЗО триггеры 6 и 8 устанавливаются в противоположные состояния (Ц =Яд или Я„ =Ч, ) при отсутствии задания на движейие (P =Р =О). При исправной работе устройства, если Р =Рг=О, З5 то Ц = и 1:=O.

4 Я Г

Во втором случае сигнал неисправности формируется логическим блоком 17 по уравнению

Сигнал Н =1, если при наличии задания на движение (P< P2 1 или Р< пороговый элемент 11 находится в45 состоянии, при котором Я =1.

При исправной работе устройства

"ри P< P+P а=l сигнал Я =О и Нг О.

Наконец, в третьем случае логический блок 17 выявляет неисправЫ ность по уравнению

Н3 1 12 л 1 @

При исправной работе коммутатора

l. сигнал Н> принимает нулевое зная чение поскольку Р1 Q,fgг 1 и Рг Q, 0

=!. Поэтому общее уравйение, описывающее алгоритм работы логическо- . го блока 17, имеет вид

3 1202009 правления движения равен -"/2, при обратном cg = "/g.

При(=-Я/ на выходе 1 этого блока возникают импульсы, устанавливающие триггеры 6 н 8 в состояние Q, =l u

q2 0 Ф

При

Таким образом, независимо от направления движения на одном из выходов блока 5 определения направления движения всегда присутствует импульсный сигнал, который поступает на одну из дифференцирующих цепей

16, на выходе которой выделяются импульсы. По этим импульсам открывается ключевой элемент 14 и разряжается конденсатор 13, в результате чего пороговый элемент 11 переходит в другое устойчивое состояние и Ц =О.

При движении "вверх" Р< =1, Р =О, Я1=1, Я =О>а при движении "вниз".

Р,=О, Р =1, Q †- О, Р =1, т.е. при исправной работе устройства и наличии сигнала на движение триггеры 6 и 8 находятся в противоположных состояниях, а блок 10 блокировки перезаписи устанавливается в нулевое положение.

В переходном процессе (фиг. 4, 5) когда устройство из режима "останов" переходит в режим движения (" вверх" или "вниз" ), либо во время реверса, происходит скачкообразное изменение сигналов Р, и Р„ .

Идущие мультивибраторы 9 запускают- 4О ся от положительных перепадов этих сигналов и формируют на своих выходах импульсы (ЖМ на фиг. 4 и 5/ . Эти импульсы воздействуют на триггер 6 таким образом, что если устанавливается Р,=l и Рг=О, то триггер б переводится в состояние Q. =О. И, наоборот, при задании Р =1, P =О, получим Я,=l. Это означает, что в переходном процессе триггер 6 первоначально устанавливается в за- . ведомо ложное состояние. Однако, как следует из временных диаграмм фиг. 4 и 5, если устройство работает правильно, то через время, не. превышающее 1/2 Т (Т вЂ” период коммутации четырех фаз), триггер 6 перейдет в истинное состояние, соответ1202009 Ф

Формула изобретения

10 гателя, соединенным с выходами комН H

P,P,q, Р,ц,g, р,gä =

На фиг. 3 приведена одна из возможных реализаций логического блока, включающего в себя четыре элемента .И, два элемента И-НЕ, два-инвертора л элемент ИЛИ и элемент задержки .

При появлении логического единичного сигнала на выходе блока 17 сигнальное устройство 18 дает сигнал о неисправности управляющего устройства. Этот сигнал может быть использован для блокировки сигналов управления и остановки шагового двигателя.

Преимуществом предлагаемого устройства является то, что, наряду с указанными неисправностями, оно обес печивает выявление любых других характерных отказов коммутатора, которые вызывают нарушение коммутации хотя бы одной из четырех фаз двигателя (при этом остальные три обмотки коммутируются нормально) .

В этом случае в одной из фаз двигателя ток протекает непрерывно либо не протекает совсем. На входе одного из элементов И 3 или одного из инверторов 4 действует логический сигнал, принимающий нулевое или единичное значение. При нулевом сигнале на входе И 3 или единичном сигнале на входе инвертора 4 возникает нулевой сигнал на одном из входов блока 5 определения направления движения. Это ведет к появлению нулевых логических сигналов на обоих выходах блока 5 и исчезновению импульсов, управляющих ключом

14. В результате конденсатор 13 заряжается, устанавливая пороговый элемент 11 в состояние Я =1, которое соответствует отсутствию задания на движение. Логический блок

17 обнаруживает эту неисправность вьппеуказанным способом, формируя сигнал Нъ-l.

Таким образом, в предлагаемом устройстве простыми средствами обеспечивается автоматический контроль работы устройства для управления шаговым двигателем, который позволяет выявить практически все возможные неисправности без участия оператора при простой схеме контроля.

Устройство для управления четырехфазным шаговым двигателем, содержащее коммутатор с двумя входами и четырьмя выходами, на которых формируются напряжения прямоугольной формы, элементы И, подключенные входами к смежным фазам двимутатора, и блок сигнализации, отличающееся тем, что, с целью упрощения и расширения функциональных возможностей, в него введены блок определения направления движения, подключенный к выходам элементоц И, триггер записи информации о направлении движения с элементами ИЛИ на входах, триггер перезаписи информации о направлении движения, подключенные разноименными входами к выходам блока определения направления движения, блок блокировки перезаписи, включающий в себя пороговый элемент и интегрирующую цепь с разрядным ключом на выходе, подключенный входом через элемент ИЛИ и дифференцирующие цепи к выходам блока определения направления движения, два ждущих мультивибратора, два трехвходовых элемента И и логический блок выявления неисправности, включающий в себя четыре дополнительных элемента И, два элемента И-НЕ, два инвертора и элемент ИЛИ, соединенный входами с выходами дополнительных элементов И и И-НЕ, выход которого является выходом логического блока выявления неисправности, причем первый дополнительный элемент И подключен входами к прямому и инверсному выходам триггеров записи и перезаписи информации о направлении движения и через инверторы — к входам коммутатора, второй дополнительный элемент И подключен к выходам инверторов, инверсному выходу триггера записи и прямому выходу триггера перезаписи, третий дополнительный элемент И подключен к первому и через инвертор — к второму входам коммутатора и выходу блока блокировки перезаписи, а четвертый дополнительный элемент И подключен к второму и через инвертор — к первому входам коммутатора и выходу блока блокировки перезаписи, первый

:элемент И-НЕ соединен входом с прямым выходом григгера записи и инверсным выходом триггера перезаписи, второй элемент И-НЕ соединен входами с инверсным выходом триггера записи и прямым выходом триггера перезаписи,,третьи входы обоих элементов И-НЕ подключены к первому и второму входам коммутатора соответственно, соединенным также!

202009 чеРез ждущие мультивибраторы с вторыми входами элементов ИЛИ триггера записи, соединенных третьими входами с выходами триггера перезаписи через трехвходовые элементы И, связанные вторыми входами с входами коммутатора через элемент

ИЛИ-НЕ и третьими входами — с выходом блока блокировки перезаписи.

40!

202009

1202009

Pg

8ф

Составитель 3.Горник

Редактор М.Бандура Техред Т.Тулик Корректор M.Ñàìáîðñêàÿ

Заказ 8103/58 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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