Устройство для преобразования цифрового кода скорости вращения шагового двигателя в частоту импульсов

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами с приводами на основе шаговых двигателей, требующими высокостабильных скоростей вращения в широком диапазоне их задания в виде цифровых кодов. Цель изобретения - повьш1ение точности преобразования кода требуемой скорости в частоту импульсов. Устройство содержит задающий генератор 1, первый 2делитель частоты, реверсивный счетчик 3, счетчик 4, блок 5 сравнения кодов, элемент 6 памяти, блок 7 управления, второй 8 делитель частоты , третий 9 делитель частоты, блок 10 синхронизации, сумматор 11 и элемент 12 совпадения. Точность преобразования достигается путем обеспечения однозначности преобразования при разгоне и торможении шагового двигателя, для чего в схему устройства введены элемент 12 совпадения, блок 10 синхронизации и сумматор 11. 3ил. (Л f/ l/IW l/ г 1 I 5 l CTl1| ТТЖ : Г 4f A 11 б ji TTT,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

413 А1 (19) (И) (50 4 С 05 В 19 18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ЦИФРОВОГО КОДА СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ В ЧАСТОТУ ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами с приводами на основе шаговых двигателей, требую(21) 4067053/24-24 (22) 28.03.86 (46) 23.07.87. Бюл. У 27 (71) Опытно-конструкторское бюро тонкого биологического машиностроения (72) А.А.Шульгин и В.П.Колпаков (53) 621.503.55 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 595858, кл. Н 03 К 13/20, 1978.

Авторское свидетельство СССР

В 1223209, кл. G 05 В 19/18, 1984. щими высокостабильных скоростей вращения в широком диапазоне их задания в виде цифровых кодов. Цель изобретения — повышение точности преобразования кода требуемой скорости в частоту импульсов. Устройство содержит задающий генератор 1, первый

2 делитель частоты, реверсивный счетчик 3, счетчик 4, блок 5 сравнения кодов, элемент 6 памяти, блок 7 управления, второй 8 делитель частоты, третий 9 делитель частоты, блок

10 синхронизации, сумматор 11 и элемент 12 совпадения. Точность преобразования достигается путем обеспечения однозначности преобразования при разгоне и торможении шагового двигателя, для чего в схему устройства введены элемент 12 совпадения, блок 10 синхронизации и сумматор 11.

3 ил.

Устройство работает следующим образом.

Частотный сигнал fе,> с выхода задающего генератора 1 поступает на входы первого 2, второго 8 и третьего 9 делителей частоты, имеющих коэффициенты деления соответственно

К> и КВ. Выход первого делителя

2 частоты является выходом устройства.

Е ген

ВЫХ К

1 где Йщ„,„ — частота сигнала на выходе устройства, частота сигнала зада>ощего ген генератора;

132

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами с приводами на основе шаговых двигателей, требующими высокостабильнь>х скоростей вращения в широком диапазоне их задания в виде цифровых кодов.

Цель изобретения — повышение точности преобразования кода требуемой скорости в частоту импульсов за счет получения однозначности преобразования при разгоне и торможении двигателя.

> г фиг. 1 приведена блок-схема предла:аемого устройства; на фиг, 2 и 3 — временные диаграммы работь> счетчика соответственно при разгоне и торможении двигателя, Устройство содержит задающий генератор 1, первый 2 делитель частоты, реверсивный счетчик 3, счетчик

4, блок 5 сравнения кодов, элемент

6 памяти, блок 7 управления, второй

8 и третий 9 делители частоты, блок

10 синхронизации, сумматор 11 и элемент 12 совпадения.

Первый делитель 2 частоты содержит счетчик 13 импульсов и блок 14 совпадения кодов. Элемент 6 памяти содержит первый 15 и второй 16 Dтриггеры. Блок 7 управления состоит из первого 17 и второго 18 элементов совпадения. Второй делитель 8 частоты содержит счетчик 19 импульсов и блок 20 совпадения кодов. Третий делитель 9 частоты содержит счетчик

21 импульсов и блок 22 совпадения кодов. Блок 10 синхронизации имеет первый 23и второй 24 RS-триггеры и элемент 25 совпадения.

gp вход запуска блока 10 синхронизации, устанавливает первый триггер 23, который разрешает прохождение импульса выходной частоты через элемент 25 совпадения блока 10 синхронизации на

35 вход запуска третьего делителя 9 частоты, вход сброса счетчика 4 и на суммирующий или (в зависимости от сигналов на выходах ) или ( элемента 6 памяти) вычитающий вход

40 реверсивного счетчика 3, на выходе которого форми>>уется код коэффициента деления К первого делителя частоты, а также сбрасывает первый триггер 23 и устанавливает второй триггер

24 блока 10 синхронизации. Сигнал с потенциального выхода блока синхронизации (прямой выход второго триггера 24) разрешает прохождение импульсов выходной частоты через элемент

12 совпадения HB счетный вход счетчика 4. Таким образом осуществляется синхронизация начала преобразования выходной частоты в код текущей> скорости Итек с импульса и выходной частоты f>>>,>, (первый импульс на фиг. 2 и 3).

Код текущей скорости NT „с выходов счетчика 4 непрерывно сравнивается блоком 5 сравнения кодов с ко10

К, — коэффициент деления первого делитсля частоты, численно равный> значению ко— да на его управляющих входах„

Первый 2, второй 8 и третий 9 делители частоты имеют одинаковое схемное решение и аналогичный принцип работы, Например„ импульсы частоты с выхода задающего генератора 1 поступают на счетный вход счетчика 13 импульсов, который является счетным входом первого делителя частоты. Цифровой код с выходов счетчика 13 импульсов сравнивается блоком 14 совпадения кодов с кодом, поступающйм на управляющие входы первого 2 усилителя частоты. В момент равенства кодов на выходе блока 14 совпадения вырабатывается сигнал "=", который и является выходным сигналом первого делителя 2 частоты. После подачи сигнала на вход обнуления счетчика 13 импульсов, который является входом запуска первого делителя 2 частоты, цикл работы повторяется.

Импульсный сигнал с выхода второго делителя 8 частоты поступает на

3 13254 дом заданной скорости И,, поступаю— щим с выходов сумматора 1 1.

В момент появления импульса на выходе третьего делителя 9 частоты

5 результат сравнения кодов текущей и заданной скорости переписывается с выходов ") " и " (" блока 5 сравне— ния кодов в первый 15 и второй 16 триггеры элемента 6 памяти. Этот им- р пульс сбрасывает также второй триг— гер 24 блока 1О синхронизации, прекращая поступление импульсов f,„ на вход сче тчика 4.

Коэффициент деления КЭ третьего делителя 9 частоты выбран таким образом, что выполняется соотношение 3

Ьмд р вых. Эад

-ген (2) кгеи

КЬ.„= ЬЫХ. ЭаЬ вЂ” К

1 (3>

20 где N3« — код заданной. скорости двигателя, f«„ — частота сигнала задающего генератора, Гь„„ „ — частота сигнала на выходе 25

Вых. 36Ь устройства, соо тв е тствующая з адан ной скоро сти дв игателя N

К вЂ” коэффициент деления третьего делителя 9 частоты. 30

Следующий импульс с выхода второго делителя 8 частоты, поступающий на вход запуска блока 10 синхронизации, приводит к изменению коэффициента деления К„ первого делителя 2

35 частоты в зависимости от результата сравнения кода текущей скорости с кодом заданной скорости, полученного в предыдущем цикле преобразования, тем самым увеличивая или уменьшая выход40 ную частоту. Далее цикл преобразования выходной частоты в код N „повторяется.

Изменение кода коэффициента деления К„ первого делителя 2 частоты

45 производится до тех пор, пока не сравняется код Nrem, формируемый в счетчике 4, с кодом, поступающим с выходов сумматора 11.

Таким образом, в момент fgglx

50 — f „„.3.д коды счетчика 4 и сумматора 11 совпадают, сигналы "ю" и "(" на выходах блока 5 сравнения кодов отсутствуют и на выходах реверсивного счетчика 3 фиксируется код коэффициента деления К, соответствующий ра55 венству

13

Выбор коэффициента деления К вто,2 рого делителя 8 частоты определяется требуемой скоростью разгона двигателя (чем он больше, тем меньше скорость разгона) и должен удовлетворять соотношению

К вЂ” — (К Э+и) 2К э, где п,1.

До подачи на вход сумматора 11 кода заданной скорости с его выходов снимается нулевой код и частота на выходе устройства минимальна.

После подачи на вход сумматора кода N A частота на выходе устрой— ства f,„ начинает увеличиваться (разгон двигателя), так как импульсы с блока 10 синхронизации поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 3, задающего коэффициент деления К,первого делителя 2 частоты.

Выход " (" .элемента 6 памяти подключен к входу переноса младшего разряда сумматора 11, на вторые входы которого подается нулевой код. Таким образом, при увеличении выходной частоты (разгоне) код заданной скорости увеличивается в сумматоре 11 на единицу и изменение коэффициента деления К, первого делителя 2 частоты прекращается при тЕх базар, На фиг. 2 приведена временная диаграмма работы счетчика 4, в котором формируется код текущей скорости

N „ за интервал преобразования

Кэ

Т РН

Из фиг. 2 видно, что к моменту окончания разгона, т.е. при достижении равенства кодов счетчика 4 и сумматора 11, в интервале преобразования Т помещается число периодов выходной частоты fsö„, равное N 3 .

Стрелками показано направление дискретного изменения периода импульсов выходной частоты при разгоне двигателя (увеличение частоты) .

При задании кода скорости

N „* (К „частота на выходе устройства f „начинает уменьшаться (торможение двигателя), так как импульсы с блока синхронизации посту5 13 лают на Суммирующий вход реверсивного счетчика 3, и так как N« N „„ сигнал с выхода " (" элемента 6 памяти на вход переноса сумматора 11 не поступает и изменение коэффициента деления первого 2 делителя частоты

К1 прекращается при N Ä = МВ„д .

На фиг, 3 приведена временная диаграмма работы счетчика 4 к моменту достижения требуемой частоты при торможении двигателя.

Из фиг. 3 видно, что к моменту окончания торможения, т.е. при достижении равенства кодов счетчика 4

И сумматора 11, в интервале преобразования Т помещается число периодов выходной частоты, равное N . Стрелками показано направление дискретного изменения периода импульсов выходной частоты при торможении двигателя.

Таким образом, в предлагаемом устройстве изменение выходной частоты устройства при разгоне и торможении шагового двигателя заканчивается, если в интервал преобразования

Т помещается число периодов выходной частоты, равное задаваемому числу оборотов шагового двигателя, т.е. обеспечивается однозначность преобразования кода заданной скорости 19ад в частоту fÂûõ что значитель но повышает точность преобразования при работе двигателя на низких частотах. При этом погрешность формирования периода выходной частоты соответствует цене младшего разряда кода коэффициента деления К, первого делителя 2 частоты, т.е. равна периоду импульсов задающего генератора (на практике единицы микросекунд).

В известном устройстве вследствие неоднозначности преобразования погрешность формирования периода выходной частоты на низких частотах гораздо выше и может составить при разгоне двигателя (фиг. 2) одну единицу кода требуемой скорости, так как в этом случае равенство кодов счетчика 4 с кодом ИВ„ наступает, когда в интервал преобразования Т помещается число периодов выходной частоты„ равное (М,,„д -1). Например, относительная погрешность при N

10 об/мин составит 10, При управлении шаговым двигателем

С шагом i 5, требующим 240 импульсов на один оборот, скорости МВ„д

25413 6 равны 10 об/мнн, 1Вы„- 40 Гц или

ТВ„„— 25000 мкс.

Предлагаемое устройство в этом случае при f „= 1 МГц имеет относи— тельную погрешность, равную 0,004Х.

Практически, чтобы получить такую же точность в известном устройстве, необходимо увеличить разрядность блока 5 сравнения кодов примерно в два раза, т.е. положительный эффект от использования данного устройства может быть достигнут при заданной точности за счет сокращения аппаратных затрат. формулаизобретения

Устройство для преобразования цифрового кода скорости вращения шагово"

ro двигателя в частоту импульсов, содержащее задающий генератор, первый, второй и третий делители частоты, блок управления, реверсивный счетчик, блок сравнения кодов, элемент памяти и счетчик импульсов, причем счетные входы первого, второго и третьего делителей частоты объединены и подключены к выходу задающего генератора, управляющие входы первого делителя частоты соединены с выходами реверсивного счетчика, а вход запуска — с выходом этого делителя, являющегося выходом устройства, первый и второй входы блока управления подключены к выходам "Больше" и "Меньше" элемента памяти соответственно, а выходы — к входам реверсивного счетчика, вход записи элемента памяти соединен с выходом третьего делителя частоты, а первый и второй информационные входы — с выходами "Больше" и "Меньше" блока сравнения кодов соответственно.„ первые входы блока сравнения кодов соединены с выходами счетчика импульсов, при этом управляющие входы второго делителя частоты являются входами кода требуемой скорости разгона двигателя, а управляющие входы третьего делителя частоты — входами кода коэффициента деления третьего делителя частоты, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности преобразования кода требуемой скорости в частоту импульсов, введены элемент совпадения, блок синхронизации и сумматор, выходы которого соединены с вторыми входами блока сравнения кодов, первые входы

1325413 8 сумматора являются входами установки синхронихации соединен с выходом втокода требуемой скорости, вторые вхо- рого делителя частоты, вход синхроды. — входами установки нулевого кода, низации соединен с выходом устройста вход переноса младшего разряда под- ва, а вход сброса — с выходом третьключен к выходу Меньше" элемента па- его делителя частоты, при этом иммяти, первый вход элемента совпадения пульсный выход блока синхронизации соединен с выходом устройства, второй . соединен с входами запуска второго и вход — с потенциальным выходом блока третьего делителей частоты, с входом синхронизации, а выход — со счетным 1О сброса счетчика и с третьим входом входом счетчика, вход запуска блока блока управления.

Т2

Лье тг

Составитель А,Аникии

Редактор Е.Папп Техред Л.Сердюкова Корректор A.Çèìîêîñîâ

Заказ 310б/41 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4