Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к средствам коммутации шаговых двигателей (ШД), применяемых в исполнительных устройствах автоматики и вычислительной техники. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения управления ШД, рабочая частота вращения ротора которого превьшает максимальную частоту его трогания. Устройство обеспечивает запуск ШД 27 на частоте заведомо ниже максимальной частоты трогания ротора,увеличение скорости вращения ро.тора ШД 27 пропорционально росту частоты генератора 6 импульсов з.апуска, стабилизацию скорости вращения ротора ШД 27 на частоте, определяемой частотой сигнала, формируемого на входе 4 рабочей частоты вращения ШД. 3 ил. (Л СО ОО к ISD О) ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5D 4 G 05 В 19/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ggPl ф(ы г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц -"

М А BTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ИБЛ,)i.„<

Фиг.! (21) 4020798/24-24 (22) 13.01.86 (46) 23.08.87. Бюл. № 31 (71) Московский лесотехнический институт (72) В, Г,Домрачев, М. В. Подрезов, А.В.Синявский и А.Н.Сленич (53) 621.503.66(088.8) (56) Патент США ¹ 3932796, кл. 318-635, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹- 819795, кл. G 05 В 19/40, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГО—

BbIN ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к автоматике и вьгчислительной технике, в частности к средствам коммутации ша„„SU„„1332265 А 1 говых двигателей (ИД), применяемых в исполнительных устройствах автоматики и вычислительной техники. Цель изобретения — расширение Аункциональных возможностей 3а счет обеспечения управления ШД, рабочая частота вращения ротора которого превышает максималь— ную частоту его трогания. Устройство обеспечивает запуск ШД 27 на частоте заведомо ниже максимальной частоты трогания ротора, увеличение скорости вращения ротора 1ЧД 27 пропорционально росту частоты генератора 6 импульсов запуска, стабилизацию скорости вращения ротора ШД 27 на частоте, определяемой частотой сигнала, формиф руемого на входе 4 рабочей частоты вращения ШД. 3 ил.

1332265

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к средствам коммутации шаговых двигателей, применяемым в исполнительных устройствах автоматики и вычислительной техники.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения управления шаговым двигателем, рабочая частота вращения ротора которого превьппает максимальную частоту его .трогания.

На фиг.l приведена структурная схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг.2 — структурная схема блока формирования управляющих сигналов; на фиг.3 — структурная схема блока сравнения частот.

Устройство содержит первый 1 и, второй 2 элементы И-НЕ, вход 3 разрешения включения устройства, вход 4 рабочей частоты вращения ротора шаго— вого двигателя, интегрирующую RCцепь 5, генератор 6 импульсов запуска, четвертый элемент И-HE 7, блок 8 сравнения частот, третий 9 и пятый 10 элементы И-НЕ, блок 11 формирования управляющих сигналов, преобразователь

12 уровня сигналов, элементы И-ИЛИ-HE

13 и 14, элемент 15 управления, Ттриггер 16, первый — четвертый выходы 17-20 устройства.

Преобразователь 12 уровня сигналов выполнен в виде четырех независимых транзисторных ключей 21, выходы которых являются первым, вторым, третьим и четвертым выходами преобразователя

12 уровня сигналов, первый, второй, третий и четвертый входы которого являютсй управляющими входами транзисторных ключей 21.

Блок ll формирования управляющих сигналов выполнен в виде первого 22 и второго 23 тактируемых П-триггеров.

Блок 8 сравнения частоты выполнен в виде первого 24 и второго 25 счетчиков и тактируемого IK-триггера 26.

Устройство также содержит шаговый двигатель 27, входы обмоток которого соединены с первым — четвертым выходами 17-20 устройства.

Устройство для управления шаговым двигателем работает следующим образом

Перед началом работы все триггеры и счетчики, входящие в состав устройства для управления шаговым двигателем,.обнулены, Блок ll формирования управляющих сигналов необходим для преобразования последовательности импульсов, поступающих на тактовый вход, в четыре

5 последовательности сигналов, сдвинутых между собой по фазе на 90 . Необходимость таких сигналов вызвана режимом работы используемого шагового

10 двигателя

Блок 11 формирования управляющих сигналов работает как сдвиговый регистр,состоящий из первого 22 и второго 23 тактируемых D-триггеров, состояние которых Изменяется по каждому импульсу, формируемому на тактовом входе блока 11 формирования управляющих сигналов. При этом сигнал, сформированный на инверсном выходе первого тактируемого D-триггера 22, переписывается на вход данных второго тактируемого D-триггера 23, а сигнал, сформированный на прямом выходе второго тактируемого D-триггера 23, 25 .переписывается на вход данных первого тактируемогo D òðèããåðà 22.

Таким образом, сигналы на соответственных выходах первого 22 и второго 23 тактируемых D-триггеров оказываются сдвинутыми между собой по о фазе на 90, следовательно, при формировании последовательности импульсов на тактовом входе блока, 11 формирования управляющих сигналов íà.его первом, третьем, втором и четвертом выходах формируются четыре последовательности сигналов, сдвинутых между собой по фазе на 90 .

Блок 8 сравнения частот необходим для определения момента превьппения частоты генератора 6 запуска над частотой сигнала, формируемого на входе

4 рабочей частоты вращения ротора шагового двигателя, 45 Если частота сигнала, сформированного на первом входе блока 8 сравнения частот меньше частоты сигнала, сформированного на втором входе блока 8 сравнения частот, то второй счет- чик 25 заполняется быстрее. первого счетчика 24. Таким образом, на выходе переноса второго счетчика 25 формируется импульс положительной полярности, обнуляющий первый счетчик 24.

В этом случае состояние тактируемого

IK-триггера 26 не изменяется. Следовательно, на первом и втором выходах блока 8 сравнения частот сформированы сигналы высокого и низкого уровней

1332?65 соответственно. Если частота сигнала, сформированного на первом входе блока 8 сравнения частот, больше частоты сигнала, сформированного на втором входе блока 8 сравнения частот, .то первый счетчик ?4 заполняется ,быстрее второго счетчика 26. Таким ! образом, на выходе переноса первого счетчика 24 формируется импульс поло- 10 жительной полярности, обеспечивающий срабатывание тактируемого IKтриггера 26, на I- и К-входах которого сформированы сигналы высокого уровня. В этом случае состояние так тируемого IK-триггера 26 изменяется на противоположное, так что На его

I- и К-входах формируются сигналы низкого уровня. Следовательно, на первом и втором выходах блока 8 сравнения частот формируются сигналы низкого и высокого уровней соответственно.

На входе 4 рабочей частоты вра— щения ротора шагового двигателя фор- 25 мируется последовательность импульсов, частота которых пропорциональна рабочей частоте вращения ротора. После сформирования сигнала высокого уровня на входе 3 разрешения устройства, сигналы, сформированные на вхо де 4 рабочей частоты вращения шагового двигателя и на выходе генератора

6 импульсов запуска, поступают на выход первого 1 и второго 2 элемен35 тов И-НЕ соответственно. Сигнал высокого уровня, сформированный на входе 3 разрешения устройства, интегрируе1 ся RC-цепью 5 и поступает на управляющий вход генератора 6 запуска, При этом частота сигнала, формируе,мого генератором 6 запуска, возрастает пропорционально амплитуде выходного сигнала интегрирующей RC-цепи 5. Если частота сигнала, формируемого на выходе второго элемента

И-НЕ 2, меньше, чем частота сигнала, формируемого на выходе первого элемента И-НЕ 1, то на первом и втором выходах блока 8 сравнения частот фор- 5О мируются сигналы высокого и низкого уровней соответственно, В этом случае на выходе третьего элемента И-НЕ

9 формируется сигнал высокого уровня, а на выходе пятого элемента И-НЕ

10 формируются сигналы с частотой, определяемой частотой генератора 6 запуска. На первом, втором, третьем и четвертом выходах блока 11 формирования управляющих сигналов формируются четыре последовательности сиг- налов, сдвинутых между собой по фазе на 90 . Частота сигналов в каждой последовательности определяется частотой сигнала генератора 6 запуска.

Если на прямом и инверсном выходах Т-триггера 16 сформированы сигналы низкого и высокого уровней, то на выходе первого элемента И-ИЛИ-НЕ

13 формируется сигнал, совпадающий с сигналом, сформированным на третьем выходе блока 11 формирования управляющих сигналов, а на выходе второго элемента И-ИЛИ-НЕ 14 формируется сигнал, совпадающий с сигналом, сформированным на четвертом выходе блока

11 формирования управляющих сигналов;

На первом, третьем, втором и четвертом входах преобразователя 12 уровня сигналов формируются четыре последовательности сигналов, сдвинутых между собой по фазе на 90 . При этом поочередно срабатывают транзисторные ключи 21 ° Таким образом, при подключении обмоток шагового двигателя к первому, второму, третьему и четвертому выходам 17-20 устройства для управления шаговым двигателем обеспечивается запуск шагового двигателя

27 с частотой вращения ротора ниже максимальной частоты трогания ротора шагового двигаля. Частота вращения ротора шагового двигателя пропорциональна частоте сигнала генератора 6.

При возрастании частоты сигнала генератора 6 частота вращения ротора шагового двигателя возрастает.

Если частота сигнала, формируемого на выходе второго элемента И-НЕ 2, превысит частоту сигнала, формируемо- го на выходе первого элемента И-НЕ 1, то на первом и втором выходах блока

8 сравнения частот формируются сигналы низкого и высокого уровней соответственно. В этом случае на выходе пятого элемента И-НЕ 1О формируются сигналы с частотой, определяемой частотой сигнала на входе 4 рабочей час" тоты вращения ротора шагового двигателя. На первом, третьем, втором и четвертом выходах блока 11 формирования управляющих сигналов формируются четыре последовательности сиг" налов, сдвинутых между собой по фазе на 90 . Частота сигналов в каждой последовательности определяется частотой сигнала на входе 4 рабочей час133226

-.îòû вращения ротора шагового двигателя. При этом поочередно срабатывают транзисторные ключи 21. Таким образом, при подключении обмоток шагового двигателя 27 к первому, второму, 5 третьему, четвертому выходам 17-20 устройства для управления шаговым двигателем обеспечивается вращение шагового двигателя 27 с частотой, про-10 порциональной частоте сигнала, формируемого на входе 4 рабочей частоты вращения ротора шагового двигателя.

Устройство для управления шаговым двигателем обеспечивает запуск шаго15 вого двигателя 27 на частотах вращения ротора ниже максимальной частоты трогания ротора, последующее увеличение частоты вращения ротора до рабочей частоты вращения и поддержания частоты вращения ротора на уровне рабочей частоты вращения.

После срабатывания элемента 15 управления на прямом и инверсном выходах T-триггера 16 формируются сигналы высокого и низкого уровней соответственно, При этом на выходе перво— го элемента И-ИЛИ-НЕ 13 формируется сигнал, совпадающий с сигналом, сформированным на четвертом выходе блока

11 формирования управляющих сигналов, а на выходе второго элемента И-ИЛИ-НЕ

14 формируется сигнал, совпадающий с сигналом, сформированным на третьем выходе блока ll формирования управляющих сигналов, В этом случае первый, второй, третий и четвертый выходы 17-?О устройства для управления шаговым двигателем осуществляют коммутацию обмоток шагового двигателя

27 таким образом, что направление вращения ротора шагового двигателя 27 изменяется на противоположное.

Расширение функциональньгх возможностей устройства для управления шаQ5 говым двигателем достигается за счет того, что по сравнению с известным устройством обеспечивается возможность надежного запуска и управления шаговым двигателем рабочая частота враS

50 щения которого превышает максимальную частоту трогания ротора. Таким образом, устройство для управления шаговым двигателем обеспечивает управление как шагового двигателя, 55 имеющего максимальную частоту трогания ротора выше необходимой рабочей частоты вращения, так и шагового двигателя, имеющего максимальную часто5 6 ту трогания ротора ниже, чем рабочая частота вращения ротора шагового двигателя.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и BTQ рой элементы И-НЕ, первые входы которых соединены между собой и являются входом разрешения включения устройства, второй вход первого элемента И-HE является входом рабочей частоты вращения ротора шагового двигателя, третий элемент И-НЕ, первый вход которого -оединен с вьгходом первого элемента И-HE) блок формирования управляющих сигналов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам преобразователя уровня сигналов, первый, второй, третий и четвертый вьгходы которого являются выходами устройства, третий и четвертый выходы блока формирования управляющих сигналов соединены с первыми входами соответственно первой и второй групп входов первого элемента

И -ИЛИ-НЕ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения управления шаговым двигателем, рабочая частота вращения ротора которого превышает максимальную частоту трогания ротор, введены генератор импульсов запуска, блок сравнения частот, четвертый и пятый элементы

И-НЕ, Т-триггер, второй элемент

И-ИЛИ-HE элемент управления, интегрирующая RC-цепь, вход которой соединен с входом разрешения устройства, выход интегрирующей КС-цепи подключен к входу управления генератора импульсов запуска, подключенного выходом к второму входу второго элемента ИНЕ, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И-НЕ и с первым входом блока сравнения частот, с вторым входом которого соединен выход первого элемента И-НЕ, первый и второй выходы блока сравнения частот подключены к вторым входам четвертого и третьего элементов И-НЕ соответственно, выходы которых соединены с входами пятого элемента И-НЕ, подключенного выходом к тактовому входу блока формирования управляющих сигналов, второй и четвертый выходы кото1332265

ЦЯ

Составитель А.Исправникова

Техред И. Попович Корректор М.Демчик

Редактор И.Николайчук

), Заказ 3830/42

Тираж 863

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l)3035, Москва, Ж- 35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 рого соединены с первыми входами соответственно первой н второй групп входов второго элемента И-ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к третьему входу преобразователя уровня сигналов, к четвертому входу которого подключен выход первого элемента И-ИЛИ-НЕ, вторые входы первой и второй групп входов которОго соединены соответственно с прямым и инверсным выходами Ттриггера, вторые входы первой и второй групп входов второго элемента

И-ИЛИ-НЕ соединены соответственно с инверсным и прямым выходами Т-триггера, Т-вход которого подключен к выходу элемента управления, первый, второй, третий, четвертый выходы преобразователя уровня сигналов являются соответствующими выходами устрой. ства.