Устройство для программного управления @ -фазным шаговым двигателем

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (SD y G 05 B )9 40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ . тт

) I

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) ))67586 (2) ) 3983360/24-24 (22) 26.11 ° 85. (46) 23,08.88. Бюл. У 31. (72) А,З. Мурадян, В.Ш. Арутюнян .и Г;Б. Мнацаканян (53) 62 ° 50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР .

В 1167586, кл. G 05 В 19/40, 1983. (54 )(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО

УПРАВЛЕНИЯ .m-ФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ по авт.св. Р 1167586; о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей устройства путем обеспечения оперативного изменения коэффициента дробления основного шага двигателя, в него дополнительно введены группа из К-1 элементов И и группа из К-1

ÄÄSUÄÄ 1418655 A 2 инверторов, выходы которых подключены.к вторым входам второго сумматора, входы инверторов из группы К-1 инверторов подключены к вторым входам первого сумматора и к выходам соответствующих элементов И групп . из К-l,ýëåèåíòoâ И, .первые входы которых соединены с прямыми выходами мпадших разрядов второго счетчика, кроме их старшего разряда,.а вторые входы элементов И иэ группы

К-1 элементов И подключены к соответствующим выходам изменения коэффициента дробления шага блока зада» ния программ, причем K = 1п N geg > где К вЂ” число младших разрядов второ- 3 го счетчика, 0 „„- максимальный яовффиниент дробления основного вага V) двигателя. С:

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в автоматизированных системах с дискретным электроприводом для электричес5 кого дробления шага m-фазного шагового двигателя и является усовершенствованием устройства по авт.св. .И 1167586. цель изобрения — расширение функ;циональных воэможностей устройства !

:путем обеспечения оперативного изме нения коэффициента дробления основ ного шага двигателя.

На фиг. 1 приведена функциональнаяf5 схема устройства для ш-фазного двигателя; на фиг. 2 — то же, применительно к 4-фазному двигателю; на . фиг. 3-5 — временные диаграммы изменения токов в фазах 4-фазного двига- 20 теля соответственно при коэффициентах дробления N = 8,4,2; на фиг. 68 — номограммы векторов моментов 4- „

;фазного двигателя соответственно ,при коэффициентах дробления N = 8,4,2 25

Устройство (фиг.1 ) содержит блок

:1 задания программ, первый 2 и второй 3 (двоичный ) счетчики, первый 4 и второй 5 сумматоры, первый 6 и вто,.рой 7 инверторы, элементы И 8 и ИЛИ

9, мультиплексоры 10.1-10.m каналов,,,фазные обмотки 11,1-11,m двигателя,, группу из К-1 элементов И 12,1-12,К-1, группу из К-1 инверторов 13.1-13.К-1 и шины 14.1-14.К-1 выходов изменения 35 коэффициента дробления шага блока 1 задания программы.

Кроме того, устройство (фиг,2), содержит мультиплексторы 15-18, фазные обмотки 19-22 двигателя, элементы И 23 и 24, инверторы 25 и 26 и шины 27 и 28 изменения коэффициента дробления шага с соответствующих выходов блока 1 задания программ.

Устройство например, 4-фазным шаговым двигателем при коэффициентах дробления N = 8,4,2 (фиг.2-8), работает следующим образом.

Тактовая последовательность высокочастотных импульсов с частотой Е ц 50 из блока 1 задания программ непрерывно поступает на вход первого (двоичного) счетчика 2, работающего на суммирование.

Коэффициент дробления N основного 55 шага задается при помощи приложения из блока 1 задания программ к шинам

27 и 28 соответствующей кодовой комбинацией нулевых и единичных логических уровней потенциалов. Так, например, при N = 8 к шинам 27 и 28 прилагается код 11, при N -- 4 — соответственно код О1,, а при N = 2 — код 00.

При любом коэффициенте дробления

N исходным является состояние, при котором второй (двоичный.) счетчик 3 находится в нулевом состоянии.

Если N A то в исходном состоянии на выходах элементов И 23 и 24 устанавливается кодовая комбинация

00, на выходе переноса первого сумматора 4 присутствует нулевой потенциал, а на выходе первого инвертора б — единичные потенциалы. В отличие от этого на выходе переноса второго сумматора 5 устанавливаются высокочастотные импульсы широтно-импульсной модуляции (ШИИ) со скважностью

8/3, а на выходе второго инвертора

7 и элемента ИЛИ 9 — импульсы со скважностью 8/5. На выходе элемента

И 8 устанавливается нулевой потенциал.

Благодаря тому, что выбраны первые каналы мультиплексоров 15-18 через обмотку 21 третьей фазы двигателя протекает ток, равный 3/8 I, а через обмотку 22 четвертой фазы— номинальный ток IH ° При этом в первой 39 и второй 20 обмотках фаз двигателя токи отсутствуют. Это состояние системы соответствует исходной точке "0" на фиг. 3 и 6, С поступлением из блока 1 задания программ первого низкочастотного им-. пульса на вход счетчика 3 в него записывается число "1", Это приводит к появлению на выходах элементов И 23 и 24 кодовой комбинации 10, на выходе переноса первого сумматора 4 высокочастотных ЗИМ-сигналов со скважностью 8, а на выходе переноса второго сумматора 5 — аналогичных

ШИМ-сигналов.со скважностью 8/2, При этом в обмотке 19 первой фазы двигателя устанавливается ток 1/8 IH а в обмотке 21 третьей фазы — ток 2/8 I

Одновременно с этим обмотка 20 второй фазы продолжает оставаться обесточенной, а через обмотку, 22 четвертой фазы продолжает протекать номинальный ток I . В результате этого ротор двигателя отрабатывает первый дробный шаг, равный а др= ot /8, где

dо — величина основного шага дви1

1418655 гателя. Это состояние системы на фиг.3 и 6 соответствует рабочей точке "1"

С приходом последующих двух низко5 частотных импульсов на выходах элементов И 23,и 24 появляются коды 01 и ll, ток через обмотку 19 первой фазы достигает третьей элементарной ступени (2/8 Iн и 3/8 I н), а ток через обмотку 21 третьей фазы ступенчато падает до нуля -(1/8 1„и О) при неизменных токах в обмотках второй 20 и четвертой 22 фаз. Эти состояния на фиг, 3 и 6 соответствуют рабочим точкам "2" и "3".. Поступление четырех последующих низкочастотных импульсов приводит к ступенчатому увеличению тока в обмотке 19 первой фазы (4/8 Т н, 5/8 Т н, 6/8 I H 20

7/8 Хн) и ступенчатому уменьшению тока в обмотке 22 четвертой фазы

Хн 6/8. Тн 5/8 ?н и 4/8 I ) при неизменных нулевых токах в обмотках второй 20 и третьей 21 фаз. Эти 25 состояния системы на фиг. 6 соответствуют рабочим точкам "4" — "7".

Этим завершается первая четверть цикла работы устройства, при котором ротор двигателя отрабатывает восемь 30 дробных шагов. При достижении вторым счетчиком 3 цифры "7" происходит переполнение его младших разрядов, поступление очередного низкочастотного импульса приводит к записи едини- 35 цы в его старших разрядах и нулей в младших разрядах. В результате этого выбираются вторые каналы мультиплексоров l5-l8. На выходых первого сумматора 4 и элемента И 8 устанавливается нулевой потенциал, а на выходах первого инвертора 6 и элемента ИЛИ

9 — единичный потенциал. При этом на выходе переноса второго сумматора 5 формируются высокочастотные ШИМ-сигналы со скважностью 8/3, а на выходе инвертора 7 — IlIHM-сигналы со скважностью 8/5. Благодаря этому в обмотке 19 первой фазы двигателя протекает номинальный ток I <, а в обмотке 50

22 четвертой фазы — ток, величиной

3/8 Хн, при нулевых токах в обмотках второй 20 и третьей 21 фаз (фиг. 3 и 6, точки "8"), .

Поступление трех последующих низкочастотных импульсов приводит к сту-. пенчатому увеличению тока в обмотке

20 второй фазы (1/8 I, 2/8

3/8 I„) и одновременному ступенчатому уменьшению тока в обмотке 10 первой фазы и нулевом токе в обмотке 21 третьей фазы. Эти состояния системы на фиг. 3 и 6 соответствуют .рабочим точкам "9" — "1 l".

Дальнейшее поступление четырех низкочастотных импульсов второй четверти цикла приводит к ступенчатому уменьшению тока в обмотке 19 первой фазы (7/8 I„, 6/8 I„, 5/8

4/8 I „) и одновременному ступенчатому увеличению тока в обмотке 20 втоpoA фазы 4/8 I» 5/8 н 6/8 Тн

7/8 Iн) при обесточенных состояниях обмоток третьей 21 и четвертой 22 фаз. Эти состояния системы на фиг,3 и 6 соответствуют рабочим точкам

"12" — "15". Этим завершается вторая четверть цикла работы устройства.

После переполнения младших разрядов второго счетчика 3 в его старшие разряды записывается цифра "2" и выбираются третьи каналы мультиплексоров 15-18. В результате этого в течение первых четырех тактов третьей четверти цикла ток в обмотке 19 первой фазы ступенчато уменьшается до нуля, в обмотке 20 второй фазы поддерживается на номинальном уровне I» в обмотке 21 третьей фазы ступенчато увеличивается до уровня 3/8 IH, а в обмотке 22 четвертой фазы подцерживается на нулевом уровне. В течение последующих четырех тактов ток в обмотках первой 19 и четвертой 22 фаз поддерживается на нулевом уровне, в обмотке 20 второй фазы ступенчато падает до уровня 4/8,.I> в об мотке 21 третьей фазы растет до уровня 7/8 I ., Эти. состояния системы на фиг. 3 и 6 соответствуют рабочим точкам "16" — "23".

По завершении третьей четверти цикла мпадщие разряды второго счетчика 3 снова переполняются и с приходом первого низкочастотного импульса четвертой четверти цикла они обнуляются. В результате в его старшие разряды записывается число "3" и выбираются четвертые каналы мультиплексоров 15-18.

За четвертую четверть цикла ротор принимает рабочие положения "24"

"31" (фиг.3 и 6), после которых вся система возвращается в исходное состояние.

5 14

Последующие циклы работы устройства происходят аналогично первому циклу °

Таким образом, sa один полный цикл работы устройства двигатель отрабатывает 32 дробных шага (при числе фаз

m †.— 4 и коэффициенте дробления N = 8 ) и электромагнитный вектор совершает полный оборот вокруг своей оси.

Если к шинам 27 и 28 изменения коэффициента дробления приложен код

01, устройство обеспечивает коэффициент дробления основного шага И = 4 .(при m = 4) . При этом запирается по входу элемент И 23 (фиг.2) . На его выходе устанавливается постоянный нулевой потенциал, а на выходе инвертора 25. — постоянный единичный потенциал. В результате этого не все низкочастотные импульсы, поступающие из блока 1 задания программ к второму счетчику 3, приводят к периодичесV кому изменению кодов на вторых входах сумматоров 4 и 5, а только каждый второй. В соответствии с этим скважность формируемых на выходах переносов первого 4 и второго 5 сумматоров ШИМ-сигналов периодически изменяются не с элементарными ступенями, а двойными. Это приводит к тому, что фазные точки в обмотках двигателя периодически изменяются с соответствующими двойными ступенями и система поочередно принимает рабочие положения, соответствующие точкам

llptl tt2II ll4ll lI6tt Il8ti 1! 1 ptl

Э Э Э Э 1 У Э

"14" "16" ")8" "20" "22" "24"

t l t

"26", "28" и "30" (фиг.4 и 7) . Таким образом, основной шаг двигателя делится на коэффициент N = 4, Если к шинам 27 и 28 управления коэффициентом дробления приложен код

00, устройство обеспечивает коэффициент дробления основного шага 4фазного двигателя N = 2. При этом по входам запираются оба,элемента И 23 и 24 (фиг.2), На их выходах устанав18655

6 ливаются. постоянные нулевые потенциалы, а на выходах инверторов 25 и 26— постоянные единичные потенциалы. Коды на вторых входах сумматоров 4 и

5 изменяются на каждом четвертом низкочастотном импульсе. Скважность .формируемых на выходах переносов первого 4 и второго 5 сумматоров ШИМ10 сигналов периодически изменяются учетверенными элементарными ступенями. В результате система поочередно принимает рабочие состояния, соответ15 "16", "20", "24" и "28" (фиг,5 и 8).

Таким образом, основной шаг двигателя делится на коэффициент N = 2.

При тп-фазном двигателе коэффициент пересчета второго двоичного счет20 чика 3 выбирается равным N m.

В общем случае значением N определяются: максимальный коэффициент дробления основного шага двигателя, коэффициент пересчета первого двоич25 ного счетчика 2 и коэффициент пере.счета младших разрядов второго двоичного счетчика 3, Значением m определяются: фазность двигателя, количество мультиплексоров, количество информационных входов каждого из мультиплексоров и коэффициент пересчета старших разрядов. второго двоичного счетчика 3.

Для обеспечения обратного направ35 ления вращения ротора двигателя (реверсирования) необходимо перевести в режим вычитания только второй двоичный счетчик 3, 40 Частота импульсов, подаваемая на шину высокочастотного тактирования, выбирается исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя, а частота импульсов, 45 подаваемая на шину низкочастотных управляющих импульсов, — в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.

) 4)8655

1418655

I 418655

)4! 8655

14) 8655

Жpasa

2Eqiasu

Риз. 7

1418655

Хораза

Составитель Б. Власов

Техред А.Кравчук

Корректор А. Обручар

Редактор Н, Рогулич

Тираж 866

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4151/43

Подписное

Ч

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