Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится . автоматике и предназначено для , .лользования в системах управления с применением шаговых двигателей. Целью изобретения является повышение надежности и быстродействия устройства в режимах реверсирования при изменениях частоты следования импульсов синхронизации от минимального значения до номинального значения максимальной частоты отработки шагов двигателем. Это осуществляется за счет задания частоты реверсирования двигателя независимо от частоты следования синхронизирукнцих импульсов, исходя из максимально возможного быстродействия данного привода при реверсе и с учетом окончания возможных выбегов при торможении ротора двигателя. 4 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HGMHTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4245697/24-24 (22) 14.05.87 (46) 07..02.89. Бюл. № 5 (71) Научно-исследовательский ииститут прикладных физических проблем им.А.Н.Севченко (72) В.Н.Гордеев, Б,Н.Шпилевой, О.С.Щупак ч А.К.Якушев (53) 62.50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР .

- 641396, кл. G 05 В 11/01, 197?.

Авторское свидетельство СССР № 951622, кл. Н 02 8/00, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОBbIM ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится . автоматике и предназначено для ..юльзоИзобретение относится к автоматике и может использоваться в системах управления с применением шагавых двигателей.

Целью изобретения является повышение надежности и быстродействия устройства в режимах реверсирования при изменениях частоты следования импульсов синхронизации от минимального значения до номинального значения максимальной частоты отработки шагов двигателем.

На фиг.1 приведены графики, иллюстрирующие соотношения частоты. ° реверса и частоты отработки шагов для известного (а) и предлагаемого (б) устройств, зависимость предельНоН частоты реверса для шагового

ÄÄSUÄÄ 1456934 А 1

{5D 4 G 05 В 19/40, Н 02 Р 8/00 вания в системах управления с приме-. нением шаговых двигателей. Целью изобретения является повышение надежности и быстродействия устройства в режимах реверсирования при из- менениях частоты следования импульсов синхронизации от минимального значения до номинального значения максимальной частоты отработки шагов двигателем, Это осуществляется за счет задания частоты реверсирования двигателя независимо от частоты следования синхрониэирующих импульсов, исходя из максимально возможного быстродействия данного привода при реверсе и с учетом окончания возможных выбегов при торможении ротора двигателя. 4 ил.

2 двигателя с нагрузкой (в); на фиг.2— функциональная схема устройства;на фиг.3 и 4 — соответственно диаграммы работы устройства при реверсировании в следящем (программном) режиме "Цикл".

Сущность изобретения (фиг.1) заключается в том, что частота реверсирования двигателя задается независимо от частоты синхронизирующих импульсов, исходя из максимально возможного быстродействия данного привода при реверсе и с учетом окончания выбегов (если они есть) при торможении ротора двигателя. В этом случае после совершения двигателем шага в одном из направлений автоматически запрещается поступление им1456934

55 пульсов управления с шины другого направления. Запрет длится в течение

T - минимального периода между им«ь пульсами синхронизации, в течение которого двигатель после изменения направления вращения на обратное реверсируется с сохранением устойчивости и без потери синхронизма. Причем

Т выбирается из условия, что до этого частота синхроимпульсов совпадала с номинальным значением максимальной частоты управления шаговым двигателем. Необходимое время паузы для устойчивого реверсирования при работе двигателя на более низких частотах значительно меньше, и устойчивость работы обеспечивается с запасом. В случае появления выбегов во время торможения время запрета реверса автоматически продлевается после каждого выбега на время Т

Устройство для управления шаговым двигателем содержит первый 1 и второй 2 элементы ИЛИ-НЕ, первый 3 и второй 4 элементы И-HP первый элемент ИЛИ 5, датчики 6 конечных положений (объекта), второй элемент ИЛИ

7, одновибратор 8, третий элемент

ИЛИ-НЕ 9, инвертор 10, первый 11 и второй 12 триггеры, четвертый 13 и пятый 14 элементы ИЛИ-НЕ, элемент

ЗИ-2ИЛИ-НЕ 15, первый 16 и второй 17 элементы И, распределитель 18 импульсов, многоканальный усилитель 19, maговый .двигатель 20, датчик 21 шага, одновибратор 22 с повторным запуском; шины 23 и 24 синхронизирующих импульсов и шину "Режим работы" 25, Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда двигатель 20 не отрабатывает шаги, на инверсном выходе одновибратора 22 находится высокий потенциал, что дает на выходах элементов ИЛИ-НЕ 13, 14 и

9 потенциалы логических нулей<независимо от состояния триггера 11. Эти потенциалы разрешают прохождение син хронизируннцих, импульсов с шин 23 и

24 через элементы ИЛИ-НЕ 1 и 2.

Если на шине "Режим работы" установлен высокий потенциал, то логический ноль на выходе элемента ИЛИНЕ 9 остается на протяжении всего процесса работы устройства. При этом импульсы синхронизации с шины 23 или

24 через элементы 1 или 2 и 3 или 4

30 приходят на один из установочных входов первого триггера 11 и управляют его состоянием. Кроме того, импульсы через элемент ИЛИ 5 поступают на входы элементов И 16 и 17.

До момента достижения предельного положения на выходе элемента ЗИ-2ИЛИНЕ 15 имеется высокий потенциал и импульсы синхронизации через соответствующий элемент И 16 или 17 проходят в распределитель 18 импульсов, - .а выходе которого формируется временная последовательность сигналов соответственно правилу коммутации фаз двигателя. Эти импульсы через многоканальный усилитель 19 поступают на запитку обмоток шагового двигателя 20. Как только двигатель 20 отработает первый шаг по сигналу с одной нз шин 23 или 24, датчик 21 шага вырабатывает импульс, который, поступив на вход одновибратора 22 с повторным запуском, вызывает появление логического нуля на его инверсном выходе. Логический ноль на выходе одновибратора 22 в сочетании с логическим нулем с одного из выходов триггера 11 приводит к появлению логической единицы на выходе элемента

ИЛИ-НЕ 13 или 14,что запрещает прохождение импульса синхронизации через соответствующий элемент ИЛИ-НЕ 1 или 2. В результате этого в течение времени Т заблокировано прохождение импульсов синхронизации с шин 23 и 24 на отработку шагов в противоположном направлении (т.е. если выполнялась отработка шага условно

"влево" по сигналам с шины 24, то заблокировано поступление сигналов на отработку "вправо" по сигналам с шины 23, "и наоборот). Постоянная времени одновибратора выбрана нз усло1 вия 06 f —, где Крез — максимальрее ная частота реверсирования для данного двигателя, Таким образом,учитывая особенность работы одновибраторов с повторным запуском, если в течении времени Т ь после отработки двигателем шага в одном из направлений приходит сигнал на реверс, то двигатель 20 на него не реагирует (фиг.3). Кроме того, в случае появления выбегов в режиме торможения ротора двигателя 20 датчик 21 шага вырабатывает импульсы, которые, поступив на вход одновибратора 22 с пов1456934

30 ма и устойчивости.

50

55 торным запуском, продлевают время запрещения реверса еще на Т > после каждого выбега. Таким образом, поступление импульсов синхронизации для отработки шагов в противоположную сторону запрещено до тех пор, пока не закончатся выбеги ротора.

Как только объект, переиещаеиый шаговым двигателем, достигает предела, соответствующий датчик 6 конечных положений вырабатывает сигнал, который через элемент ИЛИ 7 проходит на входы одновибратора 8 и элемента ЗИ-

2ИЛИ-НЕ 15. При этом на выходе одновибратора 8 появляется импульс, который переключает первый триггер 11 и записывает во второй триггер 12 предыдущее состояние первого триггера 11. Это приводит к тому, что на выходе элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ 15 сохраняется высокий уровень, соответствующий элемент И закрывается и откры" вается другой элемент И, через который по окончании времени Т поступают импульсы синхронизации, запускающие двигатель в обратном направлении. Если последующие импульсы синхронизации продолжают поступать для отработки шагов двигателем в тои же направлении, что и до момента достижения предела, то первый триггер 11 переключается в предыдущее состояние. При этом оба триггера 11 и 12 оказываются в одинаковом состоянии, что приводит к появлению на выходе элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ 15 низкого уровня, блокирующего прохождение сигналов через элементы И 16 и 17 в распределитель 18 импульсов, и работа шагового двигателя прекращается.

Если сигналы от датчиков 6 конечных положений через элемент ИЛИ 7 запускают одновибратор 8 в момент действия импульса синхронизации, то первый триггер ll управляемый данным импульсом по установочному входу, сохраняет свое состояние, которое по сигналу одновибратора 8 записывается во второй триггер 12. Если в результате оба триггера 1 1 и

12 оказываются вновь в одинаковом состоянии, то на выходе элемента

ЗИ-2ИЛИ-НЕ 15 появляется низкий уровень, который запрещает прохождение импульсов синхронизации для отработки шагов двигателем в обратном направлении. Если триггеры 11 и 12 находятся в противоположных состояниях, 1 то на выходе элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ появляется высокий уровень, который разрешает прохождение импульсов че5 реэ соответствующий элемент И на запитку обмоток двигателя. Если на шине "Режим работы" 25 установлен низI кнй уровень, то прохождение импульсов синхронизации на установочные

10 входы первого триггера ll блокируется. В этом случае направление отработки шагов двигателем изменяется на противоположное автоматически по достижению предельных положений, пос.

15 кольку изменяет свое состояние первый триггер ll при поступлении на его вход импульсов от одновибратора

8, При этом после импульса синхронизации, вызвавшего перемещение ро20 тора и срабатывание одного из концевых датчиков 6, на выходе элеиента

ИЛИ-НЕ 9 появляется уровень логической единицы (фиг.4). Этот уровень в течение времени Т запрещает про25 хождение импульсов синхронизации через элементы ИЛИ-НЕ 1 и 2 в распределитель 18 с обеих шин 23 и 24. В результате появляется возможность saциклить в заданных пределах перемещение объекта, управляемого данным шаговым двигателем и обеспечить задержку реверса двигателя на минимально необходимое время, при котором он реверсируется без потери синхронизФормула изобретения

Ус тро и ство для управления шаговым двигателем, содержащее датчик конечных положений, последовательно соединенные распределитель импульсов, многоканальный усилитель и шаговый двигатель, первую и вторую шины синхронизирующих импульсов, первый и второй элементы И-HE первые входы которых соединены с шиной "Режим работы",а выходы первого и второго элементов И-НЕ соединены соответственно с входом установки и входом сброса первоro триггера, инверсный выход и информационный вход которого объединены, а прямой выход первого триггера подключен к информационному входу второго триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И, выхо7 14 ды которых соединены соответственно с первым и вторым входами распределителя импульсов, вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу первого элемента ИЛИ,первый и второй выходы датчика конечных положений подключены соответственно к первому и второму входам второго элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу запуска одновибратора, выход которого соединен с входами синхронизации первого и второго триггеров, выход второго элемента ИЛИ подключен к третьему и четвертому входам элемента ЗИ"2ИЛИ-НЕ, пятый вход которого соединен с третьим входом первого элемента И и с прямым выходом первого триггера, инверсный выход которого соединен с шестым входом элемента

ЗИ-2ИЛИ-НЕ и с, третьим входом второ- . го элемента И, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия устройства в режимах реверсирования, в него введены датчик шага, первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы

ИЛИ-НЕ, одновибратор с повторным заoуском9 инвертору Вход которого под56934 ключен к выходу второго элемента ИЛИ, выход датчика шага подключен к входу запуска одновибратора с повторным запуском, подключенного выходом к первым входам третьего, четвертого и пятого элементов ИЛИ-НЕ, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ-НЕ, с вторым входом второго элемента ИЛИ-НЕ и с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к второму входу первого элемента И-НЕ и к первому

15 входу. первого элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу второго элемента ИЛИ-НЕ и к второму входу второго элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с вторым входоМ

20 .третьего элемента ИЛИ-НЕ, третий вход которого подключен к выходу инвертора, вторые входы четвертого и пятого элементов ИЛИ-НЕ соединены соответственно с инверсным и прямым выходами первого триггера, третьи входы первого и второго элементов ИЛИНЕ соединены соответственно с первой и второй шинами синхронизирующих импульсов. часлапа еиниромизщвунхцы цмлуласоб 1синзр

"Ъ|ир.min 6 иктр. маг

ОЗАЛ

1456934

uewzs

Вимв М

&, 574

Эл, f1

Вил. ял.2

Вик.м.й

Оых. эл. l

Bats.иg

&tx.М. Р

В6И М.

1456934

Составитель Е.Власов

Техред А.Кравчук Корректор О.Кравцова

Редактор О.Юрковецкая

Пронзводс гвенно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7552/46 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ lосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосквау Ж-35, Рауновская наб ° ° g â 4/5