Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для многорежимного однополярного и разнополярного управления трехи четырехфазными шаговыми двигателями с активным ротором. Цель изобретения - расширение области применения за счет обеспечения всех возможных однополярных и разнополярных симметричных и несимметричных режимов коммутаций фаз трехфазного и четырехфазного шаговых двигателей. Устройство содержит первую и вторую группы усилителей мощности со средними точками, четырехразрядный двоичный счетчик, инвертор, два трехпозиционных переключателя, логические элементы 2И-НЕ, 2И, 2ИЛИ, 3И, три элемента неравнозначности, первую и вторую группы мультиплексоров с четырьмя информационными входами шины управления режимом, два мультиплексора с двумя информационными входами. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (И) 1 02 (51) 4 G

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4307722/24-24 (22) 18.09.87 (46) 23.05.89. Бюл. 1(- 19 (72) В.Ш.Арутюнян, А.З.Еурадян и Г.Б.Инацаканян (53) 621.313.13-133.3-525(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1083321, кл. Н 02 P 8/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

1(1374179, кл. G 05 В 19/02, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЬИ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для многорежим. ного однополярного и разнополярного управления трех- и четырехфазными шаИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для многорежимного однополярного и разнополярного управления трех- или четырехфазными шаго-. выми двигателями с активным ротором в системах дискретного привода с числовым программным управлением.

Цель изобретения — расширение области применения устройства за счет обеспечения всех возможных однополярных и разнополярных симметричных и несимметричных режимов коммутаций обмоток трех- и четырехфазных шаговых двигателей. говыми двигателями с активным ротором. Цель изобретения — расширение области применения за счет обеспечения всех возможных однополярных и разнополярных симметричных и несимметричных режимов коммутаций фаз трехфазного и четырехфазного шаговых двигателей. Устройство содержит первую и вторую группы усилителей мощности со средними точками, четырехраз-, рядный двоичный счетчик, инвертор, два трехпозиционных переключателя, логические элементы 2И-НЕ, 2И, 2ИЛИ, ЗИ, три элемента неравнозначности, первую и вторую группы мультиплексоров с четырьмя информационными входа9 ми, шины управления режимом, два мультиплексора с двумя информационными входами. 2 з.п. ф-лы., 3 ил., 2 табл.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства для управления трех- и четырехфазными ша- говыми двигателями; на фиг.2 и 3— номограммы электрических положений векторов электромагнитных моментов при однополярных и разнополярных режимах коммутации фаз соответственно трех- и четырехфазных шаговых двигателей.

Устройство (фиг.1) содержит первый Е, и второй Е источники питания силоВой части с противоположными полярностямй, источник питания

3 14817 логической части Е„, первую 1.1-1.4 и вторую 2,1-2.4 группы усилителей мощности, средние точки 3„1-3.4 усилителей мощности, фазные обмотки трех5 фазного 4.1-4.3 и четырехфазного 5.15.4 шаговых двигателей, общую шину 6 питания устройства, четырехразрядный двоичный счетчик 7 импульсов с шинами установки в исходное нулевое состояние "Уст."0", тактирования Т и реверса "Реверс", инвертор 8, первый 9 и второй 10 трехпозиционные переключатели режима коммутации фаз, логические элементы 2И-НЕ 11, 2И 12, 2ИЛИ

13, первый 14, второй 15 и третий 16 элементы неравнозначности элемент

ЗИ 17, первую группу мультиплексоров с четырьмя информационными входами ,18.1-18.4 с общей шиной стробирова- 2О ния "Строб 1" вторую группу мульти-! плексоров с четырьмя информационны ми входами 19.1-19.4 с общей шиной стробирования "Строб 2", первую 20 и вторую 21 шины управления режимом 25 коммутации, первый 22 и второй 23 мультиплексоры с двумя информационными входами.

Устройство работает следующим образом. ЗО

Перед созданием каждого из возможных режимов коммутаЦии фаз трехфазного или четырехфазного шагового двигателя двоичный счетчик 7 по команде "Уст."0" устанавливается в нулевое исходное состояние. В зависимости от требуемого направления вращения двигателя к шине "Реверс" счетчика 7 прикладывается нулевой или единичный логический уровень потенци- gg ала. Задание определенного режима коммутации фаз трех- или четырехфазного шагового двигателя осуществляет.ся путем приложения к шинам 20 и 21 и "Строб 2" требуемой комбинации нулевых и единичных логических уровней потенциалов, а также установкой трехпозиционных переключателей 9 и

10 на соответствующие позиции.

В табл. 1 и 2 показаны управления режимов переключения фаз соответственно трех- и четырехфазньтх шаговых двигателей.

Все режимы однополярной коммутации фаз трех- или четырехфазных ша55 говых двигателей создаются при приложений единичного уровня потенциала (равного напряжению источника питания логической части Е„) к шине

11

4 стробирования "Строб 2" второй группы мультиплексоров 19. 1-1 9.4. При этом на выходах мультиплексоров

19.1-19.4 возникают нулевые потенциалы, которые поддерживают соответствующие усилители 2.1-2.4 мощности второй группы в постоянно запертых состояниях. Это приводит к работе усилителей 1.1-1.4 мощности первой группы только от одного из источников питания силовой части (+Е „) и в результате к протеканию фазных токов через обмотки управления шагового

4 двигателя только в одном.направлении.

Переход же от одного однополярного режима к другому осуществляется с помощью трехпозиционных переключателей 9 и 10, Для создания разнополярных режи мов коммутации к шине "Строб 2" прикладывается нулевой логический потенциал, Это приводит к включению в процесс функционирования устройства также мультиплексоров 19.1-19.4 второй группы и усилителей 2 ° 1-2.4 мощности второй группы. А переход от одного разнополярного режима к другому осуществляется с помощью трехпозиционных переключателей 9 и 10.

Устройство подготавливается к режимам управления четырФхфазным шаговым двигателем при приложении к шине 21 нулевого потенциала. При этом запирается по входам элемент ЗИ 17 и на его выходе возникает нулевой по- тенциал. В результате этого íà V-входе разрешения параллельной записи информации счетчика 7 поддерживается постоянный нулевой потенциал,что поз" воляет ему функционировать в качестве обычного двоичного четырехразрядного счетчика с коэффициентом пересчета К„=16. А постоянный нулевой потенциал на первых входах элементов

14-16 неравнозначности придает HM логические функции повторения на своих выходах информации, поступающей к их вторым входам.

Подготовка же устройства к режимам управления трехфазными шаговыми двигателями осуществляется путем при. ложения к шине 21 единичного потенциала. При этом к первому входу элемента ЗИ 17 прикладывается единичный потенциал, что позволяет после установки третьего (ЗР) и четвертого (4Р) разряднык выходов счетчика 7 в

5 )481 единичные состояния осуществить его автоматический переход в исходное состояние. Благодаря этому счетчиком 7 как при прямом (на шине "Peaepc" при5 сутствует нулевой потенциал), так и при обратном (на шине "Реверс" единичный потенциал) порядках его работы удается обеспечить коэффициент пересчета К„=12. При этих режимах элемен. )p ты 14-16 неравнозначности настраиваются на выполнение логической функции инверсии информации, поступающей к их вторым входам.

При наличии нулевого потенциала на шине 21 (т.е. при управлении четырехфазным двигателем) выбираются первые информационные входы мультиплексоров 22 и 23. В результате этого усилители 2.2 и 2.3 переключают- 20 ся соответственно от сигналов мультиплексоров 19.2 и 19.3. При наличии единичного потенциала на шине 21 (т.е. при управлении трехфазным двигателем) выбираются вторые информа- 25 ционные входы мультиплексоров 22 и

23. Благодаря этому усилители 2.2 и 2.3 переключаются, наоборот, от сигналов мультиплексоров 19 ° 3 и l9.2.

Это позволяет обеспечить требуемые 30 циклограммы переключения фаз н отдельности трехфазного и четырехфазного шагоных двигателей.

При любом из возможных режимов коммутации фаз трех- или четырехфаз35 ных шаговых двигателей потактное поступление импульсов на шину Т приводит к определенному переключению разрядных выходов счетчика 7 и соответствующих адресных входов мультиплек- 40 соров 18 и.19 ° Благодаря этому происходят поочередная передача потенци-. алов, присутствующих на их информационных входах, и соответствующие переключения усилителей 1 и 2 мощности. 45

Это создает определенные циклограммы коммутации фаэ шаговых двигателей.

В связи с тем,.что мультиплексо ры 18 и 19 по адресным входам управляются от третьего или четвертого разрядов счетчика 7, а их определенные информационные входы через переключатели 9 и 10 и логические элементы 11-16 подключаются к постоянным (нулевым и единичным) потенциалам или же к выходам первого и второго разрядов этого же счетчика 7, то смена их выходных потенциалов и соответствующие переключения усилителей I u

711 6

2 и управляющих фаз двигателей н

12- и 16-тактных режимах коммутации происходят при поступлении каждого тактирующего импульса на Т-вход счетчикаа 7, в ше с ти и в ос ьмитак тньм режимах через один импульс, а н трехи четыректактных режимах — через три импуль а.

Формула из обре тен ия

1, Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и второй источники питания силовой части противоположных полярностей, источник питания логической части, общую шину источников питания, две группы из трех усилителей мощности, коммутирующих фазовые обмотки шагового двигателя, первая из которых соединена с первым источником питания силовой части, нторая — с вторым источником питания силовой части, а их выходы объединены соответственно между собой и соединены с фазовыми обмотками шагового двигателя, первую группу из трех мультиплексоров с четырьмя информационными входами, соединенньм, своими выходами с управляющими входами усилителей мощности первой группы, вторую группу иэ трех мультиплексоров с четырьмя информационнымн входами, выход первого иэ которых соединен с упранляющим входом первого усилителя мощности второй группы, четырехразрядный двоичный счетчик импульсов с четырьмя информационными входами, с входами тактирования, реверса, обнуления и разрешенияпараллельной записи информации, тре" тнй и четвертый разрядные выходы которого соединены соответственно с адресными входами мультиплексорон с четырьмя информационными входами первой группы, инвертор, вход которого соединен с шиной реверса устройства, первый и второй трехпозиционные переключатели режимов коммутации фаз, выводы перньм позиций которых соединен:. ны соответственно с первым и вторым разрядными выходами счетчика импульсов, выводы вторых позиций соединены с источником питания логической частй, а выводы третьих позиций — с общей шиной источников питания, элемент

2И-НЕ, входы которого соединены соответственно с общими выводами перного и второго трехпозицнонных переключа 1481711 телей, а выход — с первым, вторым, третьим и четвертым информационными входами соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя. информационными входами первой группы, первую и вторую шины стробирования, соединенные соответственно с входами стробирования мультиплексоров с четырьмя информационными входами первой и второй групп, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения всех возможных однополярных и разнополярных симметричных и несимметричных режимов коммутаций обмоток трехфазного и четырехфазного шаговых двигателей, дополнительно содержит в каждой группе усилителей мощности четвертые уси- 20 лители, в каждой группе мультиплексоров с четырьмя информационными входами — четвертые мультиплексоры, эле-. мент 2И, элемент 2ИЛИ, элемент ЗИ, первый, второй и третий элементы не 25 равнозначности, первый и второй мультиплексоры с двумя информационными входами и две шины управления режимом коммутации, причем дополнительно введенные усилители мощности соедине- gg ны соответственно с первым и вторым источниками питания силовой части, их выходы объединены между собой и соединены с фаэной обмоткой шагового двигателя, а их управляющие входы подключены соответственно к выходам дополнительно введенных четвертых мультиплексоров с четырьмя информационными входами первой и второй групп, вход стробирования четвертого мультиплексора с четырьмя информационными входами первой группы объединен с первой шиной стробирования и соединен с общей шиной источников питания, а его адресные входы соединены соответственно с третьим и четвертым разрядными выходами счетчика импульсов, вход стробирования четвертого мультиплексора с четырьмя информационными входами второй группы соединен с второй шиной стробирования, вто50 рой, третий, четвертый и первый информационные входы соответственно. первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя инфор55 мационными входами первой группы соединены с первой шиной управления ре.жимом коммутации, третий информационный вход первого мультиплексора с четырьмя информационными входами первой группы соединен с выходом элемента 2И, первый вход которого соединен с второй шиной управления режимом коммутаций, с первыми входами всех элементов неравнозначнасти, элемента ЭИ, с вторым информационным входом третьего мультиплексора с четырьмя информационными входами второй группы и с адресными входами первого и второго мультиплексоров с двумя информационными входами, а его второй вход. - с общим выводом первого трехпозиционного переключателя, четвертый, первый, второй и третий информационные входы соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя информационными входами первой группы соединены с общим выводом первого трехпозиционного переключателя, четвертый информационный вход четвертого мультиплексора первой группы соединен с выходом элемента 2И-НЕ, остальные информационные входы мультиплексоров с четырьмя информационными входами первой и второй групп и первый, .третий информационные входы счетчика импульсов соединены с общей шиной источников питания, входы элемента 2ИЛИ соединены соответственно с общимй выводами первого и второго трехпозиционных переключателей, а выход " с вторым входом первого элемента неравнозначности, A выход которого соединен с вторьм, третьим, четвертым и первым информационными входами соответственно первого, второго,.третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя информационными входами второй группы, второй вход второго элемента неравнозначности соединен с третьим разрядным выходом счетчика импульсов, а выход — с первымн адресными входами всех мультиплексоров с четырьмя информационными входами второй группы, второй вход третьего элемента неравноэначности соединен с четвертым разрядным выходом счетчика импульсов, а выход " с вторыми адресными входами всех мультиплексоров с четырьмя информационными входами второй группы, второй и третий входы элемента ЗИ соединены соответственно с третьим и четвертым; разрядными выходами счетчика импульсов, а выход — с входом разрешения параллельной записи кода в счетчик импульсов, третий, 1481711 четвертый, первый и второй информационные входы соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя информацион5 ными входами второй группы соединены с источником питания логической части, вход реверса счетчика импульсов соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к второму и четвертому информационным входам счетчика импульсов, выход второго мультиплексора с четырьмя информационными входами второй группы соединен с первьик информационным входом первого и 15 с вторым информационным входом вто- рого мультиплексоров с двумя информационными входами, выход третьего мультиплексора с четырьмя информационными входами второй группы соединен с вторым информационным входом первого

H с первым информационным входом второго мультиплексоров с двумя информационными, входами, а выходы первого и второго мультиплексоров с двумя 25 информационными входами соединены соответственно с управляющими входами второго и третьего усилителей мощности второй группы.

2. Устройство по п. 3, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью управления трехфазным шаговьич двигателем, его.первая, вторая и третья фазные обмотки соединены соответстl венно с объединенными выходами пер-» вых, вторых и третьих усилителей мощности. первой и второй групп, а общий вывод — с общей шиной источников питания.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью управления четырехфазньи шаговым двигателем, его первая, вторая, тре-, тья и четвертая фазные обмотки соединены соответственно с объединенньми выходами первых, вторых, третьих и четвертых усилителей мощности первой и второй групп, а общий вывод— с общей шиной источников питания.

1481711

i,! l!

1! !

l л

I

1 !

СеФ

) 1 в Ф

1 л

+ !

СЧ

° ь

СЧ

w л м

t в м!

+ !

3.+

С1 3 ! !

-! . л

1 л

1 а

+ л °

Се1 ° м °

+ ° . 1

СЧ

+ + м м

+ 1 е ве

+ л в в

СЧ

+ + ! м! м

СЧ I ! СЧ

Р

34

3) о

)С

)С

t ! л

I MM

1 + I

СЧ в в

° е

+!

I в м 1 м о

ch м о о о !

o) о

О ).О

Се} С Ъ I! о о о о

i ф!

3ф ь(t

Ф л

1

4 в в л М) 1

+ е «ф

+ (СЧ

+ +

-1 е лф

+ + л

f ! в

3 СЧ !

° \

Ф

I м"

СЧ

СЧ

-!

M

- !

1 3 I l I

1 в A л в

«Ф СЧ СЧ CV

+ + + +

Ф м Ф Ф! 3 I 1. +.

1 л 3 а! л I 1в °

I е)сЧ I М

+! ) 3 3+ в л в ч3} 3 С4 ле СЧ СЧ

1 + + + 1 !

СЧ Ф

+ .! 3 I ++

-.! е дд,1 еа .!. °

+ + + +

1 ! !

-o }о. о о

1 а л СЧ

1 I. л а

С 1 Ф

+ +

СЧ СЧ

+ !!

Ф .1

1 I в в

СЧ

3 +

СЧ СЧ, + !!

«) ! I !

° A ° м °

+ ° ! сч м eel I

+ +

1 1 ! ФСЧ I

3 3+ I ! l л л

1 м--sl

I ! 1

1 I а в в

СЧМСЧ I

+ + I

a f a !

+ 3 + I.

3 )" ) !

-!

Се} СЧ в л л

1 !

° е

+ !

1481711

СЧ !!

t! а

СЧ

+ !! !

СЧ

-!!

1 1!

+ $ °

Г

1 1! !! ! !.

1! !!! с

+ $

+ !

1

С Ъ

+ 1

1т! с1

-"

$+ ( $-.

° +

С \ 1 ! 1

С Ъ

$7 $ 1 ;

1 (Ъ $ + !

СЧ ° !

Ъ!

° CV

Ф Ъ

СЧ

+ а а

СЧ (Ъ

1 +

$+ l+! !!

СЧ .1

1 С Ъ

+ ) +

$1 !

СЧ СЧ

+ $ +

Ф 1!

1 Ч! "!Ъ а

+ !

+

+

СЧ

Ф !

СЧ

+ !

I . (Ъ

+ !

СЧ

Сч

СЧ

+ а

+ а

+ а

СЧ о

СЧ о

4 3 о

СЧ о

1 Ъ о

С Ъ о

СаФ о о СЧ

СЧ

ССс

СЧ ф\

° °

CCC

1 а1а

1 о о

o o а

РЪ

+ ! а

I

1 а

С Ъ

+ а

$

*

CV

+ !

1. !

СЪ

СЧ

+ ! СЧ

M !

- о!о!ooo

1481 711

04

IV@

@с

1 л

Фю

С у

ФФ ф

14817l 1

ФсЮ

)е ф

Ф

С1ф

Ф ф

° л

Фл

О4

04

ФФф

+»

О4

1481711 ф-l- f +

«g ! . -Ф

f-3- l +

f- + ф

+к

Мъ"

ФФЪ

Ю

Ф4

Ъ.1. +

Составитель И.Слинько

Редактор А.Козориз Техред Л. Сердюкова Корректор Yi.Càèáîðñêàÿ

Ф»

Заказ 2687/47 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул. Гагарина, 101

I„

1 у(° !

О4

Ф ! у Ф

4

° Ф

4,")

Н

+ з

+ °

М.Ф

+ У

9ь- уф

+ +

4Ф +

+ ° Р

Ю

; л

Ф ф

Ф

Фг

1

;Э+

9г ь «б

О4 Я

Ф