Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в дискретном следящем электроприводе инерционной нагрузки. Цель изобретения - повышение надежности путем компенсации шагов, отработка которых не вызвана управляющими импульсами. Эти шаги по сигналам датчика 27 шагов выделяются реверсивным счетчиком 20, дешифраторами 22, 23, через элемент 2И-3ИЛИ 26 поступают на входы распределителя импульсов 15 и отрабатываются шаговым двигателем 17. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 152064 (51}4 Н 02 Р 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTVIRM

ОРИ ГННТ СССР

1 (2)} 4210753/24-07 (22) 17.03.87 (46) 07.11,89. Бюл. 11- 41 (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им. А.Н.Севченко (72) В.Н.Гордеев, Б.Н.шпилевой, 0,С.Дупак и А,К.Якушев (53) 621.313.525(088.8) (5e) -Авторское свидетельство СССР

Р 1399883, кл. Н 02 P 8/00,29.08.86, Авторское свидетельство СССР

У 951622, кл. Н 02 P 8/00, 1982.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЬК ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в дискретном следящем электропрнводе инерционной нагрузки. Цель изобретения — повышение надежности путем компенсации шагов, отработка которых не вызвана управляющими импульсами.

Эти шаги по сигналам датчика 27 ша-. гов выделяются реверсивным счетчиком

20, дешифраторами 22 и 23, через элемент 2И-ЗИЛИ 26 поступают на входы распределителя: 15 импульсов и отрабатываются шаговым двигателем 17.

3 HJI

1.520646

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в следящем дискретном электроприводе инерционной нагрузки.

Цель изобретения -- повьппение надежности путем компенсации шагов, отработка которых не вызвана управляющими импульсами.

На фиг.1 приведена функциональная ,схема устройства; на фиг.2 — диаграммы напряжений, поясняющие работу схемы в режиме компенсации ошибочных шагов непосредственно после выбегов ротора; на фиг.3 — диаграммы напряжений, поясняющие работу схемы в режиме компенсации всех ошибочных шагов по окончании цикла работы двигателя.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 элементы НЕ, первый 3 и второй 4 элементы ИЛИ, концевой датчик

5, первый 6, второй 7 и третий 8 вентили, первый 9 и второй 10 триггеры, одновибратор 11, элемент ЗИ-2ИЛИ-НЕ

12, первый 13 и второй )4 элементы

И, распределитель 15 импульсов, многоканальный усилитель 16, соединенный с шаговым двигателем 17, четвертый вентиль 18, элемент 2И-2ИЛИ 19, реверсивный двоичный счетчик 20, одновибратор 21 с повторным запуском, первый 22 и второй 23 дешифраторы нуля, пятый вентиль 24, генератор 25 импульсов, элемент 2И-ÇHJIH 26, датчик 27 шага, элемент 2И 28, шины синхронизирующих импульсов 29 и

30, "Режим работы" 31, "Сброс" 32 и "Режим коррекции" 33.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии по сигналу с шины "Сброс" 32 счетчик 20 сбрасывается в нуль, что приводит к появлению на выходах дешифраторов 22 и 23 соответственно состояний логической единицы и логического нуля.

Если на шине "Режим работы" 31 установлен уровень логической единицы, то на вьходе вентиля 6 также будет логическая единица (так как логическая единица на выходе вентиля

24), которая открывает вентили 7 и 8 для прохождения импульсов синхронизации с выходов инверторов 1 и 2 на установочные входы триггера 9.

Кроме того, данные импульсы через элемент ИЛИ 3 (роль которого для логических нулей может вьп олнять

55 схема 2И-НЕ) поступает на первую группу входов элемента 2И-2ИЛИ 19.

Поскольку на выходе вентиля 18 логическая единица, то импульсы синхро низации проходят на выход элемента

2И-2ИЛИ 19 и следуют на суммирующий вход счетчика 20, а также через первую группу входов элемента 26 на входы элементов И 13 и 14. До момента достижения шаговым двигателем предельного положения на выходе элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ 12 имеется высокий потенциал, импульсы синхронизации через соответствующий элемент И проходят в распределитель 15 импульсов, с выхода которого — на многоканальный усилитель 16, Как только объект, перемещаемый шаговым двигателем, достигает предела, датчик 5 предельного положения вырабатывает сигнал, который через элемент ИЛИ 4 приходит на входы одновибратора )) и элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ

12. При этом на выходе одновибратора

11 появляется импульс, который переключает первый триггер 9 и записывает во второй триггер 10 предыдущее состояние первого триггера 9. Это приводит к тому, что на выходе элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ 12 сохраняется высокий уровень, соответствующий элемент И закрывается и открывается другой элемент И, через который поступают импульсы синхронизации, запускающие двигатель в обратном направлении.

Если последующие импульсы синхронизации продолжают поступать для отработки шагов двигателем в том же направлении, что и до момента достижения предела, то первый триггер 9 переключается в предыдущее состояние °

При этом оба триггера 9 и 10 оказываются в одинаковом состоянии, что приводит K появлению на выходе элемента

ЗИ-2ИЛИ-НЕ 12 низкого уровня, блокирующего прохождение сигналов через элементы И 13 и 14 в распределитель

15 импульсов, и работа шагового двигателя прекращается.

Если сигнал от датчика 5 предельных положений через элемент ИЛИ 4 запускает одновибратор 11 в момент действия импульса синхронизации, то первый триггер 9, управляемый данным импульсом по установочному входу, сохраняет свое состояние, которое по сигналу одновибратора 11 записывается во второй триггер 10, Если

1520546

40 н результате оба триггера 9 и 10 оказываются вновь в одинаковом состоянии, то на выходе элемента ЗИ2ИЛИ-НЕ 12 появляется низкий уровень, который запрещает прохождение импульсов синхронизации для отработки шагав двигателем в обратном направлении. Если триггеры 9 и 10 находятся в противоположных состояниях, lð то на выходе элемента ЗИ-2ИЛИ-HE появляется высокий уровень, который разрешает прохождение импульсов через соответствуюц|ий элемент И.

Если на шине "Режим работы" уста- )5 новлен низкий уровень, то прохождение импульсов синхронизации на установочные входы первого триггера 9 блокируется. В этом случае направление отработки шагов двигателем изме- 2р .няется на противоположное автоматически ца достижении предельных положений, поскольку изменяет свое состояние первый триггер 9 при поступлении на его вход импульсов от одно- 25 вибратора ll. В результате появляется возможность зациклить в заданных пределах перемещение объекта, управляемого шаговым двигателем.

Если на шине Режим коррекции"

33 установлена логическая единица, то обеспечивается компенсация ошибочно отработанных шагов непосредственно после их появления во время работы двигателя. В этом случае устрой ство работает следующим образом, Первый из импульсов синхронизации с выхода элемента 2И-2ИЛИ 19 суммируется счетчиком 20 и, пройдя через элемент 26 и соответствующий элемент И 13 или 14, поступает в распределитель 15, который формирует на своих выходах диаграмму напряжений в соответствии с правилом коммутации фаз двигателя. Данные сигналы 45 проходят в многокальный усилитель 16, питающий обмотки 17 двигателя, и вызывают поворот его ротора на один шаг. При этом датчик 27 шага вырабатывает импульс, свидетельствую- 5О щий об отработке шага. Поскольку в этот момент на выходе вентиля 24 при сутствует логическая единица,то это разрешает прохождение сигнала от датчика

27 через элемент 2И 28 на запуск одно- 55 вибратора 21, на первые входы второй и третьей групп входов элемента 26 и на вход обратного счета (-1) счетчика 20, где уменьшает его содержимое HB единицу. Но так как B счетчике 20 перед этим был суммирован лишь один импульс синхронизации, та на его информационных выходах вновь появляются логические нули. Одновременна на инверсном выходе одновибратора 21 при его запуске вырабатывается логический нуль, подтверждающий состояние логической единицы на выходе вентиля 24.

Постоянная времени одновибратора

21 опрере еТс из условия "ое = T„,íypмак где т хр м„с — макси ально возможный период следования импульсов синхронизации с входных шин 31 или 32.

На инверсном выходе одновибратора 21 с повторным запуском устанавливается логический нуль в течение всего цикла работы двигателя в заданном диапазоне частот синхронизирующих импульсов. Если в этот период ротор двигателя не совершает ошибочных шагов за счет выбегав, то содержимое счетчика 20 от каждого импульса синхронизации изменяется с единицы на нуль.

Как только ротор двигателя сделает шаг, не обусловленный импульсом синхронизации с шин 29 или 30, на выходе элемента 28 будет выработан импульс, вызванный отработкой этого шага. Данный импульс приходит на вычитающий вход уже обнуленного счетчика 20 и через вторую группу входов элемента 26 (так как на выходе дешифратора 22 присутствует единица) — на входы элементов И 13 и 14. Это приводит к тому, что распределитель 15 формирует временную диаграмму, соответствующую новому положению ротора ("догонит" его).

Кроме тога, по окончании данного импульса, выработанного от ошибочного шага, все разряды счетчика 20 установлены в единичное состояние (так как перед этим счетчик 20 был в нуле), что изменит состояние дешифраторов 22 и 23 на противоположное, т.е. на выходе дешифраторов

22 и 23 будут соответственно логический нуль и единица. При этом на выходе вентиля 18 появится логический ноль, запрещающий дальнейшее выполнение программы отработки шагов по синхронизирующим импульсам с шин

29 и 31.

Если количество шагов выбега больше одного, то на инверсном выходе одновибратора 21 в течение всего

7 1520646

Я времени их совершения будет удерживаться логический нуль от импульсов с соответствующих обмоток двигателя.

Эти имп льсы проходя через третью

5 группу входов элемента 26 (так как на выходе дешифратора 23 присутствует уровень логической единицы), каждый раз заставляют распределитель

15 "догонять" положение ротора. Од— новременно каждый из них уменьшает содержимое счетчика 20 на единицу.

Таким образом содержимое счетчика

20 равно М + 1 — К, где М вЂ” максимальное содержимое счетчика; К— число шагов, не связанных с синхрониэирующими импульсами. Процесс совершения выбегов ротором считается законченным после того, как в л течение времени на выходе элемен- 70 та 28 не появляется очередной импульс.

Б этом случае (по истечении времени ь . ) на инверсном выходе одновибратора 21 появляется уровень логической единицы, устананливающий на вы- 25 ходе вентиля 24 логический нуль (так как на выходе дешифратора 23 присутствует логическая единица), который поступает через вентиль 6 на входы -вентилей 7 и 8, на вход 30 элемента ИЛИ 4, на вторые входы элемента 28 и на вход запуска генератора 25 импульсов. В результате этого одновременно происходят следующие процессы: запрещается прохождение синхронизирующих импульсов на управляющие входы триггера 9, срабатывает одновибратор 11 (по перепаду уровней с выхода элемента 4}, что вызывает изменение состояния тригге- 40 ра 9 и запись его предыдущего состояния в триггер 10, запрещается прохождение импульсов с обмоток фаз двигателя через элемент 28, запускается генератор 25 импульсов. Импульсы с выхода генератора 25 через вторую группу входов элемента 19 поступают на суммирующий вход счетчика 20 и через первую группу входов элемента

26 — на входы элементов И 13 и 14, вызывая обратную отработку шагов двигателя (так как состояние триггера 9 направления изменяется на противоположное} до тех пор, пока число импульсов коррекции от генератора

25 не становится равным числу К, эа фиксированному н счетчике 20. Как только это случится, на информационных выходах счетчика 20 появляются логические нули, tTO соответственно обусловливает состояние логического нуля на выходе дешифратора 23 и логической единицы на выходе вентиля 24, которая блокирует работу генератора 25.

Кроме того, на вторые входы вентилей 6 и 18 и вторые входы элемента 28 поступает разрешающий уровень логической единицы, т.е. схема приведена в исходное состояние и готова к выполнению программы отработки шагов по сигналам синхронизирующих импульсон с шин 29 и 31. Таким образом обеспечивается компенсация ошибочно отработанных шагов непосредственно после их появления, Если на шину "Режим коррекции"

33 подается потенциал логического нуля, то обеспечивается компенсация всех ошибочно совершенных шагов по окончании цикла работы двигателя.

В этом случае каждый импульс, свидетельствующий о совершении выбега, уменьшает содержимое счетчика 20 на единицу, не вызывая срабатывания вентиля 18 (т.е. на его первом входе присутствует логический нуль) и останова работы двигателя. Одновременно при каждом выбеге, как и в предыдущем случае, распределитель.15 догоняет положение ротора, но логическая единица с выхода дешифратора 23 не изменяет состояние на выходе вентиля 24, так как оно обусловлено логическим нулем с инверсного выхода одновибратора 21, удерживаемого в этом состоянии импульсами с выхода элемента 28 в течение всего цикла работы двигателя, По окончании цикла работы (прекращение серии синхрониэирующих импульсов на шинах 29 и 30) одновибратор 21 удерживается в нуле до тех пор, пока не будет выполнен счет импульсов выбега ротора (если они есть) после остановки двигателя. В результате в счетчике

20 окажется записанным число M + 1 — К вЂ” К, где М вЂ” максимальное значение числа в счетчике 20; К1 число ныбегов в процессе работы;

К вЂ” число выбегов после останова двигателя.

После того, как в течение времени с .о не придет очередной импульс с обмоток двигателя, свидетельствующий о вращении ротора, на инверсном выходе одновибратора 21 установится ло!

520 45

10 гическая единица, которая поступит на второй вход вентиля 24 и обусловит выработку на его выходе логического нуля (так как на первом входе вентиля 24 присутствует единица с выхода дешифратора 23), разрешающего выработку генератором 25 импульсов коррекции, Дальнейшая работа устройства аналогична описанному для режима коррекции после каждого ошибочного шага, Таким образом, благодаря введенным связям и элементам в устройстве обеспечивается компенсация ошибочно совершенных шагов путем их обратной отработки, выполняемой либо непосредственно после совершения выбегав ротора, либо по окончании работы двигателя, что повышает надежность работы предлагаемого устройства, Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов, многоканальный выходной усилитель, датчики предельных положений обьекта,.первый и второй триггеры, одновибратор, элемент

ЗИ-2ИЛИ-НЕ, два элемента ИЛИ, два элемента НЕ, два элемента И и два вентиля, причем инверсные выходы элементов И соединены с входами распределителя импульсов, входы элементов

И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами первого триггера и с выходом элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ, первая и вторая группы входов элемента ЗИ-2ИЛИ-НЕ соединены соответственно с прямым и инверсным выходами первого и второго триггеров и выходом второго элемента ИЛИ, D-вход первого триггера соединен с его инверсным выходом, D-вход второго триггера соединен с прямым выходом первого триггера, счетные входы первого и второго триггеров соединены с выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами датчиков предельных положений объекта, установочные входы первого триггера соединены с выходами соответственно первого и второго вентилей, вторые входы которых соединены с выходами первого и второго элементов

НЕ, входы которых соединены с соответствующими входами первого элемЕн10

55 та ИЛИ и входными шинами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства путем компенсации шагов, отработка которых не вызвана управляющими импульсами, в него введены шины "Режим работы" и "Режим коррекции", датчик шагов двигателя, элемент 2И, одновибратор с повторным запуском, третий, четвертый и пятый вентили, реверсивный счетчик, первый и второй дешифраторы. элемент

2И-2ИЛИ, элемент 2И-ЗИЛИ, генератор импульсов, причем выход многоканального усилителя подключен к соответствующим обмоткам шагового двигателя, соединенного с датчиком шага, выход которого связан с первым входом элемента 2И, второй вход которого подключен к выходу пятого вентиля, входу запуска генератора импульсов, третьему входу второго элемента ИЛИ и к первому входу третьего вентиля, второй вход которого связан с шиной "Режим работы", а выход — с первыми входами первого и второго вентилей, выход элемента

2И соединен с вычитающим входом счетчика, входом адновибратора с повторным запуском и с первыми входами второй и третьей групп входов элемента 2И-ЗИЛИ, вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго дешифраторов, соединенных с первыми входами четвертого и пятого вентилей, вторые входы которых подключены соответственно к шине "Режим .коррекции" и к инверсному выходу одновибратора с повторным запуском, а выход четвертого вентиля соединен с первым входом первой группы входов элемента 2И-2ИЛИ, вторая группа входов которого связана с выходом генератора импульсов, второй вход первой группы входов элемента

2И-2ИЛИ подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а выход — к суммирующему входу реверсивного счетчика и к первой группе входов элемента 2И-ЗИЛИ, выход которого соединен с третьими входами первого и второго элементов

И, входы первого дешифратара подключены ко всем информационным выходам реверсивного счетчика, а входы второго дешифратора соединены с информационными выходами счетчика, за исключением младшего разряда.

1520646

"19

"гв

"2i

Цг

U28 125

Составитель В.Алфимов

Техред Л.Олийнык Корректор. М.Пожо

Редактор А.Мотыпь

Заказ б768/56 Тираж 551 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101