Устройство для программного управления @ -фазным шаговым двигателем

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач. Цель изобретения - обеспечение дополнительных режимов управления шаговыми двигателями с M≥5 и повышение качества управления. Устройство содержит источник питания, блок задания программ, два двоичных счетчика импульсов, сумматор, M мультиплексоров с M информационными входами, фазные обмотки шагового двигателя, два элемента ИЛИ, два инвертора. Для достижения цели в него дополнительного введены I мультиплексоров с I информационными входами, где I=M-2/2 при четных M и I=M-1/2 при нечетных M, а также дополнительные выходы в блоке задания программ для измерения режимов дробления. 8 ил.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБРИН (19) (Н) А1 ()) 4 G 05 В 19/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTKPblTHAM

ПРИ fKHT СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ „„ :- -а.„ ..„,-К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 тения — обеспечение дополнительных нечетных m.

1 (21) 4263070/24-24 (22) 06.05.87 (46) 15.12.89. Бюл. 111 46 (72) А.З.Мурадян, В.Ш.Арутюнян и Г.Б.Мнацаканян (53) 621 . 503. 55 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(1020800, кл. G 05 В 19/40, 1982.

Авторское снидетельс тво СССР

Р 1137 43, кл. С 05 В 19/40, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ш-ФАЗНЬ1М ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к автома1 ике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач. Цель изобреИзобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаго-. выми приводами подач.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения дополнительных режимов управления шаговыми двигателями с m) 5 и повышение качества управления путем унеличения результирующего момента, повышения равномерности его распределения по полю, точности отра— ботки дробных шагов и планности хода. па фиг .1 приведена функциональная схема устройства для программного управления m-фазным шаговым двигателем, на фиг.2 — 4 — то же, для управления соответственно 5-, 6- и 8-фазным двигателем; на фиг.5 — 7 — номограммы результирующих моментов применительрежимов управления шаговыми двигателями с ш) 5 и повышение качества управления. Устройство содержит источник питания > блок задания программ, дна двоичных счетчика ьачпульсов, сумматор, m мультиплексоров с ш информационными входами, фазные обмотки шагового двигателя, два элемента )ШИ, два инвертора. Для достижения цели в него дополнительно введены i мультиплексоров с i информационными входами, где i = тп-2/2 при четных m u

= m-1/2 при нечетных m а также дополнительные выходы н блоке задания программ для изменения режимов дробления. 8 ил. но к 5-, 6- и 8-фазным двигателям; на фиг.8 — временная диаграмма функционирования устройстна применительно к

5-фазному двигателю при коэффициенте дробления основного шага P = 8.

Предлагаемое устройство содержит (фиг . 1 ) источник l питания, блок 2 задания программ, первый 3 и второй

4 двоичные счетчики, сумматор 5, оснонные мультиплексоры 6. l 6.m, фазные обмотки 7.1-7.m двигателя, первый 8 и второй 9 элементы ИЛИ, первый 10 и второй 11 иннерторы, дополнительные мультиплексоры 12. 1 — 12. i где

m-2/2 при четных m u i = m-1/2 при

Устройстно, например, для управле— ния пятифазным шаговым двигателем с числом уровней кнантования токов N=4

1529179 и с коэффициентом дробления шага P =

8 работает следующим образом.

Тактовая последовательность импульсов с высокой частотой f< из блока 2 задания программы непрерывно поступает на вход первого двоичного счетчика 3, работающего на суммирование.

До поступления из блока 2 во второй счетчик 4 первого низкочастотного импульса тактирования f „„> устройстно находится в исходном состоянии, при котором на выходах второго счетчика

4, на выходе переноса сумматора 5 и на выходе второго элемента ИЛИ 9 присутствуют нулевые потенциалы, а на выходе первого элемента ИЛИ 8 — единичный потенциал, llа все управляющие входы мультиплексоров 6 с ныходов 20 старших разрядов счетчика 4 поступают нулевые потенциалы, следовательно, выбираются их первые информационные входы. В первом режиме работы при по-. даче от блока 2 к .управляющим входам 25 мультиплексорон 12 нулевого потенциала (Y = О) у них также выбираются первые информационные входы. В таком состоянии устройства через первую фазу двигателя протекает номинмальный ток I, а во всех остальных фазах 7 ток отсутствует (точка О на фиг.5a).

С поочередным поступлением иэ блока 2 трех низкочастотных импульсов тактиронания в счетчике 4 поочередно записываются числа 1,2,3, в результате чего на выходе переноса сумматора 5 поочередно нозникают широтноимпульсно-модулированные (ШИН) высо-. кочастотные импульсы (с частотой и ы /4) со скнажностью 1/4, 2/4, 3/4.

При этом, так как старшие разряды счетчика 4 (начиная с третьего разряда) не меняют свое состояние, на выходе элемента ИЛИ 9 и мультиплексора

12. 1 тоже возникают высокочастотные импульс ы у к а заикой скн ажно с ти, а на выходе элемента 8 поддерживается единичный потенциал. Это приводит к протеканию номинального тока I ц через первую фазу 7 . 1 двигателя и ступенча50 тому его унеличению 1/4I>, 2/4?„, 3/4I< через вторую фазу в результате интегрирования выходных ШЫ1 сигналов мультиплексоров 6). В итоге двигатель отрабатывает три дробных шага 55 (фиг. 5а, точки 1-3), равных . с ос с -ос

Ос

М р 8 где сС0, — величина основного . с шага.

Четвертый ниэкочаатотный импульс устанавливает единичный потенциал на выходе третьего разряда счетчика 4 (при нулевых потенциалах на выходах остальных разрядов). Это приводит к установлению единичных потенциалов на выходах элементов ИЛИ 8 и 9 и и мультиплексоров 12.1. .В результате обеспечивается однонременное протекание номинальных токов через первую и вторую фазы двигателя.,Его ротор устанавливается н новое положение, соответствующее точке 4 на фиг.5а в которой вектор момента обладает максимальной величиной. С пятого по седьмой такты поступления низкочастотных импульсов к счетчику 4 на выход элемента ИЛИ 8 ныдаются от сумматора 5 высокочастотные ШЖ1-сигналы со скважностью 3/4, 2/4, 1/4 ° Благодаря этому через вторую фазу протекает номинальных ток а н первой фазе ток ступенчато уменьшается (3/4I<, 2/4I.и, 1/4I„) . Двигатель отрабатывает очередных три дробных шага (точки

5-7 на фиг,5а) .

После восьмого низкочастотного импульса на выходе четвертого разряда счетчика 4 устанавливается единичный потенциал, а на выходах остальных разрядов — нулевые потенциалы. Выбираются вторые информационные входы основных мультиплексоров 6. На выхо.; дах элемента ИЛИ 9 и дополнительного мультиплексора 12.1 устанавливаются нулевые потенциалы, а на выходе элемента ИЛИ 8 - единичный потенциал.

Это приводит к протеканию номинального тока Тя через вторую обмотку двигателя (при нулевых токах всех остальных обмоток) . Ротор двигателя устанавливается в положение, соответствующее точке 8 на фиг.5а, в котором вектор момента имеет минимальную величину. Это положение аналогично описанному исходному положению двигателя (точка О на фиг ° 5а), Этим завершается первая 1/5 часть полного цикла формирования фазных тоЪ ков в первом режиме дробления пятифазного шагового двигателя, за которую двигатель совершает 8 дробных шагов (точки 0-8 на фиг.5a) .

Остальные четыре части аналогичны описанной первой. Отличие заключается в том, что н каждой последующей части

) 529179

15

25

35

45

55 цикла управления двигателем в счетчике 4 поочередно увеличиваются записываемые числа (фиг.8а), в результате чего поочередно выбираются 2-4, 5-й информационные входы мультиплексоров 6. Благодаря этому вектор момента делает полный оборот вокруг своей оси, а ротор поочередно проходит дробные положения, соответствующие точкам 9,. ° .39 на фиг.5а. Этим завершается один полный цикл работы устройства в первом режиме.

Поскольку коэффициент пересчета счетчика 4 выбирается равным. К

= m P 2m Б, то при конкретном рассматриваемом случае (ш = 5; И = 4;

К = 40) в сороковом такте функционирования устройства его счетчик 4 автоматически переходит в нулевое исходное состояние 1,фиг.8aj .

Описанный первьп» режим дробления шага полностью аналогичен режиму устройства-прототипа. Как видно иэ фиг.5а в этом режиме вектор момента по величине имеет значительную неравномерность распределеяия по полю, а отрабатываемые дробные шаги (элементарные углы поворота) имеют достаточную неравномерность.

Второй режим работы устройства создается путем установки на выходной шине У блока 2 задания программ единичного логического потенциала (фиг .2, 56, 86) . При этом выбираются вторые информационные входы мультиплексоров 12. Все остальные процессы функционирования отдельных элементов и всего устройства в целом во втором режиме происходит аналогично описанному первому режиму. Отличие заключается лишь в том, что, благодаря наличию на втором ийформационном входе мультиплексора 12.1 единичного потенциала и на втором информационном входе мультиплексора 12.2 сигналов элемента ИП11 9, через фазные обмотки 7 шагового двигателя протекают токи, показанные на фиг .86. В результате ротор шагового двигателя поочередно переходит дробные положения, обозначенные точками 0,...,39 на номограмме фиг.56.

Как видно из фиг.56, во втором режиме работы устройства обеспечивается более равномерное по величине распределение вектора момента по полю и более высокая точность отработки дробных шагов. Кроме того, во втором режиме векторы моментов значительно больше номинального во всех точках номограммы.

В обоих режимах работы устройства реверс производится путем изменения на обратное логического. потенциала на соответствующем выходе блок а 2.

Функ цион иров ан ие п редлаг ае мо го устройства для управления шаговыми двигателями с числом фаэ и) 5 и с другим коэффициентом дробления происходит аналогично описанному (фиг.3, 4 и 6,7).

1!а фиг.Ьа, 7а представлены первые режимы дробления шага соответственно

6- и 8-фазных шаговых двигателей, которые совпадают с режимами прототипа, а на фиг.66, 76, 7в — создаваемые новые режимы.

Важной особенностью дополнительных режимов д робле н ия шаг а п редлагаемо ro устройства является увеличение по модулю вектора результирующего момента двигателя при увеличении числа его фаз m (фиг.56, 66, 76, 7в).

Коэффициент дробления основного шага двигателя можно аналогично прототипу изменить в пределах от 2 до Р путем одновременного изменения кОэффициентов пересчета первого счетчика

3 и младших разрядов второго счетчика 4. При этом коэффициент пересчета старших разрядов второго счетчика 4 необходимо поддерживать равным чис— лу m„

Частота импульсов, подаваемых на вход счетчика 3, выбирается исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя, а частота импульсов, подаваемых на вход счетчика 4, — в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.

Таким образом, предлагаемое усчройство позволяет обеспечить ряд режимов дробления шага, повысить равномерность распределения момента и его величину, а также точность отработки дробных шагов .

Формула изобретения

Устройство для программного управления ш-фазным шаговым двигателем, содержащее источник питания, блок задания программ, подключенный первым выходом к входу первого счетчика, вторыми выходами — к соответствующим входам второго счетчика, выходы пер1529179 ного счетчика и выходы младших разрядов из группы младших разрядов второго счетчика подключены к входам сумматора, m основных мультиплексоров с

m информационными входами, выходы ко"

5 торых подключены к фазным обмоткам двигателя, управляющие входы соединены между собой и с выходами старших разрядов второго счетчика, первый элемент ИЛИ, соединенный выходом с

1,2,3, . ...m информационным входом соответственно (1, 2,3,...,ш) -го мультиплексоров,2 — (m-i),3 — (тп-i+I), 4 - (ш-i+2). .. 1 — (m-i-.l)-e информационные входы которых соединены с нулевой шиной источника питания, где

m-2/2 и ри четных m u i ш-1 /2 при нечетных m первый и второй ин-.. верторы, соединенные выходами с входами первого элемента ИЛИ, а входами — соответственно с выходом переноса сумматора и со старшим разрядом из группы младших разрядов второго счетчика, второй элемент ИЛИ, соединенный 25 выходами с входами первого и второго инверторов, отл ичающе ес я тем, что, с целью обеспечения дополнительных режимов управления шаговым двигателем с m Ъ 5 и повышения качества управления, дополнительно содержит i мультиплексоров с i информационными входами, управляющие входы которых соединены между собой и подключены соответственно к дополнительным управляющим режимам выхода блока задания программ, (1,2,3, ..., i) -е информационные входы соответственно (1,2,3. ..i) -ых дополнительных мультиплексоров соединены с выходом второго элемента ИЛИ, (2-i 3-i 4-i ...,i) -e информационные входы соответственно l»2,3, ° ..,(i-I)-го дополнительных мультиплексоров соединены с шиной. питания источника питания, I..1 -2 .l --3, ...,1-(i-1) -е информационные входы соответственно (2,3,4,..., 1) -ых дополнительных мультиплексоров соединены с нулевой шиной источника питания, а выход каждого j -ro дополнительного мультиплексора, где j

l-i, соединен с m-j+1, m-j+2, ..., ш-,1 .ш, 1,2, ° ° °, (ш- ) -м информационным входом соответственно (1,2,3,...,ш)го основного мультиплексора.

1529179

1529179 фаза яа

i529179

fqxrsO

tpapt

Ф<ж.м

Фиг b a /у 4

Ф раап

duC lsd (у IJ

5д аж

А/с 7г (у, =o, у г) 5 раза

ФЬг 7а (у A J

tpd7JC иг. d У(1529179

lp

2р

Зр р

5р бр

Составитель И.Слинько

Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Бескид

Редактор А.Лежнина

Заказ 7640/42 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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