Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в шаговом электроприводе с ограниченным перемещением подвижного элемента. Цель изобретения состоит в расширении функциональных возможностей путем обеспечения выхода подвижного элемента в заданную точку с остановом в ней. В устройство введены шина 23 "Ход/стоп", элемент 2И 13, первый 12 и второй 17 элементы 3И, одновибратор 14, второй 18 и третий 19 триггеры, инвертор 15 и третий элемент ИЛИ 16. Выход подвижного элемента в заданную точку внутри диапазона обеспечивается при занесении кода точки в регистры устройства путем блокировки движения подвижного элемента при достижении заданной точки, положение которой определяется относительно одного из датчиков предельных положений объекта. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ,БЛИК

А1

09) (l I > (51) 5 H 02 Р 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудАРстВенный номитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21). 4457899/24-07 (22) 11.07.88 (46) 15.04.90. Бюл. М 14 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством при Белорусском государственном университете им. В,И.Ленина (72) И.H.Рудой, В.Л.Телегин, B.È.Èàêèâo и В.В.Нижников (53) ь21.313.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 1399883, кл. H 02 Р 8/00, 29.08.86.

Авторское свидетельство СССР

У 1458964, кл. Н 02 Р 8/00, 18.07.87. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике,и может быть использовано в шаговом электроприводе с ограниченным перемещением подвижного элемента.

Цель изобретения состоит в расширении функциональных возможностей путем обеспечения выхода подвижного элемента в заданную точку с остановом в ней, В устройство введены шина

23 "Ход/стоп", элемент 2И 13, первый

12 и второй 17 элементы 3И, одновибратор 14, второй 1Ч и третий 19 триггеры, инвертор 15 и третий элемент

ИЛИ 16. Выход подвижного элемента в заданную точку внутри диапазона обеспечивается при занесении кода точки в регистры устройства путем блокировки движения подвижного элемен- с та при достижении заданной точки, положение которой определяется относительно одного из датчиков предельных положений объекта. 2 ил . С:

1557665. Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в шаговом электроприводе с ограниченным перемещением подвижного элемента.

Цель изобретения состоит в расширении функциональных возможностей путем обеспечения выхода подвижного элемента в заданную точку с остановом 10 в ней.

На фиг. 1 приведена функциональйая схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг. 2 - эпюры напряжений в узловых точках схемы, 15 где порядковый номер эпюры напря>кений обозначает. выход элемента согласно фиг. 1.

Устройство для управления шаговым двигателем содержит коммутатор 1, пер-20 вый триггер 2, датчики 3 предельных положений объекта, первый 4 и второй

5 элементы ИЛИ, реверсивный распределитель 6 импульсов, реверсивный счетчик 7, первый 8 и второй 9 элементы 25 .сравнения, первый 10 и второ" 11 регистры, первый элемент 3И 12, элемент

2И 13, одновибратор 14, инвертор 15, третий элемент ИЛИ 16, второй элемент

3И 17, второй 18 и третий 19 тригге- з0 ры, шины 20 "Направление" и 21 »Ре жим", тактовую шину 22 и шину 23

"Ход-стоп", причем первый - шестой входы коммутатора 1 подключены соответственно к шине 20 "Направление", 1 шине 21 Режим", выходу второго элемента 3И 17, выходам датчиков 3 предельных положений объекта и выходу третьего элемента ИЛИ 16, первый и второй выходы коммутатора 1 соединены 40 с входами направления реверсивного распределителя 6 импульсов и входами прямого и обратного счета реверсивного счетчика 7, выход которого подклю" чен к первым входам первого 8 и вто- 45 рого 9 элементов сравнения, вторые входы которых соединены с выходами первого 1.0 и второго 11 регистров.

Выходы элементов 8. и 9 сравнения связаны с первыми Входами nepsoro 4 и 50 второго 5 элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходам датчиков 3 предельных положений объекта, а выходы соединены соответственно с установочными входами S u R первого триггера 2.Выход триггера 2 подключен к первому входу третьего элемента

ИЛИ 16, второй вход которого соединен с прямым выходом второго триггера

18, вход установки в единичное состояние которого связан с вторым входом первого элемента ИЛИ 4, а инверсный выход соединен с первым входом первого элемента 3И 12, второй и третий входы которого подключены к выходам первого 8 и второго 9 элементов сравнения. Выход элемента 12 соединен с входом установки в единичное состояние третьего триггера 19, информационный вход которого подключен к общей шине, вход установки в.нулевое состояние через инвертор 15 соединен с шиной 21 "Режим" и первым входом элемента 2И 13, второй вход которого подключен к шине 23 "Ход-стоп" и связан с вторым входом второго элемента

3И 17, а выход через одновибратор 14 подключен к входу установки в нулевое состояние второго триггера 18 и входу синхронизации третьего триггера

19, прямой выход которого соединен с третьим входом второго элемента

3И 17, первый вход которого подключен к тактовой шине 22.

Устройство работает следующим обра зом.

Когда подвижный элемент управляемого об.ьекта не находится в одном из предельных положений, а на шину 21

"Режим" подан сигнал высокого уровня ("1") и на шине 23 "Ход-стоп" присутствует разрешающий сигнал низкого уровня, то на одном из выходов коммутатора 1, выбор которого в данном случае определяется независимо от состояния первого 2 и второго 18 триггеров уровнем сигнала .на .шине

20 "Направление", появятся отрицательные тактовые импульсы, подаваемые на тактовую шину 22 и поступающие на третий вход коммутатора 1 через второй элемент 3И 17. На втором и третьем входах элемент а 3И 17 присутствуют разрешающие сигналы низкого уровня, поступающие соответственно с шины

23 "Ход-стоп" и прямого выхода третьего триггера 19, установленного в нулевое состояние сигналом низкого уровня с выхода инвертора 15. При налинии, к примеру, в момент времени

Т1 (на фиг. 2) потенциального сигнала высокого уровня на шине 20 "Направление" тактовые импульсы проходят на первый выход коммутатора 1 (фиг. 2, эпюра 1-1) и поступают далее на первый из входов направления реверсивного распределителя 6 импульсов, кото5 Т5 рый обеспечивает в данном случае режим коммутации обмоток шагового двигателя, соответствующий, например, движению вправо {обмотки шагового двигателя не.показаны). При изменении в момент времени Т2 потенциала на шине 20 "Направление" прохождение тактовых импульсов через коммутатор

1 прекращается и после задержки, необходимой для обеспечения устойчивой работы при реверсе двигателя, тактовые импульсы подаются на другой выход коммутатора и другой вход распределителл 6 (фиг. 2, эпюра 1-2), благодаря чему подвижный элемент управляемого объекта начинает перемещаться влево.

При необходимости выхода подвижного элемента управляемого объекта в заданную точку в пределах перемещений, задаваемых датчиками 3 пре-. дельных положений объекта, на шину

23 "Ход-стоп" подается сигнал высокого уровня (момент времени Т3, эпюра

27 на Фиг, 2), блокирующий прохождение тактовых- импульсов через второй элемент 3И 17. После подачи низкого потенциала на шину 21 "Режим" в момент времени Т4,(фиг, 2, эпюра 21), занесения кода выбранной точки в первый 10 и второй ll регистры и снятия блокировки прохождения тактовых импульсов через элемент l7 путем подачи сигнала низкого уровня на шину 23

"Ход-стоп" в момент времени Т5 на выходе элемента 2И 13 появляется сигнал низкого уровня, так как к этому моменту времени на обоих входах данного элемента будут присутствовать сигналы низкого уровня, По перепаду сигнала на выходе элемента 13 одновибратор 14 вырабатывает отрицательный импульс (фиг. 2, эпюра 14), устанавливающий второй триггер 18 в нулевое состояние (Фиг. 2, эпюра 18-q) или подтверждающий его, а также портверждающий нулевое состояние третьего триггера l9 (эпюра 19). Сигнал низкого уровня с прямого выхода второго триггера 18 поступает на второй вход третьего элемента ИЛИ 16, обеспечивающего сложение по ИЛИ отрицательных сигналов, и подается на шестой вход коммутатора 1, разрешая дальнейшее прохождение тактовых импульсов на движение влево. При достижении левого предельного положения, соответствующего началу отсчета, в момент време5?66 ни Т6, срабатывает левый иэ датчиков

3 предельных положений объекта (Фиг ° 2, .эпюра 3-Л), блокирующий по четвертому входу коммутатора 1 движе ниЕ подвижного элемента в данном направлении. По сигналу этого датчика второй триггер 18 (эпюра 18-g) уста:-,авливается в единичное состояние.

10 Этот же сигнал, поступая через первый элемент ИЛИ 4 на установочный вход S первого триггера 2, также устанавливает его в единичное состояние. Тем самым на выходе третьего элемента

ИЛИ 16 в момент времени Т6 (Фиг. 2, эпюра :6) появится сигнал высокого уровня, обуславливающий отработку реверса и разрешающий прохождение тактовых импульсов на первый выход коммутатора 1, т.е, на движение вправо. В. левом предельном положении подвижного элемента происходит также обнуление реверсивного счетчика

После отработки реверса в момент

25 времени Т7 (фиг, 2, эпюра 1-1) тактовые импульсы начинают поступать на первый.из входов направления реверсивного распределителя 6,импульсов, обеспечивая движение подвижного элемента

30 цправр,и возврат соответствующего датчика к моменту времени.Т8 (эпюра 3-Л) в исходное положение, Одновременно тактовые импульсы проходят на вход прямого счета реверсивного счетчика 7 и суммируются последним.

Как только код числа, записанного в процессе движения в реверсивный счетчик 7, совпадает с кодом точки, занесенным в первый l0 и второй 11

40 регистры (и соответствующем, к примеру, пяти импульсам), первый 8 и второй 9 элементы сравнения s момент времени Т9 (фиг. 2, эпюры 8 и 9 соответственно) выдадут соответствующие

45 отрицательные импульсы, поступающие на второй и третий входы первого элемента 3И 12. На первом входе этого элемента присутствует разрешающий сигнал низкого уровня, поступающий

50 с инверсного выхода второго триггера 18 {эпюра 18-g), и тем самым отрицательный импульс с выхода элемента 12 проходит на установочный вход S

:третьего триггера 19, устанавливая

55 его в единичное состояние. Сигнал высокого уровня с прямого выхода третье. го триггера 19 поступает при этом на третий вход второго элемента 3И 17 и блокирует прохождение тактовых

155766 импульсов через элемент 17 на коммутатор 1, обеспечивая тем самым останов подвижного элемента-в заданной точке независимо от состояния первого триггера 2.

При необходимости повторного выхода подвижного элемента в точку, т.е. в иную, либо обеспечения циклического перемещения в пределах внутри диапазона, задаваемого датчиками 3 предельных положений объекта, на шину

23 "Ход-стоп", к примеру, в момент времени Т10 подается сигнал высокого уровня, а в первый 10 и второй 11 ре- 1 гистры заносится код, соответствующий новой точке либо пределам перемещения подвижного элемента, причем в последнем случае в первый регистр. 10 запи-. сывается код, соответствующий меньше-, му числу, а во второй регистр 11 (пра- вый предел} заносится код, соответствующий большему числу. После подачи в момент времени Ò11 разрешающего сигнала низкого уровня на шину 23 на 25 выходе элемента 2И 13 появляется сигнал низкого уровня.

По перепаду сигнала на выходе элемента 13 одновибратор 14 вырабатывает отрицательный импульс, устанавливающий второй триггер 18 в нулевое состояние и задающий тем самым через третий элемент ИЛИ 1б.движение влево, т,е. в точку начала отсчета. По окончании отрицательного импульса с выхода одновибратора 14, т.е. по перепаду этого импульса из 0 в 1, сигнал низкого уровня с инФормационного входа третьего триггера 19 в момент времени Т12 переписывается на выход триггера. и поступает на третий вход второго элемента 3И 17, разрешая тем самым прохождение тактовых импульсов на коммутатор 1 и после отработки режима реверса на второй выход коммутатора 1 s момент времени Т13 начинают поступать тактовые импульсы, обуславливающие перемещение подвижного элемента в левое предельное положение (точку начала отсчета) с последующим его выходом в заданную

50 точку, как это описано, либо циклическим перемещением в пределах, задаваемых регистрами 10 и 11 путем занесения в них соответствующих кодов. В последнем случае движение под- 55 вижного элемента вправо будет проис" ходить до тех пор, пока на выходе счетчика 7 не сравняется с .кодом, записанным во второй регистр 11. При достижении этого предела второй элемент 9 сравнения вырабатывает отрицательный импульс, поступающий через второй элемент ИЛИ 5 на установочный вход R первого триггера 2 и переключающий его в нулевое состояние. На втором входе третьего эпемента ИЛИ 16 при циклическом перемещении будет поддерживаться сигнал высокого уровня, благодаря чему управление движением в этом режиме происходит по сигналам первого триггера 2, т.е. сигнал низ-. кого уровня на его выходе обусловит отработку реверса и движение влево с уменьшением кода на выходе счетчика

7. Когда этот код станет равным коду, записанному в первь|й регистр 10, первый элемент. 8 сравнения. выдаст отрицательный импульс, переключающий через. первый элемент ИЛИ 4 триггера 2 в единичное. состояние, что обусловит реверс и циклическое перемещение подвижного элемента в пределах, коды которых занесены в регистры 10 и 11.

Если в первый 10 и второй 11 регистры записать коды пределов, соответствующие границам предельно допустимого диапазона перемещений, задаваемого датчиками 3 предельных положений объекта, .т..е. соответственно нулевой

Код: и код диапазона перемещений между датчиками, то устройство обеспечивает дополнительный контроль срабатывания датчиков 3, причем при достижении предельного положения и срабатывания соответствующего датчика предельных положений движение в данном направлении дополнительно блокируется по четвертому или пятому входам коммутатора 1.

Устройство может использоваться для управления движением подвижного элемента с ограниченным диапазоном перемещений, обеспечивая при этом не только возможность программного управления, но и автономную работу в,цикле. с выходом подвижного элемента,в,заданную точку внутри заданного диапазона при одновременном повышении эксплуатационной надежности за счет исключения сбойно" ситуации при занесении s регистры одинакового кода и правой границ перемещения подвижного элемента.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее тактовую шину, 155 датчики предельных положений объекта, первый триггер, коммутатор, первый, второй, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно .с шинаМи "Направление", "Режим" и выходами датчиков предельных положений объекта, а выходы подключены к входам направления реверсивного распределителя импульсов и входам прямого и обратного счета реверсивного счетчика, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов сравнения, вторые входы которых связаны с выходами первого и второго регистров, выходы соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых связаны с выходами датчиков предельных положений объекта, а выходы подключены к установочным входам первого триггера, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения выхода. подвижного элемента в заданную точку с остановом в ней, введены шина "Ход-стоп", элемент 2И, первый и второй элементы

3И, одновибратор, второй и третий триггеры, инвертор и третий элемент .

ИЛИ, выход которого связан с шестым

7665 1п входом коммутатора, первый и второи входы подключены к выходу первого триггера и прямому выходу второго триггера, вход установки в единичное состояние которого связан с вторым входом первого элемента ИЛИ, а инверсный выход второго триггера соединен с первым входом первого элемента

3И, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго элементов сравнения, выход соединен с входом установки в единичное состояние третьего триггера, информационный вход которо"

ro подключен к общей шине, вход установки в нулевое состояние через инвертор соединен с шиной "Режим" и первым входом элемента 2И, второй

20 вход которого подключен к шине "Ходстоп" и связан с вторым входом второго элемента 3И, а выход через одновибратор подключен к входу установки в нулевое состояние второго триггера

25 и к входу синхронизации третьего триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом второго элемента 3И, первый вход которого подключен к тактовой шине, а выход сое-.

3Q динен с третьим входом коммутатора;1557665

1б

Составитель В,Алфимов

Техред М,Дидык Корректор A.Щруцар

Редактор О.Спесивых

Тираж 448

Заказ 723

Подписное

BHHHGH 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