Устройство для управления шаговым двигателем

 

Устройство относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления шаговыми приводами . Целью изобретения является повышение точности отработки заданных на шаговый привод перемещений. Устройство содержит элемент памяти (поляризованное реле) для запоминания знака направления вращения отработанной установки по отключению питания устройства , элементы для сравнения знаков направления вращения текущей уставки и уставки предыдущего сеанса, счетчик с записью информации, характеризующей величину суммарного люфта привода . При изменении знака направления вращения текущей установки по отношению к знаку направления вращения уставки предыдущего сеанса вначале происходит отработка суммарного люфта привода в соответствии с заданным значением , а затем т отработка непосредственно заданной текущей уставки. При совпадении знаков направлений враще- . ния (люфт выбран) происходит отработка заданной уставки. 1 ил. S (Л

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК

O% 01) (ц) Н 02 Р. 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СЗИДЕТЕЛЬСТВУ ОСУААРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1429275 (21) 4679791/07 (22) 18.04.89 (46) 30.04. 91. ьюл. Р 16 (72) В,Н. Шпикалов и А.E. Машкевич (53) 621.313.525(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1429275, кл. Н 02 P 8/00, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Устройство относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления шаговыми привода ми. Целью изобретения является повышение точности отработки заданных на шаговый привод перемещений. Устройство содержит элемент памяти (поляризоИзобретение относится к управлению приводами с шаговыми двигателями я может быть использовано при управлении шаговыми приводами, работающими в сеаисных режимах при периодических включениях и отключениях источника питания системы при обработке во время включения однократной уставки коррекции.

Цель изобретения состоит в повышении точности.

На чертеже приведена структурная схема устройства управления шаговым двигателем.

Устройство содержит шаговый двигатель 1, соединенный последовательно

2 ванное реле) для запоминания знака направления вращения отработанной устаиовки по отключению питания устройства, элементы для сравнения знаков направления вращения текущей уставки и уставки предыдущего сеанса, счетчик с "записью" информации, характеризующей величину суммарного люфта привода. При изменении знака направления вращения текущей установки по отношению к знаку направления вращения уставки предыдущего сеанса вначале происходит отработка суммарного люфта привода в соответствии с заданным значением, а затем †. отработка непосредственно заданной текущей уставки. При совпадении знаков направлений враще- . Е ния (люфт выбран) происходит отработка заданной уставки. 1 ип, с усилителем 2 мощности и распределителем 3, первый вход которого подключен к выходу первого элемента 4 задержки, формирователь 5 сигнала

"Сброс", подключенный входом к шине питания через ключ 6 и входу одновибратора 7, а выходом — к первому входу первого поляризованного реле

8, второе поляризованное реле 9, соединенное первым входом через первый элемент 4 задержки с выходом формирователя 5, а вторым входом — с выходом одновибратора 7, с первыми входами первого 10, второго 11, третьего

12, четвертого 13 элементов И и через второй элемент 14 задержки — с вто1646036 рьян входом лер но го поляризованного реле 8, третье 15 и четвертое 16 поляризованные реле, лодключенные первым и вторым входами к выходам соответственно лервого 10 и второго 11 элементов И, третьего 12 и четвертого

1Э элементов И, первый 17 и второй

18 элементы НЕ, подключенные выходами к вторым входам, соответственно, вто" I0 рого 11 и третьего 12 элементов И, а входами — к вторым входам соответственно первого 10 и четвертого 13 элементов И и соответственно к второму и третьему выходам распределителя Э, 15

:соединенного вторым и третьим входами с контактами соответственно третьего

15 и четвертого 16 поляризованных ре1 ле; элемент ИЛИ 19 первый вход кото-: рого подключен к выходу первого эле- ip мента 4 задержки и ко входу "Сброс" первого 20 счетчика; регистр 21 сдвига, связанный информационными выходами с входами второго 22 счетчика; второй вход элемента ИПИ 19, подключен- 25 ный к выходу переполнения первого 20 счетчика; RS-триггер 23, связанный

S-входом с выходом пятого элемента

И 24, прямым выходом — с первым входом шестого элемента И 25, соединенно-10 го выходом со счетным входом первого

20 счетчика, а вторым входом - с выходом делителя 26 частоты и первым входом седьмого элемента И 27, подключенного вторым входом .к инверсному 5 выходу RS-триггера 23, а выходом — к счетному входу второго счетчика 22; третий элемент НЕ 28, подключенный к знаковому разряду регистра 21 сдвига; восьмой элемент И 29, соединенный выходом с входом записи второго счет- . чика - 22 элемент ИСКЛЫЧАЮЦЕЕ ИЛИ"

30, подключенный выходом к второму ироду пятого элемента И 24, четвертый элемент HE 31, соединенный выходом с входом управляемого 32 ключа, подключенного входом к выходу генератора ЭЭ импульсов, а выходом - к входу делителя 34 синхронизатора, соединенного выходом с входом делителя 26 частоты, пятое поляризованное реле 35, соединенное управлянзцими обмотками с выходами элементов И 36 и 37; элемент ИЛИ 38, подключенный выходом к входу "Сброс" регистра 21 э5 сдвига.

Устройство для управления шаговым двигателем работает следунщим образом.

При замыкании ключа 6 шина источника питания +U подключается к формирователю э сигнала "Сброс". В качестве ключа 6 лри ручном включении устройства может быть использован любой тумблер, работающий на замыкание с фиксацией, при автоматическом включении может быть использован дистанционный переключатель, работающий на переключение от внешних сигналов ("Работа и "Отбой" ).

Формирователь 5 сигнала "Сброс" может быть выполнен на RC-цепи и инверторе любой серии микросхем, При подключении шины питания к формирователю 5 на выходе последнего вырабатывается сигнал "Сброс", который поступает на первый сигнальный вход поляризованного реле 8, контакт которого подключает шину питания к распределителю 3 импульсов и всем элементам логической части (на схеме линии питания не приведены).

Сигнал "Сброс" через элемент 4 задержки поступает также на вход sanucu распределителя 3 импульсов, обеспечивая запись в распределитель инфор" нации (лог. "0" или лог. 1"), определяемую состоянием контактов поляризованных реле 1S и 16, на входы сброса регистра 21, сдвига (через элемент

ИлИ 38) первого 20 счетчика, второго

22 счетчика, делителя-синхронизатора

34 и делителя 26 частоты и через элемент ИЛИ 19 íà R-вход КЗ-триггера

23, обеспечивая их обнуление, а также на первый сигнальный вход второго поляризованного реле 9, контакт которого подключает шину питания к усилителю 2 мощности.

При этом, ввиду того, что счетчик

22 обнулен, сигнал логического нуля на выходе элемента НЕ 31 запирает управляемый электронный ключ 32, и опорная частота с генератора 33 импульсов не проходит на делитель-синхронизатор 3 - и далее. Ыаговый двигатель находится в режиме фиксированной стоянки под током, причем под напряжением оказываются те фазы шагового двигателя, которые определены распределителем 3 импульсов после записи в него информации импульсом "Сброс" с кон» тактов поляризованных реле 15 и 16.

Уставка на обработку задается из вычислительного устройства (ВУ) по информационной шине (Инф) в виде после довательного кода на сдвиговый ре1646036 6 гистр 21 и и и пом р и при помощи тактовых им- формационного состояния счетчика

;пульсов (ТИ) эаписыв () записывается в регистр (состояние счетчика, отличное от ну21 сдвига (последовательный интер- ля) открывает электронный ключ 32 фейс вычислительного устройства). Ус- (через элемент НЕ 31), и опорная частав а вка содержит информацию (в двоичном тота генератора 33 импульсов начина5 коде) о величине перемещения и знаке ет поступать на делитель-синхронизаперемещения. В регистре 21 сдвига тор 34 Делител — н

Делитель-синхронизатор 34 энаковьпЪ рарряд является старшим. может быть выполнен на двухраэрядЗапись информации в регистр 21 сдвиг 10 ном счетчике, один из импульсов котопроисходит в течение определенного кре- рого (второй или третий) является времени (определяется быстродействи- импульсом записи в делитель 26 частоем и разрядностью ВУ) в определенном ты кода, пропорционального частоте времени интервале машинного цикла Т, вращения шагового двигателя 1 и посопределяемого программой. На втором 5 тупающего по шине записи (ЗП). Импульвходе элемента И 29 — высокий уровень сы управления с выхода делителя 26 сигнала, определяемый выходом информа- частоты поступают на распределитель ционного состояния счетчика 22 (счет- 3 импульсов, на усилитель 2 мощности чик обиулен). Выходом информационно- и далее — на шаговый двигатель 1. го состояния счетчика 22 является пос- 20 111аговый двигатель двигатель 1 приходит во ледний выход переноса. С приходом на вращение в направлении, определяепервый вход элемента И 29 импульса мом состоянием знакового разряда репТц (вход синхронизации) на выходе импульсов. Одноврекоторый используется для записи устав- 35 менно импульсы управл н менно импульсы управления с выхода деKH с РегистРа 21 сдвига в счетчик 22 лителя 26 частоты поступают на вход (эаписываетсЯ информациЯ перемещениЯ) элементов И 25 и 27, П оскольку в рас,и для записи двоичного дополнительно- сматриваемом случае знаки вращения те» го кода, пропорционального суммарному кущей уставки и уставки предьдущего люфтУ пРивода в счетчик 20, который 30 сеанса не совпадают ( сеанса не совпадают (т.е. должен поступает по шине записи ЗП.

На входах элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ высокий уровень сигна

tt высоки уровень сигнала присутствует

ИЙИ вЂ” всегда два сигнала: на пеРвом на входе элемента И 25 (прямой вывходе — сигнал с выхода знакового Раз- ход Нч три„гер 23

-триггера в единичном состо РЯда РегистРа 21 сдвига, на втоРом янин) то управлякиц янин, то управляющие сигналы с выховходе — сигнал с контакта полЯРизован- да делителя 26 частоты частоты поступают на счетный вход счетчика 20, Положение контакта и сигнал на нем определяют знак вращения привода при Счетчик 20 работает на сложени на сложение. обработке предыдущей уставки до отклю- 40 11ри переполнении счетчика 20 на чения питания прибора. его выходе появляется импульс напряНа выходе элемента "ИСКЛОЧАКЦЕЕ жения, который, проходя через элеШ сигнал имеет высокий уровень мент И11И 19, устанавливает RS-тригтолько при несовпадении уровней сиг- rep 23 к входу К в инверсное состоянала на его входах,т.е. прн несовпа- 45 ние. На инверсном выходе КЬ -триггеру денни знаков вращения В текущей устав- 23 — высок и УРовень гнала на првке и уставке предыдущего сеанса. мом вьс оде — низкий уровень сигнала.

Импульс, формируемьп1 на выходе Шаговьп» двигатель отработал сумэлемента И 29, поступает также на марньп1 люфт привода, Далее управляювход элемента И 24 и при несовпадении 50 щие сигналы с выхода делителя 26 часзнаков вращения устанавливает kS-триг- тоты поступают через элемент 11 27 на гер 23 в единичное состояние по входу счетньй вход счетчика 22.

S Н а первом входе элемента И 25 ус- Счетчик 22 работает на вычитание. танавливается высокий уровень сигнала Происходит отработка уставки коррекс прямого выхода RS-триггера 23. Пос- 55 ции. В момент, когда уставка коррекле записи уставки в счетчик 22 н ции отработана, т.е. состояние счетсрав ения знаков вращения текущей ус- »К 22 Равно нулю, электронный ключ тавки и уставки предыдущего сеанса, 32 закрывается, и опорная частота не низкий уровень сигнала с выхода ин- - пРоходит далее на формирование уп1646036 равляющих импульсов. Шаговый двигатель останавливается.

По окончании отработки уставки устройство отключается. При этом

5 ключ 6 размыкается и снимает питание с формирователя 5 сигнала "Сброс".

Отрицательный перепад напряжения на входе одновибратора 7 сформирует на выходе одиночный импульс, который, поступал на отбойный вход поляризованного реле 9, отключает шину пита- 1 ния от усилителя 2 мощности через контакт поляризованного реле. Импульс одновибратора 7, поступая также на входы элементов И 10 - 13, 36, 37, осуществляет запись состояния распределителя 3 импульсов и знака направ-. ления вращения отработанной уставки.

Запись осуществляется посредством подачи импульсов управления на первый или второй входы поляризованных реле

15, 16 и 35, в зависимости от состояния выходов распределителя 3 импульсов и выхода знакового разряда ре- 25 гистра 21 сдвига, и информация sanoминается на контактах с двумя устойчивыми состояниями поляризованных реле 15 и 16 (состояние распределителя

3 импульсов) и 35 (состояние знаково- 30

ro разряда), Распределитель 3 импульсов для четырехфазного шагового двигателя может быть выполнен, например, на двухразрядном с<еТ<НКеу и дешифрато 35 ре и имеет два информационных разряда (по записи и чтению), однозначно определяющих состояние распределителя (шагового двигателя).

Импульс одновибратора через эле- 40 мент 14 задержки подается также на отбойный вход поляризованного реле 8 и через его контакт отключает шину питания от распределителя 3 импульсов и остальной логической части устройст-45 ва.

Величина задержки элемента 14 задержки определяется временем записи информации о состоянии распределителя

3 импульсов и состоянии знакового раз-.

i0 ряда регистра 21 сдвига.

Вначале нового сеанса коррекции ключ 6 замыкается, и осуществляется подключение шины питания к функциональным узлам устройства по цышеопн санной процедуре. Величина задержки элемента 4 определяется временем сра батывания поляризованного реле, обес печивая задержную запись в распределитель 3 импульсов его состояния до отключения питания в предыдущем сеансе.

Поскольку время срабатывания поляризованного реле на несколько порядков больше времени срабатывания электраиных элементов, подключение питания к усилителю 2 мощности произойдет после записи информации в распределитель

3 импульсов. При записи в регистр 21 сдвига новой уставки также повторится процедура сравнения знаков направления вращения текущей уставки со знаком направления вращения уставки предыдущего сеанса. Ксли при этом знаки совпали (т.е, нет изменения направления вращения шагового двигателя) и люфт "выбран", то работа шагового привода начнется с отработки непосредственно заданной устввки. При этом нв выходе элемента "ИСКЛ1ОЧАЮЩКК ИЛИ" будет низкий уровень сигнала, твк квк на его взводах - сигналы одинакового уровня ("лог.Г или "лог, "0"), Импульс записи с выхода элемента

ИПИ 29 не изменяет состояния RS-vymrrepa 23, так как на входе S -низкий уровень и RS-триггер 23 будет saxoдиться в инверсном состоянии, onpegeляемом импульсам сброса (ло входу R) с формирователя 5 сигнала "Сброс" через элемент 4 задержки при включе нии питания.

При открывании электронного клича

32 управляющие импульсы с делителя

26 частоты будут поступать нв.счетный вход счетчика 22 через элемент И 27, на одном из входов которого paspemaющий высокий уровень с инверсного выхода RS-триггера 23.

Уставкв коррекции будет отработана. При обнулении счетчика 22 ключ

32 закрывается и работа шагового дви1 гателя прекращается.

При многократных отключениях и включениях устройства в каждом иовом сеанс работы шаговый двигатель начинает работать иэ положения, в котором он находился в момент отключения устройства и отрабатывает заданную уставку с учетом анализа направления вращения, заданного в текущей уставке, по отношению к направлению вращения предыдущего сеанса (т.е. обнаружение реверса). При этом, если реверса нет, то сразу отрабатывается заданная уставка, если имеет место реверс, то вначале отрабатывается суммарный

46036

10

Устройство для управления шаговым двигателем по авт.св. Ф 1429275, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, введены с пятого по десятый элемент И, пятое поляризованное реле, третий и четвертый элементы НЕ, первый и второй счетчики, регистр сдвига, элемент "ИСКЛЮЧАКЦЕЕ ИЛИ" RS-триггер, генератор импульсов, управляемый электронный ключ, делитель-синхронизатор, делитель частоты, первый элемент ИЛИ и второй элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу первого элемента задерзжи, к входам сброса первого и второго счетчиков, делителя-синхронизатора, делителя частоты и к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход второго элемента KIH — к выходу переполнения первого счетчика, а выход - к К-входу RS-триггера, подключенного S-входом к выходу пятого элемента И, прямым выходом - к первому входу шестого элемента И, соединенного выходом со счетным входом первого счетчика, а вторым входом—

9 16 лифт редуктора привода, а затем заданная уставка.

Введение запоминания знака направления вращения в конце сеанса отработки по отключению питания позволяет при работе в новом сеансе при изменения знака направления вращения учитывать суммарный люфт редуктора привода при отработке уставкн, что повышает точность работы системы.

Устройство может быть использовано в прецизионных разомкнутых системах управления шаговыми приводами, где при отсутствии обратной связи по положению выходного вала привода, необходимо обеспечить высокую точность.

Наибольший эффект при использовании предлагаемого устройствы может оыть получен в прецизионных системах, к которым предъявлены требования обес обеспечения многократных (до 10 ) се6 ансов при отработке разовых уставок коррекции в каждом сеансе и высокой точности.

Ъ

Формула изобретения

50 с выходом делителя частоты, четвертым входом распределителя импульсов н первым входом седьмого элемента И, подключенного вторьи входом к инверсному выходу RS-триггера, а выходом к счетноМУ входу второго счетчика, вход записи которого подключен к выходу восьмого элемента И, первому входу пятого элемента И и входу записи первого счетчика, соединенного информационными входами с шиной записи, информационные входы второго счетчика к информационным выходам регистра сдвига, знаковый разряд которого соединен с первым входом элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ", с входом третьего элемента НЕ и пятым входом распределителя импульсов, вход сдвига подключен к информационной шине, синхровход — к шине тактовых импульсов, вход сброса— к выходу первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, а первый вход восьмого элемента И соединен с шиной синхронизации, второй вход — с выходом состояния второго счетчика и входом четвертого элемента НЕ, подключенного выходом к управляющему входу электронноro ключа, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход — с входом делителя-синхронизатора, первый выход которого подключен к счетному входу делителя частоты, второй выход - к входу записи делителя частоты, соединенного информационны ми входами с шиной записи, причем выход элемента "ИСКЗЗОЧАЮЩЕЕ ИЛИ" подключен к второму входу пятого элемента И, второй вход — к переключающемуся контакту пятого поляризованного реле, первая управляющая обмотка которого соединена с выходом девятого элемента И, вторая обмотка — с выходом десятого элемента И, первый вход которого подключен к входу третьего элемента НЕ, второй вход - к первым входам четвертого и девятого элементов И, второй вход девятоro элемента И соединен с выходом третьего элемента НЕ, а неподвижные контакты пятого поляризованного реле подключены к шинам питания.

164б036

Составитель В. Ап4имов

ТеасРед Л,Олийнык КоРРектоР H. Ревская

Редактор Е. Зубиетова

Заказ 1555 Тирах 354 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКЖ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ухгород, ул. Гагарина, 103