Устройство для программного управления четырехфазным шаговым двигателем

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления станками , оснащенными шаговыми двигателями с ненасыщенными магнитными системами . Целью изобретения является упрощение схемы и уменьшение потребляемой энергии. Устройство содержит четыре мультиплексора 4 на 1 1.171.4, фазные обмотки 2.1-2.4 шагового двигателя , мультиплексоры Зп на 1, 3.1, 3.2, реверсивный двоичный счетчик 4, группу элементов И, дешифратор 6, нереверсивный счетчик 7. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

Ш ВВ

РЕСПУБЛИК ае 09 рц G .05 В 19/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

AH ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4696033/24 (22) 24,05.89 (46) 15.05,91. Бюп. 9 18 (72) В,Ш. Арутюнян, А.З. Мурадян и Г,Б. Мнацаканян (53) 621.503,55(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1020800, кл. С 05 В 19!40, 1982, Авторское свидетельство СССР

У 1531072, кл. С 05 В 19/40, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛКНИЯ ЧКТЫРКХФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАTEJIEM

2 (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми двигателями с ненасыщенными магнитными системами. Целью изобретения является упрощение схемы и уменьшение потребляемой энергии. Устройство содержит четыре мультиплексора "4 на 1" 1 ° 1-.1.4, фазные обмотки 2.1-2.4 шагового двигателя, мультиплексоры "Зп на 1", 3.1, 3.2, реверсивный двоичный счетчик 4, группу элементов И, дешифратор 6, нереверсивный счетчик 7. 6 ил.

1649513

Изооретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми двигателями с насыщенными магнитными системами, Цель изобретения — упрощение устройства и уменьшение потребляемой энергии.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для общего случая, когда коэффициент дробления шага равен К =3n, где п = — 2,4,6,,, — четное число; на

<риг, 2 — то же, когда n = 1,3,5. нечетное число; на фиг. 3 и 4 — то же, для конкретных случаев выполнения схем, когда соответственно К =

6 (п=2) И К =9(п=З); на фиг . 5 и 6 временные диаграммы формируемых фазных токов и номограммы результирующих моментов для случаев соответственно

К =6 (п=2) и К =9 (n=3) .

Предлагаемое устройство содержит с первого 1.1 по четвертый 1.4 муль- 25 типлексоры "4 на 1", выходы которых подключены соответственно (непосредственно или через ключевые усилители мощности) к фазным обмоткам 2.1-2.4 шагового двигателя, первый 3.1 и вто- 3О. рой 3,2 мультиплексоры "Зг, на 1", реверсивный двоичный счетчик 4, группа лементов И 5.1-5.(4п-3) при четных и и И 5.1-5.(4n-2) при нечетных и, дешифратор 6 и двоичный счетчик 7.

В оощем случае число элементов И при четном п равно 4п-3 а при нечетном — 4n-2, Число выходов дешифратора 6 пыоирается равным 4п. Коэффициент пересчета счетчика 7 Равен 4п, 40 а число его выходных разрядов (и число входов управления дешифратора 6) определяется выражением ) log4 t .

Коэвфициент пересчета младших разрядов счетчика 4 равен Зп, число этих разрядов определяется выражением

)1ag " f, Число информационных входов каждого из мультиплексоров 3,1 и 3.2 также равно 3п, а число их адресных входов определяется выражением 50

)log " (, Коэффициент дробления шага выражается рормулой K=3n, где п=1

2g3y o ° а c

11редлагаемое устройство работает следующим образом, Высокочастотная тактовая последовательность непрерывно поступает на нхад нереверсивного двоичного счетчика 7. В результате этого на выходах деши@ратора 6 периодически формируются кодовые комбинации с одним нулем и

4п-1 единицами, а на выходах элементов И 5 — прямоугольные высокочастотные сигналы со скважностью

4п-3. .. 3, 2 ча чп мп

4п-2 4п-3, и со скиажиостаю

4п 4п ных и

2, 1 при нечетных и.

4п 4п

° ° ° а

Эти сигналы, а также сигналы с первого выхода дешифратора 6 со скважностью при нечетных и через выход мультиплексора 3,1 поступает к первому входу мультиплексора 1.3 и далее через его выход к третьей фазе 2.3 шагового двигателя. В результате интегрирования высокочастотных сигналов в индуктивности через третью фазу 2.3 двигателя протекает ток величиной

2 Хн при четных и и и - при нечетных п где I — н

4п

9 номинальный (максимальный) TQK в фазе, Одновременно с этим единичный логический потенциал через первый информационный вход и выход мультиплексора 3.2 поступает к первому информационному входу мультиплексора 1.2, Далее этот потенциал через выход мультиплексора

1,2 прикладывается к < второй фазе 2,2 двигателя, что приводит к установлению в ней тока номинальной величины I .

При этом через первые входы и выходы мультиплексоров 1.1 и 1.4 к фазам 2.1 и 2.4 прикладываются нулевые потенциалы, в результате чего токи в них от4п-1 — поступают к соответствующим ин4п формационным входам мультиплексоров

3.1 и 3,2.

Исходным является состояние, при котором реверсивный двоичный счетчик

4 находится в нулевом состоянии. На все управляющие входы мультиплексоров

3.1, 3,2 и 1.1-1.4 со всех выходов старших и младших разрядов реверсивного счетчика 4 поступают нулевые потенциалы и выбираются их первые инфор- мационные входы. Присутствующий на первом информационном входе мультиплексора 3.1 высокочастотный сигнал со

2 1 скважностью - при четных и и йп 4п .

164951 сутствуют. Этому исходному состоянию соответствует точка О на фиг, 56 и

66, С поступлением первых Зп-1 .низкочастотных тактирующих импульсов в счетчике 4 поочередно записываются, цифры 1,2,...,3n-1. В результате этого поочередно выбираются с вторых по

Зп-е информационные входы мультиплексоров 3.1 и 3.2 и коммутируются соответствующие потенциалы и liMM-сигналы.

При этом в мультипдексорах 1.1-1.4 остаются выбранными первые информационные входы. Благодаря этому к фазам 2.2 и 2.3 двигателя поочередно поступают последующие lllHM-сигналы, приводящие к протеканию через них соответствующих токов. Этим состояниям соответствуют точки 1-Зn-1 на фиг.56 20 и 66..

Последующий Зп-й низкочастотный тактирующий импульс устанавливает в нулевые состояния младшие разряды счетчика 4 и формирует импульс перено-25 са для записи в старших разрядах этого счетчика единицы. Благодаря этому выбираются вторые информационные входы мультиплексоров 1.1-1,4 и первые информационные входы мультиплексоров Зп

3.1 и 3,2. При этом фазы 2.1 и 2.2 находятся в обесточенном состоянии, через фазу 2,3 протекает номинальный ток I а через фазу 2.4 — ток

6 устанавливается в нулевое исходное состояние, Для обеспечения обратного направления вращения двигателя (реверсирования) меняется на обратный логический потенциал на входе "Рев," счетчика 4.

Частота импульсов,,подаваемых на шину Е, выбирается исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя так; чтобы при интегрировании индуктивностью обмоток высокочастотных liIHM-сигналов пульсация тока не превышала допустимого значения. А частота импульсов К„ выбирается в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.

Как видно из фиг. 56 и бб,-распределение вектора электромагнитного момента по полю достаточно близко к круговому, что позволяет при управлении двигателем с ненасыщенной магнитной системой обеспечить равномерность отработки дробных шагов.

Из фиг. 5а и ба видно, что в каждом такте функционирования устройства под током находятся всего две фазы двигателя, что позволяет значительно экономить потребяемую мощность от источника питания двигателя.

Формула из о бр ет ения — - при четных и и, " при нечетных

2Х н чп 4п и. Этому положению двигателя соответствуют точки Зп на фиг. 56 и 66.

Этим завершается первая четверть цикла управления четырехфазным шаговым двигателем, в результате чего ротор отрабатывает К=Зп дрооных шагов величиной

Кос

ЯР 3 где 0(Q0 — основной (конструктивный) шаг двигателя, Три последующие четверть-циклы работы устройства аналогичны первому четверть-циклу. Отличия заключаются только в том, что по старшим разрядам счетчика 4 поочередно выбираются последующие информационные входы мультиплексоров 1.1-1.4.

После завершения полного цикла функционирования устройства счетчик 4 полностью обнуляется и вся система

Устройство дця программного управления четырехфазным шаговым двигателем, содержащее первый, второй, третий и четвертый мультиплексоры "4 на

1", выходы которых подключены к со,уп ответствующим фазным обмоткам шагового двигателя, реверсивный двоичный счетчик импульсов, выходы двух старших разрядов которого подключены соответственно к управляющим входам муль45 типлексоров "4 на 1", а входы тактиро вания и реверса соответственно являются входами низкочастотных импульсов

1 1 тактирования и реверса устройства,первый и второй мультиплексоры "Çn на

50 где n = 1,2 3,..., — .управляющие входы которых соединены соответственно. с выходами мпадших разрядов реверсив- "

Ъ ного двоичного счетчика импульсов, двоичный счетчик импульсов, тактовый вход которого является входом высокочастотных. импульсов тактирования устройства, дешифратор, входы которого подключены соответственно к выходам двоичного счетчика импульсов, группу

1649513 элементов И, первый вход первого из которых соединен с первым выходом дешифратора, первый вход каядого последующего элемента И соединен с выхо5 дом предыдущего элемента И,вторые входы с первого по последний элементов И соединены соответственно с выходами дешифратора, начиная со второго, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, 10 с целью упрощения устройства и умень- шения потребляемой энергии, первый выI ход дешифратора при четном и соеди5п-2 . нен с (†)-м информационным входом

2 ;,15 первого мультиплексора "Çn на 1" и с

n+2 (- -)-м информационным входом второго ( мультиплексора "Çn на 1", а при нечет5п-1 10 ном и соединен с ()-м информационным входом первого мультиплексора

1 °

Зп Hcl 1 и с (— -) «м информационным

Н

n+3

2 входом второго мультиплексора "Çn на выходы первого, второго,...,(п-2)-ro, (n-1)-ro элементов И.при чет30 ном и соединены соответственно с

5п-4 . 5n-6 Çn+2 ()м()м(— — «)м

2 2 " 2

Ф

3n . (— )-м информационными входами перво- 35

ro мультиплексора "Зп на. 1" и с и+4 n+6 3п-2 (— — )-м (— -)-м

2 2 2 ()-м

3п (— ) -м информационными входами вто2 рого мультиплексора "Зп на.1", а при нечетном и соединены соответственно

5п-3 5п-5 Зп+Э () М, (†) М, ° ° °,() 3n+1 ()-м информационными входами пер 50

2 вого мультиплексора "Çn на 1" и с (+ ) (n+7) (Зп-1 Зп+1 информационными входами второго муль- 55

I типлексора "Çn на 1", выходы (п+1)-ro, (n+2) -г о,..., (4n-5) -го, (4n-3) -ro элементов И при четном и соединены со3п-2 Зп-4 ответственно c (2 ) м ()-м,..., вторым, первым информационными входами первого .,мультиплексора "Çn на 1"

Зй+2 Çn+4 и с ()-м,(†-у-)-м,...,(3n-2)-м, (3n-1)-м информационными входами второго мультиплексора "Çn на 1", а выходы (n+f)™го, (n+2)-ro,...,(4n-4)-го, (4n-2)-го элементов И при нечетном п соединены соответственно . с с

Зп-1 Çn-1, (2 ) M (2 ) Mii ° ° ° вторым пер

" вым информационными входами первого мультиплексора "Çn на 1" и с () Mó () му ° ° ° у (Зп 1) му Зпм

Зп+3 Зп+5 информационньии входами второго мультиплексора "Зп на 1", при четном и с

5п (†)-го по Çn-й информационные вхо2 ды первого мультиплексора "Çn на 1" и с первого по (n/2)-й информационные входы второго мультиплексора "Çn на 1", 5n+1 а при нечетном п с (— у-)-rî по Зп-й инвормационные входы первого мультиплексора "Çn на 1" и с первого по и+1 (†)-й информационные входы второго мультиплексора "Çn на 1" соединены с шиной единичного логического уровня, Зп-й информационный вход второго мультиплексора "Çn на 1" при четном п соединен с шиной нулевого логического уровня, выход первого мультиплексора

"Зп на 1" соединен с третьим, четвертым, первым и вторым информационными входами соответственно первого, второго, третьего, четвертого мультиплексоров "4 на 1", выход второго мультиплексора "Зп на 1" соединен с четвертым, первым, вторым, третьим информационными входами соответственно первого, второго, третьего, четвертого мультиплексоров "4 на 1", остальные информационные входы которых соединены с шиной нулевого логического уровня.

1649513

1649513!

6495!3

1649513

1649513

Составитель И, Слинько

Техред Л.Сердюкова Корректор Н. Ревска„

Редактор JI. Пчолинская

Заказ 1521 Тираж 488 Подписное

ВБИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10 1