Устройство для управления @ -фазным шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага. Цель изобретения состоит в повышении экономичности и надежности. Контролируется ток Лазы двигателя, подключенной к мостовому усилителю мощности, и обеспечивается задержка замыкания следующего ключа до запирания ранее включенного , чем предотвращается появление сквозного тока. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Л0.„1658

А1 (5))5 Н 02 Р 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4718492/07 (22) 11.07.89 (46) 23.06.91. Бюл. М 23 (71) Специальное конструкторское бюро технологического оборудования (72) A.A.Ðûâêèí, С.В.Кольцов и Г.А.Якименко (53) 621.313.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1267582, кл. H 02 P 8/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР

1443116, кл. H 02 Р 8/00, 1988.

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано для управления многофазным шаговым двигателем с электрическим дроблением шага в системах автоматизированного электропривода.

Цель изобретения — повышение экономичности и надежности устройства.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, на фиг.2 — схема управления ключевым усилителем мощности полумостовой схемы, на фиг.3 схема управления ключевым усилителем мощности мостовой схемы, на фиг.4 диаграммы напряжений на выходах элементов устройства.

Устройство для управления m-фаэным шаговым двигателем содержит двоичньп1 реверсивньпЪ счетчик 1, соединенньп входами с нинами сброса 2, реверса 3 и низкочастотных импульсов тактирования 4„ выходами подключенный к первой группе адресных входов

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРЛВЛЕНИЯ m-ФАЗНЫ1 1. 1АГОВЫ1 ДВИГАТЕЛЕИ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага. Цель изобретения состоит в повышении экономичности и надежности. Контролируется ток фазы двигателя, подключенной к мостовому усилителю мощности, и обеспечивается задержка замыкания следующего ключа до запирания ранее включенного, чем предотвращается появление сквозного тока. 4 ил. постоянного запоминающего устройства

5, соединенного выходами с входами цифроаналогового преобразователя 6, счетчик 7 по модулю m, подключенный входом к шине 8 высокочастотных импульсов тактирования, а выходами— к другой группе адресных входов по- ю» стоянного запоминающего устройства 5 ф и входам дешифратора 9, а также m каналов управления, каждый из которых содержит аналоговьп ключ 1О, соединяющий выход цифроаналогового преобразователя 6 с первым входом регулятора тока 11, выполненного в виде стробируемого компаратора с запоминанием сигнала на выходе, ключевой усилитель 12 мощности (ключ), подключен- «Ь» ный входами к шинам 13 и 14 источника й. питания (на чертеже не показан). К выходу усилителя 12 подключены последовательно соединенные фаза 15 двигателя и датчик 16 тока, выход которого подсоединен к второму входу регулято16583671 ра 11 тока, выход которого связан с информационным входом D-триггера 17, соединенного выходом с информационным входом D-триггера 18. Управляющие вхо5 ды аналогового ключа 10 и регулятора 11 тока объединены с инверсными динамическими тактовыми входами записи

D-триггеров 17 и 18 и подключены к соответствующему выходу дешифратора

9. Выходы Р-триггеров 17 и 18 всех каналов управления подключены к адресным входам постоянного запоминающего устройства 19, выходы которого подсоединены к управляющим входам соответствующих усилителей 12 мощности.

Полумостовой усилитель 12 мощности (см. фиг.2) включает ключи 20 и

21 и обратные диоды 22 и 23.

1 1остовой ус?1литель Мощности (см 20 фиг.3) состоит из ключей 24-27 и обратных диодов 28-31.

Устройство для управления т-фаэным шаговым двигателем работает следующим образом. 25

В начальный момент на шину 2 Лодается сигнал установки устройства в исходное состояние, по которому счетчик 1 переводится в нулевое состояние, и на адресные входы постоянного запоминающего устройства 5 поступает исходньп11 код. Высокочастотные импульсы тактирования с IIIHHbl 8 подсчитываются по модулю m счетчиком 7 и сигналы с его выходов поступают на вторую группу адресных входов постоянного запоминающего устройства 5, обеспечивая поочередную выборку и подачу на входы цифроаналогового преобразователя 6 ш эквивалентных двоичных кодов.

При поступлении каждого импульса тактированил по книне 8 дешифратор 9 формирует стробирующий сигнал, который поступает в соответствующий канал управления. Этот сигнал замыкает один из аналоговых ключей 10 и эталонный сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 6, задающий величину тока в фазе 15 двигателя, поступает на вход регулятора тока 11 соответствую— щего канала управления. При этом сигнал с выхода дешифратора 9, поступающий на стробирующий вход компаратора, разрешает сравнение значений эталонного сигнала и фактического тока. Регулятор тока 11 вырабатывает логический сигнал рассогласования, для которого уровень логической 1 соответствует превышению сигнала задания над фактическим током.

По срезу стробирующего сигнала в

D-триггер 18 заносится сигнал с выхода D-триггера 17, а в D-триггер 17 заносится сигнал с выхода регулятора тока 11. Таким образом, D-триггер 17 хранит информацию с выхода регулятора тока 11 в данном такте, а 1)-триггер 18 — выходной сигнал регулятора тока 11 предыдущего такта управления.

Наличие информации о состоянии выходного сигнала регулятора тока 11 в настоящем и предыдущем тактах управления позволяет реализовать такой режим работы силовых ключей 12, при котором изменение направления тока в фазе 15 двигателя производится через паузу, в которой все силовые ключи отключены. Так, когда фактический ток меньше заданного, на выходах регулятора тока 11 и D-триггеров 17 и 18 имеются сигналы логической 1. Соответствующая фаза 15 двигателя через силовые ключи 12 подключается к соответствующим шинам источника питания. Когда фактический ток превысит заданное значение, сигнал на выходе регулятора тока

11 примет уровень логического О и на выходе D-триггера 17 будет сигнал логического О, а на выходе D-триггера

18 сигнал логической 1. В этом такте управления фаза 15 будет отключена о1 шин источника питания и ток в ней будет спадать. Если к следующему такту выходной сигнал регулятора тока 11 сохранит уровень логического О, то на входах D-триггеров 17 и 18 будут сигналы логического О и фаза 15 будет подключена к шинам источника питания противоположной полярности. Таким образом, комбинация выходных сигналов

D-триггеров 17 и 18 0-1 или 1-0 вызывает отключение соответствующей фазы

15 двигателя от шин источника питания, а комбинация 0-0 или 1-1 вызывает подключение фазы 15 двигателя к соответствующим шинам источника питания. Постоянное запоминающее устройство 19 преобразует код с выходов

D-триггеров 17 и 18 в сигналы управления ключевыми элементами 12. При этом постоянное запоминающее устройство 19 л1ожет быть запрограммировано для управления различными схемами ключевых элементов (мостовой или полумостовой).

При поступлении очередного импульса по шине 4 низкочастотных импульсов тактирования счетчик 1 переводится в

1658364

50 состояние с другим кодом сигналов на выходах. Периодическое изменение кодов на выходах счетчика 7 обеспечивает поочередное извлечение из постоянного запоминаюцего устройства 5 и подачу на входы цифроаналогового преобразователя 6 ш новых эквивалентных кодов, которые являются последуюцими уровнями ступенчато-изменяющихся сигналов задания на токи фаз. Таким образом, поступление импульсов по шине

4 обеспечивает периодическое изменение сигналов задания на токи фаз двигателя. Величина периода повторения пропорциональна разрядности счетчика 7 и периоду импульсов на шине 4.

При подаче сигнала «а шину 3 реверса счетчик 1 изменяет направление счета, тем самым изменяя порядок чередования токов в фазах двигателя и направление его движения.

Рассмотрим работу силовых ключей, выполненных по полумостовой схеме при управлении двухфазным шаговым двигателем в соответствии с фиг.2. Здесь каждая фаза 15 двигателя подключена к обцей точке ключевых элементов 20 и

21, параллельно каждому иэ которых включены обратные диоды 22 и 23 соответственно. Входы ключевых элементов

20 и 21 подключены к выходам данных

ДО...ДЗ постоянного запоминающего устройства 19, к адресным входам которого подключены выходы D-триггеров

17 и 18.

Допустим, на выходах D-триггеров

17 и 18 установлены сигналы логичес— кой 1. При этом на выходах данных ДО, Д1 постоянного запоминающего устрой— ства 19 устанавливаются сигналы логической 1 (см. табл. 1), которым соответствуэ>т открытое состояние ключевого элемента 21 и закрытое состояние ключевого элемента 20, и подключение фазы 15 двигателя к отрицательной нине 14 источника питания. При превышении током в фазе 15 заданного эна— чения по срезу стробируюцего сигнала на выходе D-триггера 17 устанавливается сигнал логического О, а на выходах ДО и Д1 постоянного запоминающего устройства 19 — сигналы логических 1 и О соответственно. В данном такте управления происходит восстановление запирающих свойств ключевого элемента 21, и он закрывается ° Энергия, эа- пасенная в индуктивности фазы 15, разряжается через диод 22 на емкости фильтра источника питания. Если в сле10

45 дующем такте сигнал íà выхо„ е регулятора тока не изменится, на выходе

D-триггера 18 установится сигнал логи и ского О, а на выходах ДО и Д1 постоянного запоминающего устройства

19 — сигналы логического О, Ключевой элемент 20 подключит фазу 15 к положительной шине 13 источника питания (см. фиг.4).

1 .роцесс обратного переключения каждой фазы аналогичен описанному выше.

Выходным сигналам 0-1 и 1-0 D-триггеров соответствуют отключенные состоя:«ия ключевых элементов 20 и 21, что исключает режим сквозных токов.

При управлении двухфазным шаговым двигателем для случая, когда силовые ключи выполнены по мостовой схеме (см. фиг.З), фаза 15 шагового двигателя и датчик тока 16 соединены последовательно и включены между общими точками ключевых элементов 24, 25

I и 26, 27. Параллельно ключевым элементам включены обратные диоды 28, 29 и 30, 31 соответственно. Управляющие входы ключевых элементов 24-27 подключены к выходам ДО...Д7 данных постоянного запоминаюцего устройства 19, к адресным входам ЛО...АЗ которого подключены выходы D-триггеров 17 и 18.

Допустим, на выходах D-триггеров

17 и 18 установлены сигналы логической 1. При этом на выходах данных

„0, Д1, Д2, ДЗ постоянного запоминаюцегo устройства 19 устанавливаются логические сигналы О, 1, 1, О соответственно (см. табл. 2), которым соответствуют открытые состояния ключевых элементов 24 и 27 и закрытые состояния ключевых элементов 25 и 2б.

Общая точка диодов 28 и 29 (точка "А" фазы 15) подключена к шине 13, а обцая точка фазы 15 и датчика 16 (точка "В") — к шине 14 источника питания.

При превышении током в фазе 15 заданного значения по срезу стробирующего сигнала на выходе D-триггера 17 устанавливается сигнал логического О, а на выходах ДО, Д1, Д2, ДЗ постоянного запоминающего устройства 19 — логические сигналы 1, О, 1, О соответственно. В данном такте управления происходит восстановление запирающих свойств ключевых элементов 24 и 27 и они закрываются ° Энергия индуктивности фазы 15 разряжается через диоды 29 и 30 на емкости фильтра источника питания. Если в следуюцем такте сигнал на выходе регулятора тока не изменит1 6 58364 мощности, Таблица 1

Таблица прожига ПЗУ для полумостовой схемы

Адрес Данные

Адрес Данные Адрес Данные Адрес Данные

0100 0100 1000 0100 1100 1100

0000 0000

0001 0001

0010 0001

0011 0011

1001 0101

1010 0101

1011 0111

1101 1101

1110 1101

1111 1111

0101 0101

0110 0101

0111 0111 ся, на выходе D-триггера 18 установится сигнал логического О, а на вы- ходах ДО, Д1, Д2, ДЗ постоянного запоминающего устройства 19 — логические сигналы 1, О, О, 1 соответственно. При этом ключевой элемент 25 подключит точку "A" а ключевой элемент

26 — точку "В" фазы 15 к шинам источника питания 14 и 13 соответственно (с»». фиг.4), Процесс обратного переключения каждой фазы аналогичен описанному.

Выходным сигналам 0-1 и 1-0 D-триггеров соответствуют отключенные состояния ключевых элементов 24-27. Следовательно, данная схема управления ша-. говым двигателем позволяет повысить надежность управления эа счет исключения режима сквозного тока и уменьшения потери в силовых ключах. Имея простую схему, устройство управления в то же время обладает расширенными функциональннми возможностями и способно работать с различными вариантами силовых схем, что расширяет область его применения. формула изобретения

Устройство для управления m-фазным шаговым двигателем, содержащее двоичный реверсивный счетчик, соединенный входами с шинами сброса, реверса и низкочастотных импульсов тактирования, а выходами подключенный к первой группе адресных входов постоянного запоминающего устройства, соединенного выходами с входами цифроаналогового преобразователя, счетчик по модуI лю m, подключенный входом к шине высокочастотных импульсов тактирования, а выходами — к другой группе адресных

5 входов постоянного запоминающего устройства и входам дешифратора, и m каналов управления, каждый из которых содержит аналоговый ключ, соединяющий выход цифроаналогового преобразователя с первым входом регулятора тока, выполненного в виде стробируемого компаратора с запоминанием сигнала на выходе, ключевой усилитель мощности, подключенньп входами к шинам двуполярного источника питания, а выходом— ! к последовательно соединенным фазе двигателя и датчику тока, выход датчика тока подключен к второму входу регулятора тока, управляющие входы

20 аналогового ключа и регулятора тока объединены и подключены к соответствующему выходу дешифратора, о т л ич а ю ц е е с я тем, что, с целью повышения экономичности и надежности, введено второе постоянное запоминающее устройство и в кажпь»й канал управления введены два П-триггера, информационный вход первого из них подключен к выходу регулятора тока, а

30 второго — к выходу первого D-триггера, тактовые входы D-триггеров объединены и подключены к управляющему входу регулятора тока, адресные входы второго постоянного запоминающего устройства подсоединены к выходам D-триггеров всех каналов управления, а выходы подключены к управляющим входам соответствующих ключевых усилителей

Таблица2

Таблица прожига ПЗУ для мостовой схемы

7 Данные Адрес, 1анные Лдрес, 1анные Адрес

Л,прес Данные

0000 10011001 0100 01011001 1000 01011001 1100 01101001

0001 10010101 0101 01010101 1001 01030101 1101 01100101

0010 10010101 0110 01010101 I 010 01010101 1110 01100101

0011 10010110 0111 01010110 1011 01010110 1111 01100110

Фиг. 2

Т658364

Составитель В.Алфимов

Редактор M.Кузнецова Техред М.Дидык Корректор Л.Патай

Заказ 2436 Тираж 355 Подписное

ВН161ПИ Государстве. ного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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