Устройство для управления шаговым двигателем с четным числом фаз

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для разнополярного управления шаговым двигателем с активным ротором и с числом фаз M = 4, 6, 8,... в дискретных системах автоматизированного электропривода. Цель изобретения - упрощение, а также расширение функциональных возможностей за счет обеспечения управления шаговым двигателем с числом фаз M, большим четырех. Устройство содержит M/2 мостовых усилителей мощности 1, 2, реверсивный двоичный счетчик 4 с шинами тактирования, реверса и установки в нулевое состояние, первую 6 и вторую 7 шины выбора режима коммутации фаз, а также (M + 1) элементов 2-И-ИЛИ 5 и элемент НЕ. 6 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я Н 02 P 8/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОЬРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4675471/07 (22) 11.04.89 (46) 30.08.91. Бюл. № 32 (71) Кооператив "Сигма" при Ереванском конструкторском отделе Специального конструкторского бюро Всесоюзного научноисследовательского института оптико-физических измерений (72) В.Ш.Арутюнян, Г.Б.Мнацаканян и

А.З.Мурадян (53) 621.313.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N1211844,,кл. Н 02 Р 8/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1431030, кл. Н 02 P 8/00, 1987.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для разнополярного управления шаговыми двигателями с числом фаз m = 4, 6, 8,... и с активным ротором в дискретных системах автоматизированного электропривода.

Целью изобретения является упрощение схемы (путем исключения мультиплексоров и логических элементов) и ее управления (путем исключения трехпозиционных переключателей). а также расширение функциональных возможностей обеспечения управления m-фазным шаговым двигателем, где m = 6, 8....

На фиг. 1 представлена.функциональная схема устройства для управления шаговым двигателем с четным числом фаз m; на фиг. 2 — функциональная схема счетчика при

„„5U„„1074342 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ЧЕТНЫМ ЧИСЛОМ ФАЗ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для разнополярного управления шаговым двигателем с активным ротором и с числом фаз m = 4, 6, 8,... в дискретных системах автоматизированного электропривода. Цель изобретения — упрощение, а также расширение функциональных возможностей за счет обеспечения управления шаговым двигателем с числом фаз m, большим четырех. Устройство содержит m/2 мостовых усилителей мощности 1, 2, реверсивный двоичный счетчик 4 с шинами тактирования, реверса и установки s нулевое состояние, первую 6 и вторую 7 шины выбора режима коммутации фаэ, а также (m+ 1) элементов 2-И-ИЛИ 5 и элемент НЕ. 6 ил.

m = 6; на фиг. 3 — 5 — монограммы векторов моментов для случая m = 4; на фиг. 6— соответствующие временные диаграммы при несимметричных режимах коммутации.

Устройство в общем случае, когда число фаз равно m, содержит (фиг. 1) первую 1.1—

1.m и вторую 2.1 — 2 m группы усилителей мощности, соединенные между собой и составляющие m/2 мостовых схем усилителей, подключенных к источнику 3 питания силовой части, реверсивный двоичный счетчик 4 с шинами тактирования, реверса и установки в нулевое состояние, первый 5.1 элемент 2 — И-ИЛИ, первый входы первой и второй структур И которого соединены соответственно с первой 6 и второй 7 шинами выбора режима коммутации, второй вход первой структуры И первого элемента 2 — И—

1674342

ИЛИ Соединен с выходом элемента НЕ 8, подключенного входом к второй шине 7 выбора режима, второй вход марой структуры

И первого 5.1 элемента 2-И-ИЛИ соединен с прямым выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика 4, а выход первого 5.1 элемента 2 — И вЂ” ИЛИ. соединен с первыми входами вторых структур И со второго по (m + 1)-й элемент 2-И-ИЛИ (5,2 — 5,m

+ 1),остальные входы первого и второй структур И которы>: соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами с второго по и-й разряддвоичного реверсивного счетчика 4, Где rl == )1уз "(+1. В диагонали каждого мостового усилителя мощности попарно встречно-параллельно (либо последователь Iî - показ8íî пунктиром) подкл1очены противолежащие фазы

N шагового двигателя; 1-я с (-,1- + 1 ) -й, 2-я— (-у+2)-й... (-гу-- 1)-P, C (ITI 1) й, ITi ГП вЂ” -я с m-й, Входы усилителей мощности

2 диагонально распопоженных плеч 2,1 и 1,2, 2,3 и 1.4, . „,2. (m - 3) и !. (гп — 2}, 2, (m - 1) 1, m мостовых схем соединены соответственно с. выходами элеме>нтов 2-И вЂ” ИЛИ 5,2, 5.3, m m

2 2

„., 5 —,5.(— + 1!,а входы усилителей других плеч 1.1 и 2,2, 1.3 и 2.4, .„. 1. (m - 3) и 2 . (m

- 2} тех же мостовых с:<ем соединены соотeeTcIв8нно с выходами элементов 2- Л—

NEIN 5. (— - - 2), 5,(-,---3)...5. m, 5, (m+1), 2 2

Реверсивный счет ик 4 с модулем переСЧЕта Krlpl. -= 2ГП При m =: 4, Б, 16, ... СтрОИтСя

KQi< традиционныЙ двоичный реверсивный

СЧЕТЧИК С КОЗффИцИЕНГОМ ПЕреСЧета Кл<..я =8, 16; 32, ... При осгаль II:I>: значениях Кпея

GH сОДержит (cM,, I!ап!."имер, фиГ, 2 Для случая Гп = 6 и яp > = 1 2} базовыи Рев 8Рсивн ыи двоичный счетчик 0, лОГические элементы

И-НЕ 9 и И 10, инвергорь, 11, 12, элемент

ИЛИ-.1-!Е 13 и Д-триггер 14. Коэффициент пересчета базовог счетчика 8 выбирается ра вi Ib! Iü1 бл и>хай шс му Двоич ному числу 2 и, M8lII > вемy 2ГП.

20

40 вектор момента двигателя в каждом тактв перекл очения равен геометрической сумме удвоенных значений номинальных момен45 тов двух соседних основных положений при однополярном управлении (фиг. 4).

В этих двух режимах работы переключение фаз двигателя происходит через один такт поступления импульсов к шине Т счет50 чика 4, Это является результатом того, что первый разряд счетчика 4 не участвует в процессах переключения фаз, В отличие от них, в третьем режиме устройства в процессе переключения фаз при55 нимает участие также первый разряд счетчика 4. Этот режим создается при приложении к шине 7 единичного потенциала, а к шине 6 любого(единичного или нулевого) потенциала, При этом через каждый такт поступления импульсов к шине Т счетчика 4

VcTрОйствО работает следующим обраЗОМ, ПереД созданием, 1юбОГО из возможных ..л режимов коммутации фаз к шине )ст.0 подается сигнал Обнуления счетчика 4, а к шине "Реверс" в зависимости оr требуемого направления opal!.,el! I прикладывается нулевой или единиччыг, логический потенциал.., Задание orlpeделенного ре>кима коммутации осущестпляе.гссl путем прило

;l<8IIIiII к !Ill!I!8M 6 и 7 т ребуемой комбина сии. нулевых и единичных уровней логических потенциалов в соответствии с таблицами 1, 2.3,..., При поступлении на шину Т тактирую5 щих импульсов на выходах 1-и разрядов счетчика 4 формируются двоичные коды, первый разряд которого подается к входу первого элемента 2 — И вЂ” ИЛИ 5,1, а остальные разряды — к входам аналогичных элементов 2 — И вЂ” ИЛИ 5.2 — 5. (m + 1). Счетчик 4 производит подсчет тактовых импульсов до своего коэффициента пересчета Кпер. после чего автоматически обнуляется.

Если на шинах 6 и 7 имеются нулевые потенциалы„то на выходе элемента 2-И—

ИЛИ 5,1 устанавливается постоянный нулевой потенциал. В результате этого двоичный код 2-и разрядов счетчика 4 на выходах элементов 5,2 — 5. (m + 1) преобразуетсяя в код 1из m" (т. е, с одной единицей и

m - 1 нулями). Это приводит к созданию такого разнополярного режима коммутации фаэ двигателя, при котором ротор принимает основн ые дискретные положения (фиг. 3).

В этом режиме суммарный вектор момента двигателя в каждом такте переключения равен удвоенному значению номинального его момента при однополярном управлении, Если к шине 6 прикладывается единичный потенциал, а к шине 7 — нулевой, то на выходе элемента 2 — И-ИЛИ 5,1 устанавливается постоянный единичный потенциал, Это позволяет двоичный код счетчика 4 преобразовать на выходах элементов 5.2 — 5. (m +

1) в код "2 из m" (т, е, с двумя единицами и

m — 2 нулями). В результате этого создается такой разнополярный режим переключения фаз, при котором ротор двигателя принимае.r промежуточные положения между оcновными, При этом режиме суммарный

1674342 на выходе первого элемента 2 — И вЂ” ИЛИ 5.1 устанавливается единичный потенциал, В результате этого на выходах элементов 2И вЂ” ИЛИ 5.2 — 5. (m + 1) через каждый такт возникают коды с одной или двумя единицами из m. Благодаря этому вал шагового двигателя поочередно принимает все возможные основные и промежуточные положения (фиг. 5, 6).

Реверсивный счетчик 4 с модулем "2m" строится и работает по известным обобщенным принципам счетчиков с произвольным модулем счета. Отличия между их отдельными исполнениями (в зависимости от m) заключаются в организации информационных входов Д1 — Д.п и анализа выходной информации для обнуления.

Реверсивный счетчик, например, при m

= 6 и Knep. = 12 работает следующим образом (фиг. 2).

При прямом счете, когда базовый счетчик 8 работает на суммирование (к шине

"Реверс" приложена логическая "1") ко всем

его информационным входам Д1 — Д4 приложено напряжение логического "0".

При достижении базовым счетчиком 8 состояния 1011(эквивалентномудесятичному числу 11), фиксируемого элементом И—

HE 9, с задержкой на один период следования счетных импульсов Т (осуществляемой триггером 14 ) производится установка счетчика 8 в состояние "0" путем параллельной записи через входы Д1-Д4.

При обратном порядке счета к шине реверса прилагается напряжение лог. "0", счетчик 8 работает на вычитание, а на входах Д1 — Д4 установлен двоичный код 1011.

В этом случае при достижении счетчиком 8 состояния 0000, фиксируемого выходом переноса "00", с задержкой на один такт (с помощью триггера 14) производится установка счетчика 8 в состояние 1011 путем записи кода через входы Д1 — Д4 во внутренние триггеры счетчика 8.

Счетчик 4 при других значениях m (например 10, 12, 14 ....) работает аналогично описанному.

Таким образом, данное устройство по сравнению с прототипом имеет более простую структуру, поскольку вместо сложных по внутренним структурам мультиплексоров содержит более простые элементы 2И-ИЛИ. Оно имеет и простое управление— с помощью всего лишь двух шин выбора режима коммутации фаз. Кроме того, оно имеет расширенные функциональные возможности, поскольку позволяет управлять любым шаговым двигателем с четным числом фаэ.

5 Формула изобретения

Устройство для управления . шаговым двигателем с четным числом фаз, содержащее первую группу усилителей мощности, общая шина которых соединена с плюсовой

10 клеммой источника питания силовой части, соединенного минусовой клеммой с нулевой шиной устройства, вторую группу усилителей мощности, выходы которых соединены с выходами соответствующих

15 усилителей мощности первой группы, реверсивный двоичный счетчик с шинами тактирования, реверса и установки в нулевое состояние, первую и вторую шины выбора режима коммутации фаз, о т л и ч а ю щ е е20 с я тем, что. с целью упрощения, а также расширения функциональных воэможностей путем обеспечения управления шаговым двигателем с числом фаз m, большим четырех, введены m+ 1 элементов 2 — И вЂ” ИЛИ

25 и элемент НЕ, первые входы первой и второй структур И (m+ 1)-ro элемента 2 — И вЂ” ИЛИ соединены соответственно с первой и второй шинами выбора режима коммутации, второй вход первой структуры И которого

30 г оединен с выходом элемента НЕ, подключенного входом к второй шине выбора режима коммутации, второй вход второй структуры И (m + 1)-ro элемента 2 — И вЂ” ИЛИ соединен с прямым выходом первого разря35 да реверсивного двоичного счетчика, а выход (m + 1)-го элемента 2 — И-ИЛИ соединен с первыми входами вторых структур И с первого по m-й элементов 2 — И вЂ” ИЛИ, остальные входы первой и второй структур И которых

40 соединены соответственно с прямыми и ин.версными выходами со второго по п-й разрядов двоичного реверсивного счетчика, где

n = ) 9 (+1, общая шина второй группы усилителей мощности соединена с нулевой ши45 ной устройства, первая и вторая группы

m усилителей мощности образуют — мосто2 вых схем, в диагоналях которых попарновстречно соединены фазы двигателя, а

50 управляющие входы усилителей мощности .диагонально расположенных плеч каждой

1-й мостовой схемы соединены вместе и подm ключены к выходам l-го и (I + — )-го эле2

55 ментов 2-И-ИЛИ.

1674342

Рг @ ф -у 1;.. ./ б юг. Г у+И М2-3

wgi4-М! z-Ф Г 4 +4 ) -1

puz> щы-, Фб

r- 1

1 Я+Ф (ВгФ

1674342

<1<4 -Ã-3 1 Ю j p- -3

Составитель В.Алфимов

Редактор Е.Зубиетова Техред M,Mîðãåíòàë Корректор M,Màêñèìèøèíeö

Заказ 2933 Тираж 336 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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