Устройство для программного управления четырехфазным шаговым двигателем с насыщенной магнитной системой

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления станками,оснащенными четырехфазными шаговыми двигателями с насыщенной магнитной системой . Цель изобретения - уменьшение энергетических затрат и повышение КПД за счет сокращения числа одновременно включенных фаз в каждом такте и изменения циклограмм их переключения. Устройство содержит источник 1 питания, двоичный 2 и реверсивный 3 счетчики, шины низкочастотных и высокочастотных импульсов тактирования , установки в исходное состояние и реверсирования, первый 4 и второй 5 сумматоры , четыре мультиплексора 9.1-9.4, четыре усилителя мощности 11.1-11.4. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены два преобразователя 6 и 7 кодов, две шины логических потенциалов и новые логические связи. 6 ил. -о/ (Јdt) (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 05 В 19/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4745890/24 (22) 16.08.89 (46) 30.12,91.Бюл. N 48 (72) В.Ш.Арутюнян, А.Ç.Мурадян и Г,Б.Мнацаканян (53) 62 — 508,55 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1020800, кл. G 05 В 19/40, 1982.

Авторское свидетельства СССР

N 1167586, кл, G 05 В 19/40, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО

УПРАВЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С НАСЫЩЕННОЙ

МАГНИТНОЙ СИСТЕМОЙ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления станками, осна„„5U,, 1702340 А1 щенными четырехфазными шаговыми двигателями с насыщенной магнитной системой. Цель изобретения — уменьшение энергетических затрат и повышение КПД за счет сокращения числа одновременно включенных фаз в каждом такте и изменения циклограмм их переключения. Устройство содержит источник 1 питания, двоичный 2 и реверсивный 3 счетчики, шины низкочастотных и высокочастотных импульсов тактирования, установки в исходное состояние и реверсирования, первый 4 и второй 5 сумматоры, четыре мультиплексора 9.1 — 9.4, четыре усилителя мощности 11.1 — 11.4. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены два преобразователя б и 7 кодов, две шины логических потенциалов и новые логические связи, б ил.

1(г

1702340

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления станками, оснащенными четырехфаэными шаговыми двигателями с насыщенной магнитной системой, Цель изобретения — уменьшение энергетических затрат и повышение КПД системы эа счет сокращения числа одновременно включенных фаз в каждом такте и изменения циклограмм их переключения, На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для программного управления четырехфазным шаговым двигателем; на фиг. 2 — временные диаграммы управляющих сигналов и фаэных токов при коэффициенте дробления И=8; на фиг. 3— номограмма векторов момента при коэффициенте дробления N=8; на фиг. 4 — функциональная схема конкретного примера (для

N-8 выполнения сумматоров); на фиг. 5— таблица состояний иэ входов и выходов; на фиг., б — варианты выг1олнения каждого из усилителей мощности.

Устройство (фиг. 1) содержит источник 1 питания, нереверсивный двоичный счетчик

2. вход которого объединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования 4, реверсивный двоичный счетчик 3, входы которого соединены с шиной низкочастотных импульсов тактирования fH, установки в нулевое исходное состояние "Уст, 0" и "Реверса", первый 4 и второй 5 сумматоры кодов, первые группы входов которых соединены с выходами нереверсивного двоичного счетчика 2, первый б и второй 7 преобразователи кодов, входы когорых соединены с выходами младших разрядов реверсивного счетчика 3, а входы — соответственно с вторыми группами входов первого 4 и второго 5 сумматоров. Шина единичного логического потенциала 8 соединена с входами переноса первого 4 и второго 5 сумматоров. Устройство содержит также с первого по четвертый мультиплексоры 9.1 — 9.4. Первый, второй, третий, четвертый информационные входы соответственно первого 9.1, второго 9.2, третьего 9.3, четвертого 9.4 мультиплексоров с выходом переноса первого сумматора

4. Второй и третий, третий и четвертый, первый и четвертый, первый и второй информационные входы соответственно первого 9.1. второго 9.2, третьего 9,3, четвертого 9.4 мультиплексоров соединены с шиной 10 нулевого логического потенциала. Четвертый, первый, второй, третий информационные входы соответственно первого 9.1, второго

9.2, третьего 9.3, четвертого 9.4 мультиплексоров соединены с выходом переноса втошины 10, Эти выходные информации мультиплексоров9,1 — 9.4через усилители 11. i — 11.4мощ50 ности передаются фазам 12.1-12.4 двигателя, В результате этого в первой фазе 12,1 устанавливается номинальный ток 1,, во второй

1 фазе 12.2 — ток амплитудой — I<, а в третьей

55 12.3 и четвертой 12.4 фазах токи отсутствуют. Это состояние системы соответствует исходной точке "0" на фиг. 2 и 3.

С поступлением семи низкочастотных импульсов тактирования fH на выходе второго счетчика 3 поочередно устанавливаются

45 рого сумматора 5, Управляющие входу мультиплексоров 9,1 — 9,4 соединены соответственно с выходами старших разрядов реверсивного счетчика 3. выходы мультиплексоров 9.1-9.4 соединены соответственно с входами усилителей мощности

11.1-11.4, коммутирующих токи фазных обмоток 12.1 — 12.4 шагового двигателя, Устройство работает следующим образом, . Работу устройства удобно рассматриватьдля конкретного случая управления, например, при коэффициенте дробления N=B.

Тактовая последовательность высокочастотных импульсов fB непрерывно поступает на вход первого двоичного счетчика 2, работающего на суммирование, Исходным является состояние, при котором после подачи сигнала "Уст. 0" второй двоичный счетчик 3 находится в нулевом состоянии 000. При этом на выходе первого преобразователя 6 кодов формируется соответствующий код 111, который, суммируясь с постоянной единицей на входе переноса первого сумматора 4 (неэависимо от выходного кода первого счетчика 2), создает единичный логический потенциал на его выходе переноса. Одновременно с этим на выходе второго преобразователя 7 кодов формируется код 000, который, суммируясь с единицей на входе переноса второго сумматора 5 и с высокочастотными выходными кодами первого счетчика 3 на выходе его переноса, формирует периодические высокочастотные прямоугольные сигналы со скважностью 8. Поскольку при нулевом исходном состоянии второго счетчика 3 через управляющие входы выбраны первые информационные входы мультиплексоров 9.1-9.4, то на выходе первого мультиплексора 9.1 передается единичный логический потенциал первого сумматора 4, на выход второго мультиплексора 9,2 передается высокочастотные сигналы со скважностью 8 второго сумматора 5. При этом на выходах третьего

9.3 и четвертого 9.4 мультиплексоров устанавливаются нулевой логический потенциал

1702340

10 коды 100, 010, 110, 001, 101, 011, 111, на выходах первого преобразователя 6 кодов— коды 111, 011, 101, 001, 110, 010, 000, а на выходах второго преобразователя 7 кодов— коды 010, 110, 001, 101, 011, 111, 111, В результате этого на выходе переноса первого сумматора 4 поочередно формируются широтно-импульсные модулированные сигналы (ШИМ-сигналы) со скважностью —, —, 8 8

8 7

88888 —, —, —, —, —, а на выходе переноса второго

6 5 4 3 1 сумматора 5 — ШИМ-сигналы со скважно стью 3 4 6..., За счет этого ерез

8888888 первую фазу 12.1 поочередно протекают то7 6 5 4 3 ки амплитудой Iн, — 1н, — 1н, — 1н, — Iн, — !н, 8 8 8 8 8

1 3 4 5 — I, через вторую фазу — токи — 1н, — Iн, — 1, 8 8 8 8 — Iн, — Iq, 1н, 1ц. Эти состояния системы соот6 7

8 8 ветствуют точкам 1-7 на фиг, 2 и 3.

Этим завершается первая четверть полного цикла работы устройства, при котором ротор двигателя отрабатывает семь дробных шагов величной

% с а„р = —, N где аос — основной шаг двигателя.

Поступление очередного низкочастотного импульса fH приводит к записи единицы в его старших разрядах и нулей в младших разрядах. В результате этого выбираются вторые информационные входы мультиплексоров 9.1-9,4 и начинается формирование второй четверти цикла, аналогично вышеизложенной первой четверти.

При этом по мере поступления очередных низкочастотных импульсов fH через вторую фазу 12.2 протекают ступенчато убывающие

7 6 5 4 токи с амплитудами 1н, 1н, — I<, — Iu, — !н. — Iн, 8 8 8 8

3 1 — 1н, — 1 через третью фазу 12.3 — ступенчато

8 8

1 3 нарастающие токи с амплитудами — IH, — I<, 8 8

4 5 6 7 — 1н, — Iн. — IH, — 1н, Iн. 1н, а через первую и

8 8 8 8 четвертую фазы токи отсутствуют. В результате этого ротор осуществляет очередные восемь дробных шагов, В течение третьей четверти цикла выбираются третьи информационные входы мультиплексоров 9.1 — 9,4 и аналогичные ступенчато изменяющиеся токи протекают через третью 12,3 и четвертую 12.4 фазы двигателя (при нулевых точках первой 12.1 и второй 12.2 фаз). А в течение последней, четвертой четверти цикла выбираются чет15

55 вертые информационные входы мультиплексоров 9.1-9.4 и аналогичные ступенчато изменяющиеся токи протекают через четвертую 12.4 и первую 12.1 фазы двигателя (при нулевых токах во второй 12.2 и третей 12.3 фазах).

Этим завершается полный цикл работы устройства, при котором за один полный оборот электромагнитного сектора ротор отрабатывает 32 дробных шага

Последующие циклы работы устройства происходят аналогично первому циклу.

В общем случае цифрой N определяются коэффициент дробления основного шага двигателя, коэффициент пересчета первого двоичного счетчика 2, коэффициент пересчета младших разрядов двоичного счетчика 2.

Преобразователи кодов 6 и 7 могут быть реализованы как на обычных комбинационных логических элементах, так и на полупроводниковых постоянных запоминающих устройствах (ПЗУ) и программируемых логических матрицах (ПЛМ).

Для обеспечения обратного направления вращения ротора двигателя (реверсирования) по шине "Реверс" необходимо перевести в режиме вычитания только второй двоичный счетчик.

Частота импульсов, подаваемых на шину fa высокочастотного тактирования, выбирается, исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя, а частота импульсов, подаваемых на шину низкочастотных управляющих сигналов, выбирается в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.

Таким образом, небольшое усложнение устройства позволяет уменьшить потребление энергии от источника питания двигателя и повысить КПД системы (эа счет поддержания в каждом такте под током не трех фаз датчика, как в известном устройстве, а двух смежных фаз).

Формула изобретения

Устройство для программного управления четырехфазным шаговым двигателем с насыщенной магнитной системой, содержащее источник питания, нереверсивный двоичный счетчик, вход тактирования которого соединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования, реверсивный двоичный счетчик, входы тактирования, сброса и направления счета которого соединены соответственно с шинами низкочастотных импульсов тактирования, установки в нулевое исходное состояние и реверса, первый и второй сумматоры кодов, первые группы входов которых соединены с выходами нереверсивного двоичного счетчика, выходы с

1702340 первого по четвертый мультиплексоров соединены через соответствующие усилители мощности и соединенные с ними последовательно фазные обмотки двигателя с источником питания, а их управляющие входы— с выходами двух старших разрядов реверсивного двоичного счетчика о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью уменьшения энергетических затрат и повышения КПД системы за счет сокращения числа одновременно включенных фаз в каждом такте и изменения циклограмм их переключения, устройство содержит первый и второй преобразователи двоичного кода, входы которых соединены с выходом младших разрядов реверсивного двоичного счетчика, а выходы— соответственно с вторыми группами входов первого и второго сумматоров, причем выход переноса первого сумматора соединен с первым, вторым, третьим и четвертым информационными входами соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров, выход переноса второго

5 сумматора соединен с четвертым, первым, вторым и третьим информационными входами соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров, входы переноса первого и второго суммато10 ров соединены с шиной единичного логического потенциала, а второй и третий информационные входы первого мультиплексора, третий и четвертый информационные входы второго мультиплексора, 15 первый и четвертый информационные входы третьего мультиплексора, первый и второй информационные входы четвертого мультиплексора соединены с шиной нулевого логического потенциала.

1702340

1702340 Скдаж.

) д/1

1702340

Фиг. 6

Составитель А.бондарев

Техред М.Моргентал

Корректор Э.Лончакова

Редактор Э.Слиган

Заказ 4542 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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