Устройство для программного управления @ -фазным шаговым двигателем

 

Изоб^ретение относится к автоматике и может быть использовано для ' управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач. Цель изобретения - упрощение схемы и повышение надежности* Устройство содержит нереверсивный 1 и реверсивный 2 двоичные счетчики, элемент или А, элементы НЕ 5 и 6, элемент ИЛИ 7, дешифратор 8, в нечетных каналах управления которых содержатся мультиплексоры "2 на 1" 9.1,9.3,...,9.(т-1), а в четных каналах управления Первые мультиплексоры "2 на 1" 9.2- . . 1.9,^-1,...,9.(т-1) и вторичные мультиплексоры "2 на 1" 9.2-2,9.^-2,..., 97(т~2). Четные каналы управления содержат также элементы ИЛИ 10.1,^10.2,..1О.г . Устройство по сравнению с прототипом имеет значительно более простую логическую структуру, поскольку в нем вместо мультиплексоров с т-информационными входами Используются самые простые мультиплексоры с двумя информационными входами, что приводит к значительному повышению надежности устройства. 7 ил..fit^слXIXI

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н ASTON ÑÍÎMÓ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4751892/24 (гг) 23.11.89 (46) 23.02.92. Бюл. N 7 (71) Кооператив "Сигма" при Ереванском конструкторском отделе Специального конструкторского бюро Всесоюзно-; го научно-исследовательского институ- та оптикофизических исследований (72) В Ш.Арутюнян, А.З.Мурадян и Г.Б.Мнацаканян (53) 621.503.55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N .1020800, кл. G 05 В 19/40, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N 1137443, кя. G 05 В 19/40 1983i (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УпРАВЛЕНИЯ m-ФАЭНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач. Цель изобретения - упрощение схемы и повышение надежности. Устройство содержит не,, SU,, 1714577 А1

2 реверсивный I и реверсивный 2 двоичные счетчики, элемент ИЛИ 4, элементй НЕ 5 и 6, элемент ИЛИ 7, дешифратор 8, в нечетных каналах управления которых содержатся мультиплексоры "2 на 1" 9.1,9.3,...,9.(m-1), а в четных каналах управления йервые мультиплексоры "2 на 1" .9.21.9,4-1,...,9.(ш-1) и вторичные мультиплексоры "2 на 1" 9.2-2,9.4-2,..., 9,{m-2). Четные каналы управления содержат также элементы ИЛИ 10.1, m

„10.2...10.2 . Устройство по сравнению с прототипом имеет значительно более простую логическую структуру, поскольку в нем вместо мультиплексоров с m-информационными входами ис" пользуются самые простые мультиплексоре с двумя информационными входами, что приводит к значительному повышению надежности устройства.

7 ил

3 . 1714577 4

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаго-, выми приводами. 5

Цель изобретения - упрощение и повышение надежности.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для программного управления m-фазным шаговым 10 двигателем; на фиг.2-4 - то же, для управления соответственно 4-х, 6-и, 8-ми фазными двигателями;, на фиг.57 - временные диаграммы фазных токов и номограммы векторов результирую- 15 щих моментов применительно соответ ственно к 4-х, б-ти, 8-ми фазным двигателям.

Устройство содержит нереверсивный двоичный счетчик 1 гчетный вход которого соединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования Хз, реверсивный двоичный счетчик 2 счетный вход, входы управления реверсом и установка в "0" которого соединены conz етственно с шинами низкочас тотных импульсов тактирования Г„, реверсироаания "Рев" и установки в нулевое исходное состояние "Уст.0", сумматор 3 кодов, первая группа вхо- 30 дов которого соединена с выходами нереверсивного двоичного счетчика 1, а вторая группа входов - с выходами младших разрядов реверсивного двоичного счетчика 2, первый элемент

ИЛИ 4, входы которого через первый и второй 6 элементы НЕ соединены соответственно с выходом переноса сумматора 3 кодов и с выходом первого разряда старших разрядов реверсивного двоичного счетчика 2, второй weмент ИЛИ 7, входы которого соединены соответственно с выходом переноса сумматора 3 кодов и выходом первого разряда старших разрядов реверсивного двоичного счетчика 2, дешифратор 8, входы которого соединены с выходами с третьего .по последний разряды старших разрядов реверсивного двоичного счетчика 2. В нечетных кана"

;лах управления содержатся мультиплексоры "2 на 1" 9.1,9.3...,9(m-1), а в четных каналах управления - первые мультиплексоры "2 на I 9.2-1.9.4-1..

9.ш-1 и вторые мультиплексоры "2 на

1 9.2-2,9.4-2,.. ° 9.m-2, выходы ко1 торых соединены соответственно с вхо= дами элементов ИЛИ 10.1,1.0.2...10Выходы мультиплексоров 9 1,9.3..

9.(m-1) нечетных каналов и выходы элементов ИЛИ 10.1,10.2,. ° .1О.- четных каналов соединены соответственно с выходными усилителями мощности

11.1,11,2,...,11.ш, коммутирующие токи фазных обмоток 12.1,12.2,...12.m шагового двигателя. Выход второго разряда старший разрядов реверсивного двоичного счетчика 2 подключен к управляющии, входам всеХ мультиплек" саров 9. Первый выход дешифратора 8 соединен с входами стробирования мультиплексора первого канала 9.1, первого мультиплексора второго ка" нала 9.2-1 и второго мультиплексора

m-го канала 9.m-2. Второй выход дешифратора 8 соединен с входами стро" бирования мультиплексоров третьего канала 9.3, первого мультиплексора четвертого канала 9.4-1 и второго мультиплексора второго канала.9.2-2 °

Третий выход дешифратора 8 соединен с входами стробирования мультиплексора пятого канала 9.5, первого мультиплексора шестого канала 9.6-1 и второго мультиплексора четвертого канала 9.4-2. j-й j = 1,...., — ) выход дешифратора 8 подключен к входам стробирования мультиплексора (j-1)-го канала 9.(j- 1), первого мультиплексора j-ro канала 9.)-1 и второго мультиплексора (j-2)-ro каm нала 9(j-2)-2. (- -1)-й выход дешиф2 ратора 8 соединен с входами стробирования мультиплексора (m-3)-ro кана" ла 9 (m-3), первого мультиплексора (ш-2)-ro канала 9.(m-2)-1 и второго мультиплексора (m-4)"го канала ш

9.(m-4)-2. — -й выход дешифратора 8 2. соединен с входами стробирования мультиплексора (m- 1)-го канала 9 (m-1), первого мультиплексора m-ro канала

9.m-1 и второго мультиплексора (ш-2)-го канала 9.(ш-2)-2. Выход первого элемента ИЛИ 4 соединен с вторыми информационными входами мультиплексоров нечетных каналов 9.1, 9.3...9.(ш-1) и с первыми информационными входами первых мультиплексоров четных каналов 9.2-2,9.4-2...,9.m-2.

Выход второго элемента ИЛИ 7 соединен с первыми информационными входа" ми мультиплексоров нечетных каналов

9.1,9.3...9.(m--1) и с вторыми инфор1714577 мационными входами первых мультиплексоров четных каналов 9.2-2,9.4-2.

9.m-2. А первые информационные входы первых мультиплексоров 9.2-1,9.4-1,...

9.m-1 и вторые информационные входы

5 вторых мультиплексоров 9. 9- 2,9. 4-2..., 9.m-2 четных каналов соединены с шиной нулевого логического потенциала 13.

Устройство для программного управления m-фазным шаговым двигателем работает следующим образом.

Тактовая последовательность импульсов Е с высокой частотой непрерывно поступает на вход нереверсивного счетчика 1, работающего на суммирование.

В исходном состоянии устройства (после подачи сигнала "Уст.О" на вход счетчика 2) имеются нулевые логические потенциалы. На выходе переноса сумматора 3 и на выходе элемента ИЛИ 7 присутствуют нулевые, а на выходах элементов HE 5 и 6 и элемен- 25 та ИЛИ 4 - единичные логические потенциалы. На управляющих входах всех мультиплексоров 9 от второго разряда старших разрядов счетчика 2 приложены нулевые потенциалы, в связи с чем выбраны их первые информационные входы. На первом выходе дешифратора 8 имеется нулевой потенциал, а на всех остальных - единичные потенциалы.

В результате этого разрешение на функционирование имеют только те муль«35 типлексоры, входы стробирования которых соединены с первым выходом дешифратора, а на выходах остальных мультиплексоров присутствуют нулевые потенциалы. В таком состоянии устройства через последнюю 12.тп фазу двигателя протекает номинальный ток

- IH,а во всех остальных фазах 12 токи отсутствуют.

С поступлением на вход счетчика 2 низкочастотных импульсов f< íà его выходах младших разрядов формируются двоичные коды, которые суммируясь с аналогичными выходными кодами счетчика 1 на выходе переноса сумматора 3 создают высокочастотные широтно-импульсные мобилированные (ШИМ) сигналы. Эти ШИМ-сигналы проходят через мультиплексор 9.1 и усилитель 11.1, первого канала создают в первой фазе 12.1 двигателя линейно-нарастающий ток (фиг.5а-7а) при номинальном токе Iz в m-й фазе и нулевых токах в остальных фазах.

Скважность импульсов ШИМ на выхо" дах сумматора 3, элементов ИЛИ 4 и 7 мультиплексоров 9 и элементов ИЛИ 10 зависит от такта их переключения от импульсов Е„, Так, например, при коэффициенте дробления шага К-8, когда счетчик 1 и младшие разряды счетчика 2 имеют по два двоичных разряда, в исходном состоянии устройства на их выходах присутствуют нулевые коды (00 и 00). В результате их суммирования на выходе переноса сумматора 3 присутствует нулеврй потенциал.

Этот потенциал сохраняется постоянно, независимо от непрерывного поступления высокочастотных импульсов f на вход счетчика 1 и изменения кодов на,его выходах (00, 1О, 01, 11).

После поступления первого низкочастотного импульса fн на вход счетчика 2 на выходах его младших разрядов возникает код 10. Этот код в сумматоре 3 логически суммируется с потактно (с высокой частотой f ) из меняющимися выходными кодами счетчика 1. В результате этого через каждые четыре такта поступления высокочастотных импульсов f на выходе пев реноса сумматора 3 возникает единичный потенциал, т.е. на выходе переноса сумматора устанавливаются периодически повторяющаяся последовательность кодов 000100010001...., что представляет не что иное, как высокочастотные прямоугольные импульсы со скважностью 4/1, Эти импульсы, проходя без инверсии через элемент

ИЛИ 7 и соответствующие мультиплексоры 9 (а в четных каналах и элементы

ИЛИ 10), интегрируются в индуктивности соответствующих фазных обмоток двигателя и создают ток, величиной

Хк/4. Эти же импульсы после инверсии в элементе HE 5 преобразуются и преобретают скважность 4/3, а проходя через элементы 4,9 и 10 и интегрируясь в соответствующих фазах двигателя создают ток, величиной 3/4 I>.

После поступления второго низкочастотного импульса f на вход счетЬ чика 2 на его выходах младших разрядов устанавливается код О.,1 Он в сумматоре 3 логически суммируется с изменяющимися выходными кодами счетчика 1 и на выходе его переноса возникает периодически повторяю171М77 щаяея кодовая последовательность

00110011..., что равносильно высокочастотным прямоугольным импульсам со скважностью 4/2. Зти импульсы, проходя без инверсии через соответствующие элементы устройства и интегрируясь в фазах двигателя, создают ток, величиной 2/4 IH, а после инверсии - также ток, величиной 2/4 I<.

После третьего низкочастотного импульса i на выходе переноса сумматора 3 возникают коды 01110111..., т.е. информируются импульсы со скважностью 4/3, а через определенные фазы двигателя устанавливаются соответствующие токи 3/4 Iн и 1/4 IH, После йереполнения младших разрядов счетчика 2 (т.е. после заполнения всех этих разрядов логическими единицами) на выходе первого раз- . ряда его старших разрядов появляется единичный потенциал. Благодаря этому в такт формирования кодов на выходах младших разрядов счетчика 2 в перво" 25 фазе 1 .! двигателя устанавливается номинальный ток 1>, в ш-й фазелинейно-- уненчатс спадающий ток при нулевых токах в остальных фазах).

ЗО

Посге повторного переполнения младших разрядов счетчика 2 единица появляется во втором разряд старших его разрядов. Зто приводит к выборке вторых информационных входов мультипгек- З5 соров 9. Благодаря этому при нулевом потенциале. первого разряда старших разрядов счетчика 2 в первой фазе

12.1 двигателя устанавливается номинальный ток I, âo второй фазе 12.2 щ0 формируется линейно-ступенчато нарастающий ток, а при единичном потенциале первого разряда старших разрядов счетчика 2 в первой фазе формируется линейно-ступенчато спадающий ток, во второй фазе устанавливается номи-. нальный ток (при Hóëåâûõ токах в остальных фазах).

Дальнейшее функционирование устройства аналогично описанному. Отличие заключается лишь в том, что в последующих тактах работы поочередно выбираются последующие выходы дешифратора 8, в соответствии с чем разрешение получают другие группы мульти- плексора 9. В результате этого ступенчато нарастающие и спадающие токи. создаются в последующих парах фаз двигателя.

Благодаря описанному порядку функционирования устройства вектор результирующего момента на валу двигателя описывает m-гольную номограмму по полю двигателя, и в соответствии с этим его ротор отрабатывает заданное число дробных шагов (фиг.56-76).

Реверсирование двигателя осуществляется изменением на обратный логического потенциала на шине "Рев" счетчика 2, в результате которого он переходит на режим вычитания.

Коэффициент дробления основного шага двигателя определяется выражением К=2"" где и-выбранное число младших разрядов счетчика 2 и выбранное число разрядов счетчика 1.

Зто число определяе-ся выражением n = — 1og К-1.

Число старших разрядов счетчика 2 определяется выражением Р=2+ 1од ( где m — число фаэ двигателя.

Число выходов дешифратора 8 равно

m/2.

Количество уровней квантования тока в каждой фазе равно 2".

При реализации счетчика 2 могут быть использованы два последовательно соединенных двоичных счетчика, первый из которых формирует эквивалентный код младших разрядов счетчика 2 и имеет коэффициент пересчета и, а второй формирует эквивалентный код старших разрядов счетчика 2 и имеет коэффициент пересчета Р=24Д1о

Частота импульсов высокочастотного тактирования f выбирается исхо1 дя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя. А частота импульсов низкочастотного тактирования fg выбирается в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.

Таким образом, устройство по срав,нению с известным имеет значительно ,более простую логическую структуру, поскольку в нем вместо мультиплексоров с m информационными входами используются самые простые мультиплексоры с двумя информационными входами. Зто упрощение приводит к значительному повышению надежности устройства. А введение дополнительного дешифратора 8 мало влияет на общий объем аппаратуры устройства.

1714577

Формула изобретения

Устройство для программного управления ш-фазным шаговым двигателем .

5 где в=4,б,8,... — четное число, содержащее нереверсивный двоичный счетчик, счетный вход которого. соединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования,реверсивный двоичный счетчик, счетный вход.. входы управления реверсом и установки в "0" которого соединены соответственно с шинами низкочастотных импульсов тактирования, реверсирования и установки в ну- 1 левое исходное состояние, сумматор кодов, первая группа входов которого соединена с выходами нереверсивного двоичного счетчика, а вторая группа входов - с выходами младших разрядов реверсивного двоичного счетчика, первый элемент ИЛИ, входы которого через первый и второй элементы НЕ соедине". ны. соответственно с выходом переноса .сумматора кодов и с выходом первого разряда старших разрядов реверсивного двоичного счетчика, второй элемент

ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходом переноса сумма,.тора кодов и выходом первого разряда старших разрядов реверсивного двоичного счетчика, а в каждом канале управления - усилитель мощности, выходом подключенный к фазной обмотке шагового двигателя, о т. л и.ч а ю " щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, введены дешифратор и в каждый нечетный каt. нал - мультиплексор "2 на 1", выход которого соединен с входом соответствующего усилителя мощности, в каждый

40 четный канал — первый и второй мультиплексоры "2 на 1" и соединенный с .их выходами элемент ИЛИ, выход которого подключен к входу соответствую"

45 щего усилителя мощности, входы дешифратора соединены с выходами с, третьего по последний разряды старших разрядов реверсивного двоичного счетчика, выход второго разряда старших разрядов которого подключен к управляющим входам всех мультиплексоров, первый выход дешифратора соединен с входами стробирования мультиплексора первого канала, первого мультиплексора второго канала и второго мультиплексора m-ro канала,. второй выход дешифратора — с входами стробирования мультиплексора третьего канала, первого мультиплексора четвертого канала и второго мультиплексора второго канала, третий выход дешифраз ора - с входами стробирования мультиплексора яятого канала, первого мультиплексора шестого канала и второго мультиплексора четвертого канала,j — и (j=1,...,m/2) выход дешифратора подключен к входам стробирования мультиплексора (j-1)-ro канала, первого мультиплексора j-ro канала и второго мультиплексора (j 2)-го канала, (m/2)-1 -й выход дешифратора соединен с входами стробирования мультиплексора (m-3)-го канала, первого мультиплексора (и-2)-го канала и второго мультиплексора (m — 4)-го канала, (m/2)-й выход дешифратора соединен с-входами стробирования мультиплексора (m-1)-ro канала, первого мультиплексора m-го канала и второго мультиплексора (m — 2)-го канала, выход первого элемента ИЛИ соединен с вторыми информационными входами мультиплексоров нечетных каналов и с первыми информационными входами вторых мультиплексоров четных каналов, выход вто" рого элемента ИЛИ - с первыми инфор" мационными входами мультиплексоров нечетных каналов и с вторыми информационными входами первых мультиплексоров четных каналов, а первые информационные входы первых мультиплексоров и вторые- информационные входы вторых мультиплексоров четных каналов соединены с шиной нулевого логического потенциала.

1714577

17 14577

1714577

Фцг, SQ (а =Ф,к=8)

39

Фц8. 55 (m=9,к=8) 1714577 . Ea (m=8,к=8)

Фиг 86 (т = G,к= 8) 1 714517

9ие.7а (m=8, к=8) t

1714577

Составитель А. Исправникова

Те Ч ед Л.Олийнык Корректор Л.Патай,Редактор Н.Химчук

Заказ 693 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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