Устройство для программного управления @ -фазным шаговым двигателем

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач. Цель - упрощение и повышение надежности устройства. Для этого в устройство , содержащее нереверсивный и реверсивный двоичные счетчики, сумматор кодов, первый и второй элементы ИЛИ, введены Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач. Известно устройство для программного управления m-фазным шаговым двигателем , содержащее блок задания программ, подключенный выходами через первый и второй счетчики к входам сумматора кодов, первый инвертор и m мультиплексоров, выходы которых подключены к фазным обмоткам двигателя, управляющие входы соединены между собой и с выходами старших разрядов второго счетчика, выход переноса сумматора кодов соединен с 1,2,3,..,, nri-ым информационным входом соответственно 2.3т, 1-го мультиплексоров, а чепервый и второй мультиплексоры 2 на 1, дешифратор, а в каждом из каналов управления - элемент И, первые информационные входы первого и второго мультиплексоров соединены с выходами второго и первого элементов ИЛИ, вторые информационные входы первого и второго мультиплексоров подключены к выходам первого и второго элементов ИЛИ соответственно , управляющие входы первого и второго мультиплексоров соединены с выходом второго старшего разряда реверсивного двоичного счетчика, выход первого мультиплексора соединен с первыми входами элементов И всех нечетных каналов, а выход второго мультиплексора соединен с первыми входами элементов И всех четных каналов, входы дешифратора соединены с выходами с второго по последний старших разрядов реверсивного двоичного счетчика, в выходы дешифратора - с вторыми входами элементов И соответствующих каналов, выходы которых соединены с усилителями мощности данных каналов. 6 ил. Ё рез инвертор - с 1,2,3,..., m-ым информационным входом соответственно 1,2.3m-ro мультиплексоров, а третьи информационные входы мультиплексоров подключены к шине нулевого потенциала. Недостатками этого устройства являются низкая точность отработки дробных шагов , низкий создаваемый момент на валу двигателя и небольшой коэффициент дробления . Наиболее близким к изобретению является устройство для программного управления т-фазным шаговым двигателем, где m 4,6,8,..., - четное число, содержащее нереверсивный двоичный счетчик, счетный вход, входы управления реверсом и установки в О которого соединены с шиной высокочаVJ 00 00 4J

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (505 G 05 В 19/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 0 I»2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4804474/24 (22) 20,03.90 (46) 07.03.92, Бюл. N. 9 (71) Ереванский политехнический институт им, К.Маркса (72} В.Ш,Арутюнян, А.Ç.Мурадян, Г.Б.Мнацаканян и С,А.Манукян (53) 621.503.55 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1020800, кл. 6 05 В 19/40; 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 1137443, кл. 6 05 В 19/40, 1983, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО

УПРАВЛЕНИЯ М-ФАЗНЫМ ШАГОВЫМ

ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач. Цель — упрощение и повышение надежности устройства. Для этого в устройство, содержащее нереверсивный и реверсивный двоичные счетчики, сумматор кодов, первый и второй элементы ИЛИ, введены

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач.

Известно устройство для программного уйравления m-фазным шаговым двигателем, содержащее блок задания программ, подключенный выходами через первый. и второй счетчики к входам сумматора кодов, первый.инвертор и m мультиплексоров, выходы которых подключены к фазным обмоткам двигателя, управляющие входы соединены между собой и с выходами старших разрядов второго счетчика, выход переноса сумматора кодов соединен с 1,2,3,..., m-ым информационным входом соответственно 2,3,..., m, 1-го мультиплексоров, а че„„Я2„„1718187 А1 первый и второй мультиплексоры "2 на 1", дешифратор, а в каждом из каналов управления — элемент И, первые информационные входы первого и второго мультиплексоров соединены с выходами второго и первого элементов ИЛИ, вторые информационные входы первого и второго мультиплексоров подключены к выходам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, управляющие входы первого и второго мультиплексоров соединены с выходом второго старшего разряда реверсивного двоичного счетчика, выход первого мультиплексора соединен с первыми входами элементов И всех нечетных каналов, а выход второго мультиплексора соединен с первыми входами элементов И всех четных каналов, входы дешифратора соединены с выходами с второго по последний старших разрядов реверсивного двоичного счетчика, в выходы дешифратора — с.вторыми входами элементов И соответствующих каналов, выходы которых соединены с усилителями мощности данных каналов. 6 ил. реэ инвертор — с 1,2,3,..., m-ым информационным входом соответственно 1,2.3„... m-гомультиплексоров, а третьи информационные входы мультиплексоров подключены к шине нулевого потенциала.

Недостатками этого устройства являются низкая точность отработки дробных шагов, низкий создаваемый момент на валу двигателя и небольшой коэффициент дробления.

Наиболее близким к изобретению является устройство для программного управления m-фазным шаговым двигателем, где m=4,6,8,..., — четное число, содержащее нереверсивный двоичный счетчик, счетный вход, входы управления реверсом и установки в

"0" которого соединены с шиной высокоча1718187 " статных импульсов тактирования, реверсивный двоичный счетчик, входы которого соединены с шинами низкочастотных импульсов тактирования, реверса и установки в нулевое исходное состояние, сумматор кодов, первая группа входов которого соединена с выходами нереверсивного двоичного счетчика, а вторая группа входов — с выходами младших разрядов реверсивного двоичнага счетчика, первый элемент ИЛИ, входы которого через первый и второй элементы НЕ соединены соответственно с выходами переноса сумматора кодов и с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика, второй элемент ИЛИ, входы котарага соединены соответственно. с выходом переноса сумматора кодов и с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика, а в каждом канале управления, — усилитель мощности, выходом подключенный, к соответствующей фазной обмотке шагового двигателя;

Недостатком этого устройства являют-. ся сложность схемы, обусловленная содержанием в каждом канале мультиплексоров с m-информационными входами, низкая надежность работы.

Цель изобретения — упрощение и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для программного управления

m-фазным двигателем, где m - 4,6,8,...,— четное число, содержащее нереверсивный двоичный счетчик, вход которого соединен с шиной высокочастотных импульсов тактиравания, реверсивный двоичный счетчик, счетный вход, входы управления реверсом и установки в "О" .которого соединены с шинами низкочастотных импульсов тактирования, реверса и установки в нулевое исходное состояние, сумматоров кодов, первая. группа входов которого соединена с выходами нереверсивнаго счетчика, а вторая группа входов — с выходами младших разрядов реверсивного двоичного счетчика, первый элемент ИЛИ., вхадй которого через первый и второй элементы HE соединены соответственно с выходом переноса сумматора кодов и с пеовым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика, второй элемент ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходом переноса сумматора кодов и с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика, а в каждом выходном канале управления — усилитель мощности, выходом подключенный к соответствующей фазнай обмотке шагового двигателя, введены первый и второй мультиплексоры "2 на 1", дешифратор, е в каждом из каналов управления — логический элемен И, первые информационные входы первого и второго мультиплексоров соединены с выходами второго и первого элементов ИЛИ, вторые информационные входы.

5 первого и второго мультиплексоров подключены к выходам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, управляющие входы первого и второго мультиплексоров соединены с выходом второго старшего раз10 ряда реверсивного двоичного счетчика, выход первого мультиплексора соединен с первыми входами элементов И всех нечетных каналов, а выход второго мультиплексора соединен с первыми входами элементов

15 И всех четных каналов, входы дешифратора соединены с выходами с второго па последний старших разрядов реверсивного двоичного счетчика, а выходы дешифратора — с вторыми входами, элементов И соответству20 ющих каналов, выходы которых соединены с усилителями мощности данных каналов, На фиг. 1 — 3 представлены функциональные схемы устройства соответственно при управлении 4-х, 6-и. 8-и фазными шаго25 выми двигателями: на фиг. 4 — 6 — временные диаграммы коммутации фазных токов двигателей (а) и номограммы результирующих моментов двигателей (б), Устройства содержит нереверсивный

30 двоичный счетчик 1, вход которого соединен . c шиной высокочастотных импульсов тактирования fs, .реверсивный двоичный счетчик 2, входы которого соединены с шинами низкочастотных импульсов тактирава35 ния Ь, реверсирования "Реверс" и установки в исходное нулевое состояние, "Установка в "О", сумматор кодов 3, первая группа входов которого соединена с выхо.дами нереверсивнога счетчика 1, вторая

40 группа входов — с выходами младших разрядов реверсивного двоичного счетчика 2, первый элемент ИЛИ 4, входы которого через первый 5 и второй 6 элементы НЕ соединены соответственна с выходом переноса

45 сумматора кОдов 3 и с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика 2, второй элемент ИЛИ 7, входы которого соединены соответственно с выходом переноса сумматора кодов 3 и с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика 2, 50 мультиплексоры 8 и 9, информационные входы которых соединены соответственно с выходами первого 4 и второго 7 элементов

ИЛИ, управляющие входы — с выходом первого старшего разряда реверсивного счеу-.

55 чика 2, а выходы — с первыми входами элементов И 10 четных и нечетных каналов, дешифратор 11; входы которых соединены с выходами с второго па последний старших разрядов реверсивного счетчика 2, а выха1718187

20

55 ды — с вторыми входами элементов И 10 соответствующих каналов, усилители мощности 12,,выходы которых соединены с выходами элементов И 10 соответствующих каналов, а выходы — с фазными обмотками

13 двигателя.

Устройство работает следующим образом .

Тактовая последовательность высоко. частотных импульсов fq непрерывно поступает на вход нереверсивного счетчика 1, работающего на суммирование. После подачи импульса "Установка в "0" устройство устанавливается в исходное состояние. При этом на всех разрядных выходах счетчика 2 имеются нулевые логические потенциалы, на выходах переноса сумматора кодов 3 и элемента ИЛИ 7 присутствуют нулевые потенциалы, а на выходах элементов НЕ 5, НЕ

6 и ИЛИ 4 — единичные потенциалы. На первом и последнем выходах дешифратора

11 имеются единичные потенциалы, а на всех остальных его выходах —.нулевые потенциалы. В результате нулевого потенциала на выходе второго старшего разряда счетчика 2 выбираются первые информационные входы мультиплексоров 8 и 9.

В этом состоянии устройства через последнюю 13.m фазу двигателя протекает номинальный ток )н, а во всех остальных фазах токи отсутствуют.

Если к шине устройства прикладывается единичный потенциал, то счетчик 2 настраивается на режим суммирования и обеспечивает прямой порядок переключения фаз двигателя, При этом с поступлением на вход счетчика 2 низкочастотных импульсов тактирования fH на его выходах младших разрядов формируются двоичные . коды, которые, суммируясь с аналогичными выходными кодами счетчика 1 на выходе переноса сумматора. кодов 3. создают высокочастотные ШИМ-сигналы. Эти. ЩИМ-сигналы, проходя через элемент И 10.1 и усилитель 12.1 первого канала, создают в первой "фазе 13.1 двигателя линейно-ступенчато нарастающий ток (при номинальном токе I> в последней m-ой фазе и нулевых токах в остальных фазах).

После переполнения младших разрядов счетчика 2 на выходе первого разряда его старших разрядов появляется единич ный потенциал. Благодаря этому в такт формирования. кодов на .выходах младших разрядов счетчика 2 в первой фазе 13.1 двигателя устанавливается номинальный ток . 4, э в m-ой фазе — линейно-ступенчато спадающий ток (при нулевых токах — в остальных фазах).

После повторного переполнения млад- . ших разрядов счетчика 2 единица появляется на выходе второго его старшего разряда, Это приводит к выборке вторых информационных выходов мультиплексоров 8 и 9 и к выборке первых двух выходов дешифратора

11. Благодаря этому при нулевом потенциале первого старшего разряда счетчика 2 через первую фазу 13.1 двигателя продолжает протекать номинальный ток lH, во второй фазе 13.2 формируется линейно-ступенчато нарастающий ток, а при единичном потенциале первого старшего разряда счетчика 2 в первой фазе формируется линейно-ступенчато спадающий ток, во второй фазе устанавливается номинальный ток 4 (при нулевых токах — в остальных фазах), Дальнейшее функционирование устройства заключается в том, что в последующих тактах работы поочередно выбираются последующие пары выходов (2.3 — 3,4 — 4,5 — ...) дешифратора 11, в соответствии с чем разрешение получают другие пары элементов И 10, B результате этого линейно-ступенчато нарастающие и спадающие токи создаются в последующих парах фаз двигателя. Вектор результирующего момента на валу двигателя описывает m-угольную номограмму по полю двигателя и, в соответствии с этим, его ротор отрабатывает заданное число дробных шагов.

Реверсирование двигателя осуществляется приложением к шине "Реверс" нулевого потенциала и созданием режима вычитания счетчика 2. Коэффициент дробле-. ния основного шага двигателя определяется выражением К - 2"", где число младших разрядов счетчика 2 и число разрядов счетчика 1, Число старших разрядов счетчика 2 определяется .выражением P = 2+)logy 2(, где m — число фаз двигателя, А число выходов дешифратора равно числу фаз двигателя m. Количество уровней модуляции. токов в фазах равно 2". Частота импульсов f8. подаваемых на вход счетчика 1, выбирается, исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя. А частота импульсов fH, подаваемых на вход счетчика 2, выбирается в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.

Таким образом, п редл ага емое уст ройство имеет более простую логическую структуру, поскольку в нем вместо сложных мультиплексоров с m-информационными входами в каждом канале используются самые простые логические элементы И в сочетании с двумя элементарными мультиплексорами "2 на 1" и несложным

1718187

10.1 дешифратором. Это упрощение повышает надежность работы устройства.

Формула изобретения

Устройство для программного управле- 5 ния m-фазным шаговым двигателем, где m=4,6,8,..., — четное число, содержащее нереверсивн ый двоичный счетчик. вход которого соединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования, реверсивный двоичный 10 счетчик, счетный вход, входы управления реверсом и установки в "0" которого соединены соответственно с шинами низкочастотных импульсов тактирования, реверса и установки в нулевое исходное состояние, 15 сумматор кодов, первая группа входов. которого соединена с выходами нереверсивного . двоичного счетчика, а вторая группа входов — с выходами младших разрядов.реверсивного двоичного счетчика, первый 20 элемент ИЛИ. входы которого через первый и второй элементы НЕ соединены соответ-. ственно с выходом переноса сумматора кодов и с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика. второй . 25 элемент ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходом переноса сумматора кодов и.с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика, а в каждом выходном канале управления — усилитель мощности, выходом подключения к соответствующей 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 первый и второй мультиплексоры "2 на 1", дешифратор.. а в каждом.из каналов управления — элемент И, первые информационные входы первого и второго мультиплексоров соединены с выходами второго и первого. элементов ИЛИ. вторые информационные входы первого и второго мультиплексоров подключены к выходам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, управляющие входы первого и второго мультиплексоров соединены с выходом второго старшего разряда реверсивного двоичного счетчика, выход первого мультиплексора соединен с первыми входами элементов И всех нечетных каналов, а выход второго мультиплексора соединен с первыми входами элементов И всех четных каналов, входы дешифратора соединены с выходами с второго по последний старших разрядов реверсивного двоичного счетчика, а выходы дешифратора — с вторыми входами элементов И.соответствующих каналов, выходы которых соединены с усилителями мощности данных каналов.

17181:87

5

40 сц ф

Я.

Ъ м

О4 °

1718187

1718187

1718187

Составитель А. Исправникова

Редактор И. Ванюшкина Техред М.Моргентал Корректор 0, Кундрик

Заказ 881 Тираж ° . 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