Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к системам дискретного электропривода станков с числовым программным управлением и может быть использовано для разнополярного многорежимного управления шаговым двигателем с активным ротором и четным числом фаз Цель изобретения - упрощение и повышение надежности, а также расширение области применения. Устройство содержит два источника питания силовой части с разной полярностью, две группы усилителей мощности, m-канальный распределитель импульсов, состоящий из двоичного реверсивного счетчика импульсов. Для достижения цели устройства дополнительно содержит две шины управления режимом коммутации, а в m-канальный распределитель импульсов введены первый элемент ИЛИ, демультиплексор, каждый из нечетных каналов распределителя содержит мультиплексор 2 на 1, а каждый из четных каналов - два мультиплексора 2 на 1 и второй элемент ИЛИ 7 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 05 В 19/02

ГОСУДАР СТ В Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4833831/24 (22) 01.06.90 (46) 15.06,92. Бюл, ¹ 22 (71) Научно-производственное объединение

"Астро" (72) В,LU,Арутюнян, А,Ç.Мурадян и Г.Б,Мнацаканян (53) 62 — 50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1481711, кл. G 05 В 19/02, 1989.

Авторское свидетельство СССР № 1374179, кл. G 05 В 19/02, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к системам дискретного электропривода станков с числовым программным управлением и может быть использовано для разнополярного

Изобретение относится к системам дискретного электропривода станков с чйсловым программным управлением и может быть использовано для разнополярного многорежимного управления шаговых двигателей с активным ротором и с четным числом фаз гп=4,6,8,...

Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первую и вторую группы усилителей мощности со средними точками, образующие полумостовые усилители мощности, два источника питания силовой части с противоположными полярностями, четырех раз рядн ы и двоичный счетчик, инвертор, два трехпозиционных переключателя, логические элементы 2

И-НЕ, 2И, 2ИЛИ. ЗИ, три элемента неравÄÄ5Q ÄÄ 1741099 А1 многорежимного управления шаговым двигателем с активным ротором и четным числом фаз. Цель изобретения — упрощение и повышение надежности, а также расширение области применения, Устройство содержит два источника питания силовой части с разной полярностью, две группы усилителей мощности, m-канальный распределитель импульсов, состоящий иэ двоичного реверсивного счетчика импульсов. Для достижения цели устройства дополнительно содержит две шины управления режимом коммутации, а в m-канальный распределитель импульсов введены первый элемент

ИЛИ, демультиплексор, каждый из нечетных каналов распределителя содержит мультиплексор "2 на 1", а каждый из четных каналов — два мультиплексора "2 на 1" и . второй элемент ИЛИ. 7 ил, нозначности, первую и вторую группы мультиплексоров "4 на 1", шины управления ре, жимом, два мультиплексора "2 на 1".

Недостатками этого устройства являются сложность, обусловленная содержанием большого числа элементов, а также ограниченная область применения, обусловленная возможностью управления только трех- и четырехфаэными шаговыми двигателями, Наиболее близким к изобретению является устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первой и второй . источники питания силовой части противоположных полярностей, соединенные между ними полумостовые усилители мощности с двумя группами усилителей, коммутирую1741099

25

55 щих фазные токи двигателя, общую шину источников питания, m-канальный распределитель импульсов, состоящий из мультиплексоров и двоичного реверсивного счетчика импульсов, имеющего входные шины тактирования реверса и установки в исходное состояние. Кроме того, оно содер>кит элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ, два трехпозиционных переключателя.

Недостатками этого устройства также являются сложность (большой обьем аппаратуры) и ограниченные функциональные возможности (обеспечивает управление только трехфазным двигателем).

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение надежности путем сокращения числа элементов и рас шиоение области применения путем обеспечения всех возможных разнополярных режимов управления любым шаговым двигателем с четным числом фаз (m = 4, б, 8„...), Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления шаговым двигателем, содер>кащее первый и второй источники питания силовой части противоположных поля,::- остей, две группы усилителей мошности, илоBые входы усилителей мощности первой группы соединены с первым источником питания силовой части, силовые входы усилителей мощности второй группы — с вторылл источником питания силовой части, а их выходы обьединены попарно между собой, m-канальный распределитель импульсов, состоящий из двоичного реверсивного счет:ика импульсов, имеющего входные шины тактирования, реверса и установки в исходное состояние, являющимися входными шинами устройства, дополнительно содержит первую и вторую шины управления режимом коммутации, в m-канальный распределитель импульсов введены первый элемент ИЛИ демультиплексор, каждый из нечетных каналов распределителя содержит мультиплексор "2 на 1" на каждый из четных каналов — два мультиплексора "2 на 1" и второй элементы ИЛИ, выходы которого соединены с выходами мультиплексоров "2 на 1" данного канала, первые информационные входы мультиплексоров всех нечетных каналов и вторые информационные входы первых мультиплексоров всех четных каналов соединены с выходом первого элемента

ИЛИ, вторые информационные входы мультиплексоров всех нечетных каналов и первые информационные входы вторых мультиплексоров всех четных каналов соединены с первой шиной управления режимом, первые информационные входы первых мультиплексоров и вторые информационные входы вторых мультиплексоров всех четных каналов соединены с общей шиной источников питания, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с второй шиной управления режимом, а второй вход — с выходом первого разряда двоичного реверсивного счетчика, адресные входы демультиплексора соединены соответственно с выходами с третьего по последний разряды двоичного реверсивного счетчика, а информационный вход — с общей шиной источников питания, адресные входы всех мультиплексоров соединень с выходом второго разряда двоичного реверсивного счетчика, входы стробирования мультиплексоров

1-ro, З-ro, „(m-3)-го, (m-1)-го нечетных каналов подключены к входам стробирования первых мультиплексоров 2--o, 4-го,...,(m-2)-го, m-го четных каналов и соединены соответITl ственно с 2-ым, 3-им...„— -ым, 1-ым выходами демультиплексора, а входы стробирования вторых мультиплексоров 2ro, 4-го,...,(m-2)-го, гп-го четных каналов соеди нен ы соответст вен но с З-им, 4-ым„...— ым, 1-ым, 2-ым выходами демуль" " 2 гп типлексора, с первого no †; — -ый, выходы

2 распределителя соединены cooTBBTGTBBIIHo с управляюшими входами усилителей мощГп ности первой группы с(— „+1)-го по m-й вы2 ходы распределителя соединены

cool BeTcTBeIIIIo с управляющи ли входами усилителей мощности второй группы, а противолежащие фазные обмотки двигателя попарно-встречно, параллельно или последовательно соединены соответственно между объединенными выходами соответствующих усилителей мощности первой и второй групп и общей шиной источников питания.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для управления шаговым двигателем с четным числом фаз m; на фиг.2, 3 и 4 — функциональные схемы устройства для конкретных случаев управления соответственно 4-, 6-, 8-фазными шаговыми двигателями; на фиг.5, б и 7— соответствующие им номограммы векторов моментов.

В общем случае, когда число фаз равно m, предлагаемое устройство (фиг.f) содержит первую 1.1 — 1. — и вторую 2,1 — 2. — группы

П) IVI 2 2 усилителей, соединенные между собой и согп ставляющие — полумостовых схем усилите2

1741099

10

30

40

55 лей.мощности, подключенных к источникам питания 3 и 4 противоположных полярностей и коммутирующих токи попарно-встречно, параллельно или последовательно соединенных противолежащих фаз 5.1 — 5.m двигателя, реверсивный двоичный счетчик 6 с шинами тактирования, реверса и установки в нулевое исходное состояние, первый логический элемент ИЛИ 7, первый вход которого соединен с выходом первого разряда счетчика 6, демультиплексора 8, информационный вход которого соединен с общей (нулевой) шиной 9 источников питания, а адресные входы — с выходами с третьего по последний разрядов счетчика 6. В нечетных каналах распределителя содерm жатся мультиплексоры 10,1 — 10. — со струк 2 турой "2 на 1", а в четных каналах — по два мультиплексора 11,1 — 11.—, 12,1-12.—

m гл 2 2 со структурой "2 на 1" и логические элеменm ты ИЛИ 13.1 — 13, —, входы которых соеди .2 нены с выходами мультиплексоров этих же каналов, Устройство содержит также первую 14 и вторую 15 шины управления режимом, Причем первые информационные

Al входы мультиплексоров 10.1 — 10.— нечет 2 ных каналов и вторые входы первых мультиill плексоров 11.1-11. — четных каналов 2 соединены с выходом первого элемента

ИЛИ 7, второй вход которого соединен с второй шиной 15 управления режимом, втогп рые входы мультиплексоров 10.1 — 10.— не 2 четных каналов и первые входы вторых мультиплексоров 12.1-12. — четных кана2 лов соединены с первой шиной 14 управления режимом, первые входы первых

m. мультиплексоров 11.1-11.— и вторые вхо 2 ды вторых мультиплексоров 12.1 — 12.— чет-.

m 2 ных каналов соединены с общей шиной

П3 источников питания..С первого по — выхо2 ды распределителя соединены соответственно с управляющими входами усилителей мощности первой группы 1.1 l. à c (— +1)-го по m-й выходы распредеm m 2 2 лителя — соответственно с управляющими входами усилителей мощности второй группы 2.1-2.—, и) 2

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Перед созданием любого из возможных режимов коммутации фаз к шине "Уст.О" подается сигнал обнуления счетчика 6, а к шине "Реверс" в зависимости от требуемого направления вращения прикладывается нулевой или единичный логический потенциал, Задание определенного режима коммутации осуществляется путем приложения к шинам 14 и 15 требуемой комбинации нулевых и единичных логических потенциалов.

При подаче к шине Т тактирующих импульсов на выходах разрядов счетчика 6 поочередно формируются двоичные коды, Счетчик 6 производит подсчет тактовых импульсов до своего коэффициента пересчета Keep, после чего автоматически обнуляется.

При приложении к шине 14 нулевого логического потенциала, а к шине 15 — единичного логического потенциала на выходе элемента ИЛИ 17 устанавливается постоянный единичный логический потенциал, В результате этого в процессе переключения выходных каналов распределителя первый разряд счетчика 6 не участвует. В такт поступления импульсов на вход Т счетчика 6 на его выходах поочередно формируются двоичные коды, которые приводят к nooseредному возникновению нулевого потенциала на одном из выходов демультиплексора

8 (при единичных потенциалах на остальных выходах) и соответствующим переключениям мультиплексоров 10 — 12. Благодаря этому на выходах распределителя через один такт поступления импульсов формируются коды "1 из m" (т.е. с одной единицей и m-1 нулями). Это приводит к созданию такого разнополярного режима коммутации фаз двигателя, при котором ротор принимает основные дискретные положения (фиг,5а, ба, 7а), В этом режиме суммарный вектор момента двигателя в каждом такте переключения фаз равен удвоенному значению номинального его момента при однополярном управлении, Если к обеим шинам 14 и 15 приложить единичный логический потенциал, то через один такт поступления импульсов к входу Т счетчика 6 на выходах распределителя формируются коды "2 иэ m" (т.е. с двумя единицами и m-2 нулями). Это приводит к созданию такого разнополярного режима коммутации фаэ двигателя, при котором ротор двигателя принимает промежуточные положения между основными (фиг.56, 66, 76). При этом режиме суммарный вектор момента двигателя в каждом также переключения фаз равен гео20

55 метрической сумме удвоенных значений номинальных моментов двух соседних основных положений при однополярном управлении, В отличие от описанных первых двух режимов в третьем режиме работы устройства к шинам 14 прикладывается единичный потенциал, а к шине 15 — нулевой потенциал. В результате этого в процессе переключения мультиплексоров 10 — 12 и фазных обмоток двигателя принимает участие так>ке первый разряд .счетчика 6. Благодаря этому через ка>хдый такт поступления импульсов на вход Т счетчика 6 на выходах раси редел ителя поочередно форми руются коды с одной и двумя единицами из m. В итоге вал двигателя поочередно принимает все возможньlB основные и промежуточные положения (фиг.5в, 6в, 7в).

Реверсирование устройства производится путем изменения логического потенциала на входе "Реверс" счетчика 6 на обратное и, таким образом, перевода счетчика 6 из режима суммирования на режим вычитания.

Ь бщем случае, когда число фаз двигателя равно m, коэффициент пересчета счетчика 6 выбирается равным Kn+p. = 2m.

Он строится по известным обобщенным поинципам с произвольным модулем пересчета.

Выбор между встречно параллельным или последовательным соединением противолежащих фаз двигателя осуществляется исходя из конструкции выводомдвигателя и используемь х усилителей мощности.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет более простую структуру и высокую надежность, поскольку содержит меньшее число полумостовых усилителей мощности и логических элементов и более прост в управлении, Кроме того, оно имеет более широкую область применения, поскольку позволяет управлять любым шаговым двигателем с четным числом фаз, Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и второй источники питания силовой части противоположных полярностей, две группы усилителей мощности, силовые входы усилителей мощности первой группы соединены с первым источником питания силовой части, силовые входы усили1елей мощности второй группы — с вторым источником питания силовой части, а их выходы обьединены попарно между собой. m-канальный распределитель импульсов, состоящий из двоичного реверсивного счетчика импульсов, имеющего входные шины тактирования, реверса и установки в исходное состояние, являющееся выходными шинами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения наде>кности, а также расширения области применения путем обеспечения всех возможных разнополярных режимов коммутации фаз любого m-фазного шагового двигателя, где

m = 4, 6, 8„... дополнительно содержит первую и вторую шины управления режимом коммутации, в m-канальный распределитель импульсов введены первый элемент

ИЛИ, демультиплексор, каждый из нечетных каналов распределителя содержит мультиплексор "2 на 1", а каждый из четных кацалов — два мультиплексора "2 на 1" и второй элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами мультиплексоров "2 на 1" данного канала, первые информационные входы мультиплексоров всех нечетных каналов и вторые информационные входы первых мультиплексоров всех четных каналов соединены с выходом первого элемента

ИЛИ, вторые информационные входы мультиплекс0pов всех нечетных каналов и первые информационные входы вторых мультиплексоров всех четных каналов соединены с первой шиной управления режимом. первые информационные входы первых мультиплексоров и псрвые информационные входы вторых мультиплексоров всех четных каналов соединены с общей LUI ной источников питания, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с второй шиной управления режимом, а второй вход — с выходом первого двоичного разряда двоичного реверсивного счетчика, адресные входы демультиплексора соединены соответственно с выходами с третьего по последний разряды двоичного реверсивного счетчика, а информационный вход — с общей шиной источников питания, адресные входы всех мультиплексоров соединены с выходом второго разряда двоичного реверсивного счетчика, входы стробирования мультиплексоров 1-го, З-го...„(m-3)-го, (m-1)-го нечетных каналов подключены к входам стробирования первых мультиплексоров 2-го, 4-го,. „,(m-2)-го, m-ro четных каналов и соединены соответственно с 2-м, m

3-м,.„, — м, 1-м выходами демультиплексора, а входы стробирования вторых мультиплексоров 2-го, 4-го„„,(m-4)-го, (m-2)-ro, m-го четных каналов соединены соответственно гп с 3-м, 4-м,. „— -м, 1-м, 2-м выходами де1741099

m мультиплексора, с первого по — выходы распределителя соединены соответственно с управляющими входами усилителей мощm ности первой группы, с (— +1)-го по m-й выходы распределителя соединены соответственно с управляющими входами усилителей мощности второй группы, а противолежащие фазные обмотки двигателя попарно-встречно, параллельно или последовательно соединены соответственно

5 между объединенными выходами соответствующих усилителей мощности первой и второй групп и общей шиной источников питания.

1743099

1741099

1741099 3

1741099

1741099

Ь!. с

4>

Ф

4-) л. (1

Составитель В.Арутюнян

Редактор Н.Швыдкэя Техред M.Mîðãåíòàë Корректор А.Ротман

Заказ 2084 Тираж Поди иснлз

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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