Коммутатор для управления шаговым двигателем

 

Использование изобретения относится к автоматике и может быть использовано в. системах управления волновыми шаговыми двигателями; Сущность состоит в расширении области применения.коммутатора. Коммутатор для управления шаговым двигателем содержит элементы И, элемент И-НЕ. блок памяти порядка включения обмоток двигателя, бло.к усилителей. Введение преобразователя сигнала управления в частоту, анализатора сигнала управления, .формирователя импульсов блока формирования форсирующих импульсов позволяет управлять работой коммутатора одним ана ,, логовым сигналом, а также выдавать на выход импульсы специальной формы и этим повысить момент и приемистость шагового двигателя при высоких скоростях вращения. 7 ил., 2 табл. .:. ..- ,;- ..

„„ Ж„„1784944 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛ ИК (я)5 G 05 В 19/40

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР. (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДETEJlbCTBY,1, . .2 (21) 4817593/24 -: .: . :"; .,. сиСтемах управления волновыми щаговыми (22) 23.04.90 . .: .:" . -:"- : : . двйгателями; Сущность состоит в расшире- (46) 30.12.92. Бюл. N 48 .:::;- нии области применения, коммутатора. Ком- (71) Научно -"исследовательский и проектно- мутатор для управления щаговым конструкторский институт. автоматизиро- двигателем содержит элементы И, элемент ванных -систем управления транспортом И-НЕ, блок памяти порядка включения обгаза, . .,: .:. .: - : .. .:.: .":": .,:: моток двигателя, блок усилителей, Введе(72) В.С,Байч, Е.H.Áàíòþêîâ, В.И.Звездин; ние преобразователя сигнала управления в

- Л.Б. Леойтьев и В;К.Пашин : . -.::...." частоту, анализатора сигнала управления, {56) Авторское свидетельство СССР . .. формирователя импульсов блока формироN . 1471175, кл. 6 05 В 19/40, 1989, .. вания .форсирующих импульсов позволяет

Авторское свидетельство СССР: : . управлять работой коммутатора одним анаМ 1418656, кл. G 05 В 19/40, 1988, ": .: .; логовым сигналом, а также выдавать на вы(54) КОММУТАТОР ДЛЯ YllPABJlEHtIlA ЩА- .. ход импульсы специальной формы и этим

ГОВЪ|М ДВИГАТЕЛЕМ : . ::.: -. повысить момент и приемистость шагового (57) Использование изобретения относится двигателя при высоких скоростях вращения, к автоматике и может быть использовано в, . 7 ил,, 2 табл.

- Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управ ленйя волновыми шаговыми двигателями.

;. Известен .коммутатор для управления шаговым двигателем, содержащий генератор импульсов, первый счетчик ймпульсов. второй счетчик импульсов, к тактовому входу которого подключен выход первого счет. чика имйульсов, тактовый вход которого . соединен с выходом генератора импульсов, шинутактовйх импульсов, которая подключена к входу генератора импульсов и к входу сброса первого счетчика импульсов, шину управления, которая соединена с входом управления второго счетчика импульсов, шины коэффициента пересчета, которые подключены к информационным входам второго счетчика импульсов, шину реверса, которая соединена с входом вида счета:второго счетчика импульсов, первый элемент

ИЛИ, к первому входу которого подключен л третий выход второго счетчика импульсов, второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с четвертым выходом второго счетчика импульсов, блок памяти, к перво1 му, второму, третьему и четвертому входам которого подключены первый и второй вы- += ходы второго счетчика импульсов и выходы первого и второго элементов ИЛИ соответственно, первую, вторую и третью шины режима, которые соединены со вторым входом первого элемента ИЛИ, со вторым входом второго элемента ИЛИ и с пятым входом блока питания соответственно, шину включения, которая подключена к входу разрешения блока памяти, блок усилителей.

1 входы которого соединены с выходами блока памяти.

1784944

10 скоростях вращения, 25

Недостатком данного коммутатора являются ограниченные функциональные возмо>кности, т.к. для его работы требуется большое число сигналов управления и, кроме того, коммуттаор может выдавать только прямоугольные импульсы напря>кения в блок усилителей.

Наиболее близким rio технической сущности является коммутатор для управления шаговым двигателем, содержащий многокайальный генератор импульсов, блок памяти, третйй вход которого соединен" с выходом третьего канала генератора импульсов, шину выбора последовательности, которая подключена ко второму входу блока памяти, формирователь с иклов коммутацйи,-состоящий из первого, второго и третьего элементов И, первого и второго элементов

ИЛИ, счетчика импульсов, к суммирующему входу которого подключен выход первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого канала генератора импульсов и с первым входом второго элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вычитающим входом счетчика импульсов, вход сброса которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, йервый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, элемента сравнения, выход которого подключен ко второму входу третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом второго канала генератора импульсов, первого. элемента задержки, к входу которого подключен выход заема .счетчика импульсов, второго элемента за-. держки, вход которого соединен с выходом первого элемента задержки и с входом записи информации счетчика импульсов, выход второго элемента задержки подключен ко второму входу второго элемента ИЛИ; шину "Вправо", которая соединена с первым входом первого элемента И и с первым входом элемента сравнения, шину "Влево", которая подключена ко второму входу второго элемента И, шину "Установка", которая соединена со вторым входом первого элемента ИЛИ, шины "Цикл", которые подключены к информационным входам счетчика импульсов и к третьим входам элемента сравнения, вторые входы которого соединены с выходами счетчика импульсов и с первыми входами блока памяти, выходные шины, к которым подключены выходы блока памяти, Недостатком данного коммутатора так>ке являются ограниченные функциональные возможности. т.к. ему так же требуется большое количество сигналов управления, он не может управлять частотой выдаваемых импульсов и, следовательно, скоростью вращения шагового двигателя и выдает только прямоугольные импульсы.

Целью изобретения является расширение области применения коммутатора путем управления его работой одним аналоговым сигналом, управления частотой выдаваемых импульсов и, соответственно, скоростью вращения шагового двигателя и выдачи импульсов специальной формы, позволяющей повысить момент и приемистость шагового двигателя при выСоких

Указанная цель достигается тем, что в известный коммутатор для управления ша- --- -говым двйгателем, содержащий первый и второй элементы И, элемент И вЂ” Н Е, счетчик импульсов, суммирующий вход которого подключен к выходу второго элемейта И, 20 адресные входы за исключением входа старшего разряда блока постоянной памяти порядка включения обмоток двигателя соединены с выходами счетчика импульсов, первая группа входов блока усилителей подключена к группе информационных выходов блока постоянной памяти порядка включения обмоток двигателя, а группа выходов является группой выходов устройства, введены преобразователь сигнала управления

30 в частоту, анализатор входного сигнала, формирователь".импульсов и формирователь формирующих импульсов, группа информацйонных выходов котррого подключена ко второй группе входов блока

35 уислителей, уйравлабщий вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, входом соединенного с первым-выходом преобразователя сигна40 ла управления в частоту, второй выход которого подключен к первому входу первого элемента И, а третий выход к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемен45 та И, со вторым входом элемента И-НЕ, с входом старшего разряда блока постоянной памяти порядка включения обмоток двйгатела и с первым выходом анализатора входного сигнала второй выход которого подключен к третьему входу второго элемента И, коммутатор соединен с входом преобразователя сигнала управления в частоту и с входом анализатора входного сигнала, третий выход которого подключен к входу старшего разряда блока формирования форсирующих импульсов и к третьему входу первого элемента И, выход которого соединен с вычитающим входом счетчика импульсов, группа выходов которого подключена к группе информационных входов

1784944 за исключением входа старшего разряда, блока формирования форсирующих импульсов, На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого коммутатора для управления шаговым двигателем; на фиг .2— пример выполнения одного усилителя блока 10; на фиг.3 — порядок чередования импульсов в фазных обмотках шагового двигателя, необходимый для правого ("а") и левого ("б") вращения; на фиг.4 — форма импульсов напряжения на выходах (ПЗУ8) и форма импульсов в фазных обмотках шагового двигателя; на фиг.5 — структурная схема системы автоматического управления подачей топливного газа в турбину газоперекачивающего агрегата; на фиг,6 — порядок выдачи импульсов блока 8 и блока 9 при работе шагового двигателя; на фиг.7 — порядок выдачи и форма импульсов, выдаваемых 20 усилителями блока 10 на активную нагрузку, равную полному сопротивлению фазной обмотки.

Коммутатор для управления шаговым двигателем (фиг.1) содержит преобразова- 25 тель сигнала управления в частоту 1, анализатор входного сигнала 2, первый элемент

И 3, к первому входу которого подключен первый выход преобразователя сигнала управления в частоту 1, второй элемент И 4, 30 первый вход которого соединен со вторым выходом преобразователя сигнала управления в частоту 1, счетчик импульсов 5; к вычитающему и суммирующему входам которого подключены выходы первого 3 и 35 второго 4 элементов И соответственно, фор-. мирователь импульсов 6, вход которого со.. единен с вь1ходом преобразователя сигнала управления в частоту 1, элемент И-HE 7, к первому входу которого подключен выход 40. формирователя импульсов 6, блок постоянной памяти порядка включения обмоток двигателя, блок формйрования форсирую щих импульсов 9, блок усилителей 10; вход

11 коммутатора, выход 12 устрбйства

Преобразователь сигнала управления в частоту 1 (фиг.1) предназначен для преобразованияя аналогового сигнала управления шаговым двигателем в частоту импульсов, пропорциональную амплитуде сигнала. На 50 фиг.1 приведен пример выполнения преобразователя сигнала управления в частоту для случая, когда сигнал управления задается в. виде напряжения. Преобразователь сигнала управления в частоту 1 (фиг,1) содержит преобразователь напряжения в частоту 13, преобразователь напряжения в частоту 14, входы которых соединены между собой и с входом преобразователя 1, элемент гальванической развязки 15, к входу которого подключен выход преобразователя напряжения в частоту 13, элемент гальванической развязки 16, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту 14, элемент ИЛИ 17.

Анализатор второго сигнала 2 (фиг.1) предназначен для выработки сигналов о необходимом направлении вращения шагового двигателя и сигнала о том, больше или нет амплитуда сигнала управлеНия по модулю порогового значения — Unop Установлено, что в диапазоне напряжений входного сигнала от Unop1, допустим равного — 0,5В, до

Опор2, допустим равного + 0,5В, ротор шагового двигателя не должен вращаться, он должен удерживаться в том положении, в котором находится — "- этот режим "йазван режимом фиксированной стоянки. В диапазоне напряжений входного сигнала от Unop t до

U>,äoïócTèì равного -10В, ротор шагового двигателя должен вращаться против часовой стрелки — режим левого вращения, а в диапазоне напряжейий от Unорг до Uz допустим равного + 10В, ротор шагового двигателя должен вращаться rio часовой стрелке — режим правого вращения. Анализатор сигнала управления 2 — фиг.1 содержит компаратор 18, элемент гальванической развязки

19, к входу которого подключен выход компаратора 18, переменный резистор 20, резистор 21, первый вывод которого соединен с третьим выводом резистора 20, второй вывод которого подключен к прямому входу компаратора 18, компаратор 22, элемент гальванической развязки 23, вход которого соединен с выходом компаратора 22, переменный резистор 24. резистор 25; первый выход которого подключен к третьему выводу резистора 24; второй вывод которого соединен с прямым входом компаратора 22. элемент И 26, элемент НЕ 27, вход которого соединен с выходом- элемента гальванической развязки 23 и со вторым входом элемента И 26, элемент HE 28, выход которого подключен ко второму выходу анализатора сигнала управления 2, выход которого соединен с выходом элемента И 26 и с входом элемента HE 28, элемент И вЂ” HE 29, выход которого подключен к выходу анализатора сигнала управления 2, вход которого соединен с инверсными входами компараторов

18 и 22, выход элемента гальванической развязки 19 подключен к первому входу эле-мента И 26 и к первому входу элемента

И вЂ” HE 29, второй вход которого соединен с выходом элемента HE 27, нулевую шину источника питания 30, которая подключена к первым выводам резисторов 20 и 24, положительный полюс источника питания 31, который соединен со sTopblM выводом

1784944 резистора 21, отрицательный полюс источ- оптрона 47, резистор 48, резистор 49, перника питания 32, который поДключен ко вый вывод которого соединен с пятым вывавторому выводу резистора 25. дом оптрана 47, третий вывод которого

Усилитель, пример выполнения одного подключен ко второму выводу резистора 48, усилителя блока 10 (фиг,2) предназначен 5 первый вывод которого соединен со вторым для формирования импульсов тока в обмот - выводом питания элемента гальванической ках шагового двигателя и содержит элемент развязки 33, выход которого подключен ко гальванической развязки 33; вход которого второму выводу резистора 49 и к четвертому подключен к первому входу усилителя — к выводуоптрона47. соответствующему входу из.первых входов 10 Элемент гальванической развязки 34 блока усилителей 10, элемент гальваниче- (фиг.2) содержит ойтрон 50, резистор 51, ской развязки 34, к первому вхбду каторorа первый вывод которого подключен к первоподключенвторойвходусилителя-соответ- му выводу питания элемента гальваничествующий вход из вторых входов блока уси- ской развязки 34, первый и второй входы лителей 10, третий вход которого соединен 15 которого соединены с первым и вторым выс третьим входом усилителя и дальше со водами оптрона 50 соответственно, резивтарым входом элемента гальванической стор 52; второй вывод которого подключен развязки 34; ключ 35, к входу которого пад- - ко второму выводу питания элемента гальключен выход элемента гальванической" вайической развязки 34; выход которого соразвязки 33, ключ 36, вход которого соеди- 20 едийен со вторым выводом резистора 51 и с нен "с выходом элемента гальванической . третьим выводом оптрона 50, резистор 53, развязки 34, стабилизатор тока 37, вход ко- первый вывод которого подключен к пятому тарого подключен к выходу ключа 36, диод выводу оптрона 50, четвертый вывод кото38, катод которого соединен с выходом клю- рого соединен с первым выводом резистора ча 35, анод диода 38 соединен с выходом 25 52 и со вторым выводом резистора 53, . стабилизатора 37 и с выходом усилителя Ключ 35 (фиг.2) содержит резистор 54 и (адним из выходов блока усилителей 10), транзистор 55, коллектор которого подклюполюс источника питания дискретных эле- чен к выходу клокоча 35, вход котарагосоедиментов 39, который подключен к первому нен с базой транзистора 55.и с первым выводу- питания элемента гальванической 30 выводом резистора 54, второй вывод которазвязки 33, положительный йолюс источ- рого соедИнен с эмиттером транзистора 55 ника питания выходных цепей 40, который и с выводом питания ключа 35. соединен са вторым выводом питанйя эле- Ключ 36(фиг.2) содержит транзистор 56 мента гальванической развязки 33, нуле- и резистор 57, второй вывод которого подвую шину источника1 питания выходных 35 ключен к змиттеру транзистора 56, база ко) цепей 41, которая подключена к первому тораго соединена с входом ключа 36, выход выводу питания элемента гальванической которого подключен к коллектору транзи-. развязки 34, к выводу питания ключа 35 и к: стара 56, вывод питания ключа 36 соединен выводу питания ключа 36, отрицательный с первым выводом резистора 57.полюс источника питания выходных цепей. 40 Стабйлизатор тока 37 (фиг,2) содержит

42, который соединен со вторым выводом стабилитрон58,резистор59,транзистор60, питания элемента гальваническ6й развязки база которого соедийена с катодом стаби34 и с выводам питания стабилизатор>а тока литрона 58, с первым выводом резистора 59, 37. На фиг,2 показана так же для йоясйения и с входом стабилизатора тока 37, выход рабаты одна обмотка шагового двигателя 43 45 которого подкйоЧен к коллектору транзии демпфирующая цепочка из резистора 44 и стара 60, резистор 61, первый вывод котодиода 45, анод которого подключен к выходу рого соединен с эмиттером транзистора 60,. усилителя и ко второму выводу обмотки ша - а второй — с выводом питания стабилизатогозого двигателя 43, первый вывод которой ра тока 37; соединен с положительным йолюсом источ- 50 Счетчик импульсов 5 по суммирующему ника питания выходных цепей 40 и с первым и по вычитающему входу работает от перевыводом резистора 44, второй вывод кото- дних фронтов импульсов, поступающих на рого подключен к катоду диода 45. эти входы.

Элемент гальванической развязки 33 Формирователь импульсов 6 предназ(фиг.3) садер>кит резистор 46, оптран 47, 55 начен дляформированияпереднегофронта первый вывод которого подключен к входу импульсатокавфазныхабмотках шагового элемента гальванической развязки 33, пер- двигателя (на 4иг.2 показана одна из фазвый вывод питания которого соединен с . ных обмоток шагового двигателя 4) и корпервым выводом резистора 46, второй вы- рекции вершины этого импугьса. вад которого подключен к второму выводу Формирователь импульсов 6 является фор1784944

10 мирователем импульсов переднего фронта. На фиг.3 показаны: на оси ТИ вЂ” тактовыс т,е. он выдает импульс установленной дли- импульсы (импульсы, поступающие на один тельности — 11 при появлении импульса на иэ входов счетчика импульсов 5); на осях его входе (импульса с выхода преобразова- 1,...,8 — импульсы, подаваемые в фазные обтеля сигйала управления в часто у 1). Вели- 5 мотки с первой по восьмую шагового двигачина t> выбирается исходя из необходимой теля. длительности фронта импульса тока в фаз- На фиг.4 показаны: на оси 1 — тактовые ной обмотке шагового двигателя при пре- импульсы; наоси2 — импульсы напряжения, дельной приемистости и равна для подаваемые на первые входы блока усилидвигателей типа ДВШ"-100 мкс. 10 телей 10 (импульсы с выходов ПЗУ 8); на оси

В блоки 8 и 9 предварительно записы- 3- форма импульсов тока в фаэной обмотке вается информация, обеспечивающая фор- шагового двигателя при восьмифазном мирование на их выходах импульсов в .. включении. необхЬдимом порядке и с необходимой no- Ha фиг.6 и 7 показаны: нэ осях 3 и 4—, лярностью. В табл.1 приведена информа- 15 импульсы на выходах элементов И 3 и И 4 ции, зайисанйая в блок 8, а в табл, 2 — в блок соответственно,-на"осях 5-1, 5-2, 5-3 — им9;:: - . - .: .. :- : пулъсы на первом, .втором и третьем выхоB ячейках от 0000 до 0111 блока:8 запи- дах счетчика импульсов 5 соответственно, сана информация, обеспечивающая выдачу на оси 6- импульсй йа выходе формирована"один из выхОдов блока 8 нулевого сигйа- 20 теля импульсов 6, на осях 8 — 1, 8 — 2, ... 8-8— ла, необходимого-в режиме фиксированной сигналы на выходах"с первого по восьмой стояйки, в ячейках от 1000 до 1111 блока 8 соответственно ПЗУ 8, на осях 9 — 1, 9-2, ..., записана информация, обеспечивающая 9-8 — сигналы на выходах с первого по восьвыдачу на три из восьми выходов блока 8 мой соответствено ПЗУ 9, нэ осях 10-1, 10нулевых сйгналов, необходимых при одном 25 2....; 10-8 —.импульсы напряжения, из режимов вращения — левом йли правом.: -выдаваемые на.выходы с первого по вось. В ячейках от 0000 до.0111 блока 9 записана, мой блока усилителей 10. информация, обеспечйвающая выдачу еди- В заявляемом коммутаторе используетничного сигнала на два иэ восьмй выходов . ся трй источника питания: блока 9 при правом вращении шагового дви- 30 источник питания входнйх цепей (фиг,1) гателя, а в ячейках от 1000 до 1:111 блока 9, с положительным полюсом 31, нулевой ши: " записана информация, обеспечивающая ной 30 и отрицательным полюсом 32 исвыдачу единичного сигнала на два выхода пользуется для питания преобразователей из восьми при нулевом вращении шагового :. напряжения в частоту 13 и 14 и элементов двигателя.. ..: .. .;. -"..:- .:. 35 гальванической развязки 15 и 16 преобразоВ качестве преобразователей напряже-" вателя сигнала управления в частоту 1 и для ния в частоту 13 и 14 использованы микро- питания компараторов 18 и 22 и элементов схемы типа KP 1108ПП1. Преобразователь гальванической развязки 19 и 23 энализато13 предназйачен для преобразования в ча-: .ра сигнала управления 2; стоту напряжений отрицательной полярно- 40 источник питания-дискретных элеменсти, преобразователь 14 — напряженйя тов (на фиг,2 показан его положительный положительной полярности. Параметры полюс 39, нулевая шина на чертежах не посхем включения преобразователей, напря-: казана), используется для питания элеменжения в частоту 13 и 14 выбираются таким тов гальванической развязки 15 и 16 и образом, чтобы дйапазону изменения сиг- 45 элемента ИЛИ 17 преобразователя сигнала нала управлейия — напряжения от 0,58 до управления вчастоту1, элементовгальвани10В по модулю соответствовал йа выходах ческой развязки 19 и 23, элементов И 26, HE преобразователя сигнала управления в час- 27, НЕ 28, и И вЂ” НЕ 29 анализатора сигнала

: тоту1 диапазон изменения частоты импуль-. управления 2, элементов И 3 и 4, счетчика сов "от"75 до 3000 Гц, соответствующий 50 импульсов 5, формирователя импульсов 6. рабочему диапазону частот волнового ша- " элемента И-НЕ 7, блока 8 и блока 9 и гового двигателя ДВШ;, элементов гальванической развязки 33 и 34, Коллекторные резисторы, подключае- усилителей блока 10; мые к выходам блока 9,на чертежах(фиг.1 и источник питания выходных цепей

2) не показаны. 55 (фиг.2) с положительным полюсом 40, нулеВходы блоков 8 и 9, показанные на войшиной41,иотрицательнымполюсом42, фиг.1, являются адресными, остальные вхо- используется для питания усилителей блока ды на фиг.1 не показаны, на них поданы 10. сигналы таким образом, чтобы блоки находились s режиме "Чтение".

1784944

Предварительно рассмотрим работу анализатора" входного сигнала 2 и усилителя, одного из блока 10.

Анализатор входного сигнала 2 (фиг.1). ния, т.е. при необходимости отработки режима фиксированной стоянки, на первом и третьем выходах анализатора 2 будет нулевой сигнал, а на втором — единичный сигнал, На прямой вход компаратора t8 подает- 5 ся положительное напря>кение велйчиной

0,5В (устанавливается с помощью делителя, состоящего иэ резисторов 20 и 21). На прямой вход компэратора 22 йодается бтрица-

Если на входе анализатора 2 и, соответственно, на инверсных входах компараторов 18 и 22 имеется отрицательное. напряжение,по модулю большее Unop то на выходе компараторов 18 и 22 будет напрятельное на пряжение величиной 0,5В 10 жение положительной полярности и, вслед(устанавливается с помощью делителя, со- " ствие этого, через входные диоды стоящего из резисторов 24 и 25).: . элементов гальванической развязки 19 и 23

Если на входе анализатора 2 и, соответ- не будет протекать ток и на их выходах будут ственно, на инверсных входах компарато- единичные сигналы, поэтому на выходе элеров 18 и 22 имеется напряжение 15 менатИ26инатретьеимвыходеанализатоположительнойполярнос, большее noae- " ра 2 будет единичный сигнал, на выходе личине Unopen =0,58, то на выходах компара- . анализатора 2 --нулевой сигнал, на выходе . торов 18 и 22 будет напряжение элемента И-HE 29 и на первом выходе анао рицэтельной полярйости и, вследствие: : лизатора 2 будет единичный сигнал, Таким этого, через входные диодьг оптронов эле- .20 образом, при наличии на входе анализатора ментов галъванической .развязки 19 и 23, 2отрицательного напряжения, большего по являющихся, кроме того. и преобразовате-" модулю Unop, т.е. при необходимости отралем уровня сигнала, протекает ток и на вы- ботки режима левого вращения, на первом ходах элементов гальванической развязки и на третьем выходах анализатора 2 будет

19 и 23 будет нулевой сигнал, поэтому эле- 25 единичный сигнал, а на втором .— нулевой мент И 26 будет закрыт и на его выходе сигнал.. будет нулевой сигнал, на выходах элемен- Усилитель, один из блока 10 (фиг.2). тов НЕ 27 и НЕ 28 будет единичный сигнал, В исходном. поло>кении на первом и на на выходе элемента И-НЕ 29 будет также третьем входах усилителя имеются единичединичный сигнал . Таким образом, при на- 30 ные сигналы, на втором входе - нулевой личии на входе анализатора 2 положитель- . сигнал, через диод оптрона 47 элемента ного напряжения, большего Unopen;e. при гальванической развязки 33 и через диод 50 необходимости отработки шаговым двйга- элемейтагальваническойразвязки34.токне телем режима правого вращейия,"на третьем протекает. Соответственно не протекает ток выходе анализатора 2 будет нулевой сигнал, 35 через транзистор ойтрона 47 элемента гальа на первом и втором - единичные сигйалы. " вэнической развязки 33 и через транзистор

Если на входе анализатора сигнала уп-: оптрона 50 элемейта гальванической разравления 2 и, соответственно, йаивнерсных взязки 34, поэтому ключи 35 и 36 закрыты. входах компараторов18 и22имеется напря- закрыттакже стабилизатор тока 37 и, следожение положительной или" отрйцательной 40 вательно, через фазную обмотку 43 ток не полярности, rio модулю меньшее 0пор то на протекает. выходе компаратора 18 будет напряжение При появлении нулевого сигнала на положительной йолярности, а на выходе первом входе усилителя возникает ток чекомпаратора 22 будет напряжение отрица- рез диод оптрона 47 элемента гальваничетельной полярности,.тогда через входной 45 ской развязки 33, открывается транзистор диодоптрона элемента гальванической раз- ойтрона 47, вязки 19 не протекает ток и на его выходе Через коллекторно-эмиттерный переимеется единичный сигнал, а через входной ходтранзистора оптрона47 и базо-эмиттердиодоптронаэлементагальванической раз- ный переход транзистора 55 ключа 35 вязки 25 протекает ток и íà его выходе име- 50 начинает протекать ток. Ключ 35 открываетется нулевой сигнал. На выходе элемента И ся,и через фазную обмотку 43 начинает про 26 и на первом выходе анализатора 2 будет текать ток по цепи: положительный полюс нулевой сигнал, на втором выходе анализа- 40 — фазнэя обмотка 43 — диод 38 — ключ 35 тора единичный сигнал, Т.к. на обоих входах - нелевая шина 41. К фазной обмотке 43 в элемента И-HE 29 имеются единичные сиг- 55 этом случае прикладывается напряжение налы, то на его выходе.и на выходе анализа- положительной части источника питания тора 2 будет нулевой сигнал, Таким выходных цепей. образом, при наличии на входе анализатора Если появляются одновременно еди2 напряжения, меньшего по модулю Опор ничный сигнал на втором и нулевой сигнал независимо от полярности этого напряже- на третьем входе, то возникает ток через

1784944

15

4О диод оптрона 50 элемента гальванической развязки 34, открывается ключ 36 и, соответственно, стабилизатор тока 37. Через фазную обмотку 43 начинает протекать ток по цепи положительный полюс 40 — фазная обмотка 43 — транзистор 60 и резистор 6 стабилизатора тока 37 — отрицательный полюс 42, К фазной обмотке 43 в этом случае прикладывается полностью напряжение источника питания выходных цепей

Для пояснения работы заявляемого коммутатора кратко охарактеризуем волновые и эговые электродвигатели ДВШ 50.

ДВШ l00, ДВШ 80 — 0,6. 2ДВШ вЂ” 80-0,6 и 3

ДВ Ш8.0 — 0,6.

Указанные шаговые волновые двигатели предназначены для преобразования управляющих импульсов в угловые перемещения вала и выполнены восьмифазными (допускается и четырехфазное вклю- 20 чение, заявляемый коммутатор предназначен для восьмифазного включения, но, при записи в постоянные запоминающие устройства. соответствующей информации, он обеспечивает управление волновым шаговым двигателем и при четырехфазном включении обмоток).

Принцип действия двигателя основан на дискретном изменении, сотояния электромагнитного поля и воздушном зазоре посредством последовательного возбуждения фаз обмотки статора импульсамй тока, волновой деформации гибкого ротора в направлении. поля и кинематических преобразованиях в волновой зубчатой пере- 35 даче. Импульсное возбуждение фаз обеспечмвается подачей импульсов "в последовательности, приведенной на фиг.3.

На фиг,3 следует, что импульсы тока должны поступать в три иэ восьми фазных обмоток статора, при этом направление вращения ротора определяется порядком чередованйя импульсов тока в фазных обмотках статора — на фиг.3а приведен порядок чередования импульсов для правого враще- 45 ния, на фиг.Зб — для левого вращения ротора

5.2. Форма импульсов напряжения на выходах ПЗУ 8 при активной нагрузке. равной сопротивлению обмоток фэз двигателя 5.3,и форма импульсов тока в фазных обмотках 50 двигателя при восьмифазном включении 5.1 приведены на фиг.4. При поступлении импульсов тока в фазные обмотки двигателя в соответствии с одним из приведенных на фиг,3 порядков в воздушном зазоре двигателя создается дискретно вращающееся магнитное поле и ротор, деформируясь совершает волновое движение синхронно с полем статора. Удержание двигателя в заданном положении — отработка режима фиксированной стоянки происходит при подаче тока постоянно в одну, две или три обмотки. Величина тока, необходимая для удержания двигателя s заданном положении определяется статическим моментом на валу двигателя, который этот двигатель должен обеспечить, Т,к. заявляемый коммутатор предназначен для управленйя шаговым двигателем, статический момент которого равен 0,8 Нм и обеспечивается при токе, меньшем 0,9А, а ток,в каждой обмотке при подключении к ней только положительной части источника питания выходных цепей (т.е, по цепи положительный полюс 40— обмотка 43 — диод 38 — ключ 35 — нулевая шина 41) равен 1;2А, то для удержания двигателя в заданном положении достаточно, чтобы была включена только одна. фазная обмотка (средняя иэ трех включенных при коде адреса, записанном в счетчике 5, при котором достигнуто заданное положение ротора шагового двигателя) 5.4.

Таким образом; заявляемый коммутатор должей обеспечивать работу шагового двигателя в трех режимах: правое вращение; левое вращение; фиксированная стоянка, Также для пояснения работы заявляемого коммутатора на фиг.5 приведена струк-. турная схема системы автоматического управления подачей топливного газа в турбину газоперекачивающего агрегата, в которой используетСя заявляемый коммутатор.

Система автоматического управления подачей топливного газа в турбину — на фиг.5 содержит трубопровод топливного газа 62, кран 63, установленный на трубопроводе

62, турбину 64, к которой подключен трубопровод 62, датчик температуры 65 продуктов сгорания, установленный нз выхлопе турбины 64, датчик оборотов 66 вала турбины 64, : аналоговый программный регулятор 67, к первому и второму входам которого подключены выходы датчиков 65 и 66, коммутатор для управления шаговым двигателем 68, вход которого соединен с выходом аналогового программного регулятора 67, шаговый двигатель 69, к которому подключены выходы коммутатора 68, выход шагового двигателя соединен с управляющим входом крана 63 (это означает, что ротор шагового двигателя 69 связан механически с управляющим входом крана 63), входы управляющих воздействий 70, которые подключены к третьим входам аналогового программного регулятора 67.

Система автоматического управления подачей топливного газа в турбину газоперекачивающего агрегата работает следующим образом (обобщенное описание).

1784944

При запуске турбины 64 на входы 70 подаются сигналы, соответствующие необходимым при включении оборотам турбины

64 и температуре продуктов сгорания. Аналоговый программный регулятор 67 вырабатывает сигнал, поступающий на коммутатор

68, который начинает выдавать импульсы тока в фазные обмотки шагового двигателя

69. Ротор шагового двигателя,поворачиваясь,открывает на установленную величину кран 63,и в турбину 64 начинает поступать топливный газ, Одновременно производится поджиг газа (система поджига газа на фиг.5 не показан). Далее, по мере набора оборотов, изменяются величины сигйалов на входах 70 (или вручную или от блока автоматического запуска — на фиг.5 не показан). В соответствий со значением сигналов на входах 70, оборотами турбины, значение которых выдает датчик 66, и температурой продуктов сгорания, выдаваемой датчиком

65, аналоговый программный регулятор 67 выдает сигнал на коммутатор 68. Коммутатор 68 в соответствии с входным сигналом управляет углом поворота ротора шагового двигателя 69 и, соответственно, степенью открытия крана 63 и количеством поступающего в турбину 64 топливного газа. После набора заданного ре>кима турбиной. когда обороты турбины и температура продуктов сгорания соответствуют заданию, поданному на входы.70, аналоговый программный регулятор 67 выдает на коммутатор 68 сигнал, соответствующий режиму фикси рованной стоянки шагового двигателя 69. После срабатывания коммутатора 68 шаговый двигатель 69 переходит в режим фиксированной стоянки, удерживая достигнутое положение своего ротора и.крана 63. При изменении в процессе работы нагрузки на турбину 64 изменяются ее обороты"и температура сгорания. По сигналам от датчиков

65 и 66 аналоговый программный регулятбр

67. s соответствии с принятым законом регулирования, выдает на коммутатор 68 соответству1ощий сигнал и шаговый двигатЕль

69, поворачивая свой ротор и тем самым приоткрывая или призакрывая кран 63, увеличивает или уменьшает подачу топливного газа в турбину 64, которая переходит в режим, соответствующий заданию.

Коммутатор для управления шаговым двигателем работает следующим образом.

Управление отработкой заданного угла поворота ротора шагового двигателя осуществляется, как указывалось выше; от аналогового сигнала;,— напря>кения, При этом величина напря>кения определяет частоту выдаваемых коммутатором импульсов и, соответственно. скорость поворота ротора шагового двигателя, длительность подачи напряжения определяет величину угла, на который должен повернуться ротор шагового двигателя, а полярность напряжения on5 ределяет направление вращения ротора — в заявляемом коммутаторе принято, что поло>кительное входное напряжение вызывает правое вращение, а отрицательное — левое вращение ротора шагового двигателя.

10 При отсутствии входного сигнала, т.е. когда величина напряжения на шине 11 по модулю меньше Оп>р,на первом и третьем выходах анализатора сигнала управления 2 будет нулевой сигнал, а на втором выходе—

15 единичный сигнал, преобразователь сигнала управления в частоту 1 может выдавать. а может не выдавать на какие-либо выходы

"импульсы в зависимости от конкретной величины напря>кения на шине 11, элементы

20 И 3 и И 4 закрыты и на их выходах — нулевые сигналы, элемент И-НЕ,7 также закрыт и на его выходе — единичный сигнал. В счетчике импульсов5 записан произвольный код, для определенности прием, что B счетчике 5 за25 писан нулевой код, тогда имеется нулевой сигнал только на втором выходе блока 8 и имеются единичные сигналы на втором и третьем выходах блока 9 (в соответствии с табл,1 и 2). В блоке усилителей 10 включен

30 только второй усилитель (нулевым сигналом со второго выхода блока 8) и через вторую фазную обмотку(одну из обмоток 43- фиг.3) шагового двигателя, подключенную ко второй из шин 12,протекает ток(ток, вызванный

35 найряжением между полюсом 40 и нулевой шиной 41 источника питания выходных цепей). Шаговый двигатель находится в режиме фиксированной стоянки.

При появлении входного сигнала, т.е.

40 при появлений на щине 11 напряжения. большего по модулю Опор допустим положительной полярности, коммутатор начинает отрабатывать режим правого вращения шагового двигателя — на третьем выходе ана45 лизатора сигнала управления 2 сохраняется нулевой сигнал, на втором выходе сохраня ется единичный сигнал, а на первом выходе появляется единичный сигнал. Единичный сигйал с выхода анализатора сигнала управ50 ления 2 открывает элемент И4 и элемент

И-HE 6 и поступает йа четвертый вход блока

8, элемент И 3 остается закрытым нулевым сигналом с выхода анализатора 2. При поступлении единичного сигнала с третьего

55 выхода анализатора 2 на четвертый вход блока 8 появляются нулевые сигналы на его. пЕрвом и третьем выходах и сохраняется нулевой сигнал на втором выходе блока 8 (в соответствии с табл.1). Начинают включаться первый и третий усилители блока 10. В

1784944 преобразователе сигнала управления в час- этого на втором выходе ПЗУ 8 появляется тоту 1 начинает работать преобразователь единичный сигнал, на тетьем и четвертом напряжения в частоту 14, Импульсы с выхо- его выходах сохраняются нулевые сигналы, да преобразователя 14 через элемент галь- а на пятом выходе блока 8 появляется нулеванической развязки 16 проходят на третий 5 вой сигнал, на остальных выходах сохранявыход и через элемент ИЛИ 17 на выход ются единичные сигналы. В блоке 10 преобразователя 1. По переднему фронту выключается второй усилитель и включаеткаждого импульса с первого выхода преоб- ся пятый усилитель, третий и четвертый усиразователя 1 формирователь импульсов 6 лители остаются включенными. Кроме того, выдает "короткий" импульс, поступающий 10 исчезает единичный сигнал иа третьем вына вход элемента И вЂ” НЕ 7. ходе блока 9, появляется единичный на пяИмпульсы с выхода преобразователя I .том выходе. на четвертом выходе проходят через элемент И 4 на суммирую- сохраняется единичный сигнал, а на остальщий вход счетчика импульсов 5. Первый им- ных — нулевые сигналы. При этом, т.к. кроме пульс поступающий на суммирующий вход 1.5 сигналов на третьем, четвертом и пятом из счетчика 5, записывает в нем код 001 и тогда первых входах блока 10 имеются единич- . на входе блока 8 оказывается код 1001, а на ные сигналы на четвертом и пятом из вторых входах блока 9 — код 0001, вследствие этого . входов блока 10 и нулевой сигнал на третьем на первом выходе блока 8 появляется еди- входе, то в блоке 10 третий усилитель подничный сигнал, на втором и третьем — сохра- 20 ключает к третеьй фазной обмотке (из обмоняются нулевые сигналы, на четвертом ток 43 фиг.2) напряжение положительной выходе — появляется нулевой сигнал, на ос- . части источника питайия выходных цепей, а тальных выходах сохраняются единичные четвертый и пятый усилители подключает к сигналы. В блоке 10включается первыйуси- четвертой и пятым фазным обмоткам поллитель и включается четвертый усилитель, 25 ное напряжение источника питания выходвторой и третий усилители остаются вклю- ных цепей. После окончания импульса с ченными, Кроме того, исчезает единичный выхода элемента И вЂ” НЕ 7 четвертый и пятый сигнал на втором выходе блока 9, появляет- усилители блока 10 подключают ксоответстся единичный сигнал на четвертом выходе и:.: вующим фазным обмоткам (четвертый и пясохраняются единичный сигнал на третьем 30 той) только напряжение положительной выходе и нулевые сигналы на остальных вы-. части источника питания выходных цепей. ходах блока 9, При этом, т.к. кроме сигналов В этом положении коммутатор остается до с блока 8 появились единичные сигналы на прихода на суммирующий вход счетчика 5 третьем и четвертом из вторых входов блока . следующего импульса, При поступлении на усилителей 10 и нулевой сигнал на третьем 35 суммирующий вход счетчика 5 третьего и входе при срабатывании элемента И-HE 7, последующих импульсов коммутато для то в блоке 10 третий и четвертый усилители управления шаговым двигателем работает подключают, на время действия импульса аналогично описанному выше. Порядок вынулерого уровня с выхода элемента И-НЕ 7, дачи импульсов блока 8 и блока 9 на свои к третьей и четвертой фазным обмоткам 43 40 выходы при поступлении импульсов на сумполное напряжение источника питания вы- мирующий вход счетчика импульсов 5 приходныхцепей(т.е.напряжениемеждуполо- . веден на фиг.ба, порядок выдачи и форма жительным 40 и отрицательным 42 импульсов, выдаваемых усилителями блока полюсами). После окончания импульса с вы - 10 на активную нагрузку, равную полному хода элемента И-HE 7 третий и четвертый 45 сопротивлению фазной обмотки, приведен усилители блока 10 подключают к соответ- на фиг.7а. ствующим фазным обмоткам (третий и чет- . При появлении на шине 11 напряжения, вертый) только положительную часть большего по модулю,но отрицательной понапряжения источника питания выходных лярности, коммутатор начинает отрабатыцепей (т.е, напряжение между положитель- 50 вать режим левого вращения "шагового . ным полюсом 40 и нулевой шиной,41 источ- двигателя. В этом случае на первом и третьника питания выходных цепей). В этом ем выходах анализатора 2 появляются едиь, а на втором выходе l положении коммутатор:остаетсядоприхода ничные сигналы,, а второго импульса на суммирующий вход появляется нулевой сигнал, Единичный сиг- счетчика, торой импульс, поступивший 55 нал с первого выхода анализатора иг у рующии вход счетчика 5со второго управления 2 открывает по третьему входу

4, запи выхода преобразователя 1 через элемент И элемент И 3 и элемент И-НЕ 7, записывает в счетчике 4 код 010 и тогда на четвертый вход блока 8, единичный сигна вхо ах на входах блока 8 оказывается код 1010, а нал с первого выхода анализатора 2 д блока 9 — код 0010, вследствие вает по второму входу элемент И 3, и т ра откры19

1784944

20 па входов блока усилителей подключена к группе информационных выходов блока памяти порядка включения обмоток двигателя, а группа выходов является группой поступает на четвертый вход блока 9, элемент И 4 остается закрытым нулевым сигналом со второго выхода анализатора 2, При поступлении единичного сигнала с третьего выхода анализатора 2 на чертвертый вход 5 выходов коммутатора, отличающийся блока 8 появляются нулевые"сигналы на тем, что, с целью расширения области припервом и третьем выходах и сохраняется менения, в него введены преобразователь нулевой сигнал на втором выходе. Начина- сигнала управления в частоту, анализатор

Код адрвса ячейки . ячвйии (выходов 0000 0001 0019 (ХИО OIOO OIOI OIIO ОШ ТЬЬТ10бТ IOIO IOII ПОО IIOI 110 ТТП . 8) 1 I 1 I 1 I 0 0 . I

0 I I I I I I I 0 О

I 0 1 I I I 1 I О 0

1 I 0 I 1 I I I 1 О

1 1 I 0 I I I . I I I

I I I I 0 I 1 I 1

1 4 I I I I 0 I I 1 I

I I 1 Х I I О I I 1

1 I I I 0 0

I I 1 Т I 0

О I I I 1 Т

О О I I I I.

0 0 0 I I 1

I О 0 0 I 1

I I 0 0 0 1.

I 1 I 0 О 0

2

8 ют включаться первый и третий усилители " входного сигнала; формирователь импульблока 10. При поступлении единичного сиг- 10 сов и блок формирования форсирующих имнала с первого выхода анализатора 2 на пульсов, группа информационных выходов четвертый входблока9исчезаетединичный которого подключена к второй группе инсигнал на третьем выходе, появляется еди- . формационных входов блока усилителей, ничный сигнал на первом выхбде и сохраня-" управляющий вход которого срединен с выется единичный сигнал на втором выходе 15 ходомэлемента И-НЕ;первый входкоторо- .. блока 9. Импульсы, появляющиеся на вто-,: го подключен к выходу формирователя .

: ром выходе преобразователя Сигйала уп- импульсов, входом- соединенного с первым равления в частоту 1, через элемент И 3.- выходом йреабраэователя сигналауправле- . проходят на вычитающий вход счетчика 5, ния в частоту, второй выход которога под-. который теперь работает в режиме вычита- 20 клвчей к первому входу первого элемента ".. ния. В остальном работа заявляемого ком- И, третий выход — к первому входу второго мутатора аналогична описанной выше. элемента И, ВтОрОй вход которого соединен

Порядок выдачи импульсов блока 8 и с вторым входом первого элемента И, с вто- блока 9 на свои выходы при йоступлейии.." рым входом элемента И-HE. с входом старимпульсов на вычитающий вход счетчика 25 шето разряда блока памяти порядка импульсов(5 приведен на фиг.бб; ooðÿäoê включения обмоток двигателя и с первым вйдачй и форма импульсов, выдаваемых- выходом аналмзатора входных сйгналов,: усилителями блока 10 на активную нагрузку, второй ЪЯхоД которого подключен к третьеравную полному сопротивлению фазной об- му входу второго элемента И, вход коммута- мотки, приведен на фиг.76. 30 тора соедйней с входом преобразователя . сигйала ynpàâëåíèÿ в частоту и с входом

Ф о р м у л а и з о.б р е т е н и я: анализатора входного сигнала, третий выКоммутатор для управлеййя шаговйм ход которого подключен к входу старшего двигателем, содержащий первый и второй разрядаблокаформированияфорсирующих элементы И, элемент И-НЕ, счетчик импуль- 35 импульсов и к третьему входу первого элесов,:суммирующий вход которого подклю-: мента И, выход которого соединен с вычитачен к выходу второго элемента И, адресные ющим входом счетчика импульСов, группа входы, за исключением входа старшего раз- выходов которого подключена к группе инряда, блока памяти порядка включения об- формационнйх входов, за исключением вхомоток двигателя соединены с разрядными 40 да старшего разряда, блока фЬрмирования выходами счетчика импульсов, йервая груп- форсирующих ймпульсов.

Тволица; 1, 1784944

Таблица 2

Комара разрядов Код адреса ячейки ячеики (выходов

ПЗУ 9) 0000 000I OOIO ОЭтт OIOO OIÎO OIIO оттт IOOO IOOI IOIO IOII ПОО IIOI тттО IIII о о о.о о о о

0 О о о о о о о о о о о о о I т I о о о а 0 о

0 0 о о т т т 0-о о- о 0 о

О 0 О О О--O I I О О О О О о о о о о 0 о т т о о 0 о т 0 0 о 0 0 о о т I о 0 о

I î î î 0 î î î I т.о о

О I Z О О О О О 0 O I I O

О О т т О О о О О О 0

1784944

1784944

7 г

/ д

5

7

В

Фиа

1784944

У-/

Х/

У2

591784944

У-7

a-г

g-g юs ю-Ю

ЧЬЕ. 7

О !

Составитель И.Швец

Техред М,Моргентал

Корректор В.Петраш

Редактор

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

Заказ 4363 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5