Устройство для программного управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для многорежимно го управления шаговым электроприводом на базе тре.хи четырехфазных двигателей. С целью повышения надежности устройства для программного управления шаговым двигателем путем исключения помеховых сигналов на выходах устройства и избыточных состояний при управлении трехфазным шаговым двигателем в него дополнительно введены первый 7 и второй 8 элементы И- НЕ и второй элемент НЕ 6 с новой совокупностью связей, позволивших исключить адресную избыточность и тем самым устранить помеховые сигналы на выходах мультиплексоров 11, 13 и 14 при одновременном исключении причин возможных у прототипа сбойных либо аварийных ситуаций, так как при любом состоянии реверсивного двоичного счетчика 15с модулем счета 8 на адресные входы мультиплексоров 11, 13 и 14 при управлении трехфазным шаговым двигателем подаются только штатные кодовые комбинации при обеспечении корректного пересчета на 6. 1 табл,, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 05 В 19/40

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4910311/24

{22) 11.02.91 (46) 30.12.92. Бюл. N 48 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством при Белорусском государственном университете им. В,И. Ленина . (72) В.В. Нижников, В.Д. Телегин. И.Н, Рудой и В.И. Лаково . (56) Авторское свидетельство СССР

N. 4799536, кл. G 05 В 19/40, 1989, Авторское свидетельство СССР

N 1352453, кл. G 05 В 19/40, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО

УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для многорежимного управления шаговым электроприводом на базе трех- и четырехфазных двигателей.

С целью повышения надежности устройства

„„. Ж „„1784946 А1 для программного управления шаговым двигателем путем исключения помеховых сигналов на выходах устройства и избыточных состояний при управлении трехфазным шаговым двигателем в него дополнительно введены первый 7 и второй 8 элементы ИНЕ и второй элемент НЕ 6 с новой совокупностью связей, позволивших исключить адресную избыточность и тем самым устранить помеховые сигналы на выходах мультиплексоров 11, 13 и 14 при одновременном исключении причин возможных у прототипа сбойных либо аварийных ситуаций, так как при любом состоянии реверсивного двоичного счетчика 15 с модулем счета 8 на адресные входы мультиплексоров 11, 13 и 14 при управлении трехфазным шаговым двигателем подаются только штатные кодовые комбинации при обеспечении корректного пересчета на 6. 1 табл., 1 ил.

1784946

10

20 ходом одновибратора

30

40

55

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для многорежимного управления шаговым электроприводом на базе трех — и четырехфазных двигателей.

Известно устройство для йрограммного управления трехфазным шаговым двигателем, содержащее реверсивный двоичный счетчик с тактовым входом и входом реверса, элемент ИЛИ, первый и второй элементы

НЕ, элементы И-НЕ, И. ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛЙ. одновибраторов, первый и третий мультиплексоры, выходы которых являются выходами устройства, младшие адресные входы соединены с выходом элемента И, старшие адресные входы подключены к выходу третьего разряда реверсивного двоичного счетчика, вход разрешения параллельной записи которого связан с выНедостатком данного устройства являются ограниченные эксплуатационные возможности и повышенная сложность, Устройство не обеспечивает типовые режимы коммутации четырехфазного шагового двигателя при достаточно сложной организации корректного пересчета на 6 с использованием большого количества элементов, в т.ч. одновибратора, выходной импульс которого должен быть жестко по своим временным параметрам (; тактовыми импульсами, Наиболее близким по достигаемому результату и технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для программного управления шаговым двигателем. содержащее шину выбора дви гателя, реверсивный двоичный счетчик с тактовым входом и входом реверса, элемент

ИЛИ, элемент И. первый элемент НЕ, выполненный на трех шинах выбора режйма коммутации с переключателем для подачи соответствующих потенциальных сигналов блок задания режимов коммутации, первый, второй, третий и четвертый мультиплексо ры, выходы которых являются выходами устройства, первый информационный вход первого мультиплексора подключен к первому выходу блока задания режймов коммутации и объединен со вторым и четвертым информационными входами соотйетственН0 второго и четвертого мультиплексоров, второй информационный вход первого мультиплексора связан с общей шиной и объединен с третьим, четвертым и первым инфОрмационными входами сбответствен но второго. третьего и четвертого мульти- плексоров. третий информационный вход

nepsoro мультиплексора объединен с четвертым. первым и вторым информационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров и подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с шиной выбора тактности коммутации, второй вход связан с выхо-. дом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, второй вход параллельной записи которого соединен с общей шиной, вход реверса объединен с входом первого элемента НЕ, выход которого подключен к третьему входу параллельной записи реверсивйого двоичного счетчика, выход второго разряда которого соединен с первым входом элемента И; выход третьего разряда подключен к старшим адресным входам первого. второго, третьего и четвертого мультиплексоров, младшие адресные входы которых объединены, четвертый информационный вход первого мультиплексора связан с первым, вторым и третьим информационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров и подключен ко второму выходу блока задания режимов коммутации. третий выход которого соединен с третьим информационным входом третьего мультиплексора, Недостатком известного устройства является низкая надежность при управлении трехфазный шаговым двигателем и работе реверсивного двоичного счетчика в режиме пересчета на 6. Запись нулевого кода либо кода чйсла 5 в счетчик выполняется по просечке, поступающей на вход разрешения па-. раллельной записи в том случае, когда на выходах второго и третьего разрядов счетчика появляются сигналы высокого уровня, что соответствует коду числа 6 или 7, т.е. избыточным состоянием. При обеспечении режимов коммутации обмоток трехфазного шагового двигателя данные сигналы являются нештатными и. поступая на адресные входы мультиплексоров, обуславливают появление помеховых сигналов в виде просечек и прорезок на выходах устройства. При подаче; к примеру, сигналов низкого уровня на шины 10 и 11. что соответствует выбору одного из симметричных режимов коммута ции, перезапись данных в счетчик сопровождается появлением сигналов низкого уровня на всех выходах устройства, т.е. кратковременным нештатным обйулением выхода, которое может быть причиной сбойной ситуации.

Целью изобретения является повышение надежности путем исключения помеховых сигналов на выходах устройства и избыточных состояний при управлении трехфазным шаговым двигателем.

1784946

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для программного управления шаговым двигателем, содер>кащее элемент

ИЛИ, элемент И, первый элемент НЕ, блок задания режимов коммутации, первый, вто- 5 рой, третий и четвертый мультиплексоры, выходы которых являются выходами устройства, первый информационный вход перво го мультиплексора подключен к первому выходу блока задания режимов коммутации 10 и объединен со вторым и четвертым информационными входами соответственно" второго и четвертого мультиплексоров, второй информационный вход первого мультиплексора связан с общей шиной и объединен с 15 третьим, четвертым и первым информационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров, третий информационный вход первого мультиплексора объединен с четвертым, 20 первым и вторым информационными входами соответственно второго. третьего и чет. вертого мультиплексоров и подключен к выходу элемента ИЛИ. перьый вход которого соединен с шиной выбора тактности ком- 25 мутации, второй вход связан с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, второй вход параллельной записи которого соединен с общей шиной. вход реверса устройства и реверсивного двоичного 30 счетчика объединены с входом первого элемента НЕ, выход которого подключен к третьему входу параллельной записи реверсивного двоичного счетчика. выход второго разряда которого соединен с первым вхо- 35 дом элемента И, выход третьего разряда подключен к старшим адресным входам первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров, младшие адресные входы которых объединены, четвертый информа- 40 ционный вход первого мультиплексора свя, зан с первым, вторым и третьим информационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров и подключен ко второму выходу 45 блока задания режимов коммутации, третий выход которОго соединен с третьим информационным входом третьего мультиплексора, дополнительно введены первый и второй элементы И вЂ” НЕ и второй элемент 50

НЕ, вход которого объединен с тактовым входом реверсивного двоичного счетчика; выход подключен к первому входу первого: элемента И-НЕ; второй вход которого объединен с первым входом второго элемента 55

И-НЕ и подключен к шине выбора двигателя, третий вход связан с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, четвертый вход объединен со старшим ад. ресным входом первого мультиплексора, младший адресный вход которого подключен к выходу элемента И, второй вход которого связан с выходом второго элемента

И вЂ” НЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего разряда реверсивного двоичного счетчика, первый вход параллельной записи которого связан с общей шиной, а вход разрешения параллельной записи подключен к выходу первого элемента И-НЕ, Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается наличйем новых элементов, первого и второго элементов И вЂ” НЕ, второго элемента НЕ, а также новой совокупностью связей этих элементов между собой и остальными элементами устройства, в т.ч. новыми связями реверСивйб гб двби@ного счетчика, При введении первого и второго элементов И-НЕ и второго элемента НЕ с указанной новой совокупностью связей с остальными элемейтам Густройства вышеуказанные злел1енТЙ "йроявляйт в своем взаимодействии новые свойства, обеспечивающие более высокую надежность. При реализации режимов коммутации обмоток трехфазного шагового двигателя в устройстве исключена присущая известному реше.нию адресная избыточность, что позволило не только устранить просечки и прорезки на выходах устройства, но и предотвратить причины возникновейия сбойных ситуаций, тэк как при любом возможном состоянии реверсивного двоичного счетйИИГмодулем счета 8 на адресные входы мультиплексоров, в т.ч. при управлении трехфазным шаговым двигател бм; по д эio тс я Тбл ь кб" штатные кодовые кОмбинации.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для программного управления (иэговым двйгэтелЕм. .Устройство содержит шину 1 тактовых импульсов, шины 2, 3 и 4 соответственно реверса, выбора тактности коммутации идвигателя, первый 5 и второй 6 элементы

НЕ, первый 7 и второй 8 элементы И-НЕ, элемент И 9. блок 10 задания режимов коммутации, первый 11, второй 12, третий 13 и четвертый 14 мультиплексоры, реверсивный двоичный счетчик 15 и элемент ИЛИ 16. первый вход которого соединен с шиной 3 выбора тэктности коммутации, второй вход подключен к выходу первого разряда ревер- сивного двоичного счетчика 15, выход второго разряда которой соединен с первым входом элемента И 9, первый и второй входы параллельной записи связаны с общей шиной, третий вход параллельной записи подключен к выходу первого элемента НЕ 5, вход которого связан с шиной 2 реверса и

1784946

10

20. с шины 1 тактовых импульсов и формируя на

30 .уровне сигнала на шине 3 и несимметрич35

55 объединен с входом реверса (1) реверсивного двоичного счетчика 15,.тактовый вход которого подключен к шине 1 тактовых импульсов и объединен со входом второго элемента НЕ 6, вход разрешения параллельной записи с выходом первого элемента И вЂ” НЕ . 7, первый вход которого соединен с выходом второго элемента HE 6,. второй вход объединен с первым входом второго элемента И вЂ” WE 8 и подключен к шине 4 выбора двйгателя, третий вход обьединен со вторым входом элемента ИЛИ 16, четвертый вход подключен к выходу третьего разряда реверсивного двоичного счетчика 15 и объединен со вторым входом второго элемента

И-НЕ 8, выход которого связан со вторым входом элемента И 9. выход которого подключен к младшим адресным входам (А) первого 11, второго 12, третьего 13 и четвертого

14 мультиплексоров. выходы которых являются выходами устройства, старшие адресные входы (В) соединены с выходом третьего разряда реверсивного двоичного. счетчика 15, первый информационный вход первого мультиплексора 11 подключен к первому выходу блока 10 задания режимов коммутации и объединены со вторым и чет вертым информационными входами соответственно второго 12 и четвертого 14 . мультиплексоров, второй информационный вход первого мультиплексора 11 связан с общей шиной и обьединен с третьим, четвертым и первым информационными входами соответственно второго 12. третьего 13 и четвертого 14 мультиплексоров, третий информационный вход первого мультиплексора 11 объединен с четвертым, первым и вторым информационными входами соответственно второго 12, третьего 13 и четвертого 14 мультиплексоров и подключен к выходу элемента ИЛИ 16, четвертый информационный вход первого мультиплексора

11 связан с первым, вторым и третьим информационными входами соответственно второго 12, третьего 13 и четвертого 14 4 мультиплексоров и подключен к второму выходу блока 10 задания режимов коммутации, третий выход которого соединен с третьим информационным входом третьего мультиплексора 13.

Устройство для программного управления шаговым двигателем работает следующим образом.

Для реализации требуемого режима коммутации фазных обмоток выбранного шагового двигателя в блоке 10 задания режима коммутации при подготовке устройства к работе набирается (к примеру. посредством переключателей) необходимый код в соответствии с нижеприведенной

1 таблицей. Тактность коммутации, т.е. выбор симметричного либо несимметричного режима коммутации, определяется уровнем сигнала на шине 3 выбора тактности, На шину 4 выбора двигателя подается потенциальный сигнал низкого уровня при использовании четырехфазного шагового двигателя либо высокого. уровня при необходимости обеспечения режимов коммутации для трехфазного шагового двигателя.

Направление перемещения и соответственно режим счета реверсивного двоичного счетчика 15 (суммирование либо вычитание) задается уровнем потенциального сигнала на шине 2 реверса. При подаче сигнала высокого уровня на шину 2 реверсивный двоичный счетчик 15 работает в режиме прямого счета, суммируя поступающие на его тактовый вход отрицательные импульсы своих разрядных выходах двоичный код, увеличивающийся на единичку по окончании ка>кдого тактового, импульса. Сигнал с выхода первого разряда реверсивного двоичного счетчика 15 поступает на второй вход элемента ИЛИ 16 и либо участвует в процессе потактного переключения уровней сигналов на соответствующих информационных входах мультиплексоров 11 — 17 (при низком ном шеститактном или восьмитактном ре>киме коммутации) либо исключается иэ этого процесса при подаче сигнала высокого уровня на первый вход элемента ИЛИ 16 с шины 3 и тем самым поддержания постоянного единичного потенциала на выходе элемента 16 при симметричных трех- и четырехтактных режимах коммутации.

Сигналы с выхода первого разряда реверсивного двоичного счетчика 15 одновременно поступают и на третий вход первого элемента И-НЕ 7, На втором входе этого элемента при реализации режимов коммутации для трехфазного шагового двигателя поддер>кивается сигнал высокого уровня и после подачи пятого тактового импульса при прямом счете, т,е. послетого. как сигнал высокого уровня появится и на выходе третьего разряда реверсивного двоичного счетчика 15, на втором, третьем и четвертом входах первого элемента И-HE 7 будут присутствовать разрешающие сигналы высокого уровня, обеспечивающие прохождение шестого тактового импульса через этот элемент на вход разрешения параллельной записи реверсивного двоичного счетчика 15.

Тем самым шестым тактовым импульсом реверсивный двоичный счетчик 15 при прямом счете и управлении трехфазным шаговым двигателем обнуляется, не реагируя при

1784946

10 старшем разряде. На втором, третьем и четвертом входах первого элемента И-НЕ 7 присутствуют разрешающие сигналы высокого уровня и очередной тактовый импульс проходит через этот элемент на вход разрешения параллельной записи реверсивного

55 этом на этот же импульс по своему тактовому входу, который блокируется сигналом низкого уровня на входе разрешения записи счетчика. Блокировка счета снимается лишь после восстановления сигнала высо- 5 кого уровня на входе разрешения записи, т.е. с некоторой временной задержкой, обусловленной прохождением тактового импульса через второй элемент НЕ 6 и первый элемент И-Hf 7, 10

Адресный код, поступающий на младшие (А) и старшие (Б) адресные входы мультиплексоров 11.-14 и обеспечивающий . поочередно выборку информационных входов мультиплексоров (т.е. определенных ко- 15 довых комбинаций в соответствии с нижеприведенной таблицей), формируется из сигналов, снимаемых с выхода элемента" И 9 {младший разряд адреса) и выхода третьего разряда реверсивного двойчного 20 счетчика 15 (старший разряд адреса), причем на первый вход элемента И 9 подается сигнал с выхода второго разряда реверсив-— ного двоичного счетчика 15, в то время как на второй вход элемента И 9 в режиме пере- 25 счета на 6, т.е. при управлении трехфазным шаговым двигателем, поступает проинвер- тированный с помощью второго элемента . И вЂ” HE 8 сигнал с выхода третьего разряда счетчика 15, обеспечивающий поддержание 30 нулевого потенциала на выходе элемента И

9 при сигнале высокого уровня на выходе третьего разряда счетчика 15 и тем самым корректное формирование адресного кода при управлении трехфазным шаговым дви- 35 гателем в условиях полного отсутствия просечек и прорезок по адресным входам мультиплексоров 11-14 (информация на выходе второго мультиплексора 12 не используется при управлении трехфазным 40 шаговым двигателем).

При изменении направления отрабаты- . ваемого перемещения-путем подачи сигйа-. ла низкого уровня на шину 2 реверса счетчик 15 начинает работать в режиме об- 45 ратного счета, уменьшая свое содержимое на единичку по окончании каждого тактового импульса. После достижения нулевого состояния счетчик 15 по следующему тактовому импульсу перейдет в состояние 7, 50 при котором со всех его разрядных выходов снимаются сигналы высокого уровня, что при управлении.трехфазным двигателем со- . ответствуют адресному коду с единичкой в двоичного счетчика-15, блокируя его тактовый вход и обуславливая запись в счетчик кода чйсла 4 с учетом инверсии сигнала на первом элементе И- (Е 5. Адресный код(10) при этом не меняется, соответствуя заданному при управлении трехфазным шаговым двигателем. При подаче следующих тактовых импульсов происходит дальнейшее корректное изменение адресного кода и тем самым считывание информационных входов мультиплексоров 11, t3, 14 в обратной последовательности. обеспечивающее вращение ротора шагового двигателя в противоположном направлении.

Для реализации режимов коммутации обмоток четырехфазного шагового двигателя на шину 4 подается сигнал низкого уровн я, запйр ающий пе рвый 7 и второй 8 элементы И-НЕ, Сигнал высокого уровня с выхода первого элемента И-HE 7 блокирует при этом запись информации в реверсивный двоичный счетчик 15, работающий в данных условиях в режиме пересчета на 8.

Сигнал высокого уровня с выхода второго элемента И-НЕ 8 разрешает прохождение сигнала с выхода второго разряда реверсивного двоичного счетчика 15 на младшие адресные входы мультиплексоров 11-14 независимо от состояния сигнала на выходе третьего разряда счетчика 15, благодаря «ему обеспечивается корректное формирование адресного кода и при управлении четырехфазным шаговым двигателем. Информация при этом снимается со всех выходов устройства. реверс отрабатывается аналогйчно вышеопйсаМбму.

Таким образом, заявленное устройство для программного управления шаговым двигателем обладает, в сравнении с известным техническим решением, более высокой надежностью благодаря исключению нештатных адресных кодовых комбинаций при управлении трехфазным шагбвым двигателем, которые не только приводили к появлению помеховых сигналов на выходах устройства, но и в ряде случаев могли стать причиной сбойной либо аварийной ситуации.

Формула изобретения

Устройство для программного управления шаговым двигателем, содержащее элемент ИЛИ. элемент И, первый элемент НЕ, блок задания режимов коммутации, первый, второй, третий и четвертый мультиплексоры, выходы которых являются выходами устройства, первый информационный вход первого мультиплексора подключен к первому выходу блока задания режимов коммутации и обьединен с вторым и четвертым информационными входами соответственз

1784946

12 ветственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров и подключен к второму выходу блока задания режимов коммутации, третий выход которого соединен с третьим информационным входом третьего мультиплексора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем исключения помеховых сигналов на выходах устройства и избыточных состояний при управлении трехфазным шаговым двигателем. в него введены первый и второй элементы

И-НЕ и второй элемент НЕ, вход которого объединен с тактовым входом реверсивного двоичного счетчика, выход подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, второй вход которого объединен с первым входом второго элемента И-НЕ и подключен к шине выбора двигателя, третий вход связан с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, четвертый вход объединен со старшим адреснйм входом первого мультиплексора, младший адресный вход которого подключен к выходу элемента И, второй вход которого связан с выходом второго элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего разряда реверсивного счетчика. первый .вход параллельной записи которого связан с об- . щей шиной,. а вход разрешения параллельной записи подключен к выходу первого элемента И-НЕ., Выхо ы блока 10 за айия ежима

Шина 4 выбора двигателя

Шина 4 выбора тактности

Режим коммутации

1 (Трехфазнйй ШД) 0

0

О

0 (Четырехфазный) 0

11 но второго и четвертого мультиплексоров, второй информационный вход первого мультиплексора связан с общей шиной и обьединен с третьим, четвертым и йервым информационными входами сбответствен- 5 но второго, третьего и четвертого мультиплексоров, третий информационный вход первого мультиплексора объедийен с четвертым, йервым и вторым информационными входами соответственно второго, 10 третьего и четвертого мультиплексоров и подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с шиной выбора тактности коммутации, второй вход связан с выходом первого разряда реверсивного 15 двоичного счетчика; второй вход параллельной записи которого соединен с общей шиной, вход реверса устройства и реверсивного двоичного счетчйка объединен с входом первого элемента НЕ, выход 20 которого подключен .к третьему входу параллельной записи реверсивного двоичного счетчика-. выход второго разряда которого соединен с первым входом элемента И, выход третьего разряда подключен"к старшим 25 адресным входам первого. второго. третьего и четвертого мультиплексоров, младшие адресные входы которых объединены, четвертый информационный вход йервого мультиплексора связан с первым, вторым и 30 третьим информационными входами соотТрехгактная коммутация:...2-3-1-2...

Трехтактная коммутация; .

;;, 12-23-31-12...

Шеститактная коммутация: ....1-12-2-23-3-31-1...

Четырехтактная коммутация:...3-4 1-2-3-...

Четырехтактная коммутация:...23-34-41-12-23...

Четырехтактная коммутация:...123-234-341-412-123...

Восьмитактная коммутация:,;.2-23-2-34-4-41-+-12-2...

Восьмитактная коммутация:... 12-123-23-234-34-34141-412-12...