Устройство для управления шаговым электродвигателем

 

Д. В. Вилесов, А. Il. Сеньков и В. И. Саввин (72) Авторы изобретения

Ленинградский ордена Ленина кораблестроительный институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к автомати- . зированному электроприводу и может быть использовано в системах автоматики и вычислительной техники.

По основному авт. св. 11 610281 из- s вестно устройство для управления шаговым электродвигателем, содержащее усилитель мощности, связанный с распределителем импульсов через элементы совпадения и узел запирания, подключенный своим выходом к входам элементов совпадения. Узел запирания содержит генератор импульсов, счетчик, элемент совпадения, один вход которого подключен к выходу генератора, другой - к выходу старшего разряда счетчика, а выход соединен со счетным вхо" дом счетчика, связанного своим входом установки нулевого состояния с входом распределителя импульсов. Кроме того, узел запирания содержит два элемента

И, один элемент ИЛИ, подключенный сво-, им выходом к одному входу элемента

2 совпадения, одним входом - к выходу; .

I младшего разряда счетчика, а другим через один элемент И - к выходам двух промежуточных разрядов счетчика, связанного выходом старшего разряда с одним входом второго элемента И, другой вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 0 1.

Недостатками известного устройства являются понижение КПД и ухудшение равномерности движения при колебаниях питающего напряжения.

Целью изобретения является повышение КПД и равномерности движения при колебаниях питающего напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что узел запирания содержит релейный элемент, инвертор, два дополнительных элемента И и два дополнительных элемента ИЛИ, выход одного из которых подключен к входу основного элемента

ИЛИ, а входы - к выходам дополнительных элементов И, связанных первыми входами с выходом основного элемента .

91 4 дом релейного элемента 13. Выходы элементов И 12 и 14 подключены к входам элемента ИЛИ 16, связанного выходом с входом элемента ИЛИ 17, к другому входу которого подключен единичный выход младшего разряда счетчика, а выход элемента ИЛИ 17 подключен к входу элемента И 9, выход которого является выходом узла запирания и присоединения к элементам 2 совпадения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии старший и разряд счетчика 8 находится в единичном состоянии и на элементы И 7 и 9 поступает сигнал логического нуля. Элементы 7 и 9 при этом закрыты, импульсы с генератора 6 на счетчик 8 через элемент И 7 не проходят и состояние разрядов счетчика 8 не изменяется, а сигнал логического нуля с выхода элемента И 9 закрывает элементы 2 совпадения, усилитель 3 мощности также закрыт, и обмотки шагового электродвигателя 4 обесточены.

При поступлении управляющего импульса на входы установки нулевого состояния счетчика 8 все его разряды сбрасываются в нулевое состояние, а распределитель 1 импульсов переключает каналы в очередности, определяемой сигналом на одной из шин направления движения - "Вперед" или "Назад".

3 9610

И, вторым входом одного дополнительного элемента И с выходом второго дополнительного элемента ИЛИ, подключенного входами к выходам двух промежуточных разрядов счетчика, а третьим входом этого элемента И - к выходу релейного элемента, связанного входом с источником литания шагового электродвигателя, причем второй вход другого дополнительного элемента И со- 10 единен с выходом инвертора, подклю- . ченного входом к выходу релейного элемента.

Такое выполнение устройства управления позволяет при превышении вели- 15 чины напряжения питания определенного уровня уменьшить время подключения шагового электродвигателя к источни- . ку питания, что уменьшает вводимую в электродвигатель энергию при отработ- zg ке шага и, следовательно, уменьшает колебания скорости вращения ротора и повышает КПД, На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства приме- 2s

-,нителБно к четырехфазному шаговому электродвигателю; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы сигналов на элемен тах узла запирвния.

Распределитель 1 импульсов связан через элементы 2 совпадения с усилителем 3 мощности, коммутирующим обмотки шагового электродвигателя 4. Между общим входом элементов 2 совпадения и импульсным входом f>n распределите35 ля 1 импульсов включен узел 5 запирания, содержащий генератор 6 импульсов, выход которого через элемент И 7 подключен к счетному входу счетчика 8 импульсов.

Входы установки нулевого состояния счетчика 8 подключены к импульсному входу распределителя 1. Нулевой выход старшего разряда и счетчика 8 подключен к входам элементов И 7, 9 и 10, 45 нулевой выход n - 1 разряда подключен к другому входу элемента И 10, а нулевые выходы промежуточных n - 2 и и - 3 разрядов счетчика подключены к входам элемента ИЛИ 11. Первый вход элемента

И 12 подключен к выходу элемента И 11, 50 другой вход - к выходу элемента И 10, и третий вход - к выходу релейного элемента 13, вход которого подключен к источнику питания U„ шагового пит. электродвигателя 4.

Входы элемента И 14 подключены к выходу элемента И 10 и к выходу инвертора 15, связанного входом с выхоПредположим, что напряжение питания V> T äåèãàòåëÿ 4 меньше напряжения срабатывания релейного элемента

13. Тогда на его выходе будет сигнал логического нуля, а на выходе инвертора 15 - сигнал логической единицы (Р 13 и U„ 15 на фиг. 2). При сбросе в нуль разрядов счетчика 8 на входы элементов И 7, 9, 10 и элемента ИЛИ

11 с нулевых выходов и, и - 1, n - 2, n - 3 рзрядов (ИЛИ 11, Т„- О, Т - О, Тд g- О, Тп - 0 на фиг. 2) поступает сигнал логической единицы. Элемент

И 7 откршвается, и импульсы с - генера- . тора 6 (fo на фиг ° 2) проходят на счетный вход счетчика 8 и начинают его заполнять. Единичный сигнал с выхода элемента И 10 поступает на входы элементов И 12 и 14. Элемент И !2 (И 12 на фиг. 2) будет закрыт, так как на один из его входов поступает сигнал логического нуля с элемента 13. При этом элемент И 14 откроется (И 14 на фиг. 2), так как на его входы поступают сигналы логической единицы с вы5 9610 хода элемента И 10 и с выхода инвертора 15.

Сигнал логической единицы с выхода элемента И 14 поступает на вход элемента ИЛИ 16, с выхода элемента ИЛИ

16 - на вход элемента ИЛИ 17 и с выхода элемента ИЛИ 17 - на вход элемен. та И 9 °

Таким образом, на обоих входах элемента И 9 (И 9 на фиг. 2) присутству- 10 ют сигналы логической единицы, открывающие его. Элемент И 9 в свою очередь открывает элементы 2 совпадения, обеспечивая возбуждение обмоток двигателя 4, вызывающее отработку оче- 15 редного шага. Импульсы, поступающие с единичного выхода младшего разряда счетчика 8 (Т„ - 1 на фиг. 2) с частотой f /2 на вход элемента ИЛИ 16, не изменяют работы схемы до тех пор, щ пока n — - 1 разряд счетчика 8 не перебросится в единичное состояние (момент времени t< на фиг. 2).

При этом с нулевого выхода n - 1 разряда счетчика 8 на вход элемента 25

И 10 поступает сигнал логического нуля.

С выхода элемента И 10 (И 10 на фиг. 2) сигнал логического нуля поступает на вход элемента И 14, с его выхода - на вход элемента ИЛИ 16, и с выхода по- щ следнего - на вход элемента ИЛИ 17. В этом случае выходные сигналы элементов

ИЛИ 17 и И 9 будут изменяться так же, как и состояние единичного выхода младшего разряда счетчика, закрнвая я открывая элементы 2 совпадения с частотой fo/ 2 (ИЛИ 16 и ИЛИ 17 на фиг. 2).

Этим обеспечивается дополнительная коммутация обмотки двигателя 4, что уменьшает энергию, вводимую в конце шага. Такое питание обмотки двигателя продолжается до заполнения старшего разряда (Т„ — О на фиг. 2) счетчика 8, после чего элементы 2 совпадения и элементы И 7 и 9 закрываются и обмотки двигателя 4 отключаются от источ" ника питания Оплат. При поступлении следующего управляющего импульса счетчик 8 вновь сбрасывается в нуль, элементы 2 совпадения и элементы И 7, 9, 10 и 14 вновь открываются, подключая обмотки двигателя 4 к источнику питания Un и обеспечивая отработку следующего шага.

При увеличении напряжения питания

U„ B reTen 4 on me Hen n eH срабатывания релейного элемента 13 на его выходе вырабатывается сигнал логичес91 d кой единицы, а на выходе инвертора

15 -. сигнал логического нуля (Р 13 и

UH 15 на фиг. 3). При сбросе управляющим импульсом в нуль счетчика 8 с нулевых выходов n, n - -1, п - 2 и

3 (Т„ О, Т„ - О, Т„, .- О, Т„ - О на фиг. 3) разрядов счетчика

8 на элементы И 7, 9 и 10 и элемент

ИЛИ 11 так же, как и в предыдущем случае, поступают сигналы логической единицы. Через открытый элемент И 7 начинается заполнение счетчика.8.

Единичный сигнал с выхода элемента И 10 (И 10 на фиг. 3)поступает на входы элементов И 12 и 14. В отличие от предыдущего случая элемент И 14 будет закрыт, так как на другой его вход поступает сигнал логического нуля с инвертора 15, а элемент И 12 (И 12, И 14 на фиг. 3) будет открыт, так как на все три его входа поступают сигналы логической единицы: с элемента ИЛИ 11, с элемента И 10 и с релейного элемента 13 (ИЛИ 11, на фи r. 3), Сигнал логической единицы с выхода элемента И 12 через элементы ИЛИ 16 и ИЛИ 17 проходит на вход элемента

И 9. На другой его вход с нуЛевого выхода и-разряда счетчика 8 также по" ступает сигнал логической единицы и элемент И 9 (И,9 на фиг. 3) открыва" ется, открывая и элементы 2 совпадения, обеспечивающие питание шагового двигателя 4 для отработки очередного шага. Состояние .-схемы не изменяется до тех пор, пока не перебросится в единичное состояние п - 3 разряд счетчика (момент времени t на фиr. 3).

Тогда на вход элемента ИЛИ 11 с нулевого выхода n - 3 разряда счетчика 8 поступит сигнал логического нуля и элемент И .12 закрывается и, значит, на выходе элемента ИЛИ 16 появится сигнал логического нуля. С выхода элемента ИЛИ 16 сигнал логического нуля поступает на вход элемента ИЛИ

17, и состояние элемента, ИЛИ 17 будет изменяться так же, как и состояние единичного выхода"младшего разряда счетчика 8, т ° е. переключаться с частотой fo /2 (Т - 1, ИЛИ 16 и ИЛИ 17 на фиг. 3).

С -той же частотой Гв/2 будут открываться и закрываться и элементы 2 совпадения, обеспечивая дополнительную коммутацию обмоток электродвигателя 4, что уменьшает энергию, вводимую в конце шага. Так же, как и в пре9610

7 дыдущем случае, питание от двигателя

4 отключается полностью после того, как старший разряд счетчика (Т„ - 0 на фиг. 3) перебросится в единичное состояние, т. е. элементы 2 совпадения и элементы И 7 и 9 закрьуаются.

Состояние схемы фиксируется до поступления следующего управляющего импульса. о

Если период следования управляющих импульсов меньше времени заполнения счетчика 8 до старшего разряда, в первом и во.втором случаях счетчик 8 сбрасывается в нуль до переключения 1$ старшего разряда и питание от двигателя 4 не отключается.

Время подключения двигателя 4 к источнику питания без дополнительной коммутации при пониженном напряжении 20 питания (t „ на фиг. 2) в полтора раза больше, чем (t< на фиг. 3) при повышенном напряжении питания.

Таким образом, при превышении напряжения питания определенного уров- 2S ня, на который настроен релейный элемент, уменьшается время подключения дви.гателя к источнику питания, что уменьшает вводимую в двигатель энергию шага и, следовательно, уменьшает колебания скорости вращения ротора и повышает КПД.

91 8

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым электродвигателем по авт. св. У 610281, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения КПД,и равномерности движения при колебаниях питающего напряжения, узел запирания содержит релейный элемент, инвертор, два дополнительных элемента И и два дополнительных элемента ИЛИ, выход одного из которых подключен к входу основного элемента ИЛИ, а входы - к выходам дополнительных элементов И, связанных первыми входами с выходом основного элемента И, вторым входом одного дополнительного элемента И с выходом второго дополнительного элемента ИЛИ, подключенного входами к выходам двух промежуточных разрядов счетчика, а третьим входом этого элемента И - к выходу релейного элемента, связанного входом с источником питания шагового электродвигателя, причем второй вход .другого дополнительного элемента И соединен с выходом инвертора, подключенного входом к выходу релейного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское -свидетельство СССР

У 610281, кл. Н 02 Р 8/00, 1978.