Устройство для программного управления -фазным шаговым двигателем

судам Составитель Б. ВласовТехред А.Кравчук Коррек ПодписяР ственного комитета СССобретений и открытий.Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано вавтоматизированных системах с дискретным электроприводом для электричес 5кого дробления шага ш-фазного шагового двигателя и является усовершенствованием устройства по авт.св.У 1167586.Цель изобрения - расширение функ;циональных воэможностей устройствапутем обеспечения оперативного изменения коэффициента дробления основного шага двигателя.На фиг. 1 приведена функциональная 15схема устройства для ш-фазного двигателя; на фиг, 2 - то же, применительно к 4-фазному двигателю; на.Фиг. 3-5 - временные диаграммы изменения токов в фазах 4-Фазного двигателя соответственно при коэффициентах дробления Б = 8,4,2; на фиг, 68 - номограммы векторов моментов 4-:1 задания программ, первый 2 и второй 3 (двоичный ) счетчики, первый 4и второй 5 сумматоры, первый 6 и вто,рой 7 инверторы, элементы И 8 и ИЛИ9, мультиплексоры 10.1-10.ш каналов,фазные обмотки 11,1-11,в двигателя,группу из Кэлементов И 12,1-12,К,группу из Кинверторов 13.1-13.К и шины 14.1-14.Квыходов изменения 35коэффициента дробления шага блоказадания программы,Кроме того, устройство (фиг,2),содержит мультиплексторы 15-18, фазные обмотки 19-22 двигателя, элементы И 23 и 24, инверторы 25 и 26 ишины 27 и 28 изменения коэффициентадробления шага с соответствующихвыходов блока 1 задания программ.Устройство например, 4-фазным шаговым двигателем при коэффициентахдробления Ы = 8,4,2 (фиг.2-8), работает следующим образом.Тактовая последовательность высокочастотных импульсов с частотой Е ц 50из блока 1 задания программ непрерывно поступает на вход первого (двоичного) счетчика 2, работающего насуммирование.Коэффициент дробления И основного 55шага задается при помощи приложенияиз блока 1 задания программ к шинам27 и 28 соответствующей кодовой комбинацией нулевых и единичных логических уровней потенциалов, Так, например, при Ю = 8 к шинам 27 и 28 прилагается код 11, при И :- 4 - соответственно код О 1 а при Н = 2 " код 00.При любом коэффициенте дробленияЯ исходным является состояние, прикотором второй (двоичный.) счетчик 3находится в нулевом состоянии.Если ЙВ, то в исходном состоянии на выходах элементов И 23 и 24устанавливается кодовая комбинация00, на выходе переноса первого сумматора 4 присутствует нулевой потенциал, а на выходе первого инвертораб - единичные потенциалы. В отличиеот этого на выходе переноса второгосумматора 5 устанавливаются высокочастотные импульсы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) со скважностью8/3, а на выходе второго инвертора7 и элемента ИЛИ 9 - импульсы соскважностью 8/5. На выходе элементаИ 8 устанавливается нулевой потен"циал.Благодаря тому, что выбраны первые каналы мультиплексоров 15-18через обмотку 21 третьей Фазы двигателя протекает ток, равный 3/8 1,а через обмотку 22 четвертой фазы -номинальный ток 11,. При этом в первой 39 и второй 20 обмотках Фаз двигателя токи отсутствуют, Это состояние системы соответствует исходнойточке "0" на фиг. 3 и 6,С поступлением из блока 1 заданияпрограмм первого низкочастотного им-.пульса на вход счетчика 3 в него записывается число "1", Это приводит кпоявлению на выходах элементов И 23и 24 кодовой комбинации 10, на выходе переноса первого сумматора 4высокочастотных 111 ИМ-сигналов соскважностью 8, а на выходе переносавторого сумматора 5 - аналогичныхШИМ-сигналов.со скважностью 8/2, Приэтом в обмотке 19 первой фазы двигателя устанавливается ток 1/8 1 н, а вобмотке 21 третьей фазы - ток 2/8 1Одновременно с этим обмотка 20 второй фазы продолжает оставаться обесточенной, а через обмотку 22 четвертой фазы продолжает протекать номинальный ток Тн. В результате этогоротор двигателя отрабатывает первыйдробный шаг, равный Ы др= Ы /8, гдеИо - величина основного шага дви 1гателя, Это состояние системы нафиг.З и 6 соответствует рабочей точке "1"С приходом последующих двух низко 5частотных импульсов на выходах эле.ментов И 23,и 24 появляются коды 01и 11, ток через обмотку 19 первойфазы достигает третьей элементарнойступени (2/8 1 н и 3/8 1 н), а ток через обмотку 21 третьей фазы ступенчато падает до нуля (1/8 1 и О)при неизменных токах в обмотках второй 20 и четвертой 22 фаз. Эти состояния на фиг, 3 и 6 соответствуют 16рабочим точкам "2" и "3" Поступление четырех последующих низкочастотных импульсов приводит к ступенчатому увеличению тока в обмотке 19 первой Фазы (4/8 Тн, 5/8 1 , 6/8 1 н 207/8 Тн) и ступенчатому уменьшениютока в обмотке 22 четвертой фазы(7/8 Тн 6/8 Тн5/8 Тн и 4/8 Тн)при неизменных нулевых токах в обмотках второй 20 и третьей 21 фаз. Зти 25состояния системы на фиг. 6 соответствуют рабочим точкам "4" - "7",Этим завершается первая четвертьцикла работы устройства, при которомротор двигателя отрабатывает восемь 31дробных шагов. При достижении вторымсчетчиком 3 цифры "7" происходит переполнение его младших разрядов,поступление очередного низкочастотного импульса приводит к записи единицы в его старших разрядах и нулей вмладших разрядах, В результате этоговыбираются вторые каналы мультиплексоров 15-18. На выходых первого сумматора 4 и элемента И 8 устанавлива Оется нулевой потенциал, а на выходахпервого инвертора 6 и элемента ИЛИ9 - единичный потенциал. При этом навыходе переноса второго сумматора 5формируются высокочастотные ШИМ-сигналы со скважностью 8/3, а на выходе инвертора 7 - ШИМ-сигналы со скважностью 8/5. Благодаря этому в обмотке 19 первой фазы двигателя протекает номинальный ток 1 н, а в обмотке22 четвертой фазы - ток, величиной3/8 1 н, при нулевых токах в обмоткахвторой 20 и третьей 21 фаз (фиг. 3и 6, точечки "8"), .Поступление трех последующих низкочастотных импульсов приводит к сту",пенчатому увеличению тока в обмотке20 второй фазы (1/8 Тн, 2/8 1 ,3/8 Тн) и одновременному ступенчатому уменьшению тока в обмотке 10 первой Фазы и нулевом токе в обмотке 21 третьей фазы. Зти состояния системы на фиг. 3 и 6 соответствуют .рабочим точкам "9" - "1 1",Дальнейшее поступление четырех низкочастотных импульсов второй четверти цикла приводит к ступенчатому уменьшению тока в обмотке 19 первой фазы (7/8 Тн, 6/8 Тн, 5/8 Тн4/8 1 ) и одновременному ступенчатому увеличению тока в обмотке 20 второй фазы 4/8 1 н, 5/8 Тн 6/8 Тн 7/8 Тн) при обесточенных состояниях обмоток третьей 21 и четвертой 22фаз. Эти состояния системы на фиг,3и 6 соответствуют рабочим точкам"12" - "15". Этим завершается втораячетверть цикла работы устройства. После переполнения младших разрядов второго счетчика 3 в его старшие разряды записывается цифра "2" и выбираются третьи каналы мультиплексоров 1,5-18, В результате этого в течение первых четырех тактов третьей четверти цикла ток в обмотке 19 первой фазы ступенчато уменьшается до нуля, в обмотке 20 второй фазы поддерживается на номинальном уровне Тн, в обмотке 21 третьей фазы ступенчатоувеличивается до уровня 3/8 1 н, а в обмотке 22 четвертой фазы подцерживается на нулевом уровне. В течениепоследующих четырех тактов ток в обмотках первой 19 и четвертой 22 фаз поддерживается на нулевом уровне, в обмотке 20 второй фазы ступенчато падает до уровня 4/8,.1 н, в об мотке 21 третьей фазы растет до уровня 7/8 Т Эти. состояния системы на фиг, 3 и 6 соответствуют рабочим точкам "16" - "23".По завершении третьей четверти цикла мпадщие разряды второго счетчика 3 снова переполняются и с приходом первого низкочастотного импульса четвертой четверти цикла они обнуляются, В результате в его старшие разряды записывается число "3" и выбираются четвертые каналы мультиплексоров 15-18,За четвертую четверть цикла ротор принимает рабочие положения "24" "31" (фиг.3 и 6), после которых вся система возвращается в исходное состояние.5 14Последующие циклы работы устройства происходят аналогично первомуциклуеТаким образом, за один полный циклработы устройства двигатель отрабатывает 32 дробных шага (при числе Фазв = 4 и коэффициенте дробления И = 8 )и электромагнитный вектор совершаетполный оборот вокруг своей оси.Если к шинам 27 и 28 изменениякоэффициента дробления приложен кодО 1, устройство обеспечивает коэффициент дробления основного шага И = 4.(при ш = 4) . При этом запираетсяповходу элемент И 23 (фиг.2), На еговыходе устанавливается постоянныйнулевой потенциал, а на выходе инвертора 25. - постоянный единичный потенциал. В результате этого не все низкочастотные импульсы, поступающие изблока 1 задания программ к второмусчетчику 3, приводят к периодичесРкомуизменению кодов на вторых входах сумматоров 4 и 5, а только каждый второй. В соответствии с этимскважность формируемых на выходах переносов первого 4 и второго 5 сумматоров ШИМ-сигналов периодически изменяются не с элементарными ступенями,а двойными. Это приводит к тому, чтофазные точки в обмотках двигателяпериодически изменяются с соответствующими двойными ступенями и система поочередно принимает рабочиеположения, соответствующие точкам"26", "28" и "30 н (фиг.4 и 7), Такимобразом, основной шаг двигателя делится на коэффициент И = 4,Если к шинам 27 и 28 управлениякоэффициентом дробления приложен код00, устройство обеспечивает коэффициент дробления основного шага 4 фазного двигателя И = 2, При этом повходам запираются оба,элемента И 23и 24 (фиг,2, На их выходах устанав 186556ливаются,постоянные нулевые потенциалы, а на выходах инверторов 25 и 26 -постоянные единичные потенциалы. Коды на вторых входах сумматоров 4 и5 изменяются на каждом четвертомнизкочастотном импульсе. Скважностьформируемых на выходах переносовпервого 4 ивторого 5 сумматоров ШИМ 10 сигналов периодически изменяютсяучетверенными элементарными ступенями. В результате система поочереднопринимает рабочие состояния, соответ 15 "16", "20", "24" и "28" (фиг,5 и 8),Таким образом, основной шаг двигателя делится на коэффициент Х = 2.При тп-Фазном двигателе коэффици-.ент пересчета второго двоичного счет 20 чика 3 выбирается равным И ш.В общем случае значением И определяются: максимальный коэффициентдробления основного шага двигателя,коэффициент пересчета первого двоич 25 ного счетчика 2 и коэффициент пере.счета младших разрядов второго двоичного счетчика 3, Значением ш определяются; фазность двигателя, количество мультиплексоров, количествоЗ 0 информационных входов каждого измультиплексоров и коэффициент пересчета старших разрядов. второго двоичного счетчика 3.Для обеспечения обратного направ 35 ления вращения ротора двигателя (реверсирования) необходимо перевестив режим вычитания только второй двоичный счетчик 3,40 Частота импульсов, подаваемая нашину высокочастотного тактированйя, выбирается исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя, а частота импульсов, 4 В подаваемая на шину низкочастотныхуправляющих импульсов, - в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.