Устройство для управления шаговым двигателем

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19) 1 02 4 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛЬСТВ 4 говыми двигателямром. 1 ель изобретобласти применениния всех возможных ктивным рото ия - расширениеза счет обеспечеоднополярных и А.З.Еу ян3-133.3-525(0свидетельствН 02 Р 8/00,видетельствоС 05 В 19/02 8.8)СССР1984.ССР1986(54) УСТРОЙСТВО ВЬЮ ДВИГАТЕЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ ШАГО(5 относится к автомальной технике и моИзобретени и вычислит ыть исполь однополярн ления трех ет ог вано для многорежимо и разнополярногои четырехфазными шатиплекс входами ользовано ногорежимног ыть яркого управ азными шаго-. ивным роторомпривода с чисвлением.асширение обства за счет ных однополяр имметричных икоммутаций об зных щаговых ых и рази есимметри лярных ых режимови четырехфа моток трехдвигателей ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИ(21) 4307722/ (22) 18.09.87 (46) 23.05,89 (72) В.Ш.Арут и Г.Б.Инацака (53) 621.313. (56) Авторско В 1083321, клАвторское У 1374179, кл Изобретение относится к автоматии вычислительной технике и может однополярного и разноп ления трех- или четыре выми двигателями с ак в системах дискретного ловым программным упраЦель изобретения - ласти применения устрой обеспечения всех возмож разнополярных симметричных и несимметричных режимов коммутаций фаз трехфазного и четырехфазного щаговых двигателей. Устройство содержит первую и вторую группы усилителей мощности со средними точками, четырехраз-, рядный двоичный счетчик, инвертор, два трехпозиционных переключателя, логические элементы 2 И-НЕ, 2 И, 2 ИЛИ, ЗИ, три элемента неравнозначности, первую.и вторую группы мультиплексоров с четырьмя информационными входами,шины управления режимом, два мульора с двумя информационными2 з.п. ф-лы 3 ил., 2 табл.,На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства для управления трех- и четырехфазными шаговыми двигателями; на фиг.2 и 3 - номограммы электрических положений векторов электромагнитных моментов при однополярных и разиополярных режимах коммутации фаз соответственно трех- и четырехфазных шаговых двигателей. Устройство (фиг.1) содержит пер ый Ес, и второй Е источники лиання силоВой части с противополож ыми полярностямй, источник питани1481711 С-Г+ Ф- уСоставитель И.Слинькоозориз Техред Л. Сердюкова Корректор Х.Самборска Редактор Зака ИИПИ изводственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагари 2687 Госу Тираж 789 венного комитета 113035, Москва, Ж Подписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ СССР5, Раушская.наб д. 4/53 14817 логической части Е, первую 1.1-1,4. и вторую 2,1-2.4 группы усилителей мощности, средние точки 3,1-3.4 усилителей мощности, фазные обмотки трех 5 фазного 4,1-4.3 и четырехфазного 5,1- 5.4 шаговых двигателей, общую шину 6 питания устройства, четырехразрядный двоичный счетчик 7 импульсов с шинами установки в исходное нулевое состояние "Уст."0", тактирования Т и реверса "Реверс", инвертор 8, первый 9 и второй 10 трехпозиционные переключатели режима коммутации фаз, логические элементы 2 И-НЕ 11, 2 И 12, 2 ИЛИ 15 13, первый 14, второй 15 и третий 16 элементы неравнозначности элемент ЗИ 17, первую группу мультиплексоров с четырьмя информационными входами ,18,1-18.4 с общей шиной стробирова О ния "Строб 1", вторую группу мультиплексоров с четырьмя информационными входами 19,1-19.4 с общей шиной стробирования "Строб 2", первую 20 и вторую 21 шины управления режимом 25 коммутации, первый 22 и второй 23 мультиплексоры с двумя информационными входами,1Устройство работает следующим образом. ЗОПеред созданием каждого из возможных режимов коммутаЦии фаз трехФазного или четырехфазного шагового двигателя двоичный счетчик 7 по команде "Уст."0" устанавливается в нулевое исходное состояние. В зависимости от требуемого направления вращения двигателя к шине "Реверс" счетчика 7 прикладывается нулевой или единичный логический уровень потенци ала, Задание определенного режима коммутации фаз трех- или четырехфазного шагового двигателя осуществляет.ся путем приложения к шинам 20 и 21 и "Строб 2" требуемой комбинации нулевых и единичных логических уровней потенциалов, а также установкой трехпозиционных переключателей 9 и 10 на соответствующие позиции.В табл,1 и 2 показаны управления режимов переключения фаз соответственно трех- и четырехфазньтх шаговых двигателей.Все режимы однополярной коммутации фаз трех- или четырехфазных ша 55 говых двигателей создаются при приложений единичного уровня потенциала (равного напряжению источника питания логической части Е) к шине 114стробирования "Строб 2" второй группы мультиплексоров 19.1-19,4. При этом на выходах мультиплексоров 19,1-19,4 возникают нулевые потенциалы, которые поддерживают соответствующие усилители 2.1-2,4 мощности второй группы в постоянно запертых состояниях. Это приводит к работе усилителей 1.1-1.4 мощности первой группы только от одного из источников питания силовой части (+Е) и в результате к протеканию фазных токов через обмотки управления шагового4 двигателя только в одном .направлении. Переход же от одного однополярного режима к другому осуществляется с помощью трехпозиционных переключателей 9 и 10,Для создания разнополярных режи мов коммутации к шине "Строб 2" прикладывается нулевой логический потенциал, Это приводит к включению в процесс функционирования устройства.также мультиплексоров 19,1-19.4 второй группы и усилителей 21-2,4 мощности второй группы. А переход от одного разнополярного режима к другому осуществляется с помощью трехпозиционных переключателей 9 и 10.Устройство подготавливается к режимам управления четырдхфазным шаговым двигателем при приложении к шине 21 нулевого потенциала. При этом запирается по входам элемент ЗИ 17 и на его выходе возникает нулевой по- тенциал. В результате этого на 7-входе разрешения параллельной записи информации счетчика 7 поддерживается постоянный нулевой потенциал,что поз" воляет ему функционировать в качестве обычного двоичного четырехразрядного счетчика с коэффициентом пере" счета К=16. А постоянный нулевой потенциал на первых входах элементов 14-16 неравнозначности придает им логические функции повторения на своих выходах информации, поступающей к их вторым входам. Подготовка же устройства к режимам управления трехфазными шаговыми двигателями осуществляется путем при ложения к шине 21 единичного потенциала. При этом к первому входу элемента ЗИ 17 прикладывается единичный потенциал, что позволяет после установки третьего ЗР) и четвертого (4 Р) разряднык выходов счетчика 7 в15 1481 единичные состояния осуществить его автоматический переход в исходное состояние, Благодаря этому счетчиком 7 как при прямом (на шине "Реверс" при 5 сутствует нулевой потенциал), так и при обратном (на шине "Реверс" единичный потенциал) порядках его работы удается обеспечить коэффициент пересчета К=12, 11 ри этих режимах элемен 1 О ты 14-16 неравнозначности настраиваются на выполнение логической функции инверсии информации, поступающей к их вторым входам.При наличии нулевого потенциала 15 на шине 21 (т.е. при управлении четырехфазным двигателем) выбираются первые информационные входы мультиплексоров 22 и 23. В результате это.го усилители 2.2 и 2,3 переключают О ся соответственно от сигналов мультиплексоров 19.2 и 19,3. При наличии единичного потенциала на шине 21 (т.е. при управлении трехфазным двигателем) выбираются вторые информа ционные входы мультиплексоров 22 и 23. Благодаря этому усилители 2.2 и 2,3 переключаются, наоборот, от сигналов мультиплексоров 193 и 19.2, Это позволяет обеспечить требуемые 30 циклограммы переключения фаз н отдельности трехфазного и четырехфазного шагоных двигателей.При любом из возможных режимов коммутации фаз трех- или четырехфаз 35 ных шаговых двигателей потактное поступление импульсов на шину Т приводит к определенному переключению разрядньм выходов счетчика 7 и соответствующих адресных входов мультиплек О соров 18 и 19. Благодаря этому происходят поочередная передача потенци-. алов, присутствующих на их информационных входах, и соответствующие переключения усилителей 1 и 2 мощности. 45 Это создает определенные циклограммы коммутации фаэ шаговых двигателей.В связи с тем,.что мультиплексо ры 18 и 19 по адресным входам управляются от третьего или четвертого разрядов счетчика 7, а их определенные информационные входы через переключатели 9 и 10 и логические элементы 11-16 подключаются к постоянным (нулевым и единичным) потенциалам или же к выходам первого и второго разрядов этого же счетчика 7, то смена их выходных потенциалов и соответствующие переключения усилителей 1 и 711 62 и управляющих Фаз двигателей н 12- и 16-тактньм режимах коммутации происходят при поступлении каждого тактирующего импульса на Т-нход счетчика 7, в шести и восьмитактньм режимах через один импульс, а н трехи четыректактных режимах - через три импуль а.Формула изобретения1, Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и второй источники питания силовой части противоположных полярностей, источник питания логической части, общую шину источников питания, две группы из трех усилителей мощности, коммутирующих фазовые обмотки шагового двигателя, первая из которых соединена с первым. источником питания силовой части, нторая - с вторым источником питания силовой части, а их выходы объединены соответственно между собой и соединены с фазовыми обмотками шагового двигателя, первую группу из трех мультиплексоров с четырьмя информационными входами, соединенньм, своими выходами с управлпощими входами усилителей мощности первой группы, вторую группу иэ трех мультиплексоров с четырьмя информационнымн входами, выход первого иэ которых соединен с упранляющим входом первого усилителя мощности второй группы, четырехразрядный двоичный счетчик импульсов с четырьмя информационными входами, с входами тактирования, реверса, обнуления и разрешения. параллельной записи информации, тре" тнй и четвертый разрядные выходы которого соединены соответственно с адресными входами мультиплексорон с четырьмя информационными входами первой группы, инвертор, вход которого соединен с шиной реверса устройства, первый и второй трехпозиционные переклочатели режимов коммутации фаз, вы. воды перньм позиций которых соединет:. ны соответственно с первым и вторым разрядными выходами счетчика импульсов, выводы вторых позиций соединены с источником питания логической частй, а выводы третьих позиций - с общей шиной источников питания, элемент 2 И-НЕ, входы которого соединены соответственно с общими выводами перного и второго трехпозицнонных переключа 1481711телей, а выход - с первым, вторым, третьим и четвертым информационными входами соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя. информационными входами первой группы, первую и вторую шины стробирования, соединенные соответственно с входами стробирования мультиплексоров с четырьмя информационными входами первой и второй групп, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения всех возможных однополярных и разнополярных симметричных и несимметричных режимов коммутаций обмоток трехфазного и четырехфазного шаговых двигателей, дополнительно содержит в каждой группе усилителей мощности четвертые уси лители, в каждой группе мультиплексоров с четырьмя информационными входами - четвертые мультиплексоры, эле-. мент 2 И, элемент 2 ИЛИ, элемент ЗИ, первый, второй и третий элементы. не 25 равнозначности, первый и второй мультиплексоры с двумя информационными входами и две шины управления режимом коммутации, причем дополнительно введенные усилители мощности соедине- ЗО ны соответственно с первым и вторым источниками питания силовой части, их выходы объединены между собой и соединены с Фаэной обмоткой шагового двигателя, а их управляющие входы подключены соответственно к выходам дополнительно введенных четвертых мультиплексоров с четырьмя информационными входами первой и второй групп, вход стробирования четвертого мультиплексора с четырьмя информационными входами первой группы объединен с первой шиной стробирования и соединен с общей шиной источников питания, а его адресные входы соединены соответственно с третьим и четвертым разрядными выходами счетчика импульсов, вход стробирования четвертого мультиплексора с четырьмя информационными входами второй группы соединен с второй шиной стробирования, вто 50 рой, третий, четвертый и первый информационные входы соответственно. первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя инфор 55 мационными входами первой группы соединены с первой шиной управления ре.жимом коммутации, третий информационный вход первого мультиплексора с четырьмя информационными входами первой группы соединен с выходом элемента 2 И, первый вход которого соединен с второй шиной управления режимом коммутаций, с первыми входами всех элементов неравнозначнасти, элемента ЭИ, с вторым информационным входом третьего мультиплексора с четырьмя информационными входами второй группы и с адресными входами первого и второго мультиплексоров с двумя информационными входами, а его второй вход. - с общим выводом первого трехпозиционного переключателя, четвертый, первый, второй и третий информационные входы соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя информационными входами первой группы соединены с общим выводом первого трехпозиционного переключателя, четвертый информационный вход четвертого мультиплексора первой группы соединен с выходом элемента 2 И-НЕ, остальные информационные входы мультиплексоров с четырьмя информационньви входами первой и второй групп и первый, .третий информационные входы счетчика импульсов соединены с общей шиной источников питания, входы элемента 2 ИЛИ соединены соответственно с общимй выводами первого и второго трехпозиционных переключателей, а выход " с вторым входом первого элемента неравнозначности,А выход которого соединен с вторьк, третьим, четвертым и первым информационными входами соответственно первого, второго,.третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя информационными входами второй группы, второй вход второго элемента неравнозначности соединен с третьим разрядным выходом счетчика импульсов, а выход - с первымн адресными входами всех мультиплексоров с четырьмя информационными входами второй группы, второй вход третьего элемента неравноэначности соединен с четвертым разрядным выходом счетчика импульсов, а выход " с вторыми адресными входами всех мультиплексоров с четырьмя информационными входами второй группы, второй и третий входы элемента ЗИ соединены соответственно с третьим и четвертым; разрядными выходами счетчика импульсов, а выход - с входом разрешения параллельной записи кода в счетчик импульсов, третий, 1481711четвертый, первый и второй информационные входы соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров с четырьмя информацион 5 ными входами второй группы соединены с источником питания логической части, вхОд реверса счетчика импульсов соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к второму и чет О вертому информационным входам счетчи. ка импульсов, выход второго мультиплексора с четырьмя информационными входами второй группы соединен с первьв информационным входом первого и 15 с вторым информационным входом вто-рого мультиплексоров с двумя информационными входами, выход третьего мультиплексора с четырьмя информационными входами второй группы соединен с 20 вторым информационным входом первого и с первым информационным входом второго мультиплексоров с двумя информационными, входами, а выходы первого и второго мультиплексоров с двумя 25 информационными входами соединены соответственно с управляющими входамивторого и третьего усилителей мощности второй группы,2. Устройство по п. 3, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюуправления трехфазным шаговьич двигателем, его.первая, вторая и третьяфазные обмотки соединены соответственно с объединенными выходами пер-вых, вторых и третьих усилителей мощности первой и второй групп, а общий вывод - с общей шиной источников питания.3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюуправления четырехфазньи шаговымдвигателем, его первая, вторая, тре-,тья и четвертая фазные обмотки соединены соответственно с объединенньмивыходами первых, вторых, третьих ичетвертых усилителей мощности первой и второй групп, а общий вывод -с общей шиной источников питания.+: мО СР оВо сВ О л а-э 1 сч+ + +1 3 1л 1 е лМСо 3 4сч 1 1 + + Сц аф ае + 11 Фм 1 мсВ 11е л а + + +1 а 1 Ф Ф 1 1. +.М аа 1 +