Устройство для управления шаговым двигателем

(5115 6 05 В РЕ С В ИДЕТЕЛ ЬСТ АВТОРС М 22одстве нное единени(54) УСТРОЙ СТ ГОВЫМ ДВИГА (57) Изобретени кретного элект вым программ быть использо ВО ДЛЯ УПРАВЛТЕЛЕМе относится к сист опривода станко ым управлениемвано для разноп мам дисчислои может олярного л ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗ(56) Авторское свФ 1481711, кл. 6Авторское свМ. 1374179, кл. 0 Изобретение относится к системам дискретного электропривода станков с чйсловым программным управлением и может быть использовано для разнополярного многорежимного управления шаговых двигателей с активным ротором и с четным числом фаз гп=4,6,8Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первую и вторую группы усилителей мощности со средними точками, образующие полумостовые усилители мощности, два источника питания силовой части с противоположными полярностями, четырех раз рядн ы й двоичный счетчик, инвертор, два трехпозиционных переключателя, логические элементы 2 И-НЕ, 2 И, 2 ИЛИ. ЗИ, три элемента нерав 1741099 А 1 многорежимного управления шаговым двигателем с активным ротором и четным числом фаз. Цель изобретения - упрощение и повышение надежности, а также расширение области применения, Устройство содержит два источника питания силовой части с разной полярностью, две группы усилителей мощности, щ-канальный распределитель импульсов, состоящий иэ двоичного реверсивного счетчика импульсов. Для достижения цели устройства дополнительно содержит две шины управления режимом коммутации, а в в-канальный распределитель импульсов введены первый элемент ИЛИ, демультиплексор, каждый из нечетных каналов распределителя содержит мультиплексор "2 на 1", а каждый из четных каналов - два мультиплексора "2 на 1" и второй элемент ИЛИ, 7 ил,нозначности, первую и вторую группы му ьтиплексоров "4 на 1", шины управления ре, жимом, два мультиплексора "2 на 1".Недостатками этого устройства являются сложность, обусловленная содержанием большого числа элементов, а также ограниченная область применения, обусловленная возможностью управления только трех- и четырехфаэными шаговыми двигателями,Наиболее близким к изобретению является устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первой и второй источники питания силовой части противоположных полярностей, соединенные между ними полумостовые усилители мощности с двумя группами усилителей, коммутирую1741099 ь,.с оставитель В.Арутюнянехред М. Моргентал ектор А,Ротман Реда ЫДКЭ акаэ 2084 Тираж Поди иснлэВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 КНТ С Проиэводственно-издательский комб ат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 15 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 щих фазные токи двигателя, общую шину источников питания, щ-канальный распределитель импульсов, состоящий из мультиплексоров и двоичного реверсивного счетчика импульсов, имеющего входные шины тактирования реверса и установки в исходное состояние, Кроме того, оно содеркит элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ, два трехпазиционных переключателя,Недостатками этого устройства также являются сложность (большой обьем аппаратуры) и ограниченные функциональные возможности (обеспечивает управление только трехфазным двигателем),Целью изобретения является упрощение устройства и повышение надежности путем сокращения числа элементов и рас- шиаение области применения путем обеспечения всех возможных разнополярных режимов управления любым шаговь 1 м двигателем с четным числом фаз (а = 4, б, 8,),Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления шаговым двигателем, содеркащее первый и второй источники питания силовой части противоположных поля,: остей, две группы усилителей мошности, иловые входы усилителей мощности парной группы соединены с первым источником питания силовой части, силовые входы усилителей мощности второй группы - с вторым источником питаниясиловой части, а их выходы обьединены попарно между собой, гп-канальный распределитель импульсов, состояц 1 ий из двоичного реверсивного счетчика импульсов, имеющего входные шины тактирования, реверса и установки в исходное состояние, являющимися входными шинами устройства, дополнительно содержит первую и вторую шины управления режимам коммутации, в гп-канальный распределитель импульсов введены первый элемент ИЛИ демультиплексор, каждый из нечетных каналов распределителя содержит мультиплексор "2 на 1" на каждый из четных каналов - два мультиплексора "2 на 1" и второй элементы ИЛИ, выходы которого соединены с выходами мультиплексоров "2 на 1" данного канала, первые информационные входы мультиплексоров всех нечетных каналов и вторые информационные входы первых мультиплексоров всех четных каналов соединены с выходом первого элемента ИЛИ, вторые информационные входы мультиплексоров всех нечетных каналов и первые информационные входы вторых мультиплексоров всех четных каналов соединены с первой шиной управления режимам, первые информационные входы первых мультиплексоров и вторые информационные входы вторых мультиплексоров всех четных каналов соединены с общей шиной источников питания, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с второй шиной управления режимом, а второй вход - с выходом первого разряда двоичного реверсивного счетчика, адресные входы демультиплексора соединены соответственно с выходами с третьего по последний разряды двоичного реверсивного счетчика, а информационный вход - с общей шиной источников питания, адресные входы зсех мультиплексоров соединены с выходам второго разряда двоичного реверсивного счетчика, входь 1 стробирования мультиплексоров 1-га, З-го, (гп-З)-го, гп)-го нечетных каналов подключены к входам стробированля первых мультиплексоров 2-го, 4-го(п)-го, п-го четных каналов и соединены соответП 1ственно с 2-ым, З-им, - -ым, 1-ым выходами демультиплексора, а входы стробирования вторых мультиплексоров 2- го, 4-го(п 1-2)-го, гл-го четных каналов соеди нен ы саатветст вен на с З-им, 4-ым - ым, 1-ым, 2-ым вьхадами демуль 2 ртиплексора, с первого па - ; - -ый, выходы2распределителя соединены соовественна с управляющими входами усилителей мощгпности первой группы с( - +1)-га по гп-й выходы распределителя соединены соагвегственно с управляющими входами усилителей мощности второй группы, а противолежащие фазные обмотки двигателя попарно-встречна, параллельно или последовательно соединены соответственно между объединенными выходами соответствующих усиллтелей мощности первой и второй групп и общей шиной источников питания. На фиг,1 представлена функциональнаясхема предлагаемого устройства для управления шаговым двигателем с четным числомфаз гп; на фиг,2, 3 и 4 - функциональныесхемы устройства для конкретных случаевуправления соответственно 4-, б-, 8-фазными шаговыми двигателями; на фиг.5, б и 7 -соответствующие им номограммы векторовмоментов,В общем случае, когда число фаз равно щ,предлагаемое устройство (фиг.1) содсржитпервую 1.1 - 1, - и вторую 2,1 - 2, - группыгп22усилителей, соединенные между собой и соП 1ставляющие - полумостовых схем усилите 2510 15 20 25 30 35 40 4550 55 лей.мощности, подключенных к источникам питания 3 и 4 противоположных полярностей и коммутирующих токи попарно-встречно, параллельно или последовательно соединенных противолежащих фаз 5.1 - 5.щ двигателя, реверсивный двоичный счетчик 6 с шинами тактирования, реверса и установки в нулевое исходное состояние, первый логический элемент ИЛИ 7, первый вход которого соединен с выходом первого разряда счетчика 6, демультиплексора 8, информационный вход которого соединен с общей (нулевой) шиной 9 источников питания, а адресные входы - с выходами с третьего по последний разрядов счетчика 6. В нечетных каналах распределителя содергпжатся мультиплексоры 10,1 - 10. - со струк 2турой "2 на 1", а в четных каналах - по два мультиплексора 11,1 - 11, - , 12,1-12. -гп22 со структурой "2 на 1" и логические элеменп 1ты ИЛИ 13.1 - 13, - , входы которых соеди.2нены с выходами мультиплексоров этих же каналов, Устройство содержит также первую 14 и вторую 15 шины управления режимом, Причем первые информационныеП 1 входы мультиплексоров 10,1 - 10, - нечет 2 ных каналов и вторь 1 е входы первых мультиП 1плексоров 11,1-11, - четных каналов2соединены с выходом первого элемента ИЛИ 7, второй вход которого соединен с второй шиной 15 управления режимом, вторые входы мультиплексоров 10,1 - 10. - не 2 четных каналов и первые входы вторых мультиплексоров 12,1-12, - четных кана 2лов соединены с первой шиной 14 управления режимом, первые входы первыхП 1 .мультиплексоров 11.1-11. - и вторые вхо 2 ды вторых мультиплексоров 12,1 - 12, - чет-.П 1 2 ных каналов соединены с общей шинойП 1 источников питанияС первого по - выхо 2 ды распределителя соединены соответственно с управляющими входами усилителей мощности первой группы 1.1- 1. - , а с- +1)-го по п 1-й выходы распредеп 1, гп2 2лителя - соответственно с управляющими входами усилителей мощности второй группы 2.1-2. - ,Я2 Предлагаемое устройство работает следующим образом.Перед созданием любого из возможных режимов коммутации фаз к шине "Уст.О" подается сигнал обнуления счетчика 6, а к шине "Реверс" в зависимости от требуемого направления вращения прикладывается нулевой или единичный логический потенциал, Задание определенного режима коммутации осуществляется путем приложения к шинам 14 и 15 требуемой комбинации нулевых и единичных логических потенциалов,При подаче к шине Т тактирующих импульсов на выходах разрядов счетчика 6 поочередно формируются двоичные коды, Счетчик б производит подсчет тактовых импульсов до своего коэффициента пересчета Клер, после чего автоматически обнуляется.При приложении к шине 14 нулевого логического потенциала, а к шине 15 - единичного логического потенциала на выходе элемента ИЛИ 17 устанавливается постоянный единичный логический потенциал, В результате этого в процессе переключения выходных каналов распределителя первый разряд счетчика 6 не участвует. В такт поступления импульсов на вход Т счетчика б на его выходах поочередно формируются двоичные коды, которые приводят к поочередному возникновению нулевого потенциала на одном из выходов демультиплексора 8(при единичных потенциалах на остальных выходах) и соответствующим переключениям мультиплексоров 10 - 12, Благодаря этому на выходах распределителя через один такт поступления импульсов формируются коды "1 из а" (т.е. с одной единицей и анулями). Это приводит к созданию такого разнополярного режима коммутации фаз двигателя, при котором ротор принимает основные дискретные положения (фиг,5 а, ба, 7 а), В этом режиме суммарный вектор момента двигателя в каждом такте переключения фаз равен удвоенному значению номинального его момента при однополярном управлении,Если к обеим шинам 14 и 15 приложить единичный логический потенциал, то через один такт поступления импульсов к входу Т счетчика б на выходах распределителя формируются коды "2 иэт" т.е. с двумя единицами и тнулями). Это приводит к созданию такого разнополярного режима коммутации фаэ двигателя, при котором ротор двигателя принимает промежуточные положения между основными (фиг.5 б, бб, 7 б). При этом режиме суммарный вектор момента двигателя в каждом также переключения фаз равен гео20 25 35 40 45 50 55 метрической сумме удвоенных значений номинальных моментов двух соседних основных положений при однополярном управлении,В отличие от описанных первых двух режимов в третьем режиме работы устройства к шинам 14 прикладывается единичный потенциал, а к шине 15 - нулевой потенциал, В результате этого в процессе переключения мультиплексоров 10 - 12 и фазных обмоток двигателя принимает участие такке первый разряд .счетчика 6. Благодаря этому через каждый такт поступления импульсов на вход Т счетчика 6 на выходах раси редел ителя поочередно форми руются коды с одной и двумя единицами из гп. В итоге вал двигателя поочередно принимает все возможные основные и промежуточные положения (фиг.5 в, бв, 7 в). Реверсирование устройства производится путем изменения логического потенциала на входе "Реверс" счетчика 6 на обратное и, таким образом, перевода счетчика б из режима суммирования на режим вычитания,Ь бщем случае, когда число фаз двигателя равно п 1, коэффициент пересчета счетчика 6 выбирается равным Кпер. = 2 п 1 Он строится по известным обобщенным поинципам с произвольным модулем пересчета,Выбор между встречно параллельным или последовательным соединением противолежащих фаз двигателя осуществляется исходя из конструкции выводомдвигателя и используемых усилителей мощности.Таким образом, поедлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет более простую структуру и высокую надежность, поскольку содержит меньшее число полумостовых усилителей мощности и логических элементов и более прост в управлении, Кроме того, оно имеет более широкую область применения, поскольку позволяет управлять любым шаговым двигателем с четным числом фаз,Формула изобретения Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и второй источники питания силовой части противоположных полярностей, две группы усилителей мощности, силовые входы усилителей мощности первой группы соединены с первым источником питания силовой части, силовые входы усили 1 елей мощности второй группы - с вторым источником питания силовой части, а их выходы обьединены попарно между собой, гп-канальный распределитель импульсов, состоящий из двоичного реверсивного счетчика импульсов, имеющего входные шины тактирования, реверса и установки в исходное состояние, являющееся выходными шинами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, а также расширения области применения путем обеспечения всех возможных разнополярных режимов коммутации фаз любого гп-фазного шагового двигателя, где гп = 4, 6, 8 дополнительно содержит первую и вторую шины управления режимом коммутации, в щ-канальный распределитель импульсов введены первый элемент ИЛИ, демультиплексор, каждый из нечетных каналов распределителя содержит мультиплексор "2 на 1", а каждый из четных каналов - два мультиплексора "2 на 1" и второй элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами мультиплексоров "2 на 1" данного канала, первые информационные входы мультиплексоров всех нечетных каналов и вторые информационные входы первых мультиплексоров всех четных каналов соединены с выходом первого элемента ИЛИ, вторые информационные входы мультиплексоров всех нечетных каналов и первые информационные входы вторых мультиплексоров всех четных каналов соединены с первой шиной управления режимом, первые информационные входы первых мультиплексоров и псрвые информационные входы вторых мультиплексоров всех четных каналов соединены с общей шиной источников питания, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с второй шиной управления режимом, а второй вход - с выходом первого двоичного разряда двоичного реверсивного счетчика, адресные входы демультиплексора соединены соответственно с выходами с третьего по последний разряды двоичного реверсивного счетчика, а информационный вход - с общей шиной источников питания, адресные входы всех мультиплексоров соединены с выходом второго разряда двоичного реверсивного счетчика, входы стробирования мультиплексоров 1-го, З-го,(гп-З)-го,(гп)-го нечетных каналов подключены к входам стробирования первых мультиплексоров 2-го, 4-го,(гп)-го, п 1-го четных каналов и соединены соответственно с 2-м,БЗ-м,., 2 м, 1-м выходами демультиплексора, а входы стробирования вторых мультиплексоров 2- о, 4-го,(гп)-го, (а)-го, гп-го четных каналов соединены соответственноп 1с З-м, 4-м, - -м, 1-м, 2-м выходами деП 3 мультиплексора, с первого по - выходы распределителя соединены соответственно с управляющими входами усилителей мощП 3ности первой группы, с ( - +1)-го по щ-й выходы распределителя соединены соответственно с управляющими входами усилителей мощности второй группы, э противолежащие фазные обмотки двигателя попарно-встречно, параллельно или последовательно соединены соответственно 5 между объединенными выходами соответствующих усилителей мощности первой и второй групп и общей шиной источников питания.