Устройство для программного управления -фазным шаговым двигателем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК тельно уктуру, иплексоами ис" ьтиплек- входа- ному ию ол поскольку в не ров с ш-информ пользуются сам соры с двумя и ми, что привод повышению наде 7 ил. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИ САНИ АВТОРСКОМУ СВ(71) Кооператив "Сигма" при Ереванском конструкторском отделе Специального конструкторского бюро Всесоюзно-, го научно-исследовательского институ- та оптикофизических исследований (72) В.Ш.Арутюнян, А,З,Мурадян и Г.Б.Мнацаканян(56) Авторское свидетельство СССР й 1020800, кл. С 05 В 19/40, 1982.Авторское свидетельство СССР И 1137443, кя. С 05 В 19/40, 1983, (54) УСТРОЯСтВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ш-ФАЭНЫМ 1 ВАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач. Цель изобретения " упрощение схемы и повышение надежности. Устройство содержит не", ЯО 1714577 реверсивный 1 и реверсивный 2 двоич" ные счетчики, элемент ИЛИ 4, элементы НЕ 5 и 6, элемент ИЛИ 7, дешифратор 8, в нечетных каналах управления которых содержатся мультиплексоры "2 на 1" 9.1,9.3.,9.(ш), а в четных каналах управления йервые мультиплексоры "2 на 1" .9.2" 1,9,4-19.(ш) и вторичные мультиплексоры "2 на 1" 9 2-2,9,4-2 9,(ш). Четные каналы управления содержат также элементы ИЛИ 10.1,ш10,210.2 , Устройство по сравнепрототипом имеет знач простую логическую стм вместо муль ационными вход ые простые мул нформационным ит к значител жности устрой1714577 Составитель А,исправниковаТехРед Л,0 лийнык Корректор Л.Патайщитвещиищи еетите те а щи иввитава и веет щи щи щи щтщ т имчу Редактор щ т 93 Тираж Подписное Государственного комитета по иэобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 а Н КНТ ССС оиэводст ательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаго-, выми приводами. 5Цель изобретения - упрощение и повышение надежности.На Фиг.1 представлена Функциональная схема устройства для программного управления ш-Фазным шаговым 10 двигателем; на фиг,2-4 - то же, для управления соответственно 4-х, 6-и, 8-ми фазными двигателями;, на Фиг.5- 7 " временные диаграммы фазных токов и номограммы векторов результирую щих моментов применительно соответственно к 4-х, б-ти, 8-ми Фазным двигателям.Устройство содержит нереверсивный двоичный счетчик 1 гчетный вход которого соединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования Х , реверсивный двоичный счетчик 2 счетный вход, входы управления реверсом и установка в "О" которого соедине ны сом етственно с шинами низкочастотных импульсов тактирования 1, реверсирования "Рев" и установки в нулевое исходное состояние "Уст.0"., сумматор 3 кодов, первая группа вхо дов которого соединена с выходами нереверсивного двоичного счетчика 1, а вторая группа входов - с выходами младщих разрядов реверсивного двоичного счетчика 2, первый элемент ИЛИ 4, входы которого через первый и второй 6 элементы НЕ соединены соответственно с выходом переноса сумматора 3 кодов и с выходом первого разряда старших разрядов реверсивного двоичного счетчика 2, второй элемент ИЛИ 7, входы которого соединены соответственно с выходом переноса сумматора 3 кодов и выходом первого разряда старших разрядов реверсивного двоичного счетчика 2, дешифратор 8, входы которого соединены с выходами с третьего .по последний разряды старших разрядов реверсивного двоичного счетчика 2. В нечетных кана" ,лах управления содержатся мультиплексоры н 2 на 1 н 9, 1,9. 3,9 (ш), а в четных каналах управления - первые мультиплексоры "2 на 1" 9.2-1,9,4-19.ши вторые мультиплексоры "2 на 1" 9.2-2 9.4-2, . 9.швыходы ко 1 торых соединены соответственно с вхо-. дами элементов ИЛИ 10.1,1.0.210- Выходы мультиплексоров 9,1,9.39,(ш) нечетных каналов и выходыэлементов ИЛИ 10.1,10.2,..1 О.- четных каналов соединены соответственнос выходными усилителями мощности11.1,11,211.ш, коммутирующие токи фазных обмоток 12.1,12.2,12.шшагового двигателя. Выход второгоразряда старший разрядов реверсивногорвоицного счетчика 2 подключен к управляющим, входам всеХ мультиплек"саров 9 Первый выход дешифратора 8соединен с входами стробированиямультиплексора первого канала 9.1,первого мультиплексора второго ка"нала 9.2-1 и второго мультиплексораш-го канала 9.ш. Второй выход дешифратора 8 соединен с входами стро"бирования мультиплексоров третьегоканала 9.3, первого мультиплексорачетвертого канала 9.4-1 и второгомультиплексора второго канала.9.2-2.Третий выход дешифратора 8 соединенс входами стробирования мультиплексора пятого канала 9,5, первогомультиплексора шестого канала 9.6-1и второго мультиплексора четвертогоканала 9,4-2, 1-й 1 = 1 - )выход дешифратора 8 подключен к входам стробирования мультиплексора(3-1)-го канала 9.(1- 1), первогомультиплексора 1-го канала 9.1-1 ивторого мультиплексора Я)-го кашнала 9 ГЗ)-.2 (- -1)-й выход дешиф 2ратора 8 соединен с входами стробирования мультиплексора (ш)-го кана"ла 9(ш), первого мультиплексора(ш)-го канала 9.(ш)-2. Выход первого элемента ИЛИ 4 соединен с вторыми информационными входами мультиплексоров нечетных каналов 9.1,9,39.(ш) и с первыми информационными входами первых мультиплексоров четных каналов 9.2-2,9,4-2,9.ш.Выход второго элемента ИЛИсоединен с первыми информационными входа"ми мультиплексоров нечетных каналов9.1,9.39.(ш) и с вторыми информационными входами первых мультиплексоров четных каналов 9.2-2,9,4-2 9.ш. А первые информационные входы первых мультиплексоров 9.2-1,9.4-1,9.ши вторые информационные входы5 вторых мультиплексоров 9.9- 2,9,4-2,9 лчетных каналов соединены с шиной нулевого логического потенциала 13.10Устройство для программного управления ш-фазным шаговым двигателем работает следующим образом.Тактовая последовательность импульсов Е с высокой частотой непрерывно поступает на вход нереверсивного счетчика 1, работающего на суммирование.В исходном состоянии устройства (после подачи сигнала "Уст,0" на вход счетчика 2) имеются нулевые логические потенциалы.На выходе переноса сумматора 3 и на выходе элемента ИЛИ 7 присутствуют нулевые, а на выходах элементов НЕ 5 и 6 и элемен та ИЛИ 4 - единичные логические потенциалы. На управляющих входах всех мультиплексоров 9 от второго разряда старших разрядов счетчика 2 приложены нулевые потенциалы, в связи с чем выбраны их первые информационные входы. На первом выходе дешифратора 8 имеется нулевой потенциал, а на всех остальных - единичные потенциалы. В результате этого разрешение на функционирование имеют только те муль 35 типлексоры, входы стробирования которых соединены с первым выходом дешифратора, а на выходах остальных мультиплексоров присутствуют нулевые потенциалы, В таком состоянии устройства через последнюю 12,тп фазу двигателя протекает номинальный ток 1 н,а во всех остальных фазах 12 токи отсутствуют.1 С поступлением на вход счетчика 2 низкочастотных импульсов Е на его выходах младших разрядов формируются двоичные коды, которые суммируясь с аналогичными выходными кодами счетчика 1 на выходе переноса сумматора 3 создают высокочастотные широтно-импульсные мобилированные (ШИМ) сигналы. Эти ШИМ-сигналы проходят через мультиплексор 9.1 и усилитель 11,1, первого канала создают в первой фазе 12,1 двигателя линейно-нарастающий ток (фиг.5 аа) при номинальном токе 1 Н в ш-й фазе и нулевых токах в остальных фазах.Скважность импульсов ШИМ на выхо" дах сумматора 3, элементов ИЛИ 4 и 7 мультиплексоров 9 и элементов ИЛИ 10 зависит от такта их переключения от импульсов Е, Так, например, при коэффициенте дробления шага К, когда счетчик 1 и младшие разряды счетчика 2 имеют по два двоичных разряда, в исходном состоянии устройства на их выходах присутствуют нулевые коды (00 и 00). В результате их суммирования на выходе переноса сумматора 3 присутствует нулеврй потенциал. Этот потенциал сохраняется постоянно, независимо от непрерывного поступления высокочастотных импульсов Ев на вход счетчика 1 и изменения кодов на,его выходах (00, 1 О, 01., 11),После поступления первого низкочастотного импульса Ен на вход счетчика 2 на выходах его младших разрядов возникает код 10. Этот код в сумматоре 3 логически суммируется с потактно (с высокой частотой Е ) из, меняющимися выходными кодами счет- . чика 1. В результате этого через каждые четыре такта поступления высокочастотных импульсов Е на выходе певреноса сумматора 3 возникает единичный потенциал, т.е. на выходе переноса сумматора устанавливаются периодически повторяющаяся последовательность кодов 000100010001 что представляет не что иное, как высокочастотные прямоугольные импульсы со сквджностью 4/1, Эти импульсы проходя без инверсии через элемент ИЛИ 7 и соответствующие мультиплексоры 9 (а в четных каналах и элементы ИЛИ 10), интегрируются в индуктивности соответствующих Фазных обмоток двигателя и создают ток, величиной 1 и/4. Эти же импульсы после инверсии в элементе НЕ 5 преобразуются и преобретают скважность 4/3, а проходя через элементы 4,9 и 10 и интегрируясь в соответствующих Фазах двигателя создают ток, величиной 3/4 1.После поступления второго низкочастотного импульса Е на вход счетЬцика 2 на его выходах младших разрядов устанавливается код О,1 Он в сумматоре 3 логически суммируется с изменяющимися выходными кодами счетчика 1 и на выходе его переноса возникает периодически повторяющаяея кодовая последовательность00110011, что равносильно высокочастотным прямоугольным импульсамсо скважностью 4/2. Зти импульсы,проходя без инверсии через соответствующие элементы устройства и интегрируясь в фазах двигателя , создаютток, величиной 2/4 1 н, а после инверсии - также ток, величиной 2/4 1 к.После третьего низкочастотногоимпульса Хн на выходе переноса сумматора 3 возникают коды 01110111,т.е. информируются импульсы со скважностью 4/3, а через определенныеФазы двигателя устанавливаются соответствующие токи 3/4 1 Н и 1/4 1,После йереполнения младших разрядов счетчика 2 (т.е. после заполнения всех этих разрядов логическими единицами) на выходе первого раз- .ряда его старших разрядов появляетсяединичный потенциал. Благодаря этомув такт формирования кодов на выходахмладших разрядов :четчика 2 в первой 25фазе 1. двигателя устанавливаетсяноминальный ток 1 , в ш-й фазелинейно"ступенчатс спадающий ток(при нулевых оках в остальных Фазах).ЗОПосге повторного переполнения младших разрядов счетчика 2 единица появляется во втором разряде старших егоразрядов, Зто приводит к выборке вторых информационных входов мультиплек- З 5соров 9. Благодаря этому при нулевомпотенциале. первого разряда старшихразрядов счетчика 2 в первой фазе12.1 двигателя устанавливается номинальный ток 1 во второй фазе 12.2 л 0Формируется линейно-ступенчато нарастающий ток, а при единичном потенциале первого разряда старших разоядовсчетчика 2 в первой Фазе Формируется линейно-ступенчато спадающий ток,во второй фазе устанавливается номи-.нальный ток (при нулевых токах в остальных Фазах).Дальнейшее функционирование устройства аналогично описанному. Отличие заключается лишь в том, что впоследующих тактах работы поочередновыбираются последующие выходы дешифратора 8, в соответствии с чем разрешение получают другие группы мультиплексора 9. В результате этого ступенчато нарастающие и спадающие токи.создаются в последующих парах Фаздвигателя. Благодаря описанному порядку функ" ционирования устройства вектор результирующего момента на валу двигателя описывает ш-гольную номограмму по полю двигателя, и в соответствии с этим его ротор отрабатывает заданное число дробных щагов (фиг.56-76).Реверсирование двигателя осуществляется изменением на обратный логического потенциала на шине "Рев" счетчика 2, в результате которого он переходит на режим вычитания.Коэффициент дробления основного шага двигателя определяется выражением К=2", где и-выбранное число младших разрядов счетчика 2 и выбранное число разрядов счетчика 1. Зто число определяется выражением и = - 1 о К.2Число старших разрядов счетчика 2 определяется выражением Р=2+1 од где ш - число фаэ двигателя.Число выходов дешифратора 8 равно ш/2.Количество уровней квантования тока в каждой Фазе равно 2",При реализации счетчика 2 могут быть использованы два последовательно соединенных двоичных счетчика, первый из которых формирует эквивалентный код младших разрядов счетчика 2 и имеет коэффициент пересчета и, а второй Формирует эквивалентный код старших разрядов счетчика 2 и имеет коэффициент пересчета Р=24310 К 2Частота импульсов высокочастотного тактирования Е выбирается исхо 1дя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя. А частота импульсов низкочастотного тактирования й выбирается в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя,Таким образом, устройство по сравнению с известным имеет значительно ,более простую логическую структуру, ,поскольку в нем вместо мультиплексоров с ш информационными входами используются самые простые мультиплексоры с двумя информационными входами. Зто упрощение приводит к значительному повышению надежности устройства. А введение дополнительного дешифратора 8 мало влияет на общий объем аппаратуры устройства.Формула изобретения Устройство для программного управления ш-фазным шаговым двигателем5 где ш=4,б,8, - четное число, содержащее нереверсивный двоичный счетчик, счетный вход которого соединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования,реверсивный двоичный счетчик, счетный вход входы управления реверсом и установки в "О" которого соединены соответственно с шинами низкочастотных импульсов тактирования, реверсирования и установки в ну левое исходное состояние, сумматор кодов, первая группа входов которого соединена с выходами нереверсивного двоичного счетчика, а вторая группа входов - с выходами младших разрядовреверсивного двоичного счетчика, первый элемент ИЛИ, входы которого через первый и второй элементы НЕ соедине".ны. соответственно с выходом переноса сумматора кодов и с выходом первого 25 разряда старших разрядов реверсивного двоичного счетчика, второй элемент ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходом переноса сумма,тора кодов и выходом первого разряда старших разрядов реверсивного двоичного счетчика, а в каждом канале управления - усилитель мощности, выходом подключенный к фазной обмотке шагового двигателя, о т. л и.ч а ю " щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, введены дешифратор и в каждый нечетный канал - мультиплексор "2 на 1", выход которого соединен с входом соответствующего усилителя мощности, в каждый40 четный канал - первый и второй мультиплексоры "2 на 1" и соединенный с ,их выходами элемент ИЛИ, выход которого подключен к входу соответствую"45 щего усилителя мощности, входы дешифратора соединены с выходами с, третьего по последний разряды старших разрядов реверсивного двоичного счетчика, выход второго разряда старших разрядов которого подключен куправляющим входам всех мультиплексоров, первый выход дешифратора соединен с входами стробирования мультиплексора первого канала, первогомультиплексора второго канала и второго мультиплексора ш-го канала, вто.рой выход дешифратора - с входамистробирования мультиплексора третьего канала, первого мультиплексорачетвертого канала и второго мультиплексора второго канала, третий выход дешифра гора - с входами стробирования мультиплексора яятого канала, первого мультиплексора шестогоканала и второго мультиплексора четвертого канала,1-й (1=1ш 2) выход дешифратора подключен к входамстробирования мультиплексора (1-1)-гоканала, первого мультиплексора 1-гоканала и второго мультиплексораЦ -2)-го канала, (ш/2)-1 -й выходдешифратора соединен с входами стробирования мультиплексора (ш)-гоканала, первого мультиплексора(ш)-го канала и второго мультиплексора (ш - 4)-го канала, (ш/2)-й выход дешифратора соединен с входамистробирования мультиплексора (ш)-гоканала, первого мультиплексора ш-гоканала и второго мультиплексора(ш - 2)-го канала, выход первого элемента ИЛИ соединен с вторыми информационными входами мультиплексоровнечетных каналов и с первыми информационными входами вторых мультиплексоров четных каналов, выход вто"рого элемента ИЛИ - с первыми инфор"мационными входами мультиплексоровнечетных каналов и с вторыми информационными входами первых мультиплексоров четных каналов, а первые информационные входы первых мультиплексоров и вторые информационные входывторых мультиплексоров четных каналов соединены с шиной нулевого логического потенциала.