Устройство для управления -фазным шаговым двигателем

СОЮЗ СОВСОЦИАЛИСТРЕСПУБЛИ 9) 11 Н 02 Р 8 00 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОЛИ ТЕЛЬСТВУ тво СССР ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) 1. Гумен В.ф., Калининская Т,В.Принципы построения схем управленияшаговыми двигателями в режиме дробления основного шага.-В кн, Электромашинные средства автоматики,Киев, 1975, с. 51"56.2. Авторское свидетельспо заявке Р 3344558/07,кл. Н 02 Р 8/00, 1981.(54)(57) УСТРОИСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯш-ФАЗНИ 6 ШАГОВЬИ ДВИГАТЕЛЕМ с электрическим дроблением шага, содержащее е ключевых усилителей мощности, коммутирунщих соответствую"щие фазы двигателя, и блок дробления шага, включаюций в себя первоеодноразрядное постоянное запоминающее устройство с матрицей эапоминакщего массива и дешифраторамистрок и столбцов, реверсивной двоичный счетчик, подключенный. входами к соответствующим шинам. реверса и ниэкочастотиьвс импульсов тактирования, а разрядными выходами к входам дешифратора строк первого одноразрядного постоянного запоми" накщего устройства, и нереверсивный счетчик, подключенный входом к шине высокочастотных имчульсов тактирования, а разрядными входами -. к входам дешифратора столбцов первого одноразрядного постоянного запоминающего устройства, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повыаения надежности устройства, блок дробления шага дополнительно содержитедополнитель ных одноразрядных постоянных запоминающих устройств, идентичных первоФ му, входы дешифраторов строк и столб цов которых объединены и подключены к аналогичным входам первого одноразрядного постоянного запоминающе.го устройства, а выходы матриц эапо минающих массивов с.первого по т одноразрядных эапоминакщих устройств непосредственно подключены соответственно к входам с первого по т ключевых усилителей мощности,Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано всистемах дискретного электроприводас шаговым двигателем.Известно устройство дляуправления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага, содержащеемагнитную память, запоминающие регистры, токовые ключи, дешифраторы,двоичный реверсивный счетчик, стробирующее устройство, элементы задержки и логические элементы13.Недостатками этого устройства являются сложность и низкая надежность.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустройство для управления п-фаэным шаговым двигателем с электрическим дроблением шага, содержащее т ключевых усилителей мощности,коммутирукщих соответствукщие фазыдвигателя, и образукщие блок дробления шага;одноразрядное постоянноеэапоминакщее устройство с матрицейзапоминающего массива и дешифраторами строк и столбцов; реверсивньФдвоичный счетчик, подключенный входами к соответствукщим шинам реверса и низкочастотных импульсов тактирования, а разрядными выходами -к входам дешифратора строк эапоминакщего устройства; нереверсивныйсчетчик, подключенный входом кшине высокочастотных импульсов тактирования, а разрядными выходамик входам дешифратора столбцов запомннакщего устройства. Оно содержит также распределитель импульсови п логических двухвходовыХ элементов И,подключенных своими выходами к входам ключевых усилителеймощности, первыми входами - непосредственно и через элемент НЕ к выходу запоминакщего устройства, авторыми входами - к выходам распределителя импульсов, связанногоуправлякщими входами с шинами реверса и установки в исходное состояние, а тактирукщим входом - свходом автоматического реверса дво.ичного реверсивного счетчика и одновременно с выходом логического эле,мента ИЛИ, подключенного входами квыходамзаема" и "переноса" двоич.ного реверсивного счетчика ( 2 1.Недостатками этого устройстваявляются сложность (большой объемаппаратуры) и низкая надежность(склонность к нарушению синхронности работы между распределителемимпульсов и эапоминакщим устройством иэ-эа случайных сбоев в распределителе импульсов или в двоичных счетчиках),Целью изобретения является упрощение и повышение надежности устройства. Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для управления в -фаэным шаговым двигателемс электрическим дроблением шага,содержащем 1 я ключевых усилителеймощности, коммутирукщих соответству.кщие фазы двигателя, и блок дробления шага, включающий в себя первое одноразрядное постоянное запоминакщее. устройство с матрицей эа поминакщего массива и дешифраторами строк и столбцов, реверсивныйдвоичный счетчик, подключенныйвходами к соответствукщим шинамреверса и низкочастотных импульсов 15 тактирования, а разрядными выходами - к входам дешифратора строкпервого одноразрядного постоянного запоминающего устройства, и нереверсивный двоичный счетчик, под ключенный входом к шине высокочастотных импульсов тактирования,а разрядными выходами - к входамдешифратора столбцов первого одноразрядного постоянного запоминающе го устройства, блок дробления шагадополнительно снабжен тпдополнительными одноразрядными постояннымизапоминающими устройствами, идентичных первому, входы дешифраторов 30 строк и Столбцов которых объединены и подключены к аналоговым входам первого одноразрядного постоянного эапоминакщего устройства, а выходы матриц эапоминакщих массивов 35 с первого по п одноразрядных постоянных запоминакщих устройств непосредственно подключены соответственно к входам с первого по в ключевыхусилителей мощности.40 На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства;на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу схемы.стройство (фиг,1) содержит одноразрядные постоянные запоминающиеустройства 1.1-1 в по числу каналовусилителя мощности, ключевые усилители 2.1-2 е мощности, коммутирующие фазы 3.1-3 п 1 двигателя, реверсивный двоичный счетчик 4 и нереверсивный двоичный счетчик 5.Входы внутренних дешифраторовстрок всех эапоминакщих устройств1.1-1 т объединены и подключены ксоответствукщим разрядным выходам 55 реверсивного двоичного счетчика 4,а входы внутренних дешифраторовстолбцов этих эапоминакщих устройствобъединены и подключены к соответствукщим разрядным выходам неревер сивного двоичного счетчика 5, Выходы запоминающих устройств 1.1-1 пнепосредственно подключены соогветственно к входам ключевых усилителей 2.1.2 в мощности. Тактовый 65 вход нереверсивного двоичного счет60 чика 5 соединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования Т 8, а тактовый вход реверсивного двоичного счетчика 4 - с шиной низкочастотных импульсов тактирования Тя . Вход задания направления пере счета реверсивного двоичного счетчика 4 соединен с шиной реверсирования (задания направления вращения) двигателя Реверс, а его вход обнуления,- к шине установки 10 в исходное нулевое состояние Уст.О",Устройство работает следующим образом.В первоначальном состоянии на шинуУст.О " устройства (фиг.1) по дается сигнал установки в исходное состояние. При этом счетчик 4 устанавливается в нулевое исходное состояние и через внутренние дешифраторы строк запоминающих устройств 20 1.1-1 м выбираются первые строки их матриц. В соответствии с требуемым направлением вращения двигателя к шийе Реверс " прикладывается единичный или нулевой уровни потен циалов.При подаче на шину Т высокочас 8тотных импульсов тактирования в двоичном счетчике 5 (фиг.1) происходит потактный подсчет импульсов. 30 При этом через внутренние дешифраторы, столбцов матриц всех эапоминакщих устройств осуществляется поочередное считывание записанных в ячейках первых строк матриц кодовых З 5 комбинаций. В первом такте Тв на выход каждого из эапоминанщих устройств выдается информация его первой ячейки, во втором такте - второй ячейки и т.д. до М-ой ячейки, где й - крат ность дробления.В результате этого в исходном состоянии устройства на выходе эапоминанюцего устройства 1.1 возникает постоянный единичный потенциал (из-за записанных единиц во всех ячейках 45 первой строки его матрицы), а на выходах остальных запоминающих устройств 1.2-1 п возникают постоянные нулевые потенциалы (из-за записанных нулей во всех ячейках первых 50 строк их матриц).Эти потенциалы от запоминанщих устройств поступают на входы соответствующих ключевых усилителей мощности, в результате чего в Фазе 3.1 55 шагового двигателя в исходном состоянии обеспечивается протекание тока номинального значения Эн, при нулевых токах в остальню Фазах- 4 фиг.2) .При поступлении на шину Т первогс низкочастотного тактирукщего импульса в двоичном счетчике 4 записывается единица, в результате чего через внутренние дешнфраторы строк эапоминакщих устройств выбираются вторые строки их матриц. При этом в такт поступления на шину Т(фиг.2) тактирунщих импульсов происходит высокочастотное периодическое считывание информации всех ячеек вторых строк матриц запоминающих устройств. Благодаря этому на выходе эапоминакщего устройства 1.1 возникает генерация высокочастотных импульсов со скважностью М(й-(из-за записанных йединиц и одного нуля в ячейках второй строки его матрицы), а на выходе устройства 1.2 возникает генерация аналогичных импульсов, но со скважностьюХ (из-эа записанной одной единицы и Мнулей в ячейках второй строки его матрицы), На выходах остальных запоминающих устройств возникают постоянные нулевые потенциалы. Эти импульсы, поступая на входы усилителей 2.1-2 в, создают токи величиной й/й Эн - в первой Фазе и 1 й Э н - во второй Фазе (при нулевых токах в остальных Фазах) .В последунщих тактах поступления импульсов на шину Тя, аналогично укаэанному первому такту, через реверсивный счетчик 4 происходит дальнейшая поочередная выборка последующих строк матриц запоминакщих устройств, В соответствии с этим поочередно Формируются периодические высокочастотные импульсы со скважностью Мм, Ч/М,. й - на выходе устройства 1.1 ч со скважностью 812, М)3 МЙ- на выходе устройства 1.2. Это приводит к линейно- ступенчатому уменьсению тока М/И Эн М-ЗМЭ, 111 ЧЭн - в Фазе 3.1 двигателя и его увеличению Гй Эн 3/К Эй/КЭв Фазе 3.2 (фиг. 2) .В последнем й-ом такте этого цикла в фазе 3.2 двигателя устанавливается номинальное значение тока Эн (при нулевых значениях токов во всех остальных фазах),При указанном цикле работы устройства (применительно к четырехйазному двигателю) за М тактов поступления низкочастотных импульсов на шину ТН в первых двух Фазах двигателя осуществляется линейное м -ступенчатое изменение тока (уменыейие в первой Фазе и одновременное увеличение во второй фазе) . Ступенчатое изменение токов в смежных Фазах двигателя приводит к ступенчатому повороту суммарного вектора электромагнитного момента и соответственно ротора. В результате ротор отрабатывает Й дробных шагов, величинойОСдр=где с(с в ,величина основного шага.Тираж%7,П Государственного комитета СССРо делам изобретений и открытийМосква, Р, Раушская наб., д. Подпи 130 4/5 Филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная 5Последующие циклы функционирования устройства аналогичны рассмотрен ному первому, с той лишь разницей, что, благодаря поочередной выборке последующих строк матриц запоминающих устройств на их выходах генери руются такие широтно-импульсные сигналы, которые обеспечивают синхронные изменения токов (уменьшение в одной и увеличение в другой) в дру гих парах управлякщнх фаз двигателя, 10После завершения полного цикла опроса всех строк эапоминакщих устройств вектор электрического поля двигателя описывает угол 2 Л радиан., При этом счетчик 4 подсчитывает гдй 35 низкочастотных импульсов и переполняется до своего установленного ко эффициента пересчета.Последукщий полный цикл функци" онироваиия устройства начинается 2 О с поступлением на шину Тн очередно" го (пМ +1-го импульса.Реверсирование двигателя осраест вляется путем изменения ранее приложенного на шине Реверс логического потенциала на обратный. При этом изменяются на обратные указанные процессы опроса строк запоминакщих устройств и соответственноформирование токов в фазах,В зависимости от требуемого закона ступенчатого изменения фазныхтоков двигателя при электрическомдроблении шага (линейного, синусоидально-косинусоидального, трапецо"идального и т.д,) в матрйцах запоминающих устройств предварительнозаписываются соответствующие кодовые наборы.Частота тактирукщих импульсов нашине Та выбирается исходя из величины электромагнитной постояннойвремени данного двигателя так, чтобы обеспечить допустимые пульсациитока при осуществляемой широтноимпульсной модуляции фазных напряжений .Возникновение под воздействиемпомех и нацодок случайных сбоеви двоичном счетчике 5 могут привести только лишь к возникновениюкратковременных завалов амплитудтоков в рабочих фазах двигателА, ав счетчике 4 - только лишь к пространственному сдвигу положения ротора, что значительно повышает надежность устройства,