Устройство для управления многофазным шаговым двигателем

(д) Н 02 Р 8/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУРЬи. и и ии .и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) 23.09,84. Бюл. К 35 (72) М.Л. Минц, В.И. Левашев, И,И, Эпштейн и Д.И, Вьппецкий (53) 621. 313. 13- 133. 3-525(088. 8) (56) 3. В.Е. Луценко, В.П. Рубцов Электропривод с шаговыми двигателями. "Электропривод и автоматизация промышленных установок". Т,6, М ВИНИТИ, 1978, с. 59.2. Авторское свидетельство СССР У 811477, кл. Н 02 Р 8/00, 1979.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМ ШАГОВЪМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее источник сигналов управления и многоканальный усилитель, каждый канал которого имеет два предварительных усилителя, два ключевых элемента, первый из которых связывает одну клемму фазы двигателя с первым полюсом источника питания постоянного тока, а второй ключевой элемент связывает другую клемму фазы двигателя через резистор обратной связи с вторым полюсом источника питания, К 5-триггер, подключенный 801115197 А входом Б к первому выходу источника сигналов управления, а входом К - к выходу одновибратора, соединенного входом с резистором обратной связи и входом порогового элемента, и два элемента И-НЕ, подключенные первыми входами к второму выходу источника сигналов управления, а выходами - к входам предварительных усилителей, соединенных выходами с входами соответствующих ключевых элементов, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения надежности, в него введены третий и четвертый элементы И-НЕ и формирователь импульсов, подключенный выходом к второму входу -Е второго элемента И-НЕ, а входом - к выходу четвертого элемента И-НЕ, соединенного первым входом с инверсным выходом КБ-триггера, а вторым входом - с выходом порогового элемен- О та и вторым входом третьего элемента И-НЕ, подключенного выходом к второму входу первого элемента И-НЕ, а первым входом - к прямому выходу КБ-триггера, соединенного инверсным выходом с входом источника сигналов управленияИзобретение относится к электротехнике, а именно к управлению щаговыми двигателями, и может быть использовано, например, в устройствах числового программного управления металлорежущими станками.Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого имеет первый ключевой элемент, соединяющий фазу двигателя с одним полюсом источника питания постоянного тока, второй ключевой элемент, соединяющий фазу двигателя с другим полюсом источника питания через 15 резистор обратной связи, КБ-триггер и два предварительных усилителя 1,Недостатком этого устройства является низкая надежность из-за выхода из строя обоих ключевых элементов 20 в канале усилителя мощности при выходе из строя хотя бы одного из них.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для управления многофазным шаговым двигателем, содержащее источник сигналов управления и многоканальный усилитель, каждый канал которого имеет два предварительных усилителя, два ключевых 30 элемента первый из которых связывает одну клемму фазы двигателя с первым полюсом источника питания постоянного/ тока; а второй ключевой элемент связывает вторую клемму фазы двигателя через резистор обратной связи с вторым полюсом источника питания, КБ- триггер, подключенный входом Б к первому выходу источника сигналов управ- ления, а входом .К - к выходу одновиб 40 ратора, соединенного входом с резистором обратной связи и входом порогового элемента; и два элемента И-НЕ, подключенные первыми входами к второму выходу источника сигналов управления, а выходами - к входам предва-. рительных усилителей, соединенных выходами с входами соответствующих ключевых элементов 21.Недостатком известного устройства 50является пониженная надежность, обусловленная отключением всех каналовпри выходе из строя хотя бы одногоключевого элемента и невозможностьюобеспечивать работу шагового двигателя при выходе из строя одного клю"чевого элемента даже с более низкойчастотой управления. Цель изобретения - повышение надежности устройства,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для управления многофазным шаговым двигателем,содеражщее источник сигналов управления и многоканальный усилитель, каждый канал которого имеет два предварительных усилителя, два ключевых элемента, первый из которых связываетодну клемму фазы двигателя с первымполюсом источника питания постоянноготока, а второй ключевой элемент связывает другую клемму фазы двигателячерез резистор обратной связи с вторым полюсом источника питания, КЯтриггер, подключенный входом Б к первому выходу источника сигналов управления, а входом К - к выходу одновибратора, соединенного входом с резисто.ром обратной связи и входом порогового элемента, и два элемента И-НЕ,подключенные первыми входами к второму выходу источника сигналов управления, а выходами - к входам предварительных усилителей, соединенных выходами с входами соответствующих ключевых элементов, введены третий и чет-вертый элементы И-НЕ и формировательимпульсов, подключенный выходом квторому входу второго элемента И-НЕ,а входом - к выходу четвертого элемента И-НЕ, соединенного первым входом с инверсным выходом КБ-триггера,а вторым входом - с выходом порогового .элемента и вторым входом третьегоэлемента И-НЕ, подключенного выходомк второму входу первого элементаИ-НЕ, а первым входом - к прямомувыходу КБ-триггера, соединенного инверсным выходом с входом источника.сигналов управления.Такое выполнение устройства обеспечивает работу двигателя в аварийной ситуации при выходе из строя первого ключевого элемента,1На фиг. 1 приведена функциональнаясхема предлагаемого устройства; нафиг. 2 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства.Устройство содержит источник 1сигналов управления, КБ-триггер 2,первый 3 и второй 4 элементы И-НЕ,первый 5 и второй 6 предварительныеусилители, пороговый элемент 7, одновибратор 8, первый ключевой элемент 9,шунтирующий диод 1 О, фазу 11 шагового двигателя, второй ключевой элемент 12, резистор 13 обратной связи, диод 14 рекуперации, третий 15 и четвертый 16 элементы И-НЕ и формирователь 17 импульсов.Вход Б КБ-триггера 2 соединен с первым выходом источника 1 сигналов управления, инверсный выход - с первым входом четвертого элемента И-НЕ 16 и первым входом, источника 1 сигналов управления, а прямой выход - 1 О с первым выходом третьего элемента И-НЕ 15. Вторые входы третьего 15 и четвертого 16 элементов И-НЕ подключен к выходу порогового элемента 7, а входы последнего и одновибратора 8 15 к резистору 13 обратной связи. Выход одновибратора 8 соединен с входом К КЯ-триггера 2. Второй выход источника 1 сигналов управления соединен с первыми входами элементов И-НЕ 3 и 4,2 О Выход первого элемента И-НЕ 3 через усилитель 5 подключен к входу первого ключевого элемента 9, связывающего одну клемму фазы 11 с первым полюсом источника питания Б, а выход второгс 25 элемента И-НЕ 4 через усилитель 6 - к входу второго ключевого элемента 12, связывающего вторую клемму фазы 11 через резистор 13 обратной связи с вторым полюсом источника питания.В. ЗО Выход третьего элемента И-НЕ 15 соединен с вторым входом первого элемента И-НЕ 3, а выход четвертого элемента И-НЕ 16 через формирователь 17 импуль. сов - с вторым входом второго элемента И-НЕ 4, Шунтирующий диод 10 подключен к выходу первого ключевого элемента 9 и второму полюсу источника питания Б в обратной по отношению к напряжению источника питания полярности. Диод 14 рекуперации связывает второй ключевой элемент 12 с первым полюсом источника питания 1. На фиг. 2 приведены временные ди аграммы следующих сигналов: 18 - сигнал "Сброс" на первом выходе источника 1 сигналов; 19 - сигнал управления током на втором выходе источника 1 сигналов управления; 20 - сигнал на выходе порогового элемента 7; 21 ток в фазе 11 шагового двигателя;22 - сигнал на выходе одновибратора 8;23 - сигнал на выходе формирователя 17; 24 и 25 - сигналы соответственно на прямом и инверсном выходах КЯ-триггера; 26 - сигнал на выходе элемента И-НЕ 4. Устройство работает следующим образом.Сигнал "Сброс" 18 (фиг. 2) с первого выхода источника 1 сигналов управления поступает на вход Я КБ-триг. гера 2 и устанавливает его в исходное рабочее состояние, при котором на его прямом выходе появляется разрешающий единичный потенциал, а на инверсном выходе - запрещающий нулевой потенциал (24 и 25, фиг. 2).Сигнал. 19, поступающий с второго выхода источника 1 сигналов управления через элементы И-НЕ Э и 4 и уси- лители 5 и 6, включает одновременно два ключевых элемента 9 и 12, и к фазе 11 прикладывается напряжение источника питания П, обеспечивающее быстрое нарастание тока. Когда падение напряжения на резисторе 13 обратной связи достигает порога срабатывания порогового элемента 7, последний срабатывает и ключевой элемент 9 закрывается, после чего ток в фазе 11 начинает спадать, протекая по конту-. ру диод О - ключевой элемент 12 - резистор 13 обратной связи - полюс источника питанияПри уменьшении тока, когда падение напряжения на резисторе обратной связи соответствует порогу отпускания порогового элемента 7, последний открывает ключевой элемент 9, в результате чего обеспечивается повторное нарастание тока аналогично описанному, Коммутация ключевого элемента 9 с помощью сигналов порогового элемента продолжается до тех пор, пока на первых входах элементов 3 и 4 присутствует сигнал в виде единичного уровня.Среднее значение тока в фазе 11 задается порогом срабатывания порогового элемента 7, Величина пульсации тока и частота модуляции определяются гистерезисом (коэффициентом возврата) порогового элемента 7 и индуктмвностью фазы. При появлении на первых входах элементов И-НЕ Э и 4 сигна. ла нулевого уровня Ключевые элементы 9 и 12 закрываются и происходит рекуперация энергии, запасенной в фазе, в источник питания П через дйод 14.При неисправной работе усилителя 5 или "пробое" ключевого элемента 9 ток в фазе нарастает до предельно допустимого значения - момент С(21, на фиг. 2), которое определяется уровнем срабатывания одновибратора 8,1115197 После окончания импульса,22 ключевой элемент 21 открывается и ток в фазе 11 начинает нарастать, Когда падение напряжения на резисторе 13 обратной связи достигает .порога срабатывания порогового элемента 7, последний вырабатывает сигнал, поступающий через элемент И-НЕ 16 на формирователь 17, который формирует импульс длительностью , и описанный процесс повторяется.Таким образом обеспечивается коммутация второго ключевого элемента 12 при выходе из строя (" пробой" ) первого ключевого элемента 9. Кроме того, при срабатывании КБ-триггера 2 с его инверсного выхода в источник 1 сигналов управления подается сигнал об аварийной ситуации.Применение предлагаемого устройства позволит сохранить деталь и закончить ее обработку в аварийной ситуации. Выходной сигнал 22 одновибратора переключает триггер 2 по К-входу, На выходах тригрера 2 при этом появляются сигналы 24 и 25, которые соответственно запрещают прохождение 5 сигнала от порогового элемента 7 на ключевой элемент 9 и разрешает его прохождение на ключевой элемент 12 через формирователь 17. При этом на входах элемента 16 появляются10 два сигнала единичного уровня, а на его выходе - сигнал 26 нулевого уровня, который поступает на вход формирователя 17 импульсов, вырабатывающего импульс длительностью г, за 15 крывающий ключевой элемент 12, Ток в обмотке начинает спадать, протекая в том же направлении за счет ЭДС само- индукции по контуру диод 14 - открытый ключевой элемент 9 - фаза 11, Дли 20 тельность импульса Т выбираешься та,кой, чтобы ток в фазе спал до уровня отпускания порогового устройства 7. г 4 Ъ г Составитель 3, ГорнТехред Т,Иаточ ка Николай едактор Тираж 6 ственно обретен Ж, Р одписн комитета СССРи открытийшская наб., д. илиал ППП "Патент", г. ужгород, ул тная,акаэ 6788/42 ВНИИПИ Госуда по делам и 113035, Москва, Корректор М, Максимишинец