Устройство для управления шаговым двигателем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 119) (11 РЕСПУБЛИК 5)5 Н 02 Р 8/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕ(57) Изобретение относитснике и может быть использо Ь. Машкевич во СССР О, 1987.СССРО, 1985.УПРАВЛЕНИЯ Мя к электротехвацо в системах управления с шаговымц двигателями. Целью изобретения является цовыцение надежности рабо-.ы шаговьх двигателей в режимах с мехацичс.:кой перегрузкой. Устройство вклкчает в ебя злемент ИЛИ 1, счетчик 22 и дополнит льный Й 8-триггер 23, а в каждыи канал управления по числу фаз введены первый 14 и второй 15 одновибра. торы, элементы И 18 - 20 и КЬ-триггер 23. Введение указанных элементов позволяет надежно формировать команду при режиме с механической перегрузкой и отключагь ццц говые двигатеи. 2 ил.3Изобретение относится к управлениюэлектрическими машинами и может использоваться в дискретном электроприводе.Цель изобретения - повышение надежности путем отключения двигателя при механической помехе движению. 5На фиг. 1 приведена функциональнаясхема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг. 2 - временнаядиаграмма работы устройства.Устройство содержит четыре канала управления по числу фаз, ШД 1, 11, 111, 17, каждый из которых содержит первый ключевойэлемент 1, связывающий выход источника 2постоянного тока высокого напряжения с одним зажимом 3 фазы двигателя, подключенным через разделительный диод 4 к выхо Ьду источника 5 постоянного тока низкогонапряжения, второй ключевой элемент 6, связывающий другой зажим фазы 3 двигателя,подключенный к выходу 5 источника токанизкого напряжения через разделительныйдиод и резистор с общей шиной источников высокого и низкого напряжений черездатчик 9 тока, соединенный выходом с первым входом компаратора 10 и первым входом амплитудного детектора 11, управляю-щий вход которого подключен к инверсному выходу триггера 12, соединенного прямым выходом с выходом инвертора 13,соединенного входом с входом одновибратора 14, а выходом - с входом одновибратора 15, подключенного выходом к первому входу элемента И 16, соединенного вторым входом с прямым выходом КЬ-триггера 17, К-вход которого подключен к выходуэлемента И 18. Устройство содержит такжеэлементы И 19 и 20, выходы каждого из каналов управления являюшиеся одновременновыходом четвертого элемента И 16 под- Жключены к входам элемента ИЛИ 21, выход которого соединен со счетным входомсчетчика 22, подключенного выходом к КЬтриггеру 23, инверсный выход которого подключен к входу первого 19 и второго 20 элементов И, выходы элементов И 19 и И 20подключены соответственно к входам усилителей 24 и 25 Шина К является шиной контроля, шина И связана с выходом источника импульсов,Устройство работает следующим образом.Перед началом работы на К-вход допопнительного триггера 23 подается сигналСброс, Устройство готово к работе. Когдана входную шину устройства управления(фиг. 2) управления, инвертированный импульс В с выхода инвестора 13 переключает триггер 12 в состояние, обеспечивающее открывание транзистора 1, в результате чего транзисторы 1 и 6 открываются ипо фазе 3 двигателя начинает протекать токовый сигнал 1 ф (фиг. 2), скорость нарастания которого определяется величиной напряжения источника 2. 4Ток в фазе шагового двигателя с пассивным ротором изменяется по определен ному закону, зависящему от перемещения якоря и изменения магнитных параметров системы, причем уменьшение якоря тока (1 на фиг. 2) соответствует отработке шага. Падение напряжения на резистивном датчике 9 тока, пропорциональное току фазы 1 ф двигателя, поступает на сигнальный вход амплитудного детектора 11, служащего для запоминания экстремума тока в момент 11 и его хранения.Амплитудный детектор может быть выполнен и на операционных усилителях и запоминающем конденсаторе, шунтированным ключом, например транзистором.Сигнал Ъп (фиг. 2) с выхода амплитудного детектора 11 поступает на первый вход компаратора 10, на второй вход которого подается падение напряжения с датчика 9 тока. Компаратор 10 напряжения производит сравнение мгновенных значений напряжений на датчике 9 тока и выходе ампли. тудного детектора 11. На выходе компаратора 10 формируется импульс С (фиг. 2), поступающий на инверсный вход триггера 12, возвращая его по заднему фронту импульса в исходное состояние, соответствующее закрытому состоянию транзистора 1; Одновременно сигнал с инверсного выхода триггера 12 поступает на управляющий вход амплитудного детектора 11, обнуляя его до прихода следующего запускающего импульса А на входную шину устройства управления. Транзистор 6 при этом остается открытым, и токовый сигнал 1 ф в фазе 3 поддерживается источником 5 низкого напряжения. После прекращения действия входного импульса А закрывается транзистор 6 и токо. вый сигнал в фазе 3 спадает до нуля,Ускорение процесса, спада токового сигнала в отключаемой фазе 3 двигателя обеспечивается цепью разряда, состоящей из диода 7 и резистора 8. Длитепьность форсированного импульса С, определяющего время подключения фазы 3 к источнику 2 высокого напряжения соответствует энергии, необходимой для перемещения ротора на один шаг, и изменяется в зависимости от изменения механической нагрузки (уменьшается при уменьшении механической нагрузки и увеличивается при ее увеличении).Рассмотрим работу устройства управления при действии механической перегрузки типа механическая помеха (механический упор). При возникновении перегрузки на ведомом валу шаговый двигаТель выпадает из синхронизма и его ротор начинает совершать колебательные движения в пределах углового шага, При этом на вход уст. ройства продолжают поступать сигналы управления фазами двигателя, соответствующие заданному направлению вращения, 161237210 Формула изсбретеиия 5Для рассматриваемого устройства управления четырехфазным шаговым двигателем периодичность диаграммы для каждой фазы составляет четыре управляющих такта.При воздействии управляющих импульсов и возникновении перегрузки (механической помехи) на две из четырех фаз шагового двигателя будут поступать управляющие сигналы в момент стоянки ротора. При этом в диаграмме фазного тока этих фаз отсутствует экстремум, ибо не происходит отработки шага 1 флорк. (фиг. 2). При этом на выходе компаратора не вырабатывается импульс напряжения (С на фиг. 2) и рассматриваемые фазы не переключаются с источника 2 высокого нагряженич на источник 5 низкого напряжения.С поступлени"м управля:ощего сигнала на фазы срабатывают одновибраторы 4 и 15(одновибратор 14 вырабатывает импульс по фронту прямого управляющего сигнала, а одновибратор 15 - по фронту инвертированного сигнала -- сигналы Д и Е на фиг. 2).Импульсом одновибратора 14 по входу 5 переключается КЯ-триггер 17 и на его выходе Я (фиг. 2) появляется разрешающий высокий уровень на яяжения, гоступающий на один из входов элемента И 1 б, на второй вход которого поступает импульс с одновибратора 15. При работе шагового двигателя без перегрузки импульс компаратора 10, осуществляющий перекдюченн. фазы с источника 2 на источник 5, одновременно в течение действия управляющего импульса через элемент И 18 сбрасывает триггер 7 и на время прихода импульса одновибратора 15 на одном из в.,одов элемента И 1 б будет низкий (запрещаю;ций) уровень сигкала. Импульс одновибратора 15 (соответствующий окончанию действия управляющего сигнала) не проходит на счетный вход счетчика 22 через элемент ИЛИ 21,Перед началом работы в счетчик 22 записывается уставка (двоичный код, соответствующий по числу импульсов надежному обнаружению аварийной ситуации). Величина уставки, введенная в счетчик, определяет степень устойчивости механической перегрузки. Величина уставки, соответствующая одному биту двоичного кода, выявляет кратковременную перегрузку, которая может произойти при приработке механического редуктора привода, а соответствующая и битам двоичного кода формирует команду при устойчивой механической перегрузке гиии внешняя механическая помеха.Счетчик 22 работает на вычитание. С возникновением перегрузки, при которой компаратор не вырабатывает импульса напряжения, в течение действия управляющего сигнала ЙЯ-триггер 17 находится во взведенчом состоянии и через элемект И 16 проходит импульс одновибратора 5, который, проходя через элемент ИЛИ 21, вычитает один бит информации из ранее записанных в счетчик 22. 20 25 30 35 40 45 50 55 5Поскольку в устроиство л:равлени, -,сриодически поступают импуль;ы управления, у тройство управления при наличии механической помехи будет вырабатывать в каналах управления соответствующих фзз импульсы аварийной ситуации, которые, поступая на счетчик 22 через элемент ЙЛ 1 21, ум ньшают содержимое начальнои уставки. При о,":ч.ленни нч выходе счетчика пстявляетс:-. сигнал, который, поступая на 5-вход дополнительного РБ-триггера 23, переключает его в единичное состояние, Прк этом нг шине К возникает команда аварийного рея:има (п.регрузка). Низкий уровень напрян;ения на иверсо выходе К 5-тригге. ра 23 запрешает прохождение управляющих сигналоз на кзючевые элементы 1 и 6 фаз каналов управления и обесточивает фазы., Лзговый двигатель огкл.очается.Уст. ойство управления вновь подготавливается к работе пэ подаче сигнала Сброс, постут:к.ший на Й-ьход дополнительного РЯ-тригг. а 23 после анализа команды аварийного режима.а кп ьпол нение устройства при мех аническ,. перегрузках анализирует режим работ ы дв,.;стеля ч в случае устойчивой механической перегрузки вырабатывает команду аэасийного режима и отключает шаговый дв;:гатель. Величина уставки, введенная в счетчик, определяет степень устойчивост механической перегрузки и время формирования команды. Устройство для управления шаговым двиг.: т.=;ем с каналами управления по числу фзз двигателя, содержащее в каждом канале первый и второй усилители, пе"вый ключевой элемент, связывающий выход источника постоянкого тока высокого напряжения с одним зажимом фазы дви ателя, подключенным через разделительный диод к выходу источника постоянного тока низкого напряжения, второй ключевой элемент, связывающий другой зажим фазы двигателя, подключенный к источнику тока низкого напряжения через разделительный диод и резистор, с общей шиной источников высо; ого и низкого напряжений через датчик тока, соединенный выходом с первым входом компаратора и первым входом ампл итудного детектора, выход которого соединен с вторым входом компа.атора, выход которого подключен к инверсно:1 у входу псового триггера, инверсный выхо которого оединен с управляющим входом амплитудно о детектора, а прямой вход соедин и с иивертором, вход которого предназначен для соединения с источником сигналов, причем выходы первого и второго усилитей подключены к управляющим входам соответствующих ключевых элементов, отличавшееся тем, что, с целью повышения надежности работы шагового двигателя пу 17тем его отключения при механической помехе движению, введены шины записи начальной уставки, контроля и сброса, элемент ИЛИ, счетчик и Ю-триггер, а в каждый канал управления введены четыре элемента И, два одновибратора и второй К 5- триггер, причем инверсный выход К 5-триггера подключен к первому входу первого и второго элементов И каждого канала, прямой выход его выведен на шину контроля, К-вход.;лючен к шине сброса, а 5-вход - к выходу счетчика, вход записи которого соединен с шиной записи начальной уставки, счетный вход - с выходом элемента ИЛИ, каждый вход которого подключен к выходу четвертого элемента И соответствующего ка 6123728нала управления, первым входом четвертый элемент И каждого канала соединен через первый одновибратор с выходом инвертора, а вторым входом - с прямым выходом второго КЬ-триггера, Й-вход которого соединен с выходом третьего элемента И, подключенного первым входом к выходу компаратора, вторым входом - к входу второго одновибратора, входу инвертора и второму входу второго элемента И, а Ь-вход - с выходом второго одновибратора, причем выходы первого и второго элементов И подключены к входам соответствующих усилителей, а прямой выход первого триггера подключен к второму входу первого элемента И.рректор В. Гирнякдписное оо комитета по изобретениям и откоы Москва, Ж - 35, Раушская наб., д ельский комбинат Патент. г. Ужгоро 1 зедактор Г. ГербеЗаказ 3834НИИПИ Государственн113035,11 роизводствснно-изда Составитель В, АТехред А. КравчукТираж 449 и п 1.КНТ ССл. Гагарина,0