Устройство для управления шаговым двигателем

(56) 1 Авторское кл. Н 0торское с кл, Н 0торское с кл. НО видетельство СС Р 8/00, 19694детельство СССР Р 8/00, 1970, детепьство СССР Р 7/62, 1970,2. А 4005 3А 6870.,р д му входу схемы ой выходом с атора, связанно- вторым входом а, выходом логик вторым входом ключенного выхоэлемента И,ного выходом к втор сравнения, соединен вторым входом комму го третьим входом с реверсивного счетчи ческого компаратора элемента памяти, под дом к третьему входу ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее распределитель импульсов, ключ, ревер; сивный счетчик, схему сравнения и генератор импульсов, выход которого соединен с сигнальнйм входом ключа, о т л и ч а ю щ е е с-я тем, что, с целью повйшения быстродействия двигателя-, введены программное устройство, делитель частоты, элемент И, коммутатор, счетчик, логический компаратор, элементы памяти и делитеяь-синхронизатор, первый вход которого соединен с первым выходом счетчика, подключенным к первому входу коммутатора и к управляющему входу ключа, связанного выходом с вторым входом делителя-синхронизатора, подключенного первым выходом к первому входу элемента памяти, вторым выходом - к первому входу элемента И, третьим выходом - к первому входу делителя частоты, сое диненного вторым входом с четвертым выходом делителя-синхронизатора и первым входом программного устройства, связанного вторым входом с выходом коммутатора, первым выходом - с первым входом схемы сравнения, а вторым выходом -. с третьим входом делителя частоты, подключенного своим выходом к входу распределителя импульсов, первому входу ре- д версивного счетчика и первому входу счетчика, соединенного вторым выходом с первым входом логического компаратора, вторым входом - с выходом реверсивного счетчика и вторым входом элемента Ц по ключен- ЕИзобретение относится к электротехнике., а именно к управлению шаговым двигателем.Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащеемультивибратор, коммутатор, пусковоеустройство, соединенное с элементамизадержки выходы которых связаны скоммутатором1 ,Недостатком этого устройства явля" 10ется то, что оно не обеспечивает торможение шагового двигателя с максимальной частоты, достигнутой в режи"ме разгона,Известно также устройство для управления шаговым двигателем, содержащее тактовый генератор, управляемый ключ, счетчик, делитель, элементзадержки и распределитель.Устройство предназначено для увеличения быстродействия шагового двигателя, что обеспечивается подачейна распределитель второго импупьса счастотой, меньшей, чем частота входных импульсов, причем следующие после второго импульсы серии поступаютна распределитель с собственной частотой., (роме того, в устройстве осуществляетсядержка последнего импуль:.а :.ерин ,30Однак:. в этом устройстве невоэможен разгон шагового двигателя до максимальной частоты без потери инщормации (пропуска имгульсов отработки),Наибохк.:э близким по технической35сущности к предлагаемому являетсяустройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределительимпульсов, ключ, реверсивный счетчик схему сравнения и генератор им"у 40пупьсо вход орг седнн сси г на:. ь нь,м входом ключаЭто устройство обеспечивает ппавное увеличение частоты шагового привода при разгоне и уменьшение часто 45ты при торможении со скоростью . ограничиваемой характеристиками шагового двигателя и нагрузки, а в установившем: я режиме - релейное слежение за астотой управляющих импульсов 1.3 "1Однако для достижения максимальнойчастоты за минимальное время эа счетизменения частоты управляющих импульсов в переходных режимах (раэгонторможение) требуется реализацияоптимального закона управления режимом работы привода, при этом изменение частоты управляющих импульсов может производиться либо плавно, либо скачками,Недостатком известного устройства является невозможность реализацииоптимального закона управления режимом работы привода е переходных режимах, например, скачкообразного изменения частоты с отработкой заданного количества импульсов на каждомприращении (уменьшении) частоты, чтоприводит к, снижению быстродействия,Целью изобретения является повышение быстродействия шагового двигателя.Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержащее распре- .делитель импульсов, ключ, реверсивный счетчик, схему сравнения и ге"нератор импульсов, выход которогосоединен с сигнальным входом ключавведены программное устройство, делитель частоты, элемент И, коммутатор, счетчик, логический компаратор, элемент памяти и делитель-синхронизатор, первый вход которого соединен с первым выходом счетчика,подключенным к первому входу коммутатора и к управляющему входу ключа,связанного выходом с вторым входомделителя"синхронизатора, подключенного первым выходом к первому входуэлемента памяти, вторым выходом - кпервому входу элемента И, третьимвыходом - к первому входу делителячастоты, соединенного вторым входом с четвертым выходом делителясинхронизатора и первым входом программного устройства, связанноговторым входом с выходом коммутатора, первым выходом - с первым входом схемы сравнения, вторым выходомс третьим входом делителя частоты,подключенного своим выходом к входураспределителя импульсов, первомувходу реверсивного счетчика .и первому входу счетчика, соединенноговторым выходом с первым входом логического компаратора, вторым входом - с выходом реверсивного счетчика и вторым входом элемента И,поцключенного выходом к второму вхо.ду схемы сравнения, соединенной выходом с вторым входом кОммутдтордсвязанного третьим входом с вторымвходом реверсивного счетчика, выходом логического компаратора и вторым входом элемента памяти, подключенного выходом к третьему входуэлемента И,3 1Такое выполнение устройства позволяет реализовать любой закон изменения частоты работы шагового двигателя в переходных режимах (плавноеизменение и. скачкообразное изменениес отработкой заданного количествауправляющих импульсов на каждом приращении частоты).Благодаря этому устройство спо"собно работать по оптимальному закону изменения частоты (для каждого конкретного привода) в переходных режимах, обеспечивая максимальное быстродействие.На чертеже приведена функциональ"ная схема устройства для управленияшаговым двигателем в однолинейномизображении.Устройство содержит программноеустройство 1 с входом 2 записи, реверсивный счетчик 3, делитель 4 ча.стоты, счетчик 5 с управляющим вхо"дом б, ключ 7 делитель-синхронизатор 8, коммутатор 9, генератор 10импульсов, распределитель импульсов11, логический компаратор 12, элемент памяти .1). схему сравнения 14,элемент И 15 (для каждого разрядареверсивного счетчика),Устройство работает следующим образом.В программное устройство 1 по вхо.ду 2 записывается оптимальная дляконкретного шагового привода программа переходных режимов (разгонторможение), состоящая из констант.(в двоичном коде) приращения частоты и констант (в двоичном коде) количества импульсов управления, необходимых для отработки на каждом прира"щении (уменьшении) частоты,Программное устройство 1 можетсостоять, например, из запоминающегоустройства 16 констант числа импуль"сов, запоминающего устройства 17 кон"стант частоты, мультиплексоров 18 и19 и выходного регистра 20, Обьем запоминающих устройств 1 б и 17 зависитот реализуемого в программе закона.В исходном состоянии схемы реверсивный счетчик 3, делитель 4 частоты исчетчик 5 находятся в обнуленномсостоянии. Нулевое состояние счетчика 5, предназначенного для приема иотработки заданной уставки (числаимпульсов управления), через вход. 6запирает. ключ 7 и обнуляет делительсинхрониэатор 8. Исходное состояниекоммутатора 9 соответствует выборке 014119 4констант частоты и количества импульсов по первому адресу. запоминающихустройств 17 и 16 программного устройства 1. При .записи уставки в счет"- чик 5 (состояние счетчика отлично отнуля) ключ 7 открывается и постояннаячастота генератора импульсов 1 О по"ступает на вход двухразрядного делителя-синхронизатора 8, второй синх" 10 ронизирующий импульс которого осуществляет запись кода, соответству"ющего первому значению частота работы двигателя и содержащегося по первому адресу запоминающего, устройства 1 з 17, в делитель частоты 4 и кода, со"ответствующего числу импульсов отработки на этой частоте и содержащегося по первому адресу запоминающего устройства 16, в выходной регистр щ 20. Импульсы переполнения с делителя-синхронизатора 8 являются входны"ми для делителя частоты 4, Импульсыпереполнения с делителя частоты 4 следуют с заданной частотой тГ (где1 пР 2 э т - частота приемистости шаговогодвйгателя) и поступают на распределитель импульсов 11 для формированиядиаграммы работы шагового двигателяи дальнейшего усиления импульсов по щ мощности. Одновременно импульсы свыхода делителя 4 поступают на входыреверсивного счетчика 3 и счетчика5. Логический компаратор 12 сравнивает коды реверсивного счетчика 3 исчетчика 5. Сигнал на выходе логического компаратора 12 появляетсяпри ап (где в - соответствуеткоду счетчика 5 а и - коду ревер",.сивного счетчика 3), Счетчик 5 ра" 40ботает только на вычитание. При на"личин уставки в счетчике 5 на выходе логического компаратора 12 сигнал отсутствует, что соответствуетработе реверсивного счетчика 3 на 4сложение, В исходном состоянии элемент памяти 13 находится в нулевомсостоянии и переводится в единичноесостояние третьим еинхроимпульсомделителя-синхронизатора 8, Послеотработки заданного количества им" Япульсов на частотесрабатываетсхема сравнения 14 по первому синх"роимпульсу делителя-синхронизатора8. Сигнал с выхода схемы сравнения14 переключает коммутатор 9 на вызз борку кодов частоты и числа импульсов по следующему адресу запоминаю=щих устройств 16 и 17. Коды частотыи числа импульсов, соответствуюшие%10141Г и и, записываются в делительчастоты 4 и в выходной регистр 20программного устройства 1 вторымсинхроимпульсом делителя-синхрониза.тора 8. Причем значение числа импуль-сов программируется в виде и и +А,1где п - число импульсов, заданноедля отработки на частоте 1, а 6число импульсов, заданное для отра"ботки на частоте Г 2, Импульсы с вц" 36хода делителя 4 следуют с частотойГФ, После отработки на этой частоте заданного числа импульсов процесс приращения частоты повторяетсяи осуществляется разгон двигателя, 1При выполнении условия щ ( и сигналс выхода логического компаратора 12переключает элемент памяти 13 в нулевое состояние, реверсивный счетчик3 - на вычитание, коммутатор 9 " 20на обратное считывание адресов, прэтом коммутатор с некоторой задерж-,кой осуществляет выборку кода числаимпульсов по предыдущему адресу. Од"новременно нулевое состояние элемента памяти 13 блокирует работу элемента И 15 на время стробированияпервым синхроимпульсом делителя-синхронизатора 8, исключая возможностьвцборки следующего значения частоты звпри совпадении кодов реверсивногосчетчика 3 и:регистра 20 программного устройства 1 в. момент срабатывания логического компаратора 12).Второй синхроимпульс переписываеткод числа импульсов но предыдущемуадресу на выходной регистр 20, программного устройства 1, а на третийсинхроимпульс перекпючает элемент13 памяти в единичное состояние, разрешая работу элемента И 15,Таким образом, импульсы с выхода.делителя частоты .4 имеют частоту, накоторой произошло срабатывание ло.гического .компаратора 1Переключение на частоту т 4 1и на соответствующее число импуль" 19 Ьсов отработки произойдет при сравнении кодов числа импульсов реверсивного счетчика 3, работающего на вычитание, и выходного регистра 20 программного устройства 1. При этом срабатывает схема сравнения 14 и происходит выборка кодов частоты и числа импульсов из запоминающих устройств 17 и 16 в.направлении их умень" щения до начального адреса, что обеспечивается реверсированием работы коммутатора 9, Происходит отработка информации (числа импульсов на соответствующей частоте) и осуществляется торможение шагового привода до момента отработки уставки, записанной в счетчик 5, При этом счетчик 5 обнуляется, закрывается ключ,7 и устройство приходит в исходное состояние.Разрядность счетчика 5 выбирается, исходя из максимального углового диапазона работы двигателя, разрядность реверсивного счетчика 3 равна половине разрядности счетчика 5.Частота генератора импульсов 10 и разрядность делителя частоты 4 определяются заданным диапазоном частот разгона - торможения и минимальной дискретностью изменения частоты. Минимальное число импульсов отработки при разгоне и торможении на каждом значении частоты " один импульс.По последним адресам. запоминающих устройств 17 и 16 программного устройства 1 должен быть записан код частоты, соответствующий минимальной частоте работы привода, и нулевой код числа импульсов отработки.Этим обеспечивается отработка на максимальной частоте уставки, записанной в счетчике 5 и превышающей (по числу: импульсов) суммарное число импульсов. на разгон и торможения.ставитель З.ГорникхРед О,Неце КВ ктор В.Бутя Тираж 6ударствеизобретекваЖписноеР ЮЮ Филиал ектная,П "Патент", г. Ужго Редактор Н.ЛазаренкоВЮИЗаказ 3036/66 ВНИИПИ Гос по делам 113035, Нос5 ., Понного комитета ССний и открытий5 Рауаская набЕ 1 Е