Устройство для программного управления -фазным шаговым двигателем

йе а СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК зла 9 4 т.1 ЕЛЬСТВ 2 л. Р 20 088. 8)е свидетельств 05 В 19/40, 19 свидетельство 05 В 19/40, 197 НОГО ИГА- рогГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММУПРАВЛЕНИЯ п 1 - фАЗНЫМ ШАГОВЫМТЕЛЕМ, содержащее блок заданиярамм, подключенный выходами чепервый ивторой счетчики к входсумматора, о т л и ч а ю щ е е тем, что, с целью упрощения и повышения надежности функционирования1 в него введены инвертор и т мультиплексоров, выходы которых подключены к фазным.обмоткам двигателя, управляющие входы соединены между собой и с выходами старших разрядов второ" го счетчика, выход переноса сумматора соединен с 1,2,3 щ-информационным входом соответственно 2,3,щ, 1-го мультиплексоров, а через инвертор в ,с 1,2,3,р-м информационным входом соответственно 1,2,3т -го мультиплексоров, а третьи информационные входы мультиплексоров подключены к вине нулевого потенциала. ВСИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач.Известно устройство для,програм ного управления шаговым двигателем, содержащее счетчики и блок задания программ, выход которого подключен к входу коммутатора Г 1 1Однако это устройство требует 10 применения сложных блоков (стабилизаторов тока и преобразователей циф" ра-аналог), что снижает надежность работы устройства.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ,устройство для программного управле-. ния го-фазным шаговым двигателем, содержащее по количеству фаз (п) первые счетчики, триггеры и сумматоры, а также второй счетчик, блок задания программ, связанный с входами коммутатора, второго счетчика и сумматоров 2 .Данное устройство сложно и ненадежно, так как содержит большое число пересчетных схем (в+ 1 счетчиков, коммутатор, п 1 триггеров)., подверженных сбоям и требующих жесткой синхронизации, поскольку возникновение "сбоя в одном иэ перечисленных схем приведет к. нарушению их синхронной работы, вследствие чего будет нарушена нормальная работа двигателя (т.е. двигатель выйдет из синхрониэма), и нормальная работа двигателя З 5 может быть восстановлена только лишь после вынудительного возврата всего устройства в исходное состояние.Цель изобретения - упрощение и повышение надежности Функционирования устройства путем уменьшения числа пересчетных схем.Поставленная цель достигается тем, что устройство пРограммного 45 управления ъ-фазным шаговым двигателем, содержащее блок задания программ; подключенный выходами через первый и второй счетчики к входам сумматора, введены инвертор и мультиплексоров, выходы которых подключены к Фаэным обмоткам двигателя, управляющие входы соединены между собой и с выходами старших разрядов второго счетчика, выход переноса сумматора соединен с 1,2,3щ-м информационным входом соответственно 2,3, щ,1-го мультиплексоров, а через инвертор - с 1,2,3, , щ-м инФормационным входом соответственно 1,2,3в -го мультиплексоров, 6 а третьи информационные входы мультиплексоров подключены к шине нулево- . го потенциалаНа фиг, 1 приведена функциональ" ная схема устройства применительно 65 к гп -фазному двигателю; на Фиг. 2применительно к четырехфазному двигателю; на фиг. 3 - временная диаграмма работы устройства и диаграммаизменения токов в фазах двигателя,применительно к четырехфазному двигателю с коэффициентом дробленияосновного шага И = 8,Предлагаемое устройство содержит(фиг. 1) блок 1 задания программ,связанный своим выходом с входамипервого 2 и второго 3 двоичных счетчиков, сумматор 4, инвертор 5, мультиплексоров 6-1, 6-гп селекторов нап каналов, выходы которых подключены к фазным обмоткам 7-1, 7-в двигателя, а их управляющие входы соединены параллельно между собой и подключены к выходам старших разрядоввторого 3 двоичного счетчика. Выходы младших разрядов второго 3 двоичного счетчика подключены к вторымвходам сумматора 4, первые входы которого подключены к разрядным выходампервого 2 двоичного счетчика.На Фиг. 2 показаны мультиплексоры 6-9, обмотки фазового двигателя10-1,10-2, 10-3 и 10-4.Устройство работает следующимобразом.Работу устройства удобно рассмат-ривать для случая управления четырехфазным шаговым двигателем (фиг.2).Тактовая последовательность высокочастотных импульсов с частотой Йвь,снепрерывно поступает на вход первого 2 двоичного счетчика, работающегона суммирование.Исходным является состояние, прикотором второй 3 двоичный счетчикнаходится в нулевом состоянии, навыходе переноса сумматора 4 присутствует нулевой, а на выходе инвертора 5 - единичный потенциалы, На всеуправляющие входы мультиплексоров6-9 с выходов старших разрядов счетчика 3 поступают нулевые потенциалы,и, следовательно, выбраны их первыеканалы.Такое состояние устройства приве-дет к тому, что через первую 10-1фазу двигателя потечет номинальныйтак У, а во всех остальных 10-2,10-4 фазах ток будет отсутствовать.С поступлением первого низкочастотного импульса на вход счетчика 3в него записывается цифра 1, в силучего на выходе переноса сумматорапоявляются высокочастотные импульсысо скважностью Б и частотой Евн/И,где Б- коэффициент пересчета первого2 двоичного счетчика, а на выходеинвертора 5 - импульсы с той жечастотой, но со скважностью ИБ-,1Так как старшие разряды второго 3счетчика не изменили своего состоянияи выбраны первые каналы мультиплек- .соров, то через первую фазу 10-1 двигателя протекает ток равный Н - 1д , а через вторую фазу 10-2 - ток - д . В третьей и четвер 1К Птой фазах двигателя токи отсутствуют. Это приведет к тому, что ротор двигателя отработает дробный шаг равный й = Ос , где й - величина1 асор Б Ососновного шага двигателя, н - коэф- (О фициент дробления, величина которого)совпадает также с коэффициентом пере:счета первого 2 и младших разрядов второго 3 двоичных счетчиков.С приходом последующих низкочас тотных тактовых импульсов во второй 3 двоичный счетчик поочередно записываются цифры с 2-х по М, при этом на выходах его старших разрядов присутствуют потенциалы логического 20. нуля и выбраны первые каналы мультиплексоров 6-9. На выходе переноса сумматора 4 поочередно Формируются1 Я М3 сскважностью ( 325 Б), а на выходе инвертора 5 соИ Бскважностью (и 2, и 3, "Б) Это приводит к ступенчатому уменьше- З 0Б - 2 , Б - 3нию тока Тн- в первой фазе 10-1, и его сту2 3 пенчатому увеличению - дп., - д, 35Б - 1дН - во второй фазе 10-2 двигателя. В соответствии с этим ротор двигателя отработает Мдробных шагов . Этим завершается пер вый четверть-цикл работы устройства.При достижении второго 3 двоично- го счетчика цифры происходит переполнение его младших разрядов, и при Ф поступлении очередного низкочастот ного импульса в его старшие разряды записывается цифра 1, а в младшие цифра О.Запись цифры 1 в старшие разряды счетчика 3 приводит к тому, что выбираются вторые каналы мультиплексоров 6-9, и так как в младшие разряды счетчика З.произведена запись цифры О, то на выходе переноса сумматора 4, как и в первом четверть-цикле, будет присутствовать нулевой, 55 а на выходе инвертора 5 - единичный потенциалы. Это приведет к тому, что через вторую фазу 10-2 двигателя потечет ток равный д, а вовсех остальных Фазах ток будет отсутство вать. Далее, с поступлением очеред- . ных низкочастотных импульсов ток во второй Фазе 10-2 ступенчато уменьшается, а в третьей увеличивается, и в соответствии с этим ротор двига теля отрабатывает дробные шаги, Этим завершается второй четверть-цикл.После достижения младших разрядов счетчика 3 цифры И, в его старшие разряды записывается цифра 2 и выбираются третьи каналы мультиплексоров 6-9, при этом по третьей фазе 10-3 двигателя потечет ток равный д, а в остальных ток будет отсутствоватьПосле завершения третьего четверть-цикла, во время которого происходит ступенчатое уменьшение тока в третьей, и его ступенчатое увеличение в четвертой фазах двигателя, в старшие разряды счетчика 3 записывается цифра 3 и выбираются четвертые каналы мультиплексоров 6- 9,при этом по четвертой фазе 10-4 течет ток равный Лн, а в остальных фазах ток отсутствует.В течение четвертого четверть- цикла ток в четвертой фазе 10-4 ступенчато уменьшается, а в первой 10-1 увеличивается.После завершения четвертого четверть-цикла счетчик 3 возвращается в исходное состояние (т.е. записывается цифра О, как в младших, так и в старших его разрядах), при этом через первую фазу 10-1 двигателя течет ток равный дн, а в остальных ток отсутствует. Последующие циклы работы устройства происходят аналогично первому циклу.Как видно из описания, коэффициент пересчета старших разрядов счетчика 3 при числе Фаз щ = 4 двигателя равен четырем.Для ш-фазного двигателя коэффициент пересчета второго 3 двоичного счетчика равенС 2 шгде И - коэффициент пересчета младших разрядов второго 3счетчика;щ - коэффициент пересчета старших разрядов второго 3 счетчика.Таким образом, цифрой Б определяются коэффициенты дробления бсновного шага двигателя; пересчета первого 2 двоичного счетчика и пересчета младших разрядов второго 3 двоичного счетчика. Цифрой в - Фаэность двигателя, количества мультиплексоров, информационных входов мультиплексоров и коэффициент пересчета старших разрядов второго 3 двоичного счетчика.Для обеспечения обратного направления вращения ротора двигателя (реверсирования), необходимо перевес-. ,ти в режим вычитания. только второй 3 двоичный счетчик.Коэффициент дробления основного шага двигателя можно изменять в широких пределах от 2 - В путем одно 1020800временного изменения коэффициентовпересчета первого 2 и младших разрядов второго 3 счетчиков, при этомкоэффициент пересчета старших разрядов второго 3 счетчика необходимоподдерживать равным числу в,5Частота импульсов, подаваемых нашину высокочастотного таитирования,выбирается исходя .из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя, А частота импульсов, 0подаваемых на шину низкочастотныхуправляющих импульсов, выбирается всоответствии с требуемой скоростьювращения ротора двигателя.Таким образом, данное устройство 15по сравнению с.прототипом намногопроще и надежнее, поскольку имеетменьшее число составных узлов,т.е. мультиплексоров, два, счетчика,блок задания программ (БЗП), один 2 Осумматор и один инвертор, а прототип содержит БЗП, коммутатор, в сум"маторов, в + 1 счетчиков, и в триггеров. Устройство имеет повышенную надежность, так как содержит минимальное: число пересчетных схем (2 счетчика), которые не требуют синхронной работы, поскольку они работают на равных частотах и от разных генераторов.Возникновение сбоя в работе первого 2 двоичного счетчика предлагаемого устройства приведет лишь к воз,никновению кратковременного провала тока в рабочей фазе . Но, так как частота импульсов, подаваемых на высокочастотную шину тактирования, намного превышает частоту приемистости двигателя, а длительность возникающего провала тока, очень мала, возникновение сбоя в первом 2 счетчике нисколько не повлияет на нормальную работу двигателя.Возникновение сбоя во втором 3 двоичном счетчике предлагаемого устройства прнведет лишь к пространственному перемещению ротора двигателя из одного рабочего состояния в другое.Подписноего ковщтета ССй м открытийущская наб., д. тентфф,ал П Икгород, ул. Проектная, 4