Устройство для управления шаговым двигателем

(19)Р и)А 3 а) С 05 В 19/40 ИЯ" БРЕТ У ССР19/4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗ К АВ ГОРСКОМУ СВИДЕТ(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 725184, кл. Н 02 Р 8/00, 1977.2. Авторское свидетельство Спо заявке У 3326160/24, кл. С 05 В О,1981,(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее формирователь импульсов, первый элементзадержки, генератор импульсов и коммутатор, выходом связанный с шаговым, двигателем, вал которого механическисвязан с датчиком положения, информационные выходы которого подключены ксоответствующим входам коммутатора,причем входы формирователя импульсови первого элемента задержки соединены с шиной питания, а выход последнего - с управляющими входами генератора импульсов и коммутатора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его надежности и точности, в него введены блок индикации,триггер знака, второй, третий и четвертый элементы задержки, триггер,первый и второй элементы ИЛИ, первыйи второй элементы И, инвертор, первыйи второй элементы 2 ИИЛИ-НЕ, выходыкоторых подключены к счетным входамкоммутатора и к первым входам тригге"ра знакапервые входы - соответственно к выходу и входу инвертора, вторые входы - к выходу первого элементаИЛИ, к входу второго элемента задержки и к первому входу триггера, третьи входы - соответственно к инверсному и прямому выходам триггера знака, а четвертые входы - к выходу второго элемента И и к первому входу блока индикации, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, с первым входом второго элемента ИЛИ и через третий элемент за-держки - с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора импуль-.сов и к третьему входу блока индикации, причем знаковые выходы датчика положения соединены с вторыми входами триггера знака, а синхронизирующий выход - с первым входом второго элемента И и через четвертый элементЪЮ задержки - с вторым входом триггера, прямой и инверсный выходы которого 1 подключены соответственно с первым входом первого элемента И, вторым входом соединенного с выходом второго элемента задержки и с вторым входом второго элемента И, выход формирователя импульсов соединен с вторая ,входом второго элемента ИЛИ, соединенного выходом с вторым управляющим входом коммутатора, а вход инвертора - с знаковым входом устройства.1 10911Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического регулирования,в цифровых шаговых приводах.Известно устройство для управле 5ния шаговым двигателем, содержащеетри триггера с подключенными к их информационным входам элементами2 И ИЛИ-НЕ, соединенных взаимными перекрестными связями и подклю.ченных тактируемыми входами к тактовой шине, три шины задания режимаработы, связанные с входами элементов 2 И-ЗИЛИ-НЕ и узел установки исходного состояния триггеров, которыйсодержит элемент 4 И-НЕ и инвертор,связанный своим входом с тактовойшиной, а выходом - с входом элемента 4 И-НЕ, подключенного остальнымисвоими входами к нулевым выходам всех 0триггеров, а выходом - к единичномувходу одного из триггеров 11,Недостатком известного устройстваявляется ограниченность применения,так как оно обеспечивает автоматическую установку требуемых состоянийтриггеров при сбоях только для трехфазного распределителя импульсов, управляющего трехфазным шаговым двигателем. В данном устройстве нельзя ре 30ализовать автоматическое восстановление режима коммутации при числефаз более "трех, т.е. вал двигателяможет повернуться через одно или несколько положений в неопределенномнаправлении. Кроме того, при сбоях, враспределителе импульсов устройствообеспечивает исключение только двухсостояний триггеров 000 и 111. Причисле фаз более трех могут возникнутьи другие избыточные состояния, кото 40рые известное устройство не устраняет. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления шаговым двигателем, содержащее формирователь импульсов, элемент задержки, генератор импульсов и коммутатор, выходом связанный с шаговым двигателем, вал которого механически связан с датчиком положения, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам коммутатора,причем входы формирователя импульсов и первого элемента задержки соединены 55 с шиной питания, а выход последнего - с управляющими входами генератора импульсов и коммутатора 2.1. 22 2Недостатками указанного устройства являются недостаточная надежность и невысокая точность при работе в условиях помех, вызывающих сбой в работе шагового двигателя.Цель изобретения - повышение наодежности и точности устройства,Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления шаговым двигателем введены блок индикации, триггер знака, второй, третий и четвертый элементы задержки, триггер,первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, инвертор, первый и второй элементы 2 ИИЛИ-НЕ, выходы которых подключены к счетным входам коммутатора и к первым входам триггера знака, первые входы - соответственно к выходу и входу инвертора, вторые входы - к выходу первого элемента ИЛИ, к входу второго элемента задержки и к первому входу триггера, третьи входы - соответственно к инверсному и прямому выходам триггера знака, а четвертые входы - к выходу второго элемента И и к первому входу блока индикации, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, с первым входом второго элемента ИЛИ и через третий элемент задержки - с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов и к третьему входу блока индикации, причем знаковые выходы датчика положения соединены с вторыми входами триггера знака, а синхронизирующий выход - с первым входом второго элемента И и через четвертый элемент задержки - с вторым входом триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно с первым входом первого элемента И, вторым входом соединенного с выходом второго элемента задержки и с вторым входом второго элемента И, выход формирователя импульсов соединен с вторым входом вто-., рого элемента ИЛИ, соединенного выходом с вторым управляющим входом коммутатора, а вход инвертора - с знаковым входом устройства.На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.Устройство содержит коммутатор 1,шаговый двигатель 2, датчик 3 положения, формирователь 4 импульсов,первый элемент 5 задержки, генератор6 импульсов, блок 7 индикации, триггер 8 знака, первый и второй элемен10911Эты 2 ИИЛИ-НЕ 9 и 10, инвертор 11, триггер 12, первый и второй элементы ИЛИ 13 и 14, второй, третий и четвертый элементы задержки 15, 16 и 17, первый и второй элементы И 18 и 19.Устроиство работает следующим обч5 разом.При включении питания формирова" тель 4 импульсов от перепада напряжения питания формирует импульс запи си, который через элемент ИЛИ 14 поступает на вход предварительной записи коммутатора 1 и производит запись в него кода, поступающего с выходов датчика 3 положения. Триггер 12 ус 15 танавливается в произвольное положение. Через определенное время после импульса записи на выходе элемента 5 задержки появляется сигнал разрешения, который поступает на управля 20 ющий вход коммутатора 1. С выхода коммутатора 1 код, преобразованный в фазовый сигнал, поступает на обмотки шагового двигателя 2, подтверждая положение его оси. Одновременно по 25 тенциал разрешения поступает на.вход управления генератора 6 импульсов и запускает его. Тактовый импульс с выхода генератора 6 импульсов, пройдя элемент ИЛИ 13, поступает на вторые входы элементов 2 ИИЛИ-НЕ 9 и30 10, проходит через один из них, подготовленный по первому входу сигналом со знакового входа устройства на обратный или прямой счетный вход коммутатора 1. Ось шагового двигателя начнет движение с положения, на котором двигатель остановился при выключении питания.Одновременно тактовый импульс с выхода элемента ИЛИ 13 поступает на 40 вход элемента 15 задержки и на единичный вкод триггера 12. Триггер 12 устанавливается в единичное положение, подготавливает по одному входу элемент И 18 и запирает элемент И 19, При повороте оси.шагового двигателя 2 датчик 3 положения формирует код текущего положения оси и синхроимпульс. Код поступает на информационные входы коммутатора, 1 а синхроимпульс - на вход элемента И 19, через который он не проходит, и на вход элемента 17 задержки. Задержанный синхроимпульс поступает с выхода элемента 17 задержки на нулевой вход триггера 12 и устанавливает его в нулевое положение. Сигнал с выхода триггера 12 подготавливает по второму 22 4входу элемента И 19 и запирает элемент И 18, через который не проходитимпульс, поступающий с выхода элемента 15 задержки, так как его время задержки превышает величину Т +Т +ТЧ 2 3 фгде Т - время отработки одного шагашаговым двигателем 2; Т - время задержки элемента 7 задержки, Т, - время переключения триггера 12.Время, на которое элемент 17 задержки задерживает импульс, должнобыть равно или больше длительностисинхроимпульса и меньше времени отработки одного шага шаговым двигателем2. При поступлении последующих тактовых импульсов от генератора 6 импульсов процесс работы устройства повторяется как описано выше. Этот режимработы считается основным. При работев условиях помех возможен сбой шагового двигателя 2, когда при наличиитактового импульса шаговый двигатель2 не изменяет своего состояния и пропускает такт, или цожное срабатывание, когда при отсутствии тактовогоимпульса шаговый двигатель 2 изменяет свое состояние и делает ложныйтакт в любом направлении,Рассмотрим режим работы при пропуске такта шаговым двигателем. Припоступлении тактового импульса триггер 12 устанавливается в единичноеположение, элемент И 19 по одномувходу запирается, а элемент И 18 подготавливается. Шаговый двигатель .2 неизменяет своего состояния. На выходедатчика 3 положения синхроимпульс отсутствует. Тактовый импульс, задер- .жанный элементом 15 задержки, поступает на элемент И 18, Импульс с выхода элемента И 18 проходит черезэлемент ИЛИ 14 на вход предварительной записи коммутатора 1 и производитв него запись кода состояния шагового двигателя 2 с выхода датчика 3положения. Одновременно импульс свыхода элемента И 18, задержанныйэлементом 16 задержки на время запии кода в коммутатор 1, проходит через элемент ИЛИ 13 и, как тактовыйимпульс, поступает на триггер 12,а также через элемент 2 ИИЛИ-НЕ 9или 10 на счетный вход коммутатора 1Если после дополнительного импульсашаговый двигатель 2 изменит свое состояние на один шаг, то на выходе датчика 3 положения сформируется синхроимпульс, который через элемент 17задержки поступит на вход триггера 12и установит его в нулевое положение.Далее работа повторяется как при основном режиме работы от генератора 6импульсов.Если после первого дополнительноготактового импульса состояние шагового двигателя 2 не изменится, то процесс формирования этого импульсаповторится, как описано выше. Этобудет продолжаться до тех пор, пока 1 Ошаговый двигатель 2 не изменит своесостояние или с приходом основноготактового импульса анализатор 7 сбоев не выдаст при заданном критериисоответствующий сигнал управления, 1 Знапример, генератором 6 импульсов иливсем устройством. Теперь рассмотримработу устройства при ложном срабатывании шагового двигателя 2, когдаон дополнительно изменяет свое состояние при отсутствии тактового импульса от генератора 6 импульсов,Пусть со знакового входа устройствапоступает сигнал разрешения, следовательно, элемент 2 ИИЛИ-НЕ 10 будет 25подготовлен по первому входу и коммутатор 1 будет работать в режимепрямого счета - сложения,При ложном срабатывании ось шагового двигателя 2 поворачивается дополнительно на один шаг в любом направлении. При этом датчик 3 положения на выходах направления формирует импульсы, согласно которым триггер8 знака подготавливает по третьемувходу один иэ элементов 2 ИИЛИ-НЕ 9или 10. Одновременно датчик 3 положения сформирует ложный синхроимпульс,который пройдет через элемент И 19,подготовленный по второму входу триг гером 12 при окончании предыдущего такта, н поступит на третий вход блока 7 индикации и .четвертые входы элементов 2 ИИЛИ-НЕ 9 и 10.Если ось шагового двигателя 2 повернулась в прямом направлении, то триггер 8 знака подготовит элемент 2 ИИЛИ-НЕ 9 и ложный импульс с его выхода поступит на обратный счетный вход коммутатора 1 для вычитания. Ось шагового двигателя 2 повернется в обратном направлении на один шаг и восстановит свое положение. Если ось шагового двигателя 2 повернулась в обратном направлении, то триггер знака 8 .подготовит элемент 2 ИИЛИ-НЕ 10, через который ложный импульс поступит на прямой счетный вход коммутатора 1 для сложения. Ось шагового двигателя 2 повернется в прямом направлении ка однц шаг и восстановитсвое положение. При повторном ложном срабатывании шагового двигателя 2 работа по самовосстановлению повторится как описано выше, Одновременно с появлением ложного импульса импульс с выхода элемента И 19 поступает на вход блока 7 индикации. Таким образом, при ложном срабатывании шагового двигателя или пропуске шага автоматически обнаруживается ошибка и восстанавливается режим коммутации обмоток шагового двигате-. ля, а его ось устанавливается в заданное положение. Этим повышается точность и надежность функционирования, что обуславливает получение определенного технико-экономического эффекта в случае применения предлагаемого устройства для управления шаговым двигателем.1091122 Составитель С.Дунаевор ЮСереда Техред И.Метелева Корректор Ю.Макаре 3081/ иал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектн 43 Тираж 842ВНИИПИ Государственно по делам изобретени3035, Москва, Ж"35, Р Подписноекомитета СССРи открытийшская наб., д.4/5