Устройство для программного управления -фазным шаговым двигателем

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09 011 4 А 4(51) С 05 В 19/40 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/ " ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 1020800, кл. С 05 В 19/40, 1982(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГОУПРАВЛЕНИЯ щ-фАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ по авт. св. В 1020800, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и качества управ-. ления устройства, в него введены второй инвертор, а также первый и второй элементы ИЛИ, причем выход переноса сумматора подключен к первому входу первого элемента ИЛИ и через первый инвертор - к первому входу второго элемента ИЛИ, дополнительный младший разряд второго счетчика соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ и через второй инертор - со вторым входом второго элемента ИЛИ, а выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены к соответствующим информационным входам мульР типлексоров, е43 ключен к первому входу первогоэлемента ИЛИ и через первый инвертор -к первому входу второго элементаИЛИ, дополнительный младший разрядвторого счетчика соединен с вторымвходом первого элемента ИЛИ ичерез второй инвертор - с вторымвходом второго элемента ИЛИ, авыходы первого и второго элементовИЛИ подключены к соответствующиминформационным входам мультиплексоровНа чертеже приведена функциональная схема устройства для программного управления шаговым двигателем4-х фаэный вариант).Устройство содержит блок 1 задания программ, первый и второй счетчики 2 и 3, сумматор 4, первый инвертор,5, мультиплексоры 6, фазные об-,мотки шагового двигателя 7, первыйи второй элементы ИЛИ 8 и 9, второйинвертор 10 и дополнительный младшийразряд второго счетчика 11.Работа устройства для случая. управления четырехфазным шаговымдвигателем, с числом уровней квантования И=8 происходит следующимобразом,Тактовая последовательность импульсов с высокой частотой Гиз блока 1 задания программ непрерывно поступает на вход первого двоичного счетчика 2, работающего насуммирование. До поступления из блока 1 в счетчик 3 первого низкочастотного импульса тактирования устройство находится в исходном состоянии, при котором второй счетчик 3 находится в нулевом состоянии. На выходах переноса сумматора 4 и элемента ИЛИ 8 присутствуют нулевые, а на выходах инвертора 5 и элемента ИЛИ 9 - единичные потенциалы. На все управляющие входы мультиплексоров 6 с выходов старших разрядов счетчика 3 поступают нулевые потенциалы, следовательно, выбираются их первые информационные входы, В таком состоянии устройства через первую фазу двигателя протекает номинальный ток Д 1, а во всех остальных 7 фазах ток отсутствует.С поступлением из блока 1 задания программ первого низкочастотного импульса на вход счетчика 3 в него за" писывается .цифра 1, в силу чего на выходе переноса сумматора 4 появля" Указанная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены второй инвертор, а также первый и второй элементы ИЛИ, причем выход переноса сумматора под 55 1 11374Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач.По основному авт. св. 11 Я 1020800 известно устройство для программного управления п 1-фазным шаговым двигателем, содержащее блок задания программ, подключенный выходами через первый и второй счетчики к вхо дам сумматора, первый инвертор и Ф мультиплексороввыходы которых подключены к фазным обмоткам двигателя, управляющие входы соединены между собой и с выходами старших разря дов второго счетчика, выход переноса сумматора соединен с 1,2,3,щ -ым информационным входом соответственно 2,3,. в, 1-го мультиплексоров, а через инвертор - с 1,2,3 1 п-ым20 информационным входом соответствен- но 1,2,3 ш-го мультиплексоров, а третьи информационные входы мультиплексоров подключены к шине нулевого потенциала 1. 25Однако к этом устройстве линейно. ступенчато уменьшается ток в одной фазе и одновременно увеличивается в смежной фазах двигателя. В результате этого развиваемый на валу момент в зонах основных положений ротора двигателя достигает номинального значения Ин, а между этими положениями постепейно уменьшается до значения1 Это приводит к неравномерно-нсти распределения моментов и недоиспользованию нагрузочных возможностей двигателя, что снижает качество управления шаговым двигателем в целом. Кроме того, при управлении известным устройством число положений ротора получается равным всего лишь числу уровней квантования тока в каждой из смежных фаз.45Цель изобретения - повышение точности и качества управления устройства путем увеличения развиваемого на валу момента в зонах между основнымиположениями ротораи удвоения,числа дробных положений ротора принеизменном числе уровней квантования тока в фазах.11374 8 86 7 э скважностью ( 8 8 8 8 8 1 Так6 5 4 3 2 фкак на выходе дополнительного разряда Ф 411 второго счетчика 3 присутствуетнулевой потенциал, то на выходе эле.мента ИЛИ 9 поддерживается единичный потенциал, а на выходе элементаИЛИ 8 поочередно Формируются импульсы, аналогичные импульсам на выходепереноса сумматора 4.Это приводит к ступенчатому увеличению тока 234 58 Нф 8 1 ф 8.,Мф 8 Ъ 6 755 8 "11 ф 8 1 нво второй фазе двигателя,а ток в первой фазе поддерживается ются высокочастотные импульсы со скважностью 8 (так как число уровней квантования токов выбрано Н 8) и частотой йбюса на выходе ин 8 э5 вертора 5 - импульсы с той же частотой, но со скважностью 8/7. Так как старшие разряцы и дополнительный разряд 11 счетчика 3 не меняют свое состояние, то на выходе элемента ИЛИ 9 1 О присутствует единичный потенциал, а на выходе элемента ИЛИ 8 - высокочастотные импульсы со скважностью 8,При таком состоянии устройства через вторую фазу двигателя проте" кает ток равный 1/8 Д . При этом ток в первой фазе двигателя сохраняет свое значение, равное 3 а в третьей и четвертой фазах токи отсутствуют. Это приводит к тому, что 2 О ротор двигателя отрабатывает дробный шаг, равныйЮЬДР Р эгде Ь - величина основного шагадвигателя;Р - коэффициент дробления,причем Р=2 Я.С приходом из блока 1 последующих низкочастотных тактовых импульсов во второй счетчик 3 поочередно записываются цифры с 2 по 7. При этом на выходах второго счетчика 3 (включая и дополнительный разряд) присутствуют потенциалы логического нуля и выбраны первые информационные входы 35 мультиплексоров 6. На выходе переноса сумматора 4 поочередно формируются импульсы со скважностью (8 8 8 8,2. 3 4 540а на выходе инвертора 5 - со 43 4номинальным 31. В соответствии с этимротор двигателя отрабатывает семьдробных шагов. Этим завершаетсяпервая 1 часть цикла работы устрой 8ства,При поступлении очередного низкочастотного импульса в младшие разряды счетчика 3 записывается цифра 8.При этом на выходе дополнительногоразряда 11, т.е, четвертого разряда,будет присутствовать единичный потенциал, а на остальных - нулевые. Старшие разряды счетчика 3 не изменяютсвое состояние и, следовательно,остаются выбранными первые информационные каналы мультиплексоров.На выходе переноса сумматора 4,как и в начале первой 1 части цикла,8присутствует нулевой потенциал, а нчвыходе инвертора 5 - единичный. Так,как на выходе четвертого разряда второго счетчика 3 присутствует единичный потенциал то на выходе элементовИЛИ 8 и 9 также будет единичный потенциал.Это приводит к тому, что черезпервую и вторую фазы двигателяпротекает ток равный 31, а в двух других - ток отсутствует.С поступлением очередных низкочастотных импульсов ток в первой фазе ступенчато уменьшается, а вовторой - поддерживается равным номинальному. В соответствии с этим,ротор двигателя отрабатывает дробныешаги.Этим завершается вторая 1/8 частьцикла, т.е. первая четверть цикла.После достижения младшими разрядами счетчика 3 цифры 15 в егостаршие разряды записывается цифра 1и выбираются вторые информационные входы мультиплексоров, При этомво все младшие разряды (включая идополнительный старший разряд 11младших разрядов) записывается цифра О, в силу чего через вторую фазудвигателя протекает ток, равный 11,а во всех остальных - ток отсутствует,Дальнейшая работа устройства ана 1логична двум первым 8 частям цикла,лишь с той разницей, что в старшиеразряды счетчика 3 поочередно записываются числа 2,3 и т.д, В соответствии с этим поочередно выбираютсясоответствующие информационные входы мультиплексоров 6 и результирующий вектор электромагнитного поля статора, а также ротор двигателя,перемещаются в соответствующем направле нии.Коэффициент пересчета старших разрядов счетчика 3 при числе фаэ двигателя щ равен четырем, а коэффициент пересчета остальных его разрядов 10 равен 16, т. е. коэффициент дробления шага Р 16.Для щ-фаэного двигателя коэффициент пересчета второго счетчика 3 15 равенс шсТаким образом, цифрой Я определя ется количество уровней квантования токов в фазах двигателя, коэффициент 20 пересчета первого двоичного счетчика 2 и коэффициент пересчета младших разрядов счетчика 3 (без учета дополнительно введенного разряда младших разрядов 1. 25Цифрой ъ определяется фазность двигателя, количество мультиплексоров, количество информационных входов мультиплексоров и коэффициент пересче-;За та старших разрядов второго двоичного счетчика 3. Обратное направление вращения рото- ра двигателя задается блоком 1При этом переводится в режим вычитания только второй, счетчик 3.Коэффициент дробления основного шага двигателя можно изменить в широких переделах 2 - Р путем одновременного изменения коэффициентов пересче" та первого счетчика 2 и младших разрядов второго счетчика 3. При этом коэффициент пересчета старших разрядов второго счетчика 3 необходимо поддерживать равным числу в,.Частота импульсов, подаваемых на вход счетчика 2, выбирается исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя. А частота импульсов, подаваемьй на вход счетчика 3, выбирается в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.Таким образом, предлагаемое устройство, по сравнению с известным обладает тем преимуществом, что позволяет повысить нагрузочную способность двигателя, а также точность, плавность хода. При том же уровне квантования токов в фазах оно дает возможность получить вдвое большее число дробных шагов, что обуславливает определенный технико-экономический эффект.