Устройство для программного управления шаговым двигателем

(54) У УПРАВЛ (57) И Вюл. К 0 20ев, В.А.ФролоИ.П.фомин88 8) втома ользо щаговым ния - и за счет в много свидетельство СССРС 05 В 19/40, 1983.идетельство СССРС 05 В 19/40, 1983. ках дв задатч импуль ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) АвторскоеР 1015338, кл.Авторское свР 1043598, кл. ТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО НИЯ ШАГОВЬР 1 ДВИГАТЕЛЕМ обретение относится к области ики и предназначено для исания в системах управления с двигателем. Цель изобретеовышение надежности устройств Фиксации аварийного состояни канальных усилителях и обмотгателя. Устройство содержит к программы 1, распределитель ов 2, многоканальные усилите13143 ли 3, в состав каждого из которых входят элемент ИЛИ 6, управляемый пороговый элемент 7, элементы И 8,9, 10, ключи 1 1, 1 2, 13, вентили 14, 15, 16, элемент 17 односторонней проводимости, обмотки 18 двигателя, датчик тока 20, блок дифференцирования 19, а так 12же блок 4 анализа аварии на триггерах 21,22, элементе ИЛИ 23, пороговых элементах 24,25. Наличие блока анализа аварии позволяет фиксировать неисправности, обеспечивает информирование обслуживающего персонала об аварии и ее причинах. 1 з,п. Ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления с шаговым двигателем.Цель изобретения - повышение надежности устройства эа счет Фиксации аварийного состояния в многоканальных усилителях и обмотках двигателей путем сокращения оборудования, необходимого для его реализации.На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - пример реализации задатчика программ; на фиг.3 - временные диаграммы работы устройства.Устройство содержит задатчик 1 программ , распределитель 2 импульсов, многоканальные усилители 3, блок 4 анализа аварии, блок 5 Формирования элемент ИЛИ 6, управляемый пороговый элемент 7, элементы И 8 - 10, ключи 11 - 13, вентили 14 - 16, элемент 17 односторонней проводимости, обмотки 18 двигателя, блок 19 дифференцирования, датчик 20 тока, триггеры 21 и 22, второй элемент ИЛИ 23 и пороговые элементы 24 и 25.Задатчик 1 программ содержит генератор 26 тактовых импульсов (ГТИ) с элементами установки в исходное состояние, процессор 27, постоянное запоминающее устройство 28 (ПЗУ), шинный формирователь 29, элемент ИЛИ 30 и регистр 31, с выходов которого формируются сигналы управления шаговым двигателем.Выходы "Такт, "Н/В - направление вращения, "НУ" - начальная установка, Упр" - управление режимом стоянки двигателя являются выходами шины данных микропроцессора.По шине "Такт" подается синхросигнал, по которому происходит поочередное переключение Фаз двигателя, направление вращения задается сигналомН/ВРаспределитель 2 импульсов представляет собой многоразрядный регистр 5 с числом разрядов, соответствующимколичеству тактов коммутации, например для ШДД требуется 12 тактовкоммутации и, следовательно, двенадцатиразрядный регистр сдвига, которыйможет быть реализован из двух микросхем типа К 155 ИР 13.Непосредственное подключение выхода "Такт задатчика программы ко входу распределителя 2 импульсов обеспечивает возможность использования сигнала "УПР" не только в режиме стоянки, но и при движении двигателя(например, когда нагрузка на двигатель уменьшается, целесообразно уменьшать ток фазы, что даст дополнительное снижение потребляемой мощности по сравнению с прототипом).Устройство работает следующим об. разом.При включении питания или по команде программы задатчик программыформирует на выходе "НУ" короткий импульс, который устанавливает в исходное состояние распределитель 2 импульсов и блок 4 анализа аварии.Далее задатчик 1 программы определяет направление вращения шаговогодвигателя путем Формирования соответствующего уровня сигнала на выходе 35 "Н/В" ("1" - левое вращение, "0"правое вращение), а на выходе "Такт"формирует импульсную последовательность, число импульсов которой равноколичеству шагов перемещения шагового двигателяНа выходе "УПР" формируется сигналнизкого уровня - "0", который обеспечивает высокий уровень срабатывания13143управляемого порогового элемента 7,при котором ток через обмотки 18 достигает максимального значения (режим разгона в .торможения).Возбуждение обмотки шагового двигателя происходит следующим образом.Единичный уровень сигнала с соответствующих выходов распределителяпоступает на входы элемента ИЛИ би далее на вход элемента И 8, на вто рой вход которого также поступаетединичный сигнал с выхода управляемого порогового элемента 7. При этомэлемент И 8 открывает ключ 11, к которому подключены две одновременнонеработающие обмотки. Кроме того,единичный уровень сигнала от распределителя импульсов поступает на первые входы элемента И 9 или элементаИ 10, на вторые входы которых поступает единичный уровень сигнала с выхода триггера 22 блока 4. При этомоткрывается один из ключей 12 или 13и происходит включение тока через одну из обмоток 18,Ток от источника Е 2 питания черездиод блока 5 формирования, открытыйключ 11, обмотку 18 и один из ключей12 или 13 замыкается на вторую шинуисточника питания через датчик 20 тока, выполненный в виде резистора. Приэтом происходит постепенное нарастание тока в обмотке 18.При достижении тока заданного уровня напряжение на резисторе (датчике) 3520 становится достаточным для срабатывания управляемого порогового элемента 7, на выходе которого сформируется низкий уровень сигнала, т.е.произойдет выключение ключа 11. 40ЭДС самоиндукции через ключ 13,резистор (датчик) 20 и открытый ключ12 (или 13) замыкается на обмотку 18и препятствует быстрому спаду тока вкатушке, Ток в катушке медленно уменьшается. При дальнейшем уменьшениитока напряжение на резисторе (датчике) 20 также уменьшается и происходитвыключение порогового элемента 7, т.е.на его выходе формируется снова единичный уровень сигнала и снова включается ключ 11. Таким образом поддерживается заданный максимальный ток вобмотке.При выключении фазы единичный уро вень сигнала с выхода распределителяизменяется на нулевой и происходитотключение ключей 11 и 12 (или 13) 12 4В этом случае ЭДС самоиндукции черезвентили 14 и 15 (или 16) замыкаетсяна емкость блока формирования, таккак происходит рекуперация энергии,что существенно повышает КПД устройства.Кроме того, необходимо отметить,что замыкание ЭДС самоиндукции на емкость блока 5 Формирования, котораязначительно меньше, чем внутренняяемкость источника Е 2, обеспечиваетболее быстрое исчезновение тока в обмотке при ее отключении, что улучшает динамические характеристики двигателя по сравнению с известными устройствами.При работе шагового двигателя спониженной нагрузкой в предлагаемомустройстве (в отличие от известного)возможно программное уменьшение токафазы, что еще больше повышает КПДустройства. В этом режиме задатчикпрограммы на выходе "УПР" формируетсигнал более высокого уровня, чем врежиме с максимальной нагрузкой двигателя. Поэтому управляемый пороговый элемент 7 срабатывает при меньшемнапряжении на резисторе (датчике) 20,следовательно, ток в обмотках такжебудет поддерживаться на уровне, достаточном для работы, но меньшим посравнению с максимальным током.В режиме стоянки уровень сигнала"УПР" еще больше увеличивается, чтотакже способствует уменьшению тока вобмотках, что, в конечном счете, увеличивает надежность и долговечностьработы шагового двигателя.В случае возникновения аварийнойситуации предлагаемое устройство работает следующим образом.При возникновении неисправности вобмотке 18 (например, межвитковое замыкание, к.з. выводов, уменьшениемагнитных свойств сердечника обмоток,увеличение активного сопротивления,обмоток из-за нагрева) резко уменьшается добротность индуктивности, чтоприводит к отказу устройства. В этомслучае скорость нарастания тока в обмотке будет определяться постояннойвремени цепи, равной,Кгде 1. - индуктивность цепи;К - сопротивление цепи и будетбольше, чем скорость нарастания тока в исправной обмотке.13143При этом напряжение, снимаемое сдатчика тока, будет иметь более крутой фронт нарастания и, следовательно, на выходе блока дифференцированиябудет сформирован сигнал, достаточныйдля срабатывания порогового элемента24 блока фиксации аварии. Срабатывание порогового элемента 24 приводитк установлению в единичное состояниетриггеров 21 и 22. 10Нулевой уровень сигнала с выходатриггера 22 поступает на входы многоканальных усилителей 3 и включаетключи 12 и 13, защищая тем самым ключи от перегрузки. Кроме того, этотсигнал поступает на вход "АВР" задатчика программы и вызывает прерываниеего программы. Задатчик программывходит в режим прерывания по аварии,блокирует дальнейшую работу двигателя 2 Ои информирует обслуживающий персоналоб аварии и ее причине. Причина аварии фиксируется на триггере 21 (АВР 1==О - неисправность обмотки двигателя;АБР 1=1 при АВР=1 - неисправность клю 25чей с их схемами управления),При возникновении аварийной ситуации на входы задатчика 1 программблока поступают сигналы ЛРР=1АВР 1=1/О.ЗОВ режиме аварии задатчик 1 программы работает следующим образом,По сигналу АВР=1 который поступает на вход запроса прерывания микропроцессора ЗПР, СРИ прерывает выпол- З 5нение программы управления шаговымдвигателем и на выходе разрешенияпрерывания РПР формирует сигнал, покоторому на шину данных Д, и П 1 с выхода шинного формирователя ШФ поступает код вектора прерывания. Код вектора формирования формируется из комбинации сигналов АВР и В АВР 1, зависящих от вида неисправности.В соответствии с принятым кодомвектора прерывания СРИ переходит кподпрограмме обработки аварийной ситуации, которая также записана в ПЗУМ,по которой включается сигнал аварии -зуммер. Включение зуммера информирует обслуживающий персонал об аварии,а тон звука, например, укажет на виднеисправности,При выходе из строя клю ча 11 токчерез обмотку достигнет значения, при 55котором через элемент одностороннейпроводимости напряжение с резистора(датчика) 20 включит пороговый эле 12 6мент 25, произойдет включение тригге- ра 22 и далее произойдет прерывание задатчика программ и отключение ключей 12 или 13 аналогично вышеописанному. Необходимо отметить, что порог срабатывания элемента 25 превышает порог срабатывания управляемого порогового элементаЬ предлагаемом устройстве (по сравнению с известными) обеспечена возможность фиксации аварии при неисправности в самом двигателе за счет введения блока 19 дифференцирования и блока анализа аварии 4, при этом наличие связи между блоком 4 анализа аварии и задатчиком 1 программы обеспечивает информирование обслуживающего персонала об аварии и ее причинах. Кроме того, возможность изменения тока фазы не только в режиме стоянки двигателя, но и при его работе с изменяемой нагрузкой, отслеживаемой задатчиком программы, также снижает потребление энергии, что способствует увеличению надежности устройства,Формула изобретения1. Устройство для программного управления шаговым двигателем, содержащее задатчлк программы, распределитель импульсов, информационные выходы которого подключены соответственно к входам многоканальных усилителей, первые управляющие входы которого объединены и подключены к первому выходу задатчика программы второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с тактовым, с управляющим и установочным входами распределителя импульсов, каждый многоканальный усилитель содержит управляемый пороговый элемент, первый, второй и третий элементы И, выходы которых подключены к управляющим входам первого, второго и третьего ключей, датчик тока, подключенный к объединенным выходам зторого и третьего ключей и к шине питания, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства за счет фиксации аварийного состояния в многоканальных усилителях и обмотках двигателя, оно содержит блок анализа аварий, первый и второй информационные входы которого подключены к соответствующим выходам многоканальных усилителей установочный вход подклюТираж 86 ВНИИПИ Заказ 221 Подписн Проектная изв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород 7 13143 чен к четвертому выходу задатчика программы, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым регистрирующими выходами блока анализа аварии, причем вторые управляющие входы многоканальных усилителей объединены и подключены к первому регистрирующему выходу блока анализа аварии, а каждый многоканальный усилитель содержит дополнительно элемент 10 ИЛИ, входы которого подключены к соответствующим информационным выходам распределителя импульсов, выход - к первому входу первого элемента И, блок дифференцирования, вход которого 15 подключен к датчику тока и входу управляемого порогового элемента, а выход - к первому управляющему входу блока анализа аварии, причем датчик 12 8тока через элемент односторонней про водимости подключен к второму входу блока анализа аварии.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок анализа аварии содержит первый и второй триггеры, элемент ИЛИ и два пороговых элемента, входы которых соединены с входами блока анализа аварии, выходы - с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к стробирующему входу первого и к установочному входу второго триггеров, информационный вход первого триггера соединен с выходом первого порогового элемента, причем выходы триггеров соединены с соответствующими выходами блока, а их сбросовые входы объединены и подключены к третьему входу блока.