Устройство для управления шаговым двигателем

(19) (11) 2 А ав 4 С 05 В 19/4 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Московский лесотехнический институт(56) Патент США3932796,кл. 318-635, 1976.Авторское свидетельство СССР819795, кл. С 05 В 19/40, 1978,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к автоматике и вьгчислительной технике, в частности к средствам коммутации шаговых двигателей (ИД), применяемых висполнительных устройствах автоматикии вычислительной техники. Цель изобретения - расширение Аункциональныхвозможностей за счет обеспечения управления ШД, рабочая частота вращенияротора которого превышает максимальную частоту его трогания. Устройствообеспечивает запуск ШД 27 на частотезаведомо ниже максимальной частотытрогания ротора, увеличение скоростивращения ротора ШД 27 пропорционально росту частоты генератора 6 импульсов запуска, стабилизацию скоростивращения ротора ШД 27 на частоте, определяемой частотой сигнала, Аормируемого на входе 4 рабочей частотывращения ШД. 3 ил.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к средствам коммутации шаговыхдвигателей, применяемым в исполнительных устройствах автоматики и вычислительной техники.Целью изобретения является расширение Функциональных возможностейустройства за счет обеспечения управления шаговым двигателем, рабочаячастота вращения ротора которого превьппает максимальную частоту его .трогания,На Фиг.1 приведена структурнаясхема устройства для управления шаговым двигателем; на Фиг.2 - структурная схема блока формирования управляющих сигналов; на фиг.3 - структурная схема блока сравнения частот.Устройство содержит первый 1 и, второй 2 элементы И-НЕ, вход 3 разрешения включения устройства, вход 4рабочей частоты вращения ротора шагового двигателя, интегрирующую КСцепь 5, генератор 6 импульсов запуска, четвертый элемент И-НЕ 7, блок 8сравнения частот, третий 9 и пятый 10элементы И-НЕ, блок 11 Формированияуправляющих сигналов, преобразователь12 уровня сигналов, элементы И-ИЛИ-НЕ13 и 14, элемент 15 управления, Ттриггер 16, первый - четвертый выходы 17-20 устройства.Преобразователь 12 уровня сигналоввыполнен в виде четырех независимыхтранзисторных ключей 21, выходы которых являются первым, вторым, третьими четвертым выходами преобразователя12 уровня сигналов, первый, второй,третий и четвертый входы которого являютсй управляющими входами транзисторных ключей 21.Блок 11 Формирования управляющихсигналов выполнен в виде первого 22и второго 23 тактируемых В-триггеров.Блок 8 сравнения частоты выполненв виде первого 24 и второго 25 счетчиков и тактируемого 1 К-триггера 26,Устройство также содержит шаговыйдвигатель 27, входы обмоток которогосоединены с первым - четвертым выходами 17-20 устройства.Устройство для управления шаговымдвигателем работает следующим образом11 еред началом работы все триггерыи счетчики, входящие в состав устройства для управления шаговым двигателемобнулены,Блок 11 Формирования управляющихсигналов необходим для преобразованияпоследовательности импульсов, поступающих на тактовый вход, в четыре5последовательности сигналов, сдвинутых между собой по Фазе на 90 . Необходимость таких сигналов вызвана режимом работы используемогошаговогодвигателя,Блок 11 формирования управляющихсигналов работает как сдвиговый регистр,состоящий из первого 22 и второго 23 тактируемых В-триггеров, состояние которых Изменяется по каждому импульсу, формируемому на тактовом входе блока 11 формирования управляющих сигналов. При этом сигнал,сформированный на инверсном выходепервого тактируемого 0-триггера 22,переписывается на вход данных второго тактируемого Р-триггера 23, а сигнал, сформированный на прямом выходевторого тактируемого 0-триггера 23,25,переписывается на вход данных первого тактируемого Л-триггера 22.Таким образом, сигналы на соответственных выходах первого 22 ивторого 23 тактируемых Р-триггеровоказываются сдвинутыми между собой поофазе на 90 , следовательно, при формировании последовательности импульсов на тактовом входе блока, 11 формирования управляющих сигналов на.егопервом, третьем, втором и четвертомвыходах Формируются четыре последовательности сигналов, сдвинутых между собой по Фазе на 90,Блок 8 сравнения частот необходимдля определения момента превьппениячастоты генератора 6 запуска над частотой сигнала, Формируемого на входе4 рабочей частоты вращения ротора шагового двигателя,45 Если частота сигнала, сформированного на первом входе блока 8 сравнения частот меньше частоты сигнала,сформированного на втором входе блока 8 сравнения частот, то второй счет-чик 25 заполняется быстрее. первогосчетчика 24. Таким образом, на выходе переноса второго счетчика 25 формируется импульс положительной полярности, обнуляющий первый счетчик 24.В этом случае состояние тактируемого1 К-триггера 26 не изменяетсяСледовательно, на первом и втором выходахблока 8 сравнения частот сформированы сигналы высокого и низкого уровнейсоответственно. Если частота сигнала, сформированного на первом входе блока 8 сравнения частот, больше частоты сигнала, сформированного на втором входе блока 8 сравнения частот, то первый счетчик 24 заполняется ,быстрее второго счетчика 26. Таким образом, на выходе переноса первого счетчика 24 формируется импульс поло- О жительной полярности, обеспечивающий срабатывание тактируемого 1 К- триггера 26, на 1- и К-входах которого сформированы сигналы высокого уровня. В этом случае состояние тактируемого ТК-триггера 26 изменяется на противоположное, так что На его 1- и К-входах Формируются сигналы низкого уровня. Следовательно, на первом и втором выходах блока 8 сравнения частот Формируются сигналы низкого и высокого уровней соответственно.На входе 4 рабочей частоты вращения ротора шагового двигателя дрор мируется последовательность импульсов, частота которых пропорциональна рабочей частоте вращения ротора. После сформирования сигнала высокого уровня на входе 3 разрешения устройства, сигналы, сформированные на вхо де 4 рабочей частоты вращения шагового двигателя и на выходе генератора 6 импульсов запуска, поступают на выход первого 1 и второго 2 элемен 35 тов И-НЕ соответственно. Сигнал высокого уровня, сформированный на входе 3 разрешения устройства, интегрируеся КС-цепью 5 и поступает на управляющий вход генератора 6 запуска, 40 При этом частота сигнала, Формируе,мого генератором 6 запуска, возрастает пропорционально амплитуде выходного сигнала интегрирующей КС-цепи 5. Если частота сигнала, формируемого на выходе второго элемента И-НЕ 2, меньше, чем частота сигнала, формируемого на выходе первого элемента И-НЕ 1, то на первом и втором выходах блока 8 сравнения частот фор О мируются сигналы высокого и низкого уровней соответственно, В этом случае на выходе третьего элемента И-НЕ 9 формируется сигнал высокого уровня, а на выходе пятого элемента И-НЕ 1 О формируются сигналы с частотой, определяемой частотой генератора 6 запуска. На первом, втором, третьем и четвертом выходах блока 11 формирования управляющих сигналов формируются четыре последовательности сиг-налов, сдвинутых между собой по фазена 90 . Частота сигналов в каждой последовательности определяется частотой сигнала генератора 6 запуска.Если на прямом и инверсном выходах Т-триггера 16 сформированы сигналы низкого и высокого уровней, то на выходе первого элемента И-ИЛИ-НЕ 13 Формируется сигнал, совпадающий с сигналом, сформированным на третьем выходе блока 11 формирования управляющих сигналов, а на выходе второгоэлемента И-ИЛИ-НЕ 14 Формируется сигнал, совпадающий с сигналом, сформированным на четвертом выходе блока11 Формирования управляющих сигналов; На первом, третьем, втором и четвертом входах преобразователя 12 уровнясигналов Формируются четыре последовательности сигналов, сдвинутых между собой по фазе на 90 . При этом поочередно срабатывают транзисторныеключи 21Таким образом, при подключении обмоток шагового двигателя к первому, второму, третьему и четвертому выходам 17-20 устройства дляуправления шаговым двигателем обеспечивается запуск шагового двигателя 27 с частотой вращения ротора нижемаксимальной частоты трогания ротора шагового двигаля, Частота вращения ротора шагового двигателя пропорциональна частоте сигнала генератора 6.При возрастании частоты сигнала генератора 6 частота вращения ротора шагового двигателя возрастает.Если частота сигнала, Формируемого на выходе второго элемента И-НЕ 2, превысит частоту сигнала, Формируемого на выходе первого элемента И-НЕ 1,то на первом и втором выходах блока 8 сравнения частот формируются сигналы низкого и высокого уровней соответственно, В этом случае на выходе пятого элемента И-НЕ 1 О Формируются сигналы с частотой, определяемой частотой сигнала на входе 4 рабочей час" тоты вращения ротора шагового двигателя. На первом, третьем, втором и четвертом выходах блока 11 формирования управляющих сигналов Формируются четыре последовательности сиг" налов, сдвинутых между собой по фазе на 90 . Частота сигналов в каждой последовательности определяется частотой сигнала на входе 4 рабочей час133226 тоты вращения ротора шагового двигателя. При этом поочередно срабатывают транзисторные ключи 21. Таким образом, при подключении обмоток шагового двигателя 27 к первому, второму,5 третьему, четвертому выходам 17-20 устройства для управления шаговым двигателем обеспечивается вращение шагового двигателя 27 с частотой, про.1 О порциональной частоте сигнала, Формируемого на входе 4 рабочей частоты вращения ротора шагового двигателя.Устройство для управления шаговым двигателем обеспечивает запуск шаго 15 вого двигателя 27 на частотах вращения ротора ниже максимальной частоты трогания ротора, последующее увеличение частоты вращения ротора до рабочей частоты вращения и поддержания частоты вращения ротора на уровне рабочей частоты вращения.После срабатывания элемента 15 управления на прямом и инверсном выходах Т-триггера 16 формируются сигналы высокого и низкого уровней соответственно. При этом на выходе первого элемента И-ИЛИ-НЕ 13 формируется сигнал, совпадающий с сигналом, сформированным на четвертом выходе блока 11 Формирования управляющих сигналов, а на выходе второго элемента И-ИЛИ-НЕ 14 формируется сигнал, совпадающий с сигналом, сформированным на третьем выходе блока 11 Формирования управляющнх сигналов, В этом случае первый, второй, третий и четвертый выходы 17-20 устройства для управления шаговым двигателем осуществляют коммутацию обмоток шагового двигателя 27 таким образом, что направление вра. щения ротора шагового двигателя 27 изменяется на противоположное.Расширение Функциональных возможностей устройства для управления ша 45 говым двигателем достигается за счет того, что по сравнению с известным устройством обеспечивается возможность надежного запуска и управления шаговым двигателем рабочая частота враФ50 щения которого превышает максимальную частоту трогания ротора, Таким образом, устройство для управления шаговым двигателем обеспечивает управление как шагового двигателя,55 имеющего максимальную частоту трогания ротора выше необходимой рабочей частоты вращения, так и шагового двигателя, имеющего максимальную часто 5 6ту трогания ротора ниже, чем рабочаячастота вращения ротора шагового двигателя. Формула изобретения Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и второй элементы И-НЕ, первые входы которых соединены между собой и являются входом разрешения включения устройства, второй вход первого элемента И-НЕ является входом рабочей частоты вращения ротора шагового двигателя, третий элемент И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И-НЕ, блок формирования управляющих сигналов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам преобразователя уровня сигналов, первый, второй, третий и четвертый выходы которого являются выходами устройства, третий и четвертый выходы блока формирования управляющих сигналов соединены с первыми входами соответственно первой и второй групп входов первого элемента И -ИЛИ-НЕ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения управления шаговым двигателем,рабочая частота вращения ротора которого превышает максимальную частоту трогания ротор, введены генераторимпульсов запуска, блок сравнениячастот, четвертый и пятый элементыИ-НЕ, Т-триггер, второй элементИ-ИЛИ-НЕ, элемент управления, интегрирующая КС-цепь, вход которой соединен с входом разрешения устройства,выход интегрирующей КС-цепи подключенк входу управления генератора импульсов запуска, подключенного выходомк второму входу второго элемента ИНЕ, выход которого соединен с первымвходом четвертого элемента И-НЕ и спервым входом блока сравнения частот,с вторым входом которого соединен выход первого элемента И-НЕ, первый ивторой выходы блока сравнения частотподключены к вторым входам четвертого и третьего элементов И-НЕ соответственно, выходы которых соединеныс входами пятого элемента И-НЕ, подключенного выходом к тактовому входублока формирования управляющих сигналов, второй и четвертый выходы кото),ктор М.Демч Заказ 3830/ одписное В ета СС нного тенин и открытии 5, Раушская наб./5 Производственно е, г. Ужг Проектна рого соединены с первыми входами соответственно первой н второй группвходов второго элемента И-ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к третьемувходу преобразователя уровня сигналов,к четвертому входу которого подключенвыход первого элемента И-ИЛИ-НЕ, вторые входы первой и второй групп входов которОго соединены соответственно с прямым и инверсным выходами ТТираж НИИПИ Государстве по делам изобре 33035, Москва, Жлиграйическое предпр триггера, вторые входы первой и второй групп входов второго элементаИ-ИЛИ-НЕ соединены соответственно синверсным и прямым выходами Т-триггера, Т-вход которого подключен к выходу элемента управления, первый, второй, третий, четвертый выходы преобразователя уровня сигналов являютсясоответствующими выходами устрой.ства.