Устройство для управления шаговым двигателем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 13743 А 1(51) 4 Н 02 Р 8 0 ВСЕ;ОЮЗА О ЪМФ САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЦРУт Вм %1 ТЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ С о-производственограф" о за и торм ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Орловское научнное объединение "Авт(56) Авторское свидетельство СССРУ 930558, кл. Н 02 Р 8/00, 1982.Патент СССР У 818506,кл. Н 04 И 3/22, 1981.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕИ(57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностейустройства для управления шаговымдвигателем путем регулирования величины и скорости его перемещения. Устройство для управления шаговым двигателем содержит делитель 1 частотыс переменным коэффициентом деления,соединенный входом с генератором 2,выходом - с распределителем 3 импульсов. Вход коэффициента деления делителя 1 частоты через блок 9 коммутации соединен с выходами двух блоков памяти 7 и 8. Устройство содержиттакже третий блок 12 памяти, дваэлемента сравнения кодов 6 и 11,счетчик 5 и вычитающий счетчик 10,соединенные счетными входами с выходом делителя 1 .частоты. На входыустройства записываются числа шаговперемещения и разгона, затем подается команда "Пуск", Закон разгонаформируется изменением адреса чисел,записанных в блоке памяти 7, и можетизменяться оперативно. В блоке памяти8 записан закон торможения, а адресчисла в этом блоке определяется вычитающим счетчиком 10. Устройство исаннои информации осущесто команде "Пуск" разгон, дна установившейся скоростиение до остановки, 2 ил,Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в дискретном электроприводе, преимущественно для робо 5 тотехники.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем регулирования величины и скорости перемещения. 10На фиг.1 приведена структурная схема устройства, на фиг.2 - временная диаграмма частоты шаговых импульсов при работе устройства,Устройство содержит делитель 1 час 15 тоты 1 с переменным коэффициентом деления, счетный вход которого соединен с выходом генератора 2, Выход делителя частоты 1 подключен к входу распределителя 3 импульсов, управляю щему обмотками шагового двигателя 4 в соответствии с импульсами на своем входе, Счетчик 5 своим счетным входом подключен к выходу делителя 1 частоты. Выход счетчика 5 соединен с , 25 первым входом элемента 6 сравнения кодов. Выход элемента 6 подключен к второму входу блокировки счета счетчика 5, выход которого соединен с входом первого блока памяти 7. Выхо ды первого блока 7 памяти и идентичного ему второго блока 8 памяти подключены к информационным входам блока коммутации 9, передающего информацию с одного из своих входов на выход, подключенный к третьему входу (коэффициента деления) делителя частоты. Вход второго блока 8 памяти соединен с информационным выходом вычитающего счетчика 10 и вто рым входом дополнительного элемента 11 сравнения кодов, первый вход которого подключен к выходу третьего блока 12 памяти, выход - к управляющему входу блока 9 коммутации и входу 45 разрешения счета счетчика 5, Вход третьего блока 12 памяти подключен к выходу счетчика 5. Информационный вход вычитающего счетчика 10 является первым входом 13 устройства и служит для параллельного занесения данных. Второй вход (разрешения записи) вычитающего счетчика 10 является вторым входом 14 устройства. Третий вход (счетный) вычитающего счетчика 10 подключен к выходу делителя 1 частоты. Выход заема вычитающего счетчика 10 соединен с входом сброса счетчика 5 и делителя 1 частоты.Третий вход 15 устройства соединен с вторым входом элемента 6 и предназначен для занесения в элемент 6 эталонного числа для сравнения.Устройство работает следующим образом.В исходном положении устройства сигнал "Пуск" на вход 14 устройства не подается и информация с входа 13 устройства вычитающим счетчиком 10 не воспринимается. Вычитающий счетчик 10 обнулен. При этом с его выхода заема на входы сброса счетчика 5 и делителя 1 частоты выдается сигнал останова, который обнуляет счетчик 5, подготавливая его к дальнейшей работе, и блокирует работу делителя 1 частоты. При этом делитель 1 частотыне реагирует на синхроимпульсы, поступающие с выхода генератора 2 и сигналы с выхода блока 9 коммутации. Поэтому импульсы с выхода делителя 1 частоты на входы распределителя 3, счетчика 5 и вычитающего счетчика 10 не поступают. Таким образом, нулевое состояние вычитающего счетчика 10 не изменяется и он остается в нем неопределенно долго.Работа устройства для управления шаговым двигателем начинается с того, что на вход 13 устройства подается информация о числе шагов, которые требуется совершить шаговому двигателю, а на вход 15 устройства подается информация о максимальном числе шагов при разгоне, что определяет максимальную скорость движения шагового привода, После этого на вход,14 в момент 1 р подается сигнал "Пуск",Вычитающий счетчик 10 в течение всего времени работы устройства осуществляет подсчет числа шаговых импульсов, поступающих с выхода делителя 1 частоты распределителя 3, и его значение всегда соответствует числу шагов двигателя до конца заданного перемещения.По сигналу "Пуск" вычитающий счетчик 10 выходит из нулевого состояния и устанавливается на заданное по входу 13 число шагов. При этом на его первом выходе исчезает сигнал оста- нова, Новое значение вычитающего счетчика 10 с его информационного выхода поступает на второй блок памяти 8 и элемент 11. Нулевой код с выхода предварительно обнуленногосчетчика 5 поступает на входы элемен 1374395та 6 и блоков 7 и 12 памяти. Этот код является адресом выборки для блоков 7 и 12 памяти.Счетчик 5 счетным входом подклю 5 чен к выходу делителя 1 частоты и4 предназначен для отсчета числа шагов шагового двигателя при разгоне. Элемент 6 производит сравнения чисел, поступающих на оба его входа, и в случае их совпадения формирует на своем выходе сигнал, блокирующий дальнейшее увеличение значения счетчика 5 и останавливающий процесс разгона двигателя. Вначале число на вхо де 15 значительно отличается от нуля, поэтому на первых шагах разгона двигателя элемент б не блокирует работу счетчика 5.Первый блок памяти 7 содержит информацию о значении частоты, с которой необходимо подавать шаговые импульсы для шагового двигателя на каждом этапе разгона. Соответствующая информация о значении частоты на 25 каждом этапе торможения содержится во втором блоке 8 памяти. Третий блок 12 памяти содержит информацию о числе шагов, которые необходимы шаговому двигателю для торможения с теку щего значения. скорости, определяемого значением счетчика 5, до полной остановки.Предположим, что по сигналу "Пуск" в вычитающий счетчик 10 записано та 35 кое число шагов, для отработки которых шаговому двигателю необходимо произвести разгон, движение с максимальной скоростью и торможение. Тогда в момент временина элемент 11 поступают два числа с выходов вычитающего счетчика 10 и третьего блока 12 памяти. Первое число соответствует расстоянию в шагах до полной остановки, а второе - числу шаговых импульсов, необходимых для торможения с начальной скорости. Первое число намного больше второго, поэтому на выходе элемента 11 устанавливается сигнал, соответствующий режиму ускорения. Этот сигнал поступает на вход счет 50 чика 5, разрешая дальнейшее увеличение числа в счетчик 5, и на управляющий вход блока коммутации 9. При этом блок 9 коммутации оказывается в режиме передачи информации с выхода первого блока 7 памяти на третий вход делителя 1 частоты. Таким образом, на самом первом шаге с выхода первого блока 7 памяти считывается информация о начальной частоте шагового двигателя, хранящаяся по нулевому адресу, и передается в делитель 1 частоты.Первый шаговый импульс с выхода делителя 1 частоты поступает на вход распределителя 3 и вызывает первый шаг двигателя 4. Одновременно он поступает на входы счетчика 5 и вычитаю- щего счетчика 10. В результате этого значение счетчика 5 увеличивается, а значение вычитающего счетчика 10 уменьшается на единицу. Увеличение значения счетчика 5 вызывает смену адреса на входе первого блока 7 памяти и изменение информации на его выходе, которая через блок 9 коммутации поступает в делитель 1 частоты. В результате этого второй шаговый импульс на выходе делителя 1 частоты появляется через меньший промежуток времени и весь цикл повторяется. Таким образом, частота тактовых импульсов на выходе делителя 1 частоты с переменным коэффициентом деления плавно увеличивается и шаговый двигатель осуществляет разгон привода. Закон нарастания частоты шаговых импульсов в зависимости от времени может быть произвольным. Он определяется информацией, заложенной в первый блок 7 памяти, и частотой генератора 2.После завершения разгона шаговый двигатель достигает максимальной частоты коммутации в момент времени Т . При этом на выходе счетчика 5 появляется число, идентичное информации на входе 15 и вызывающее срабатывание элемента 6, который своим выходным сигналом блокирует дальней- шее нарастание значения счетчика 5. Информация на выходе первого блока 7 памяти перестает изменяться и частота последующих шаговых импульсов на выходе делителя 1 частоты с переменным коэффициентом деления становится постоянной.В течение времени от момента С до моменташаговый двигатель работает с постоянной скоростью. При этом значение вычитающего счетчика 10 уменьшается на единицу с каждым шагом двигателя.В момент г. значение вычитающего счетчика 10, равное числу шагов до конца перемещения шагового привода, 1374395сравнивается с числом на выходетретьего блока 12 памяти, соответствующим числу шагов до полной остановки. Элемент 11 срабатывает и вы 5дает сигнал, который еще раз блокирует счетчик 5 и переключает блок 9коммутации, Информация с выхода второго блока 8 памяти через. блок 9коммутации попадает на вход делителя,1 частоты и вызывает снижениечастоты щаговых имйульсов на еговыходе. По каждому шаговому импульсувычитающий счетчик 10 уменьшает своезначение на единицу, меняя адрес навходе второго блока 8 памяти", черезблок 9 коммутации в делитель 1 частоты поступает новая информация о часттоте следующего такта.Так как значение счетчика 5 остается зафиксированным, то информацияна выходе третьего блока 12 памятитакже остается постоянной. Элемент 11сравнения, сравнивая число на своихвходах на каждом шаге торможения,подтверждает выданный в моментсигнал торможения, подключающий выход второго блока б памяти к входуделителя 1 частоты. Таким образом,отмомента С до момента С шаговый двигатель 4 совершает торможение по закону, записанному во втором блоке 8памяти.В момент С значение вычитающегосчетчика 10 достигает нуля, что вы 35зывает появление на его первом выходе сигнала останова, обнуляющегосчетчик 5 и блокирующего работу делителя 1 частоты. Шаговый двигатель 4останавливается; устройство находится в таком состоянии до появленияследующего сигнала "Пуск" на входе 14 устройства,Если в моментподачи сигналао"Пуск" на вход 14 на входе 13 установить число, меньшее, чем требуетсяшагов для разгона двигателя до максимальной скорости торможения, то весьцикл работы шагового двигателя будетсостоять только из режимов разгонаи торможения. В этом случае режим50разгона двигателя 4 проходит анало. -гично предыдущему случаю до момента . Значение вычитающего счетчика 10 будет уменьшаться, а счетчика 5увеличивается с каждым шаговым импульс55сом на входе делителя 1 частоты. Число на .выходе третьего блока 12 памяти, характеризующее длину тормоэного пути шагового двигателя, возрастает и в момент времени й сравнивается с числом на выходе вычитающего счетчика 10, характеризующим оставшийся путь шагового двигателя до полного останова. Это вызывает срабатывание блока 11 сравнения, который блокирует дальнейшее увеличение значения счетчика 5 и переключает блок 9 коммутации на второй блок 8 памяти. Шаговый двигатель 4 переходит на режим торможения, протекающий аналогично описанному, и в момент йосуществляет остановку по сигналу останова с выхода заема вычитающего счетчика 10.Если характеристики разгона и торможения привода симметричны, то данные в первом 7 и втором 8 блоках памяти являются одинаковыми и для их реализации можно использовать, например, ПЗУ с одинаковыми данными.При. необходимости распределитель 3 может иметь, например, дополнительный вход управления направлением вращения шагового двигателя, а также, например, схему приведения исполнительного механизма в исходное положение по включению питания и по внешнему сигналу.Расчет данных в блоках памяти предлагаемого устройства производится предварительно, например, на ЭВМ по специальной программе.В случае использования устройства в составе гибких автоматизированных производств оно обеспечивает быструю перестройку оптимального управления шаговым двигателем под конкретный вид нагрузки. Для этого необходимо только сменить данные, описывающие динамику привода, в блоках 7,8 и 12 памяти, например, путем замены ПЗУ в схеме устройства и подать на вход 15 новые данные о максимальной скорости шагового двигателя, например, путем их набора на микропереключателях.Вся логическая часть устройства легко может быть. реализована, например, программными средствами различных микро-ЭВМ. В этом случае перестройка оптимального управления может осуществляться в соответствии с программой без участия человека.1374395 5 Составитель В.АлфимовРедактор Л.Пчолинская Техред М.Ходанич Корректор А Обруча ПодписноСССР Тираж 583ВНИИПИ Государственного комитепо делам изобретений и открыти113035, Москва, Ж, Раушская з 617/54 аб., д. 4 Производственно-полиграфическое предпри г.ужгород,ул.Проектная, 4 ятие,формула изобретения Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее два блока памяти, элемент сравнения кодов, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, счетный вход которого соединен с выходом генератора, выход - с входом распределителя импульсов, счетчик, счетный вход которого соединен с выходом делителя частоты, вход сброса - с соответствующим входом того же делителя частоты, выход . - с первым входом элемен та сравнения кодов, выход которого соединен с входом блокировки счета счетчика, блок коммутации, первый вход которого соединен с выходом первого блока памяти, второй вход - 20 с выходом второго блока памяти, вход управления - с входом разрешения счета счетчика, а выход блока коммутации - с входом коэффициента деления делителя частоты, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем регулирования величины и скорости перемещения, в него введены вычитакяций счетчик, дополнительный эле -мент сравнения кодов и третий блокпамяти, вход которого соединен свходом первого блока памяти и выходомсчетчика, выход - с первым входом дополнительного элемента сравнения кодов, выход которого соединен с управляющим входом блока коммутации,информационный вход вычитающего счетчика является первым входом устройства, вход разрешения записи является вторым входом устройства, счетный вход соединен с выходом делителячастоты, выход заема - с входом сброса счетчика, а информационный выходс входом второго блока памяти и вторым входом дополнительного элементасравнения кодов, а третьим входомустройства является второй вход элемента сравнения кодов.