Устройство для управления шаговым двигателем

(51)4 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ви ЛЬСТ К АВТОРЧИК 54) УСТРОИСТ ВЫМ ДВИГАТЕЛЕ АВЛЕНИЯ ШАГ тение относит я к электрользовано в выми двигаявляется и точности шений ш.аго отра ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГННТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРУ 1032585, кл. Н 02 Р 8/00, 1984.Авторское свидетельство СССРУ 1233258, кл. Н 02 Р 8/00, 1986.(57) И техник систем телями повыше и может быть исп х управления. с ша Целью иэобретени ие быстродействия ки заданных перем1480079 вым двигателем. Устройство содержитэлементы ИЛИ 17, 18, 28, 31, 32, элементы И 11., 12, 19 - 21, 25 - 27,КЯ-триггеры 22 - 24, Р"триггеры 10,13, 14, блок противовключения 2, дешифратор 16, одновибратор 8, логический компаратор 15, элемент 9 задержки и элемент НЕ 29. Устройство позволяет осуществить разбиение диапазона малых перемещений 0 с Ю ( ш (ш -число щагов, необходимых для разгонашагового двигателя до установившейся частоты) на группы значений переИзобретение относится к управлению электрическими двигателями и может быть использовано в шаговом электроприводе с.высокими требованиями кдлительности разгона и торможения.Цель изобретения - повышение быстродействия и точности отработкизаданных перемещений,На фиг.1 приведена функциональнаясхема. устройства для управления шаговым двигателем; на фиг.2 - графикраспределения зоны малых перемещений на разгонный и тормозной участки.Устройство (фиг,1) содержит последовательно соединенные коммутатор 1,блок 2 противовключения, усилитель3 мощности, шаговый двигатель 4, датчик 5 положения ротора, блок 6 формирования сигналов датчика, счетчик 7шагов, одновибратор 8, элемент 9 задержки.Элемент 9 задержки соединен с Ртриггером 10 и - через первую группуэлементов И 11 - 12 соответственно -с группой Р-триггеров 13 - 14.Выход счетчика 7 шагов соединенс первым входом логического компаратора 15 и входом дешифратора 16, подключенного первой группой выходов квходам группы элементов ИЛИ 17, 18,второй группой выходов - к входамвторой группы элементов И 19, 20.Устройство содержит также элементИ 21, группу КЯ-триггеров 22, 23,ВЗ-триггер 24, третью группу элементов И 25, 26, элемент И 27, соединенный через элемент ИЛИ 28 с входомблока 2 противовключения. мещений и однозначно соответствующие им значения тормозных участков.При отработке заданных перемещений вуказанном диапазоне увеличиваетсяразгонный участок и уменьшается участок торможения. За счет этого повышаются общее быстродействие (увеличение скорости на участке разгонаи уменьшение времени тормозного пути) и точность при торможении (однозначная привязка значений заданных перемещений и тормозных участков). 2 ил. Вторая группа выходов дешифратора16 через вторую группу элементов И19, 20, группу КЯ-триггеров 22, 23,третью группу элементов И 25, 26,второй выход дешифратора 16 черезэлемент И 21, ВЯ-триггер 24, элементИ 27 через элемент ИЛИ 28 соединены с входом блока 2 противовключения.Вход элемента НЕ 29 соединен с выходом логического компаратора 15, навход 30 которого подается код сравнения. Второй выход блока 6 формирования сигналов датчика через элемент 15ИЛИ 31 подключен к входу коммутатора1. Один из входов блока 2 противовключения, связан с выходом элементаИЛИ 32. Счетчик 7 шагов имеет вход33 записи.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии счетчик 7 ша,гов обнулен, что соответствует высокому уровню на выходе счетчика, и 25 обусловливает сброс Р-триггеров 10,13, 14 и КЯ-триггеров 22 - 24.Низкий уровень сигнала на выходеР-триггеров 10, 13, 14 запрещает прохождение сигналов через элементы И 30 19 - 21, а низкий уровень сигналана выходе КЯ-триггеров 22 - 24 через элемент ИЛИ 32 обусловливает работу блока 2 противовключения в режиме коммутации фаз, соответствующую заданному направлению вращения(входы направления вращения не показаны). При записи в счетчик 7 шаговцифрового двоичного кода, соответствующего заданному перемещению, навыходе счетчика появляется низкий уровень сигнала и одновибратор 8 вырабатывает импульс напряжения.Состояния разрядов счетчика 7 ша 5 гов подаются на входы логического компаратора 15 и дешифратора 16,Логический компаратор 15 предна.значен для логического сравнения цифрового кода, подаваемого на вход 30, 10 и кода, поступающего с разрядов счетчика 7 шагов. Высокий уровень на выходе логического компаратора появляется, когда цифровой код с разрядов счетчика 7 шагов превьппает код по 15 входу 30 (Б) ш).Значение цифрового кода по входу 30 (ш) определяется минимальным количеством шагов перемещения, необходимых для разгона шагового двигателя в режиме самокоммутации до максимальной (установившейся) частоты и торможения с этой частоты (и шагов) противовключением (фиг.2).Разрядность счетчика 7 шагов выбирается исходя из максимально возможного задаваемого перемещения. Счетчик работает только на вычитание.Дешифратор 16 дешифрирует все возможные состояния счетчика 7 шагов, 30 Однако в схеме необходимо задействовать количество выходов дешифратора 16, соответствующее кодовому диапазону (1-ш). Задействованные З 5 выходы дешифратора делятся на две группы: первая группа определяет заданные значения шагов перемещения в диапазоне (1 - ш); вторая группа определяет необходимые значения ша гов торможения противовключением в диапазоне 0 - ш, соответствукппие заданному диапазону (1 - ш-) перемещения.Сигнал на одном из выходов вто рой группы дешифратора появляется, когда код на выходе счетчика 7 становится равным и , и , п и т.д.При записи в счетчик 7 шагов цифрового кода перемещения 0 ъ и 0-триг гер 10 изменяет свое состояние, так как на выходе логического компаратора 15 - высокий уровень сигнала, а задержанный на элементе 9 импульс напряжения одновибратора 8 поступает на С-вход 0-триггера 10. Высокий уровень сигнала на выходе Э-триггера 10 разрешает прохождение сигнала через элемент И 21. Импульснапряжения с выхода элемента 9 задержки через элемент ИЛИ 31 поступает на коммутатор 1, формирующий первое переключение фаз шагового двигателя через блок 2 противо- включения и усилитель мощности.Сигналы с датчика 5 через блок 6 формирования и элемент ИЛИ 31, поступающие на коммутатор 1, обеспечивают работу шагового двигателя 4 в режиме самокоммутации.Сигналы с датчика 5 через блок 6 формирования поступают также на вход счетчика 7 шагов, который с каждым сигналом датчика 5 уменьшает свое состояние на единицу.Работа шагового двигателя 4 при разгоне и движении на установившейся скорости в режиме самокоммутации продолжается до значения цифрового кода в счетчике 7 шагов, соответствующего величине а (и - число шагов торможения противовключением с максимальной частоты самокоммутации).При равенстве кода величине и (т.е. при поступлении на счетчик 7 шагов (Н-и)-го импульса) сигнал с соответствующего выхода дешифратора 16, проходя через элемент И 21, переводит КЯ-триггер 24 в единичное состояние. При этом высокий уровень сигнала с выхода КЗ-триггера 24 разрешает прохождение сигналов с выхода блока 6 формирования через элемент И 27 и через элемент ИЛИ 32 подготавливает блок 2 противовключения на изменение коммутации фаэ шагового дви-. гателя на обратную.Последующие импульсы, начиная с (Н-и+1)-го, будут отрабатываться с противовключением, т.е. на тормозном участке движения. При поступлений на счетчик 7 шагов (Н)-го импульса сигнал с соответствующего выхода дешифратора 16 запрещает прохождение сигналов с датчика 5 на коммутатор 1, но не запрещает прохождение этого сигнала на счетчик 7 шагов. После отработки последнего импульса счетчик 7 щагов обнуляется, приводя схему в исходное состояние, при этом нулевое состояние КЯ-триггера 24 переключает блок 2 противовключения на исходную коммутацию и ротор шагового двигателя находится в точке устойчивого равновесия, так как на фазы шагового двигателя подается диаграмма, соответствующая фиксированной стоянкепод током в конце отработки заданного перемещения.При записи в счетчик 7 шаговцифрового кода перемещения Ы=ш или1Б=ш (Где ш,; и и н( ш) на выходе логического компаратора 15 - низкий уровень сигнала и Э-триггер 10остается в обнуленном состоянии,На одном из выходов дешифратора 1 О(первая группа выходов) появляетсявысокий уровень сигнала, который,проходя через элемент ИЛИ 17 или 18,поступает на Р-вход Э-триггера 13или 14, 15В зависимости от конкретного значения заданного перемещения Н ( ш изменяет свое состояние Р-триггер 13или 14, так как на С-входы через элементы И 11 и 12 проходит задержанный 2 Оимпульс напряжения с одновибратора 8(на выходе элемента ИЛИ 29 - высокийуровень ),Шаговый двигатель 4 работает в режиме самокоммутации (разгон) до соответствия значения числа импульсов,поступивших в счетчик 7 шагов, величине (ш -и,) или (ш,-п ) или дозначения кода на выходе счетчика 7пили п. 30По достижении указанного значениякода на соответствующем выходе дешифратора 16 (вторая группа выходов) появляется высокий уровень сигнала, который, проходя через элемент И 19или 20, изменяет состояние КЗ-триггера 22 или 23 (на выходе Ь-триггера13 или 14 - высокий уровень сигнала),Высокий уровень сигнала на выходе п 0КБ-триггера 13 или 14 через элементИЛИ 32 подготавливает блок 2 противовключения на изменение коммутациифаз шагового двигателя на обратную.Последующие импульсы, начиная с(ш -и +1) или (ш-п +1)-го, будутотрабатываться с противовключением,т,е. на тормозном участке движения.При поступлении на счетчик 7 шагов предпоследнего импульса (Н) и 5 Опосле отработки последнего импульсасхема работает по описанной вьппепроцедуре,Таким образом, разбиение диапазона малых перемещений 0 И (ш на группы значений ш ш(число зйачений равно числу элементов в группахзаданных перемещений) и однозначносоответствующие им значения тормозных отрезков и п позволяет взоне малых перемещений увеличитьразгонный участок и обеспечить быстродействие и точность торможения, Врезультате по сравнению с прототипом достигается общее повышение быстродействия и точности отработкишагового двигателя,Разбиение диапазона на группызначений и параметры шш и т.д.и и п и т.д, осуществляется дляконкретного шагового привода путемматематического и физического моделирования.Устройство может быть использовано в прецизионных замкнутых системах управления шаговыми двигателями,в которых предьявляются высокие требования к быстродействию и точностиотработки как в больших так и вмалых диапазонах заданных перемещений.Формула изобретения Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и второй элементы ИЛИ, коммутатор, усилитель мощности, -шаговый двигатель,датчик положения ротора, блок формирования сигналов датчика, счетчик шагов, КЯ-триггер и элемент И, подключенный первым входом к выходу КБ-триггера, К-вход которого соединен с выходом счетчика шагов, вход счетчика шагов подключен к первому выходу блока формирования сигналов датчика, соединенного входом с выходом датчика положения ротора, соединенного с валом шагового двигателя, входы которого подключены к выходам усилителя мощности, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности отработки заданных перемещений, в него введены третий элемент И 3 И, группа элементов ИЛИ, второй элемент И, первая, вторая и третья группы элементов И, группа КЗ-триггеров, Э-триггер, группа Р- триггеров, причем число элементов во всех группах одинаково, блок противовключения, дешифратор, одновибратор, логический компаратор, элемент НЕ и элемент задержки, подключенный входом к выходу одновибратора, а выходом - к первому входу третьего элемента ИЛИ, первым входом элемента И первой группы, С-входу Э-триггера, Э-вход которого соединен с выходомРедак аковская оррек тор Н. Повидайчик ж 55 каз 2556 Т Подписно В Государственного к 113035, Метениям и открытиям при ГКНТ СССР шская наб., д. 4/5 митета по из ква, Ж, Прои твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 логического компаратора и входом элемента НЕ, подключенного выходом к вторым входам элементов И первой группы, К-входы всех триггеров соединены с входом одновибратора и первым выходом счетчика шагов, второй выход которого подключен к первому входу логического компаратора и входу дешифратора, первый выход которого соединен с вторым входом блока формирования сигналов датчика, первая группа выходов дешифратора - с входами соответствующих элементов группы элементов ИЛИ, вторая группа 15 выходов дешифратора - с первыми входами соответствующих элементов И второй группы, второй выход дешифратора - с первым входом второго элемента И, соединенного вторым входом 20 с выходом Э-триггера, а выходом - с Я-входом КЯ-триггера, выход каждогоэлемента группы ИЛИ подключен к 0-входу соответствующего триггера группы Э-триггеров, соединенных Э-входами 25 , с выходами соответствующих элементов И первой группы, а выход каждого триггера группы Э-триггеров соединен с вторым входом соответствующего элемента И второй группы, выходыкаждого из которых соединены с Я-входом соответствующего триггера группыВЯ-триггеров, выход каждого из которых подключен к первому входу соответствующего элемента И третьей группы и к соответствующему входу первого элемента ИЛИ, соединенного дополнительным входом с выходом КЯ-триггера, а выходом - с первым входомблока противовключения, подключенного выходом к входу усилителя мощности, а вторым входом - к выходу коммутатора, вход которого соединен свыходом третьего элемента ИЛИ и свторыми входами элемента И и элементов И третьей группы, выход каждогоиз которых подключен к соответствующему.входу второго элемента ИЛИ,соединенного дополнительным входомс выходом элемента И, а выходом - стретьим входом блока противовключения, причем второй выход блока формирования сигналов датчика подключенк второму входу третьего элементаИЛИ, а второй вход логического компаратора соединен с шиной записи кода сравнения.