Распределитель импульсов для управления трехфазным шаговым двигателем

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 51)5 Н 02 Р 8 ОБРЕТЕН У орска-техноло производством венном универ,В.Нижников о СССР1984,о СССР1989,МПУЛЬСОВ ДЛ ЫМ ШАГОВЫМ ся к электротехнинию электрическиыть использовано СУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯ 1 ЛИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ(71) Специальное конструкгическое бюро с опытнымпри Белорусском государстситете им, В,И,Ленина.Ж , 1705998 в автоматизированных системах с шаговым электроприводом на базе трехфазных шаговых двигателей, Цель изобретения состоит в повышении надежности и быстродействия путем обеспечения корректного переключения режимов коммутации в процессе отработки перемещений, а также в устранении информационной избыточности. Распределитель содержит третий 9 и четвертый 10 элементы И, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, элемент И-НЕ 16, регистр 17 и двухвходовый дешифратор 18 нулевого состояния, что позволяет обеспечить переходы на любой из трех возможных режимов в пределах одного такта коммутации и в заданном направлении при исключении возможности выпадения из синхронизма, ложных шагов и потерь информации, а также уменьшить до минимально необходимого количество входных шин, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.50 55 Изобретение относится к электротехнике, в частности к управлению электрическими машинами, и может быть использовано в автоматизированных системах с шаговым электроприводом на базе трехфазных шаговых двигателей.Целью изобретения является повышение надежности и быстродействия путем обеспечения корректного переключения режимов коммутации в процессе отработки перемещений, а также устранение информационной избыточности.На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого распределителя импульсов для управления трехфазным шаговым двигателем,Распределитель содержит первую 1 и вторую 2 шины выбора режима коммутации, тактовую шину 3, шины 4 управления и 5 реверса, реверсивный счетчик 6, первый 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 элементы И, первый 11, второй 12 и третий 13 мультиплексоры, элемент ИЛИ 14, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, элемент И-НЕ 16, регистр 17 и двухвходовый дешифратор 18 нулевого состояния, входы которого подключены к первой 1 и второй 2 шинам выбора режима коммутации и объединены с входами элемента И-НЕ 16 и первым и вторым информационными входами регистра 17, тактовый вход которого подключен к выходу четвертого элемента И 10, первый вход которого соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, второй вход связан с выходом второго элемента И 8, первый вход которого подключен к шине 4 управления, связанной с выходом двухвходового дЕшифратора 18 нулевого состояния и входами стробирования первого 11, второго 12 и третьего 13 мультиплексоров, выходы которых являются выходами устройства, Первый информационный вход первого мультиплексора 11 подключен к шине высокого потенциала и соединен с вторым информационным входом второго 12 и третьим информационным входом третьего 13 мультиплексоров. Второй, третий и первый информационные входы соответственно первого 11, второго 12 и третьего 13 мультиплексоров подключены к общей шине, третий информационный вход первого мультиплексора 11 объединен с первым информационным входом второго мультиплексора 12, вторым информационным входом третьего мультиплексора 13 и связан с выходом первого элемента И 7, первый вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 14, второй вход которого соединен с первым выходом регистра 17, второй выход которого связан с вторым входом 5 10 15 20 25 30 35 40 45 первого элемента И 7 и первым входом третьего элемента И 9, второй вход которого подключен к выходу элемента И-НЕ 16, выход соединен с одним из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, второй из входов которого объединен с первым входом элемента ИЛИ 14 и подключен к выходу первого разряда реверсивного счетчика 6, выходы второго и третьего разрядов которого соединены соответственно с первыми и вторыми адресными входами первого 11, второго 12 и третьего 13 мультиплексоров. Вход для задания направления счета подключен к шине 5 реверса, счетный вход связан с выходом второго элемента И 8, второй вход которого соединен с тактовой шиной 3,В описываемом ниже примере конкретного исполнения распределителя с подачей отрицательных тактовых импульсов на тактовую шину 3 и применением селекторов- мультиплексоров К 155 и КП 2 (вида 4;1) в качестве мультиплексоров 11, 12 и 13, работа которых разрешается при низком уровне сигнала на входах стробирования, второй 8 и четвертый 10 элементы И работают в инверсной логике. В качестведешифратора 18 нулевого состояния при вышеуказанных условиях может быть использован элемент ИЛИ-НЕ 2, работающий в положительной логике,Распределитель импульсов для управления трехфазным шаговым двигателем работает следующим образом,При подготовке распределителя к работе реверсивный счетчик 6, обеспечивающий пересчет на 6, обнуляется, а на первую 1 и вторую 2 шины выбооа режима коммутации подается отличный от нулевого двоичный код, соответствующий требуемому режиму переключения фазных обмоток шагового двигателя и записываемый в регистр 17 непосредственно после включения распределителя (цепь первоначального занесения информации в регистр 17 стандартна и на чертеже не отражена), При занесении, к примеру, кода 01 в регистр 17, т.е, при подаче сигнала высокого уровня на первую 1 и сигнала низкого уровня на вторую 2 шины выбора режима коммутации на втором выходе регистра 17 после первоначального занесения информации устанавливается сигнал низкого уровня, блокирующий первый элемент И 7, сигнал низкого уровня с выхода которого поступает на третий, первый и второй информационные входы соответственно первого 11, второго 12 и третьего 13 мультиплексоров.При использовании дешифратора 18 нулевого состояния, включение которого в состав преобразователя наиболее целе 1705998сообразно в случае применения распределителя как составной части многокоординатного привода и управления от центрального блока (к примеру, контроллера), на выходе дешифратора 18 при подаче ненулевого кода на шины 1 и 2 присутствует сигнал низкого уровня, снимающий запрет по входам стробирования первого 11, второго 12, третьего 13 мультиплексоров и деблокирующий второй элемент И 8, При отсутствии дешифратора 18 и работе распределителя в основном в автономном режиме сигнал низкого уровня при подготовке к работе подается, к примеру, с передней панели непосредственно на шину 4 управления, также обеспечивая готовность распределителя к работе и установку его в исходное состояние, соответствующее, например, включению первой фазной обмотки двигателя при первоначальной записи кода 01 в регистр 17 и обнуленном состоянии реверсивного счетчика 6.При последующей подаче на шину 3 отрицательных тактовых импульсов последние проходят через открытый второй элемент И 8 на счетный вход реверсивного счетчика 6. В зависимости от уровня потенциального сигнала на его входе для задания направления счета, т.е. на шине 5 реверса, записываемое при этом в счетчик 6 двоичное число с каждым тактовым импульсом увеличивается либо уменьшается на единичку, Адресный код, снимаемый с выходов второго и третьего разрядов счетчика 6 и подаваемый на первый (младшие) и вторые (старшие) адресные входы мультиплексоров 11, 12 и 13, изменяется при этом по каждому четному тактовому импульсу, обеспечивая выборку соответствующих информационных входов мультиплексоров и формирование требуемой кодовой комбинации на выходах распределителя. При занесении в регистр 17 кода 01 распределитель обеспечивает трехтактный режим коммутации с включением одной обмотки в каждом такте коммутации(т.е. 1-2-3-1 либо 1-3-2-1,), так как уровень "1" в вышеприведенных условиях поддерживается только на одном из информационных входов каждого из мультиплексоров 11, 12 и 13, Информация о режиме коммутации, т.е. двоичный код 01 подтверждается при этом в регистре 17 каждым нечетным тактовым импульсом, поступающим на тактовый вход регистра с выхода четвертого элемента И 10, открываемого сигналом низкого уровня с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, на входы которого поступают сигнал низкогоуровня с выхода третьего элемента И 9 (запертого сигналом низкого уровня со второго выхода регистра 17) и сигнал с выхода первого разряда реверсивного счетчика 6.Сам счетчик срабатывает по переходу отрицательного тактового импульса из 0 в 1 и тем 5 самым на выходе его первого разряда послепрохождения каждого четного тактового импульса и вплоть до окончания каждого нечетного тактового импульса поддерживается сигнал низкого уровня, что 10 и обуславливает отпирание четвертого элемента И 10 в указанных интервалах времени.При необходимости перехода на инойрежим коммутации, к примеру, на несим метричный шеститактный с включением одной либо двух фазных обмоток в каждом такте (1-12-2-23-3-31-1.либо 1-31-3-32-2- 21-1) на первую 1 и вторую 2 шины выбора режима коммутации подаются сигналы со ответственно низкого и высокого уровня(т,е. двоичный код 10). Сигнал низкого уровня на выходе третьего элемента И 9 сохраняется и очередным нечетным тактовым импульсом данный код переписывается в 25 регистр 17, обуславливая появление сигнала низкого уровня на первом выходе регистра 17 и сигнала высокого уровня на втором его выходе, т.е. соответственно сигнала низкого уровня на втором выходе элемента 30 ИЛИ 14 и разрешающего сигнала высокогоуровня на втором входе первого элемента И 7, что ведет к прохождению сигнала высокого уровня (после нечетного тактового импульса) с выхода первого разряда 35 реверсивного счетчика 6 через элементИЛИ 14 и открытый первый элемент И 7 на соответствующие информационные входы мультиплексоров 11, 12 и 13, обуславливая корректное подключение дополнительной 40 фазной обмотки двигателя в соответствии сзаданным направлением движения, но уже в несимметричном режиме коммутации. На выходе третьего элемента И 9 после занесения кода шеститактного режима (10) в ре гистр 17 появляется сигнал высокого уровняи занесенный в регистр 17 код подтверждается каждым четным тактовым импульсом, в то время, как переход на один из двух симметричных режимов коммутации выполня ется в зависимости от кода вновьустанавливаемого режима по четному либо нечетному тактовому импульсу в пределах одного такта коммутации, К примеру, после установки кода 11 на шинах выбора режима 55 коммутации на выходе элемента И-НЕ 16появляется сигнал низкого уровня, обуславливающий сигнал такого же уровня на выходе третьего элемента И 9, и перезапись нового кода (11) в регистр 17 произойдет по очередному нечетному импульсу, Начиная сэтого момента времени, на выходе первого элемента И 7 устанавливается и постоянно поддерживается сигнал высокого уровня, что обуславливает корректное подключение второй фазной обмотки и дальнейшую работу распределителя в трехтактном режиме с включением двух обмоток по каждому такту (12-23-31-12, либо 12-13-32-12) при подтверждении данного режима каждым нечетным тактовым импульсом, Переход из этого режима на уже описанные выше симметричный с включением одной обмотки в каждом такте либо несимметричный шеститактный режимы коммутации выполняется по четному тактовому импульсу, так как подача кода любого из этих режимов (01 или 10) на шины выбора режима коммутации приводит к появлению сигнала высокого уровня на выходе третьего элемента И 9, При обеспечении всех трех возможных режимов коммутации трехфазного шагового двигателя, представленных для одного направления движения в таблице 1, в распределителе тем самым могут иметь место шесть взаимных переходов с одного режима на второй. Более наглядно корректность переключений обеспечиваемых режимов коммутации (т.е, без потерь информации и отработки ложных шагов) отражена в таблице 2,При сопоставлении данных, приведенных в таблицах 1 и 2, видно, что переход из любого установленного режима коммутации на любой требуемый режим выполняется за один такт коммутации в заданном направлении, беэ потери информации и отработки ложных шагов.Режим стоянки шагового двигателя с обесточенными обмотками реализуется в распределителе без дешифратора 18 нулевого состояния путем подачи потенциального сигнала высокого уровня на шину 4 управления, который блокирует второй элемент И 8 и обуславливает появление сигналов низкого уровня на выходах всех мультиплексоров 11, 12 и 13 независимо от состояния их адресных входов. Подача нулевого кода (00) на шины выбора режима коммутации при снятии сигнала запрета на шине 4 управления носит в этих условиях избыточный характер, обуславливая лишь дублирование одного из симметричных режимов коммутации. Эта избыточность устраняется введением дешифратора 18 чулевого состояния, использование которого целесообразно, в частности, при работе распределителя в составе многокоординатного привода с управлением от центрального блока, так как позволяет однозначно использовать подаваемый на шины 1 и 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 двоичный код при соответствующем уменьшении количества линий в канале управления.Режим фиксированной стоянки шагового двигателя реализуется в предлагаемом распределителе путем прекращения подачи тактовых импульсов на шину 3 и может включаться посредством стандартных средств как с панели в автономном режиме, так и от центрального блока управления при работе в более сложной системе.В сравнении с известными техническими решениями предлагаемый распределитель импульсов для управления трехфазным шаговым двигателем обладает более высокими надежностью и быстродействием, Переход на выбранный режим коммутации выполняется в распределителе без останова двигателя за один такт коммутации и в заданном направлении, не вызывая при этом отработки ложных шагов и потерь информации,Формула изобретения 1. Распределитель импульсов для управления трехфазным шаговым двигателем, содержащий первую и вторую шины выбора режима коммутации, тактовую шину, шину управления, реверсивный счетчик, первый и второй элементы И, элемент ИЛИ, первый, второй и третий мультиплексоры, первый информационнный вход первого мультиплексора соединен с вторым информационным входом второго и третьим информационным входом третьего мультиплексоров, второй, третий и первый информационные входы соответственно первого, второо и третьего мультиплексоров подключены к общей шине, третий информационный вход первого мультиплексора объединен с первым информационным входом второго, вторым информационным входом третьего мультиплексоров и связан с выходом первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу первого разряда реверсивного счетчика, выходы второго и третьего разрядов которого соединены соответственно с первым и вторыми адресными входами первого, второго и третьего мультиплексоров, а первый вход второго элемента И связан с шиной управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия путем обеспечения корректного переключения режимов коммутации в процессе отработки перемещений, введены третий и четвертый элементы И, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент И-НЕ и регистр, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к первой и второй шинам выбора режима10 1705998 Таблица 1 П р и м е ч а н и е;- при включении дешифратора 18 нулевого состояния в состав распределителя,Таблица 2 Установленный ежи м коУсловия подтверждения и перехода 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 Подтверждение по нечетному, перехо по четном тактовым имп льсам. Составитель В,Телегин Редактор А.Калениченко Техред М.Моргентал Корректор Н,РевскаяЗаказ 202 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 коммутации, первый выход связан с вторым входом элемента ИЛИ, первый вход которого объединен с одним из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, другой вход которого связан с выходом третьего элемента И, первый вход которого объединен с вторым входом первого элемента И и подключен к второму выходу регистра, второй вход соединен с выходом элемента И-НЕ, входы которого объединены с соответствующими информационными входами регистра, тактовый вход которого подключен к выходу четвертого элемента И, первый вход которого связан с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕЕ ИЛИ, второй вход объединен со счетным входом реверсивного счетчика и подключен к выходу второго элемента И, второй вход которого соединен с тактовой шиной, а первый вход обьединен с входами стробирования перво го, второго и третьего мультиплексоров, первыйинформационный вход первого из которых подключен к шине высокого гютенциала.2. Распределитель по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью устранения 10 информационной избыточности, введендвухвходовый дешифратор нулевого состояния, входы которого подключены к первой и второй шинам выбора режима коммутации, а выход соединен с шиной управления.15 Подтверждение по нечетному, переход по нечетному тактовому импульсам,Подтверждение по четному, переходпо четному тактовым импульсамПодтверждение по нечетному, переход по нечетному тактовым импульсам.Подтверждение по нечетному, переход по четному тактовым импульсам.Подтверждение по четному, переходпо нечетному тактовым импульсам.