Устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик оо 993428(22) Заявлено 24. 07. 81(21) 3324056/24-07с присоединением заявки Йо)53) УД( 621.313.13.525 ф 62-83 (088.8) Дата опубликования описания 30,01.83(54) УСТРОЙСТВОДВИГАТЕЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМДРОБЛЕНИЕМ ШАГА стройИзобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления с щаговыми двигателями, и мо-.жет быть использовано в дискретныхсистемах автоматического управления.Известно устройство для управления шаговым двигателем с дроблениемшага, содержащее блок задания про.грамм, коммутатор, несколько сумматоров, счетчиков и триггеров, подключенных к фазным обмоткам шаговогодвигателя (,1 .Недостатками данных устройств являются сложность и большой объемаппаратуры.15Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для управления шаговымдвигателем с дроблением шага, содержащее распределитель импульсов, логические элементы И по числу фаз двигателя, связанные выходами с входамиусилителей мощности, коммутируюврщ .фазы двигателя, первыми входамис выходами распределителя импульсов,а вторыми входами - с прямым и инверсным выходами блока дробления шага И,Недостатками известного уства являются большой объем туры, обусловленный содержанием большого количества узлов со сложной логической структурой, и низкая надежность, обусловленная опасностью случайного нарушения синфазности потактного функционирования между распределителем импульсов и реверсивным делителем частоты при воздействии помех, что может привести к полному нарушению нормальной работы всего . устройства.Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его надежности.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления шаговым двигателем с дроблением шагар содержащем распределитель импульсов, " логические элементы И по числу фаз двигателя, связанные выходами свходами усилителей мощности, коммутирующих фазы двигателя, первыми входами - с выходами распределителя импульсов, а вторыми входами - с прямым и инверсным выходами блока дробления шага, последний снабжен реверсивным двоичным счетчиком, логическим элементом ИЛИ, мультиплексором нескольких каналов на один и формирователем единичного адресного кода, выходы которого подключены к адрес 993428яцм входам мультиплексо подключенного прямым и инверсны:л выходамп ко вторым входам элементов И, а управляющими входами - к выходам всех разрядов реверсивного счетчика, соединенного выходами переноса и заема с входами элемента ИЛИ, поцключенного своим выходом к тактовому входу распределителя импульсов и входу реверса счетчика.Данное выполнение устройства позволяет упростить схему за счет использования меньшего количества составных узлов с более простыми логическими структурами и оцновременно повысить надежность работы за счет введения жесткой синхрониз-;ции между отдельными его составными узлами,На чертеже приведена, Функциональная схема устройства применительно к четырехфазному шаговому двигателю.Устройство содержит реверсивный распределитель 1 импульсов, двухвхо.довые логичес;пе элементы И 2 по числу Фаз двигателя, связанные выходами с входамиусилителей 3 мощности, коммутирующих фазы 4 шагового двигателя, а первыми входами - с выходами распределителя 1, блок 5 дробления шага, подключенйый прямым и инверсным выходами ко вторым входам эле- ЗОментов И 2, взятых через один, Блок 5дробления шага включает в себя реверсивный двоичный счетчик б, выходы заема и переноса которого через логический элемент ИЛИ 7 подключены к 35 его входу автоматического реверсирования и одновременно к тактирующему входу распределителя 1, а входы тактирования, установки в исходное состояние и ручного реверсирования - 4 О к соответствующим шинам управления "Т 1,.ц ", "Уст.О", "Реверс", формирователь 8. единичного Мканального адресного кода и мультиплексор 9 8+1 канала на один, где й - коэффициент дробления шага, Управляющие входы мультиплексора 9 подключены к выходам всех разрядов двоичного реверсивного счетчика б, первый адресный вход - к шине единичного логического уровня, Мадресных входовк выходам формирователя 8 единичного адресного кода, 8+1 адресный вход - к шине нулевого логического уровня, Вход формирователя 8 единичного адресного хода подключен к шине Т 8, на которую от внешнего генератора (не показан) поступают импульсы высокой частоты. Прямой Я и инверсный 5 выходы мультиплексора 9 подключены ко вторым входам элементов И, взяО тых через один.Устройство работает следующим образом.В первоначальном состоянии на шину "Уст,О" подается сигнал установки 65Коды на выходах Формирования345 1 2 0 0 0 0 0 1 О О О 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1, 1 1 0 0 Оа 0 0 Так, при коэффициенте дробленияшага й на его первом выходе вырабатываются периодические сигналы со скважностью -,, а на последующих его вы- М в исходное состояние. При этом реверсивный двоичный счетчик б устанав-, ливается в нулевое исходное состояние, а распределитель 1 - в положение, при котором в единичном логическом состоянии находится первая половина его выходов, например, для четырехфазного двигателя - выходы "Вых,1" и "Вых,2", В соответствии с требуемым направлением .вращения к шине "Реверс" прикладывается единичный или нулевой уровни потенциалов, При этом в соответствии с первоначальным нулевым кодовым набором на выходах счетчика б и на управляющих входах мультиплексора 9 выбирается первый адресный вход мультиплексора, подключенный к постоянному единичнО- му уровню. Это приводит к появлению единичного уровня на прямом 0 выходе мультиплексора 9, и нулевого на инверсном 0 выходе. В результате взаимодействия этих сигналов с единичными сигналами на выходах "Вых.1" и "Вых,2" распределителя 1 на выходе элемента И 2 первого канала создается единичный уровень. Усилитель 3 мощности первой фазы 4 двигателя обеспечивает при этом протекание в ней номинального тока н .В течение всего периода функционирования устройства на Йвыходах формирователя 8 непрерывно вырабатываются высококачественные прямоугольные сигналы с одинаковым периодом, но с различной дискретной скважностью, Это осуществляется благодаря поочередному (в такт поступления высокочастотных импульсов на шину Т ) фор 3 мированию на его выходе наборов "единичного." кеда, представленных, например, для случая й=5 в таблице,993428 сигналы со скважйостью М у, д, , 50й, ййМВй, а на его инверсный выход Яй-Зф й-сигналы со скважностями2. 155., Это приводит к ступенчаМ-З,М",тому уменьшению тока, к,1 н21-1, - н - .в первой Фазе бОМ ф М3 .и его увеличению1 н, в" 1 иМ, М"1; -1; . 1 н - во второйФазе. В последнем М-ом такте этого 65 Последующие циклы работы устройства происходят аналогично описанному первому циклу. ройства осуществляется путем измене-. ния ранее приложенного на шине фРеверс" логического потенциала на обратное, При этом изменяются на .обратные описанные вьаае процессы изменеИходах - сигналы со скважностями )-М М. М При,поступлении на шину "Т" первоготактирующего импульса низкой . частоты в счетчике б записывается единица и, в соответствии с этим, выбирается второй .вход "Вх.2" мультиплексора 9. При этом периодические высокочастотные сигналы с первого выхода формирователя 8 со скважностью М- поступают на прямой выход муль- Мтиплексора 9 и со скважностью М:чиной - 1 - в первой Фазе иМ1во второй фазе.й Во втором такте Поступления им,пульса на шину Тидн в счетчике 6 .записывается цифра два и, в соответСтвии с этим, выбирается третий вход "Вх.З" мультиплекстора 9. При этом периодические высокочастотные сигна-, л т го в ми ов те ы со в оро ыхода Фор р а ля 8 й со скважностью2 поступают.напрямой выход Я мультиплексора 9 и Мсо скважностью - - на его инверсный-2выход Ц. Эти сигналы создают ток веМ2, личиной1 в первой Фазеи - ф 11,- М й во второй фазе,В последующих тактах поступления импульсов на шину Т ,к происходит дальнейший пересчет импульсов в счетчике 6 и поочередная выборка последующих входов Вх,4 ф-"Вх.йф мульти плексора 9, В соответствии с этим от формирователя 8 на прямой выход Ч мультиплексора 9 поочередно выдаются полуцикла Функционирования устройства на выходе счетчика б формируется максимальный код, эквивалентный его коэффициенту пересчета, При этом выбирается последний (М+1)-й входмультиплексора 9, в результате которого на его прямом Я и инверсном ,выходах возникают соответственно нулевой и единичный уровни, Одновременно с этим на выходе переноса счетчика б формируется единичный сигнал,который через логический элементИЛИ 7 поступает на тактовый вход распределителя 1 и изменяет его состояние, Начиная с этого момента, единичные уровни подаются на "Вых.2"и "Вых.З" распределителя 1. Одновременно по цепи ббратной связи черезэлемент ИЛИ 7 на вход автоматического реверсирования счетчика 6 поступает единичный сигнал, изменяющий первоначальное направление пересчета.Этим завершается первый полуцикл Функционирования устройства, при котором за й тактов поступления импульсов нашину "Тх", в первых двухфазах 4 двигателя осуществляется линейное И-ступенчатое изменение тока(уменьшение в первой Фазе и одновременное .увеличение во второй фазе),Ступенчатое изменение тока в смежных Фазах двигателя приводит к ступенчатому повороту суммарного вектора электромагнитного момента и, соответственно, ротора. В результате ротор отрабатывает М дробных шагов, величинойс =, где с(. - величинаСОс основного шага.Второй полуцикл функционирования устройства аналогичен рассмотренному с той лишь разницей, что счетчик б работает в режиме обратного порядка пересчета (на вычитание) и в соот- ветствии с этим выборка адресных входов мультиплексора 9 происходит также в обратном. порядке. Это приводит клинейно-ступенчатому уменьшению токаво второй фазе и его линейно-ступенчатому увеличению в третьей фазе,В такт обнуления счетчика б на еговыходе заем вырабатывается импульс,который по цепи обратной связи автоматически меняет его направление пересчета и переключает распределитель1 в другое состояние. Реверсирование предлагаемого уст 993428ния кодов переключения в распределителе 1, счетчике 6 и мультиплексоре 9,Частота формирования высокочастотных на выходах мультиплексора 9 вы" бирается, исходя из величины электромагнитной постоянной времени двигателя, чтобы обеспечить допустимые пульсации тока при осуществляемой широтно-импульсной мс 9 уляции Фазнцх напряжений.Коэффициент пересчета счетчика 6 выбирается в соответствии с заданным коэффициентом дробления шага М по формуле К = М + 1, а его разрядность - о Формуле л1 од 15В соответствии с этим чисао управляющих входов мультиплексора 9 выбирается равным и, число его адресных входов - равным М+1, а число выходов формирователя кода 8 - равным 20 ,М "1 .Формула изобретенияустройство для управления шаговым д двигателем с дроблением шага, содержащее распределитель импульсов, логические элементы И по числу фаз двигателя, связанные выходами с входа 1 ми усилителей мощности, коммутиру:ющих фазы двигателя, первыми входами - с выходами распределителя импульсов, а вторыми входами - с прямым и инверсным выходами блока дробления шага, о т л и ч а ю щ е е с .ятем, что, с целью упрощения и повышения надежности, блок дробления шага снабжен реверсивным двоичным счетчиком, логическим элементом ИЛИ, мультиплексором нескольких каналов наодин и Формирователем единичного адресного кода, выходы которого подключены к адресным входам мультиплексора, подключенного прямыми инверсным выходами к вторым входам элементов И, а управляющими входами - к выходам всех разрядов реверсивногосчетчика, соединенного выходами переноса и заема с входами элемента ИЛИ,подключенного своим выходом к тактоному входу распределителя импульсов. и входу реверса счетчика.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР,Р 601666, кл. С 05 В 19/40, 1978.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2956970/29-07,кл, Н 02 Р 8/00, 1980,и рректор Е. Р ошно Зака одписн 4/5 Филиал ППП фПатеит", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 500/74 ВНИИПИ Го по дела113035, Мос Тиоаж дарствен изобретв а, Ж"35,685го комитета С й и открытий аушская наб.,