Устройство для управления шаговым двигателем

СО 103 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 С 05 В 19/40, Н 00 ЕНИ ТВ примеий ии овател физиче оБ,Н.Шпушев евой о СССР197.СССР1980. свидетельств 05 В 11/01 идетельство 02 " 8/00, ША для 2 Из то мати" ретение относится ет использоваться ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится . автоматике и предназначено . юльзоке и мож в системах управленгателей.Целью изобретения является повышение надежности и быстродействия устройства в режимах реверсирования при изменениях частоты следования импульсов синхронизации от минимального значения до номинального значения максимальной частоты отработки шагов двигателем.На фиг,1 приведены графики, иллюстрирующие соотношения частоты. реверса и частоты отработки шагов для известного (а) и предлагаемого (б) устройств, зависимость предельной частоты реверса для шагового ия с применением шаговых дви,801456934 вания в системах управления снением шаговых двигателей. Цельюизобретения является повышение надежности и быстродействия устройства в режимах реверсирования при изменениях частоты следования импульсов синхронизации от минимальногозначения до номинального значениямаксимальной частоты отработки шагодвигателем, Это осуществляется засчет задания частоты реверсированиядвигателя независимо от частоты следования синхрониэирующих импульсовисходя из максимально возможногобыстродействия данного привода приреверсе и с учетом окончания воэможных выбегов при торможении роторадвигателя. 4 ил. двигателя с нагрузкой (в); на фиг.2 - функциональная схема устройства;иа фиг.3 и 4 - соответственно диаграммы работы устройства при реверсировании в следящем (программном) режиме "Цикл".Сущность изобретения (фиг,1) заключается в том, что частота реверсирования двигателя задается независимо от частоты синхронизирующих импульсов, исходя из максимально возможного быстродействия данного привода при реверсе и с учетом окончания выбегов (если они есть) при торможении ротора двигателя, В этом случае после совершения двигателем шага в одном из направлений автоматически запрещается поступление им 1456934пульсов управления с шины другого направления, Запрет длится в течение Т- минимального периода между имевпульсами синхронизации, в течение которого двигатель после изменения направления вращения на обратное реверсируется с сохранением устойчивости и без потери синхронизма. Причем Т выбирается из условия, что до этого частота синхроимпульсов совпадала с номинальным значением максимальной частоты управления шаговым двигателем. Необходимое время паузы для устойчивого реверсирования при работе двигателя на более низКих частотах значительно меньше, и устойчивость работы обеспечивается с запасом. В случае появления выбегов во время торможения время запрета реверса автоматически продлевается после каждого выбега на время ТУстройство для управления шаговым двигателем содержит первый 1 и второй 2 элементы ИЛИ-НЕ, первый 3 и второй 4 элементы И-НЕ, первый элемент ИЛИ 5, датчики 6 конечных положений (объекта), второй элемент ИЛИ 7, одновибратор 8, третий элемент ИЛИ-НЕ 9, инвертор 10, первый 11 и второй 12 триггеры, четвертый 13 и пятый 14 элементы ИЛИ-НЕ, элемент ЗИИЛИ-НЕ 15, первый 16 и второй 17 элементы И, распределитель 18 импульсов, многоканальный усилитель 19, шаговый .двигатель 20, датчик 21 шага, одновибратор 22 с повторным запуском; шины 23 и 24 синхронизирующих импульсов и шину "Режим работы" 25,Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии, когда двигатель 20 не отрабатывает шаги, на инверсном выходе одновибратора 22 находится высокий потенциал, что дает на выходах элементов ИЛИ-НЕ 13, 14 и 9 потенциалы логических нулейнезависимо от состояния триггера 11. Эти потенциалы разрешают прохождение син хронизирующих, импульсов с шин 23 и 24 через элементы ИЛИ-НЕ 1 и 2.Если на шине "Режим работы" уста" новлен высокий потенциал, то логический ноль на выходе элемента ИЛИНЕ 9 остается на протяжении всего процесса работы устройства. При этом импульсы синхронизации с шины 23 или 24 через элементы 1 или 2 и 3 или 4Э 5 40 45 50 55 5 10 15 20 25 30 приходят на один из установочныхвходов первого триггера 11 и управляют его состоянием. Кроме того,импульсы через элемент ИЛИ 5 поступают на входы элементов И 16 и 17.До момента достижения предельногоположения на выходе элемента ЗИИЛИНЕ 15 имеется высокий потенциал иимпульсы синхронизации через соответствующий элемент И 16 или 17 проходят в распределитель 18 импульсов,-;а выходе которого формируется временная последовательность сигналовсоответственно правилу коммутациифаз двигателя. Эти импульсы черезмногоканальный усилитель 19 поступают на запитку обмоток шагового двигателя 20. Как только двигатель 20отработает первый шаг по сигналу содной нз шин 23 или 24, датчик 21 шага вырабатывает импульс, который,поступив на вход одновибратора 22 сповторным запуском, вызывает появление логического нуля на его инверсном выходе. Логический ноль на выходе одновибратора 22 в сочетании слогическим нулем с одного из выходовтриггера 11 приводит к появлению логической единицы на выходе элементаИЛИ-НЕ 13 или 14,что запрещает прохождение импульса синхронизации через соответствующий элемент ИЛИ-НЕ 1 или 2. В результате этого в течение времени Т заблокировано прохождение импульсов синхронизации с шин 23 и 24 на отработку шагов в противоположном направлении (т.е. если выполнялась отработка шага условно "влево" по сигналам с шины 24, то заблокировано поступление сигналов на отработку "вправо" по сигналам с шины 23, и наоборот). Постоянная времени одновибратора выбрана из усло 1вия Тов у - , где Грев - максимальревная частота реверсирования для данного двигателя. Таким образом,учитывая особенность работы одновибраторов с повторным запуском, если в течении времени Т после отработки двигателем шага в одном из направлений приходит сигнал на реверс, то двигатель 20 на него не реагирует (фиг.З). Кроме того, в случае появления выбегов в режиме торможения ротора двигателя 20 датчик 21 шага вырабатывает импульсы, которые, поступив на вход одновибратора 22 с пов30 ма и устойчивости,35 40 45 50 торным запуском, продлевают время запрещения реверса еще на Т в после каждого выбега. Таким образом, по" ступление импульсов синхронизации для отработки шагов в противоположную сторону запрещено до тех пор, пока не закончатся выбеги ротора.Как только объект, перемещаемый шаговым двигателем, достигает предела, соответствующий датчик 6 конечных положений вырабатывает сигнал, который через элемент ИЛИ 7 проходит на входы одновибратора 8 и элемента ЗИ ИЛИ-НЕ 15, При этом на выходе одновибратора 8 появляется импульс, который переключает первый триггер 11 и записывает во второй триггер 12 предыдущее состояние первого триггера 11, Это приводит к тому, что на выходе элемента ЗИИЛИ-НЕ 15 сохраняется высокий уровень, соответствующий элемент И закрывается и откры" вается другой элемент И, через который по окончании времени Т поступают импульсы синхронизации, запускающие двигатель в обратном направлении. Если последующие импульсы синхронизациипродолжают поступать для отработки шагов двигателем в томже направлении, что и до момента достижения предела, то первый триггер 11 переключается в предыдущее состояние, При этом оба триггера 11 и 12 оказываются в одинаковом состоянии, что приводит к появлению на выходе элемента ЗИИЛИ-НЕ 15 низкого уровня, блокирующего прохождение сигналов через элементы И 16 и 17 в распределитель 18 импульсов, и работа шагового двигателя прекращается.Если сигналы от датчиков 6 конечных положений через элемент ИЛИ 7 запускают одновибратор 8 в момент действия импульса синхронизации, то первый триггер 11, управляемый данным импульсом по установочному входу, сохраняет свое состояние, которое по сигналу одновибратора 8 записывается во второй триггер 12. Если в результате оба триггера 1 1 и 12 оказываются вновь в одинаковом состоянии, то на выходе элемента ЗИИЛИ-НЕ 15 появляется низкий уровень, который запрещает прохождение импульсов синхронизации для отработки шагов двигателем в обратном направлении. Если триггеры 11 и 12 находятся в противоположных состояниях,то на выходе элемента ЗИИЛИ-НЕ появляется высокий уровень, которыйразрешает прохождение импульсов че реэ соответствующий элемент И на запитку обмоток двигателя. Если на шине "Режим работы" 25 установлен низ 1кий уровень, то прохождение импульсов синхронизации на установочные 10 входы первого триггера 11 блокируется. В этом случае направление отработки шагов двигателем изменяетсяна противоположное автоматически подостижению предельных положений, пос.15 кольку изменяет свое состояние первый триггер 11 при поступлении наего вход импульсов от одновибратора8. При этом после импульса синхронизации, вызвавшего перемещение ро тора и срабатывание одного из концевых датчиков 6, на выходе элементаИЛИ-НЕ 9.появляется уровень логичес-кой единицы (фиг.4). Этот уровень втечение времени Т запрещает про хождение импульсов синхронизации через элементы ИЛИ-НЕ 1 и 2 в распределитель 18 с обеих шин 23 и 24. Врезультате появляется возможность зациклить в заданных пределах перемещение объекта, управляемого данкымшаговым двигателем и обеспечить задержку реверса двигателя на микимально необходимое время, при котором онреверсируется без потери синхронизФормула изобретенияУстройство для управления шаговым двигателем, содержащее датчик конечных положений, последовательно соединенные распределитель импульсов, многоканальный усилитель и шаговый двигатель, первую и вторую шины синхронизирующих импульсов, первый и второй элементы И-НЕ, первые входы которых соединены с шиной "Режим работы",а выходы первого и второгоэлементов И-НЕ соединены соответственно с входом установки и входомсброса первого триггера, инверсныйвыход и информационный вход которогообъединены, а прямой выход первоготриггера подключен к информационномувходу второго триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первому и второмувходам элемента ЗИИЛИ-НЕ, выход которого подключен к первым входамюпервого и второго элементов И, выхо 7 14 ды которых соединены соответственно с первым и вторым входами распределителя импульсов, вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу первого элемента ИЛИ,первый и второй выходы датчика конечных положений подключены соответственно к первому и второму входам второго элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу запуска одновибратора, выход которого соединен с входами синхронизации первого и второго триггеров, выход второго элемента ИЛИ подключен к третьему и четвертому входам элемента ЗИ"2 ИЛИ-НЕ, пятый вход которого соединен с третьим входом первого элемента И.и с прямым выходом первого триггера, инверсный выход которого соединен с шестым входом элемента ЗИИЛИ-НЕ и с. третьим входом второ- . го элемента И,о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия устройства в режимах реверсирования, в него введены датчик шага, первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы ИЛИ-НЕ, одновибратор с повторным запуском инвертор Вход которого под 56934ключен к выходу второго элемента ИЛИ,выход датчика шага подключен к входу запуска одновибратора с повторнымзапуском, подключенного выходом кпервым входам третьего, четвертогои пятого элементов ИЛИ-НЕ, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго эле ментов ИЛИ-НЕ, с вторым входом второго элемента ИЛИ-НЕ и с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, выходкоторого подключен к второму входупервого элемента И-НЕ и к первому 1 Ь входу. первого элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу второго элемента ИЛИ-НЕ и к второму входу второго элемента И-НЕ, первый входкоторого соединен с вторым входоМ 20 .третьего элемента ИЛИ-НЕ, третий входкоторого подключен к выходу инвертора, вторые входы четвертого и пятого элементов ИЛИ-НЕ соединены соответственно с инверсным и прямым выходами первого триггера, третьи входы первого и второго элементов ИЛИНЕ соединены соответственно с первойи второй шинами синхронизирующих импульсов..Юрковецка равцова Тираж 788 Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ ВНИИПИ водс гвенно-полиграф 3 .еЪ 4 4С)Ьдк оставитель Е.Власовехред А.Кравчук Коррект ское предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4