Устройство для управления шаговым двигателем

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 152 4 П 9) 1)4 Н 02 Р 8/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ДЕТЕПЬСТ К АВТОРСКОМУ 2(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВ ВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относит технике и может быть исп ЕНИЯ ШАГОВ 4 эле ьзован вательскии инстических проблем дискретном следящем элее инерционной нагрузки.ения - повышение надежноомпенсации шагов, отрабое вызвана управляющими имти шаги по сигналам датчов выделяются реверсивньО, дешифраторами 22 и 23ент 2 И-ЗИЛИ 26 поступаютраспределителя: 15 импульабатываются шаговым двиг ателем 17. ил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРИТИЯМПРИ ГННТ СССР(21) 4210753/24-07 (22) 17.03.87 (46) 07.11,89. Бюл. (71) Научно-исследо тут прикладных физи им. А,Н.Севченко (72) В,Н.Гордеев, Б О,С,Щупак и А,К.Як (53) 621.313.525(08 (56) Авторское свид Р 1399883, кл. Н 02Авторское свидет У 951622, кл. Н 02,Н,шпилевой,ушев8.8)етельство СССРР 8/00,29.08.ельство СССРР 8/00, 1982. ктропрнвоЦель изобрести путем тка которых пульсами. ика 27 ша-. па счетчикомчерез элена входы сов и отИзобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в следящем дискре 1- ном электроприводе инерционной нагрузки.Цель изобретения - повьппение надежности путем компенсации шагов, отработка которых не вызвана управляющими импульсами.На фиг.1 приведена функциональная,схема устройства; на фиг,2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу схемы в режиме компенсации ошибочныхшагов непосредственно после выбеговротора; на фиг.3 - диаграммы напряжений, поясняющие работу схемы в режиме компенсации всех ошибочных шаговпо окончании цикла работы двигателя.Устройство содержит первый 1 ивторой 2 элементы НЕ, первый 3 и второй 4 элементы ИЛИ, концевой датчик5, первый 6, второй 7 и третий 8 вентили, первый 9 и второй 10 триггеры,одновибратор 11, элемент ЗИИЛИ-НЕ12, первый 13 и второй 14 элементыИ, распределитель 15 импульсов, многоканальный усилитель 16, соединенныйс шаговым двигателем 17, четвертыйвентиль 18, элемент 2 ИИЛИ 19,реверсивный двоичный счетчик 20,одновибратор 21 с повторным запуском,первый 22 и второй 23 дешифраторы нуля, пятый вентиль 24, генератор 25импульсов, элемент 2 И-ЗИЛИ 26, датчик 27 шага, элемент 2 И 28, шинысинхронизирующих импульсов 29 и30, "Режим работы" 31, "Сброс" 32и "Режим коррекциип 33,Устройство работает следующимобразом.В исходном состоянии по сигналус шины "Сброс" 32 счетчик 20 сбрасывается в нуль, что приводит к появлению на выходах дешифраторов 22 и 23соответственно состояний логической единицы и логического нуля,Если на шине "Режим работы" 31установлен уровень логической единицы, то на выходе вентиля 6 такжебудет логическая единица (так каклогическая единица на выходе вентиля24), которая открывает вентили 7 и 8для прохождения импульсов синхронизации с выходов инверторов 1 и 2на установочные входы триггера 9,Кроме того, данные импульсы черезэлемент ИЛИ 3 (роль которого длялогических нулей может вьполнять 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 схема 2 И-НЕ) поступает на первуюгруппу входов элемента 2 ИИЛИ 19,Поскольку на выходе вентиля 18 логическая единица, то импульсы синхронизации проходят на выход элемента2 ИИЛИ 19 и следуют на суммирующийвход счетчика 20, а такжечерез первую группу входов элемента 26 навходы элементов И 13 и 14. До момента достижения шаговым двигателемпредельного положения на выходе элемента ЗИИЛИ-НЕ 12 имеется высокийпотенциал, импульсы синхронизациичерез соответствующий элемент И проходят в распределитель 15 импульсов,с выхода которого - на многоканальныйусилитель 16,Как только объект, перемещаемыйшаговым двигателем, достигает предела, датчик 5 предельного положениявырабатывает сигнал, который черезэлемент ИЛИ 4 приходит на входы одновибратора 11 и элемента ЗИИЛИ-НЕ12, При этом на выходе одновибратора11 появляется импульс, который переключает первый триггер 9 и записывает во второй триггер 10 предыдущеесостояние первого триггера 9. Этоприводит к тому, что на выходе элемента ЗИИЛИ-НЕ 12 сохраняется высокий уровень, соответствующий элемент И закрывается и открывается другой элемент И, через который поступают импульсы синхронизации, запускающие двигатель в обратном направлении,Если последующие импульсы синхронизации продолжают поступать для отработки шагов двигателем в том же направлении, что и до момента достиженияпредела, то первый триггер 9 переключается в предыдущее состояниеПри этом оба триггера 9 и 10 оказываются в одинаковом состоянии, что приводит к появлению на выходе элементаЗИИЛИ-НЕ 12 низкого уровня, блокирующего прохождение сигналов черезэлементы И 13 и 14 в распределитель15 импульсов, и работа шагового двигателя прекращается,Если сигнал от датчика 5 предельных положений через элемент ИЛИ 4запускает одновибратор 11 в моментдействия импульса синхронизации,то первый триггер 9, управляемый данным импульсом по установочному входу,сохраняет свое состояние, котороепо сигналу одновибратора 11 записывается во второй триггер 1 О, Если40 н результате оба триггера 9 и 1 Ооказываются вновь в одинаковом состоянии, то на выходе элемента ЗИ 2 ИЛИ-НЕ 12 появляется низкий уровень,который запрещает прохождение импульсов синхронизации для отработки шагов двигателем в обратном направлении, Если триггеры 9 и 10 находятся в противоположных состояниях, Ото на выходе элемента ЗИИЛИ-НЕпоявляется высокий уровень, которыйразрешает прохождение импульсов через соответствуюций элемент И.Если на шине Режим работы установлен низкий уровень, то прохождение импульсов синхронизации на установочные входы первого триггера 9блокируется. В этом случае направление отработки шагов двигателем изменяется на противоположное автоматически по достижении предельных положений, поскольку изменяет свое состояние первый триггер 9 при поступлении на его вход импульсов от одновибратора 11. В результате появляется возможность зациклить в заданныхпределах перемещение объекта, управляемого шаговым двигателем.Если на шине Режим коррекции33 установлена логическая единица,то обеспечивается компенсация ошибочно отработанных шагов непосредственно после их появления во время работы двигателя, В этом случае устройство работает следующим образом,Первый из импульсов синхронизациис выхода элемента 2 ИИЛИ 19 суммируется счетчиком 20 и, пройдя черезэлемент 26 и соответствующий элемент И 13 или 14, поступает в распределитель 15, который формируетна своих выходах диаграмму напряжений в соответствии с правилом коммутации фаз двигателя. Данные сигналы 45проходят в многокальный усилитель 1 б,питающий обмотки 7 двигателя, ивызывают поворот его ротора наодин шаг При этом датчик 27 шагавырабатывает импульс, свидетельствую Ощий об отработке шага, Поскольку вэтот момент на выходе вентиля 24 приФсутствует логическая единица,то это раз"решает прохождение сигнала от датчика27 через элемент 2 И 28 на запуск одновибратора 21, на первые входы второй и третьей групп входов элемента 26 и на вход обратного счета (-1)счетчика 20, где уменьшает его содержимое на единицу. На так как в счетчике 20 перед этим был суммированлишь один импульс синхронизации, тона его информационных выходах вновьпоявляются логические нули. Одновременно на инверсном выходе одновибратора 21 при его запуске вырабатывается логический нуль, подтверждающийсостояние логической единицы на выходе вентиля 24,Постоянная времени одновибратора21 определяется из условия ыое = Т,нрма ьТеин А максимально возможный период следования импульсов синхронизации с входных шин 3 или 32.На инверсном выходе одновибратора 21с повторным запуском устанавливаетсялогический нуль в течение всего цикла работы двигателя в заданном диапазоне частот синхронизирующих импульсов. Если в этот период ротор двигателя не совершает ошибочных шаговза счет выбегов, то содержимое счетчика 20 от каждого импульса синхронизации изменяется с единицы на нуль,Как только ротор двигателя сделаетшаг, не обусловленный импульсом синхронизации с шин 29 или 30, на выходе элемента 28 будет выработан импульс, вызванный отработкой этогошага. Данный импульс приходит навычитающий вход уже обнуленногосчетчика 20 и через вторую группувходов элемента 2 б (так как на выходе дешифратора 22 присутствует единица) - на входы элементов И 13и 14. Это приводит к тому, что распределитель 15 формирует временнуюдиаграмму, соответствующую новомуположению ротора ("догонит" его),Кроме того, по окончании данногоимпульса, выработанного от ошибочного шага, все разряды счетчика 20установлены в единичное состояние(так как перед этим счетчик 20 былв нуле), что изменит состояние дешифраторов 22 и 23 на противоположное, т.е. на выходе дешифраторов22 и 23 будут соответственно логический нуль и единица, При этом на выходе вентиля 18 появится логическийноль, запрещающий дальнейшее выполнение программы отработки шагов посинхронизирующим импульсам с шин29 и 31,Если количество шагов выбегабольше одного, то на инверсном выходе одновибратора 21 в течение всеговремени их совершения будет удерживаться логический нуль от импульсов с соответствующих обмоток двигателя. Эти импчльсы проходя через третью%5 группу входов элемента 26 (так как на выходе дешифратора 23 присутствует уровень логической единицы), каждый раз заставляют распределитель 15 "догонять" положение ротора. Одновременно каждый из них уменьшает содержимое счетчика 20 на единицу. Таким образом содержимое счетчика 20 равно М + 1 - К, где М - максимальное содержимое счетчика; К - число шагов, не связанных с синхрониэирующими импульсами, Процесс совершения выбегов ротором считается законченным после того, как влтечение временина выходе элемен та 28 не появляется очередной импульс. Б этом случае (по истечении времени ь. ) на инверсном выходе одновибратора 21 появляется уровень логической единицы, устанавливающий на вы ходе вентиля 24 логический нуль (так как на выходе дешифратора 23 присутствует логическая единица), который поступает через вентиль 6 на входы .вентилей 7 и 8, на вход 30 элемента ИЛИ 4, на вторые входы элемента 28 и на вход запуска генератора 25 импульсов. В результате этого одновременно происходят следующие процессы: запрещается прохождение синхронизирующих импульсов на управляющие входы триггера 9, срабатывает одновибратор 11 (по перепаду уровней с выхода элемента 4), что вызывает изменение состояния триггера 9 и запись его предыдущего состояния в триггер 10, запрещается прохождение импульсов с обмоток фаз двигателя через элемент 28, запускается генератор 25 импульсов. Импульсы с выхода генератора 25 через вторую группу входов элемента 19 поступают на суммирующий вход счетчика 20 и через первую группу входов элемента 26 - на входы элементов И 13 и 14, вызывая обратную отработку шагов двигателя (так как состояние триггера 9 направления изменяется на противоположное) до тех пор, пока число импульсов коррекции от генератора55 25 не становится равным числу К, эа фиксированному в счетчике 20. Как только это случится, на информационных выходах счетчика 20 появляются логические нули, что соответственно обусловливает состояние логического нуля на выходе дешифратора 23и логической единицы на выходевентиля 24, которая блокирует работугенератора 25.Кроме того, на вторые входы вентилей 6 и 18 и вторые входы элемента 28 поступает разрешающий уровеньлогической единицы, т.е, схема приведена в исходное состояние и готова к выполнению программы отработкишагов по сигналам синхронизирующихимпульсов с шин 29 и 31. Таким образом обеспечивается компенсацияошибочно отработанных шагов непосредственно после их появления,Если на шину "Режим коррекции"33 подается потенциал логическогонуля, то обеспечивается компенсациявсех ошибочно совершенных шагов поокончании цикла работы двигателя.В этом случае каждый импульс, свидетельствующий о совершении выбега,уменьшает содержимое счетчика 20на единицу, не вызывая срабатываниявентиля 8 (т.е. на его первом входе присутствует логический нуль)и останова работы двигателя. Одновременно при каждом выбеге, как и впредыдущем случае, распределитель,15догоняет положение ротора, но логическая единица с выхода дешифратора 23 не изменяет состояние на выходе вентиля 24, так как оно обусловлено логическим нулем с инверсноговыхода одновибратора 21, удерживаемого в этом состоянии импульсами свыхода элемента 28 в течение всегоцикла работы двигателя, По окончаниицикла работы(прекращение серии синхрониэирующих импульсов на шинах 29и 30) одновибратор 21 удерживается внуле до тех пор, пока не будет выполнен счет импульсов выбега ротора(если они есть) после остановкидвигателя, В результате в счетчике20 окажется записанным число М + 1- К, - К, где М - максимальное значение числа в счетчике 20; Кчисло выбегов в процессе работы;К- число выбегов после остановадвигателя,После того, как в течение времени с,о не придет очередной импульс собмоток двигателя, свидетельствующийо вращении ротора, на инверсном выходе одновибратора 21 установится ло 520 б 46 10гическая единица, которая поступитна второй вход вентиля 24 и обусловит выработку на его выходе логического нуля (так как на первом входевентиля 2 ч присутствует единица свыхода дешифратора 23), разрешающего выработку генератором 25 импульсов коррекции, Дальнейшая работаустройства аналогична описанному длярежима коррекции после каждого ошибочного шага,Таким образом, благодаря введенным связям и элементам в устройствеобеспечивается компенсация ошибочносовершенных шагов путем их обратнойотработки, выполняемой либо непосредственно после совершения выбегов ротора, либо по окончании работы двигателя, что повышает надежность работы предлагаемого устройства,Формула изобретения Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее распределитель импульсов, многоканальный выходной усилитель, датчики предельных положений обьекта,.первый и второй триггеры, одновибратор, элемент ЗИИЛИ-НЕ, два элемента ИЛИ, два элемента НЕ, два элемента И и два вентиля, причем инверсные выходы элементов И соединены с входами распределителя импульсов, входы элементов И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами первого триггера и с выходом элемента ЗИИЛИ-НЕ, первая и вторая группы входов элемента ЗИИЛИ-НЕ соединены соответственно с прямым и инверсным выходами первого и второго триггеров и выходом второго элемента ИЛИ, В-вход первого триггера соединен с его инверсным выходом, Р-вход второго триггера соединен с прямым выходом первого триггера, счетные входы первого и второго триггеров соединены с выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами датчиков предельных положений объекта, установочные входы первого триггера соединены с выходами соответственно первого и второго вентилей, вторые входы которых соединены с выходами первого и второго элементов НЕ, входы которых соединены с соот ветствующими входами первого элемЕн 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 та ИЛИ и входными пятнами устройства,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повьпнения надежности работыустройства путем компенсации шагов,отработка которых не вызвана управляющими импульсами, в него введенышины "Режим работы" и "Режим коррекции", датчик шагов двигателя, элемент 2 И, одновибратор с повторнымзапуском, третий, четвертый и пятыйвентили, реверсивный счетчик, первый и второй дешифраторы, элемент2 ИИЛИ, элемент 2 И-ЗИЛИ, генераторимпульсов, причем выход многоканального усилителя подключен к соответствующим обмоткам шагового двигателя, соединенного с датчиком шага,выход которого связан с первымвходом элемента 2 И, второй вход которого подключен к выходу пятоговентиля, входу запуска генератораимпульсов, третьему входу второгоэлемента ИЛИ и к первому входу третьего вентиля, второй вход которогосвязан с шиной "Режим работы", авыход - с первыми входами первогои второго вентилей, выход элемента2 И соединен с вычитающим входом счетчика, входом одновибратора с повторным запуском и с первыми входамивторой и третьей групп входов элемента 2 И-ЗИЛИ, вторые входы которыхподключены соответственно к выходампервого и второго дешифраторов,соединенных с первыми входами четвертого и пятого вентилей, вторые входыкоторых подключены соответственно кшине "Режим .коррекции" и к инверсному выходу одновибратора с повторнымзапуском, а выход четвертого вентилясоединен с первым входом первой группы входов элемента 2 ИИЛИ, втораягруппа входов которого связана свыходом генератора импульсов, второйвход первой группы входов элемента2 ИИЛИ подключен к выходу первогоэлемента ИЛИ, а выход - к суммирующему входу реверсивного счетчика и кпервой группе входов элемента 2 И-ЗИЛИ,выход которого соединен с третьимивходами первого и второго элементовИ, входы первого дешифратора подключены ко всем информационным выходамреверсивного счетчика, а входы второго дешифратора соединены с информационными выходами счетчика, за исключением младшего разряда..Мотып дак Подписное роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,аг Заказ б 768/5 б Тираж 551НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и о113035, Москва, Ж, Раушская наб.,рытиям при ГКНТ ССС 4/5