Устройство для управления шаговым двигателем

/24-073 онструкто с опытным усском го о-техоиэударс Ленин имВ Д легин,8,8)етельство СССР Р З/ОО, 29.ОЕ.Е 6 льство СССР Р 8/00, 27.04.87 идетеН 02(54) УСТРОЙСТВО ВЫМ ДВИГАТЕЛЕИ (57) Изобретение технике и может шаговом электрол ЛЯ УПРАВЛЕНИЛ ШАГОь 8блокалы относится к электроыть использовано в воде с ограниченГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Специальное кнологическое бюроводством при Велорвенком университет(56) Авторское свиЯ 1399883, кл. Н 0Авторское св9 1443117, кл . ным перемещением подвижного элемента,Цель изобретения - повышение быстродействия в режиме отработки циклических перемещений, Устройство содержитдва элемента И 18 и 19, одновибратор17 и элемент ИЛИ 16, с помощью которых обеспечивается минимально необходимая по продолжительности стоянкашагового двигателя в режиме реверсапри работе на частотах выше частотыреверса или непосредственное включение двигателя в противоположном нап -равлении, если частота следованияимпульсов синхронизации не превышаетчастоту реверса двигателя, Расширениефункций третьего триггера 13 позволя-ет также выполнить переключател импульсов синхронизации в видекомбинационного типа.з,п, ф 2 ил.1Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в шаговом электроприводе с ограниченным перемещением управляемого объекта5Цель изобретения - повышение быстродействия в режиме отработки циклических перемещений.На фиг. 1 приведена функциональная 10 схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг, 2 - временные диаграммы сигналов в узловых точках устройства.Устройство для управления шаговым двигателем содержит тактовую шину 1, шину 2 направления, шину Режим" 3, шину 4 часготы ириемистости 1 коммутатор 5, первый триггер 6, датчики 7 предельных положений объекта, переключатель 3 импульсов синхронизации, счетчик 9, распределитель 10 импульсов, многоканальный выходной усилитель 11, второй 12 и третий 13 триггеры, первый 14 и второй 15 мульти плексоры, элемент ИЛИ 16, одновибратор 17, первый 18 и второй 19 элементы И, причем входы коммутатора 5 соединены с тактовой шиной 1, шиной 2 направления, шиной "Режим". 3, выходом первого триггера и его установочными входами, которые подключены к соответствующим выходам датчиков 7 предельных положений объекта, первый выход коммутатора 5 подключен к первому вхо,;у элемента ИЛИ 16, первому входу второго элемента И 19, установочному входу 11 второго триггера 2Ъ и третьему информационному входу первого мультиплексора 14, второй выход 40 коммутатора 5 соединен с вторым входом элемента Ш 1 И 16, первым входом первого элемента 11 18, установочным входом Б второго триггера 12 и вторым информационным входом второго 45 мультиплексора 15, выход элемента ИЛИ 16 соединен г входом одновибратора 17, выход которого подключен к вторым входам первого 18 и второго 19 элементов И, выходы которых соединены с установочными входами третьего триггера 13, информационный вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера 12, прямой выход которого соединен с первыми55 (младшими) адресными входами первого 14 и второго 15 мультиплексоров, вторые (старшие) адресные входы которых подкпючены к выходу третьего триггера 13 и входу управления переключателя 3 импульсов синхронизации, первыйинформационный вход первого 14 ичетвертый информационный вход второго 15 мультиплексоров объединены иподключены к шине 4 частоты приемистости, выходы первого 14 и второго15 мультиплексоров соединены соответственно с первым и вторым входаминаправления переключателя 8 импульсов синхронизации, первый и второйвыходы которого подключены к соответствующим входам распределителя 10импульсов, связанного своими выходами с входами многоканального выходного усилителя 11, а третий выходпереключателя 3 импульсов синхронизации соединен с входом счетчика 9,выход которого подключен к тактовомувходу третьего триггера 13,Переключатель 8 импульсов синхронизации содержит первый 20, второй21 демультиплексоры и элемент ИЛИ 22,выход которого является третьим выходом переключателя 8, информационные входы первого 20 и второго 21демультиплексоров являются соответственно первым и вторым входами направления переключателя 8, первые(младшие) адресные входы первого 20и второго 21 демультиплексоров подключены к входу управления переключателя 3, вторь,е (старшие) адресныевходы демультиплексоров 20 и 21 соединены с общей шиной устройства,первый выход первого 20 и второй выход второго 21 демультиплексоровподключены к входам элемента ИЛИ 22,а второй выход первого 20 и первыйвыход второго 21 демультиплексоровявляются соответственно первым ивторым выходами переключателя 8 импульсов синхронизации,Логические элементы устройствавыполнены по правилам инверсной логики.На фиг. 2 обозначены эпюра 23 -шина 4 частоты ириемистости; эпюра24 - первый выход коммутатора 5 (движение вправо); эпюра 25 - второй выход коммутатора 5 (движение влево);эпюра 26 - прямой выход второго триггера 12; эпюра 27 - выход одновибратора 17; эпюра 28 - выход (прямой)третьего триггера 13; эпюра 29 - выход первого мультиплексора 14; эпюра30 - выход второго мультиплексора 15;эиюра 31 - третий выход переключате 1527702ля 8 импульсов синхронизации; эпира 32 - выход счетчика 9; эпюра 33 - выход первого элемента И 18; эпира 34 - выход второго элемента И 19; эпюра 35 - первый выход переключателя 8 им 5 пульсов синхронизации; эпира 36второй выход переключателя 8 импульсов синхронизации.Устройство работает следующим об- О разом.Если управляемый объект не находится в одном из крайних положений, т,е. ни один из датчиков 7 предельных положений объекта не включен, а на шину Режим" 3 подан высокий потенциал, то на один из выходов коммутатора 5, выбор которого определяется в данном случае уровнем потенциального сигнала на шине 2 направ ления, поступают импульсы синхронизации, подаваемые на тактовую шину 1 устройства, При подаче, к примеру, высокого потенциала на шину 2 налравления отрицательные импульсы синхро низации проходят на первый выходкоммутатора 5 и первый из этих импульсов своим перепадом из 1 в "01 устанавливает в момент времени Т 1 (фиг. 2) второй триггер 12 в нулевое 30 состояние (или подтвердит его, если второй триггер 12 при включенИи устройства установился в нулевое состояние), обусловив тем самым низкий потенциал на первых (младших) адресных входах первого 14 и второго 15 мультиплексоров, в качвстве которых может быть использован сдвоенный селектор- мультиплексор с общими адреснымивходами, Одновременно импульс син хронизации проходит через элемент ИЛИ 1 б и поступает на вход одновибратора 17 с перезапуском, формирующего по перепаду из "0" в "1" входного сигнала положительный импульс, 45 длительность которого выбрана равной периоду следования импульсов синхронизации, Частота последних равна0,4-0,б частоты приемистости используемого шагового двигателя, т.е. 50 частоте его реверса, На выходе одновибратора 17, на вторых входах первого 18 и второго 19 элементов Ивплоть до момента Т 2 (фиг. 2) присутствует разрешающий сигнал низкого 55 уровня, не препятствующий прохождении первого импульса синхронизации с первого выхода коммутатора 5 через второй элемент И 19 на установочный вход Я третьего триггера 13 (эпюра 34, фиг. 2). По перепаду этого импульса из "1" в "О" третий триггер 13 устанавливается в единичное состояние, либо это состояние подтвердится. Тем самым на вторых (старших) адресных входах первого 14 и второго 15 мультиплексоров присутствует высокий потенциал и отрицательныеимпульсы синхронизации проходят через третий информационный вход первого мультиплексора г 4 на его выход(эпюра 29, фиг. 2), поступая дапеена первый вход направления переключателя 8 импульсов синхронизации.На первый (мпадший) адресный вход Апервого демультиплексора 20 при этомс выхода третьего триггера 13 поступает потенциальный сигнал высокогоуровня, и импульсы синхронизации могут проходить только на второй еговыход и далее на соответствующийвход распределителя 10 импульсов,который через многоканальный выходной усилитель 11 включает обмоткишагового двигателя, обеспечивая еговращение, к примеру, по часовойстрелке, Частота импульсов синхронизации поначалу (вплоть до моментавремени Тб) превышает частоту реверса шагового двигателя, не выходя приэтом эа значение частоты приемистости.При сохранении высокого потенциалана нине пРежимн 3 и подаче низкогопотенциала на шину 2 направления импульсы синхронизации появляются навтором выходе коммутатора 5, в товремя как поступление импульсов синхронизации на первый выход коммутатора 5 прекращается, Первый же импульсс второго выхода коммутатора 5 (эпюра 25, фиг. 2) устанавливает в момент времени ТЗ своим перепадом иэ"1" в "0" второй триггер 12 в единичное состояние, а состояние третьего триггера 13 при этом не изменяется, так как первый 18 и второй19 элементы И заблокированы потенциальным сигналом высокого уровня,поступающим с выхода одновибратора 17,перезапускаемого каждым последующимимпульсом синхронизации,Высокий потенциал на первых ивторых адресных входах первого 14и второго 15 мультиплексоров разрешает прохождение импульсов с шины 4частоты приемистости только черезчетвертый информационный вход второго мультиплексора 15 на его выход(эпюра 30, фиг. 2),Поступающие на второй вход направления переключателя 8, т.е, на ин 5формационный вход второго демультиплексора 21, отрицательные импульсыпроходят при этом только на второйвыход второго демультиплексора 21 идалее черезэлемент ИЛИ 22, обеспечивающий сложение по ИЛИ отрицательныхсигналов, поступают на третий выход(эпюра 31, фиг. 2) переключателя 8,т,е. на вход счетчика 9, на выходекоторого после подсчета заданного количества (к примеру, двух) импульсов,поданных с шины частоты приемистостии число которых определяется необходимым временем останова при реверсешагового двигателя, в момент времениТ 4 (эпюра 32, фиг2) появляется отрицательный импульс, соответствующийконцу отработки режима реверса. Этотимпульс обуславливает установку счетчика 9 в исходное состояние (цепи начальной установки счетчика 9 на схеме це показаны) и переписывает вмомент времени Т 5 (эпюра 28, фиг, 2)своим перепадом из "О" в сигналнизкого уровня с информационного входа триггера 13 ца его выход, обуславливая тем самым изменение потенциального сигнала на вторых адресных входах первого 14 и второго 15 мульти 35 плексоров и первом адресном входе пер-вого 20 и второго 21 демультиплексоров с высокого на низкий уровеньПри этом через второй информационный вход второго мультиплексора 15 начинают 40 проходить импульсы синхронизации на информационный вход второго демульгиплексора 21, .ак как ца первом и втором адресных входах этого демультиплексора присутствуют низкие потецци алы, то импульсы синхронизации могут проходить только на первый выход второго демуьтиплексора 21( эпюра 36, фиг, 2) и ца второй вход распредели- геля 10 импульсов и далее ца многоканальный усилитель 11 мощности, обеспечивая вращение ротора шагового двигателя в противоположном направдениц,При отработке перемещений на частотах ниже частоты реверса шагового двигателя (к примеру, после момента времени Т 6, фиг. 3) период следования цмпуьсов синхронизации начинает превышать длительность импульса (положительного), формируемого одцовибратором 17, Перезапуск одцовибратора в данном случае прекращается и формирование положительного импульса завершается в момент времени 17 (эпюра 27, фиг. 2), обуславливая появление на выходе оцновибратора 17 сигнала низкого уровня, снимающего запрет на прохождение импульсов синхронизации через первый 18 и второй 19 элементы И на установочные входы третьего триггера 13Очередной импульс синхронизации, поступающий, к примеру, в момент времени ТЗ с второго выхода коммутатора 5, проходит через первый элемент И 18 на установочный вход В. третьего триггера иподтверждает его нулевое состояние.По перепаду из "0" в "1" импульсасинхронизации в момент времени Т 9одновибратор 17 запускается вновь,формируя ца своем выходе вплоть домомента времени Т 10 положительныйимульс. Движение шагового двигателяпродолжается в заданном направлениис подтверждением состояния третьеготриггера 13 по каждому импульсу синхронизации,При реверсе в данных условиях,т,е подаче высокого потенциала нашину 2 направления и сохранении высокого потенциала на шине Режим" 3поступление импульсов синхронизации ца второй выход коммутатора 5 прекрашается и возобновляется ца первомвыходе коммутатора. Первый же импульс с этого выхода (эпюра 24,фиг. 2) устанавливает в момент времени Т 11 своим перепадом из "1" в "0" второй триггер 12 (эпюра 26, фиг2) в нулевое состояние ц третий триггер 13 (эпюра 23, фиг, 2) в едицичное состояние, обеспечив благодаря этому прохождение импульсов синхронизации с третьего информационного входа первого мультиплексора 14 на его выход и далее через информационный вход первого демультиплексора 20 ца его второй выход и первый вход распределителя 10 импульсов, Тем самым при перемещениях на частотах нике частоты реверса шагового двигателяреверс последнего отрабатывается бездогалнительного останова и движениешагового двигателя в противоположномнаправлении начинается сразу посеизменения уровня потенциального сиг 1527702 1 Онала на шине направления, С приходом следующего импульса синхронизации в момент времени Т 12 движение шагового двигателя продолжается в заданном5 направлении при одновременном подтверждении состояний второго 2 и третьего 13 триггеров.При подаче на шину "Режим" 3 низкого потенциала устройство обеспечивает циклическое перемещение управляемого объекта в заданных пределах в автоматическим режиме, Потенциальные сигналы датчиков 7 предельных положений объекта в данном режиме, посту пая на установочные входы первого триггера 6, управляют его состоянием и тем самым обуславливают наличие импульсов синхронизации на одном из выходов коммутатора 5 независимо от уровня потенциального сигнала на шине 2 направления, При изменении состояния первого триггера 6 вследствие срабатывания одного из датчиков 7 предельных положений объекта по при ходу в соответствующее положение происходит блокировка движения в данном направлении и отработка реверса шагового двигателя на частоте приемистости, если частота следования импуль О сов синхронизации превышает частоту реверса двигателя, либо с непосредственным включением движения шагового двигателя в противоположном направлении, если частота следования импульсов синхронизации не превышает частоту реверса двигателяТаким образом, предлагаемое устройство обладает более высоким в сравнении с известным быстродействи О ем в режиме отработки циклических перемещений благодаря обеспечению минимально необходимой по продолжительности стоянки двигателя в режиме реверса при работе на частотах выше 45 частоты реверса и отсутствию этой стоянки в тех условиях, когда двигатель может реверсироваться непосредственно, а также благодаря обеспечению готовности шагового двигателя к движению в заданном направлении как при включении устройства, так и во время стоянки двигателя. Формула изобретения55Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее подключенные к установочным входам первого триггера датчики предельных положений объекта, коммутатор, входы которого соединены с шинами направления, Режим , тактовой шиной, выходом первого триггера и его установочными входами, последовательно соединенные многоканальный выходной усилитель и распределитель импульсов, входы которого соединены с первым и вторым выходами переключателя импульсов синхронизации, третий выход которого подключен к входу счетчика, а первый и второй входы направления переключателя импульсов синхронизации соединены с выходами соответственнопервого и второго мультиплексоров, причем первый информационный вход первого мультиплексора и четвертый информационный вход второго мультиплексора подключены к ыине частоты приемистости, третий информационный вход первого мультиплексора и второй информационный вход второго мультиплексора соединены с соответствующими выходами коммутатора и установочными входами второго триггера, прямой выход которого связан с первыми адресными входами первого и второго мультиплексоров, вторые адресные входы которых соединены с выходом третьего триггера, тактовый вход которого связан с выходом счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия в режиме отработки циклических перемещений, в него введены первый и второй элементы И, одновибратор и элемент ИЛИ, входы которого подключены к выходам коммутатора и первым входам первого и второго элементов И, а выход через одновибратор соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых подключены к установочным входам третьего триггера, связанного информационным входом с инверсным выходом второго триггера, а выходом - с входом управчения переключателя импульсов синхронизации.2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что переключатель импульсов синхронизации содержит элемент ИЛИ, первый и второй демультиплексоры, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго мультиплексоров, первые адресные входы первого и второго демультиплексоров объедине1527702 12 6 о ст ави тель В, АлФиехред М.Дидык орректор О. Ципл Редактор Н,Бобкова Заказ 7517/5 б Тираж 551 ПодписноеВНИИПИ Государевенного комитета по изобретениям и открытиям 11303 5, Москва, Ж, Рауш кая наб., д. 4/5 ГКНТ СССР водственно-издательский комбинат Патент", г,ужгород, ул. Гагарина, 19 Пр ны и соединены с выходом третьего триггера, вторые адресные входы подключены к общей шине устройства, второй выход первого и первый выход вто 5 рого демультиплексора соединены с входами распределителя импульсов, а первый выход первого и второй выход второго демультиплексоров соединеныс входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом счетчика,