Устройство для управления шаговым двигателем

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ 1 РАВЛ ЕНИЯ элект исполь овано впривода ся повыанных на Устройст- поляризо го являеки зад щений. амяти Изобретение относится к управлению приводами с шаговыми двигателями я может быть использовано при управлении щаговыми приводами, работающими в сеаисных режимах при периодичес ких включениях и отключениях источни ка питания системы при обработке во время включения однократной уставки коррекции.Цель изобретения состоит в повышении точности.На чертеже приведена структурная схема устройства управления шаговым двигателем.Устройство содержит ша вый двига тель 1, соединенный последовательн го о УДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫтИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРУ 1429275, кл. Н 02 Р 8/00, 1987.(57) Устройство атнотехнике и может бытьсистемах управлениями. Целью изобретенияшение точности отрабшаговый привод перемво содержит элемент ванное реле) для запоминания знака направления вращения отработанной устаиовки по отключению питания устройства, элементы для сравнения знаков направления вращения текущей уставки и уставки предыдущего сеанса, счетчик с "записью" информации, характеризующей величину суммарного люфта привода. При изменении знака направления вращения текущей установки по отношению к знаку направления вращения уставки предыдущего сеанса вначале происходит отработка суммарного люфта привода в соответствии с заданным значением, а затем в . отработка непосредственно заданной текущей уставки. При совпадении знаков направлений враще- . Е ния (люфт выбран) происходит отработка заданной уставки. 1 ип,с усилителем 2 мощности и распределителем 3, первый вход которого подключен к выходу первого элемента 4задержки, формирователь 5 сигнала"Сброс", подключенный входом к шинепитания через ключ 6 и входу одновибратора 7, а выходом - к первомувходу первого поляризованного реле8, второе поляризованное реле 9, соединенное первым входом через первыйэлемент 4 задержки с выходом Формирователя 5, а вторым входом - с выходом одновибратора 7, с первыми входами первого 10, второго 11, третьего12, четвертого 13 элементов И и черезвторой элемент 14 задержки - с вто 1646036рьм входом первого поляризованного реле 8, третье 15 и четвертое 16 поляризованные реле, подключенные первым и вторим входами к выходам соответственно первого 10 и второго 11 элементов И, третьего 12 и четвертого Э элементов И, первый 17 и второй 18 элементы НЕ, подключенные выходами к вторым входам, соответственно, вто" О рого 11 и третьего 12 элементов И, а входами - к вторым входам соответственно первого 10 и четвертого 13 элементов И и соответственно к второму и третьему выходам распределителя Э, 15 соединенного вторым и третьим входами с контактами соответственно третьего 15 и четвертого 16 поляризованных ре ле; элемент ИЛИ 19 первый вход кото-: рого подключен к выходу первого эле- щ мента 4 задержки и ко входу "Сброс" первого 20 счетчика; регистр 21 сдвига, связанный информационными выходами с входами второго 22 счетчика; второй вход элемента ИПИ 19, подключен ный к выходу переполнения первого 20 счетчика; КБ-триггер 23, связанный 8-входом с выходом пятого элемента И 24, прямым выходом - с первым входом шестого элемента И 25, соединенного выходом со счетным входом первого 20 счетчика, а вторым входом - с выходом делителя 26 частоты и первым входом седьмого элемента И 27, подключенного вторым входом к инверсному 35 выходу КБ-триггера 23, а выходом - к счетному входу второго счетчика 22; третий элемент НЕ 28, подключенный к знаковому разряду регистра 21 сдвига; восьмой элемент И 29, соединенный выходом с входом записи второго счет- . чика - 22 элемент ИСКЛЫЧАЮЦЕЕ ИЛИ" 30, подключенный выходом к второму ийцщу пятого элемента И 24, четвертый элемент НЕ 31, соединенный выходом с входом управляемого 32 ключа, подключенного входом к выходу гене" ратора ЭЭ импульсов, а выходом - к входу делителя 34 синхронизатора, соединенного выходом с входом делите. ля 26 частоты, пятое поляризованное реле 35, соединенное управляницими обмотками с выходами элементов И 36 и 37; элемент ИЛИ 38, подключенный выходом к входу "Сброс" регистра 2155 сдвига.Устройство для управления шаговым двигателем работает следунщимобразом. При замыкании ключа 6 шина источника питания +Б подключается к формирователю 5 сигнала "Сброс". В качестве ключа 6 при ручном включении устройства может быть использован любойтумблер, работающий на замыкание сфиксацией, при автоматическом включении может быть использован дистанционный переключатель, работающий на переключение от внешних сигналов ("Работа и "Отбой" ).формирователь 5 сигнала "Сброс"может быть выполнен на КС-цепи и инверторе любой серии микросхем,При подключении шины питания кформирователю 5 на выходе последнеговырабатывается сигнал "Сброс", который поступает на первый сигнальныйвход поляризованного реле 8, контакткоторого подключает шину питания краспределителю 3 импульсов и всемэлементам логической части (на схемелинии питания не приведены).Сигнал "Сброс" через элемент 4задержки поступает такае на вход записи распределителя 3 импульсов, обеспечивая запись в распределитель инфор"нации (лог. "0" или лог. 1"), определяемую состоянием контактов поляризованных реле 15 и 16, на входы сбросарегистра 21, сдвига (через элементВ 1 И 38) первого 20 счетчика, второго22 счетчика, делителя-синхронизатора34 и делителя 26 частоты и через элемент ИЛИ 19 на К-вход КЗ-триггера23, обеспечивая их обнуление, а такаена первый сигнальный вход второго поляризованного реле 9, контакт которого подключает шину питания к усилителю 2 мощности.При этом, ввиду того, что счетчик22 обиулен, сигнал логического нуляна выходе элемента НЕ 31 запирает управляемый электронный ключ 32, и опорная частота с генератора 33 импульсовне проходит на делитель-синхронизатор 34 и далее. Ыаговый двигатель находится в режиме фиксированной стоянки под током, причем под напряжениемоказываются те фазы шагового двигателя, которые определены распределителем 3 импульсов после записи в негоинформации импульсом "Сброс" с контактов поляризованных реле 15 и 16,Уставка на обработку задается из вы"числительного устройства (ВУ) по информационной шине (Инф) в виде последовательного кода на сдвиговый ре 1646036 6гистр 21 и и и помр и при помощи тактовых им- формационного состояния счетчика( ) записывается в регистр (состояние счетчика, отличное от ну 21 сдвига (последовательный интер- ля) открывает электронный ключ 32фейс вычислительного устройства). Ус- (через элемент НЕ 31), и опорная частав авка содержит информацию (в двоичном тота генератора 33 импульсов начинаг 5коде) о величине перемещения и знаке ет поступать на делитель-синхронизаперемещения. В регистре 21 сдвига тор 34 Делител - нДелитель-синхронизатор 34знаковый ра ряд является старшим. может быть выполнен на двухраэрядЗапись информации в регистр 21 сдвига 10 ном счетчике, один из импульсов котопроисходит в течение определенного кре рого (второй или третий) являетсявремени (определяется быстродействи- импульсом записи в делитель 26 частоем и разрядностью ВУ) в определенном ты кода, пропорционального частотевремени интервале машинного цикла Т,1, вращения шагового двигателя 1 и посопределяемого программой. На втором 5 тупающего по шине записи (ЗП). Импульвходе элемента И 29 - высокий уровень сы управления с выхода делителя 26сигнала, определяеьый выходом информа- частоты поступают на распределительционного состояния счетчика 22 (счет импульсов, на усилитель 2 мощностичик обиулен). Выходом информационно- и далее - на шаговый двигатель 1,го состояния счетчика 22 является пос Шаговый двигательдвигатель 1 приходит воледний выход переноса. С приходом на вращение в направлении, определяепервый вход элемента И 29 импульсамом состоянием знакового разряда рвпТц (вход синхронизации) на выходеимпульсов. Одноврекоторый используется для записи устав- Б менно импульсы управл нменно импульсы управления с выхода деки с регистра 21 сдвига в счетчик 22 лителя 26 частоты поступают на вход(записывается информация перемещения) элементов И 25 и 27. Поскольку в рас,и для записи двоичного дополнительно- сматриваемом случае знаки вращения тего кода, пропорционального суммарному кущей уставки и уставки редьдущеголюфту привода в счетчик 20, которыи 30 сеанса не совпадаютсеанса не совпадают (т.е. долженпоступает по шине записи 311.На входах элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ высокий уровень сигна1высоки уровень сигнала присутствуетИ 1 И - всегда два сигнала: на первом на входе элемента И 25 (прямой вывходе - сигнал с выхода знакового Раз- ход КЯ-триггер 23-триггера в единичном состо"РЯда Регнстра 21 сдвига, на втоРом янин) то управляющянин , то управляющие сигналы с выховходе - сигнал с контакта поляризован- да делителя 26 частотычастоты поступают насчетный вход счетчика 20,Положение контакта и сигнал на немопределяют знак вращения привода при Счетчик 20 работает на сложенина сложение,обработке предыдущей уставки до отклю 11 ри переполнении счетчика 20 начения питания прибора. его выходе появляется импульс напряНа выходе элемента "ИСКЛЮЧАЮЦЕЕжения, который, проходя через элеШ сигнал имеет высокий уровень мент И 11 И 19, устанавливает КЯ-тригтолько при несовпадении уровней сиг- гер 23 к входу К в инверсное состоянала на его входах,т,е, прн несовпа ние. На инверсном выходе КЬ-триггердденни знаков вращения в текущей устав - высокии уровень сигнала, на пряке и уставке предыдущего сеанса. мом вькоде - низкий уровень сигнала.Импульс, формируемьп на выходе Шаговьп двигатель отработал сумэлемента И 29, поступает также на марньп 1 люфт привода, Далее управляювход элемента И 24 и при несовпадении 50 щие сигналы с вьхола делителя 26 часэахов вращения устанавливает Кь-трг- титы поступают через элемент 1 27 нагер 23 в единичное состояние по входу счетньп вход счетчка 22,Б Н а первом входе элемента И 25 ус- Счетчик 22 работает на нычтаие,танавливается высокий уровень сигнала П 1 оисходт отработка уставя коррекс прямого выхода КЬ-триггера 23, 11 ос ци. В момент, когда уставка коррекле записи уставки в счетчик 22 н ции отработана, т,е. состояние счетсравения знаков вращения текущей ус- чика 22 Рао нугпо,электроп,й ключтавки и уставки предццущего сеанса, 32 закрывается, и опорная частота ненизкий уровень сигнала с выхода ин- - пРоходит далее на формирование уп 1646036равляющих импульсов. Шаговый двигатель останавливается.По окончании отработки уставкиустройство отключается. При этом5ключ 6 размыкается и снимает питаниес формирователя 5 сигнала "Сброс",Отрицательный перепад напряженияна входе одновибратора 7 сформируетна выходе одиночный импульс, который,поступал на отбойный вхоД поляризованного реле 9, отключает шину питания от усилителя 2 мощности черезконтакт поляризованного реле. Импульсодновибратора 7, поступая также навходы элементов И 10 - 13, 36, 37,осуществляет запись состояния распределителя 3 импульсов и знака направ-.ления вращения отработанной уставки,Запись осуществляется посредствомподачи импульсов управления на первыйили второй входы поляризованных реле15, 16 и 35, в зависимости от состояния выходов распределителя 3 импульсов и выхода знакового разряда регистра 21 сдвига, и информация запоминается на контактах с двумя устойчивыми состояниями поляризованных реле 15 и 16 (состояние распределителя3 импульсов) и 35 (состояние знаково Ого разряда),Распределитель 3 импульсов длячетырехфазного шагового двигателяможет быть выполнен, например, надвухразрядном счетчике, и дешифраторе и имеет два информационных разряда(по записи и чтению), однозначно определяющих состояние распределителя(шагового двигателя),Импульс одновибратора через эле Омент 14 задержки подается также наотбойный вход поляризованного реле 8и через его контакт отключает шинупитания от распределителя 3 импульсови остальной логической части устройст ва,Величина задержки элемента 14 эа"держки определяется временем записиинформации о состоянии распределителя3 импульсов и состоянии знакового раз-,10ряда регистра 21 сдвига.Вначалнового сеанса коррекцииключ 6 замыкается, и осуществляетсяподключение шины питания к функциональным узлам устройства по цьзшеописанной процедуре. Величина задержкиэлемента 4 определяется временем срабатывания поляризованного реле, обеспечивая задержную запись в распределитель 3 импульсов его состояния до отключения питания в предыдущем сеансе.Поскольку время срабатывания поляризованного реле на несколько порядков больше времени срабатывания электронных элементов, подключение питанияк усилителю 2 мощности произойдет после записи информации в распределитель 3 импульсов. При записи в регистр 21 сдвига новой уставки также повторится процедура сравнения знаков направления вращения текущей уставки со знаком направления вращения уставки предыдущего сеанса. Ксли при этом знаки совпали (т.е, нет изменения направле" ния вращения шагового двигателя) илюфт "выбран", то работа шагового привода начнется с отработки непосредственно заданной устввки. При этом нв выходе элемента "ИСКЛ 1 ОЧАЮЩКК ИЛИ" будет низкий уровень сигнала, твк квк на его взводах - сигналы одинакового уровня ("лог.Г или "лог, "0"),Импульс записи с выхода элемента ИПИ 29 не изменяет состояния ВЗ-триггера 23, так как на входе 8 -низкий уровень и КЯ-триггер 23 будет ивходиться в инверсном состоянии, определяемом импульсом сброса (ло входу К) с формирователя 5 сигнала фСбросф через элемент 4 задержки при включении питания.При открывании электронного ключа 32 управляющие импульсы с делителя 26 частоты будут поступать нв счетный вход счетчика 22 через элемент И 27, на одном из входов которого разрешающий высокий уровень с инверсного выхода КЗ-триггера 23.Уставкв коррекции будет отрвбота" на. При обнулении счетчика 22 ключ 32 закрывается и работа шагового дви 1 гателя прекращается.При многократных отключениях и включениях устройства в каждом новом сеанс работы шаговый двигатель начинает работать иэ положения, в котором он находился в момент отключения устройства и отрабатывает заданную уставку с учетом анализа направления вращения, заданного в текущей уставке, по отношению к направлению вращения предыдущего сеанса (т.е. обнаружение реверса). При этом, если реверса нет, то сразу отрабатывается заданная уставкв, если имеет место реверс, то вначале отрабатывается суммарный9 16460 лифт редуктора привода, а затем заданная уставка.Введение запоминания знака направления вращения в конце сеанса отработки по отключению питания позволяет при работе в новом сеансе при изменения знака направления вращения учитывать суммарный люфт редук. тора привода при отработке уставкнф 10 что повьппает точность работы системы.Устройство может быть использовано в прецизионных разомкнутых системах управления шаговыми приводами, где при отсутствии обратной связи по положению выходного вала привода, необходимо обеспечить высокую точность,Наибольший эффект при использовании предлагаемого устройствы может оыть получен в прецизионных системах, 20 к которым предъявлены требования обесобеспечения многократных (до 10 ) се 6 ансов при отработке разовых уставок коррекции в каждом сеансе и высокой точности. 25 ЪФормула изобретения 1 О с выходом делителя частоты, четвертым входом распределителя импульсови первым входом седьмого элемента И,подключенного вторьи входом к инверсному выходу КБ-триггера, а выходомк счетноМУ входу второго счетчика,вход записи которого подключен к выходу восьмого элемента И, первому входу пятого элемента И и входу записипервого счетчика, соединенного информационными входами с шиной записи, информационные входы второго счетчикак информационным выходам регистрасдвига, знаковый разряд которого соединен с первым входом элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ", с входом третьего элемента НЕ и пятым входом распределителяимпульсов, вход сдвига подключен к инФормационной шине, синхровход - к шине тактовых импульсов, вход сброса -к выходу первого элемента ИЛИ, второйвход которого соединен с выходом делителя частоты, а первый вход восьмогоэлемента И соединен с шиной синхронизации, второй вход - с выходом состояния второго счетчика и входом четвертого элемента НЕ, подключенного выходом к управляющему входу электронного ключа, вход которого соединен свыходом генератора импульсов, а выход " с входом делителя-синхронизатора, первый выход которого подключенк счетному входу делителя частоты, второй выход - к входу записи делителячастоты, соединенного информационныгми входами с шиной записи, причем выход элемента "ИСКЛ 10 ЧАЮЩЕЕ ИЛИ" подключен к второму входу пятого элемента И, второй вход - к переключающемуся контакту пятого поляризованного реле, первая управляющая обмотка которого соединена с выходом девятого элемента И, вторая обмотка - свыходом десятого элемента И, первыйвход которого подключен к входу третьего элемента НЕ, второй вход - кпервым входам четвертого и девятогоэлементов И, второй вход девятогоэлемента И соединен с выходом третьего элемента НЕ, а неподвижные контакты пятого поляризованного реле подключены к шинам питания,Устройство для управления шаговым двигателем по авт.св, У 1429275, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с це лью повышения точности, введены с пятого по десятый элемент И, пятое поляризованное реле, третий и четвер" тый элементы НК, первый и второй счетчики, регистр сдвига, элемент ИСКЛ 10- 35 ЧАЮЩЕЕ ИЛИ" КБ-триггер, генератор импульсов, управляемый электронный ключ, делитель-синхронизатор, делитель частоты, первый элемент ИЛИ и второй элемент ИЛИ, первый вход кото рого подключен к выходу первого элемента задерзжи, к входам сброса первого и второго счетчиков, делителя-синхронизатора, делителя частоты и к первому входу первого элемента ИЛИ, вто рой вход второго элемента ИЛИ - к выходу переполнения первого счетчика, а выход - к К-входу КЗ-триггера, подключенного 8-входом к выходу пятого элемента И, прямым выходом - к первому входу шестого элемента И, соединенного выходом со счетным входом первого счетчика, а вторым входом -164 б 036 Составитель В. Ал 4 имовРедактор Е, Зубиетова Текред Л,Олийнык оррект Ревск 1 ФПроизводственно-издательский комбинат Патент ул. Гагарина, 10 Заказ 1555 Тирах 354 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКЖ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5