Устройство для управления -фазным шаговым двигателем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) И 1)5 Н 02 Г" Ю "11 11 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛЬСТ А ВТОРСКОМУ СвИ юл. В 23 конструкторскоого оборудонани С.В.Кольцов бюИзобретениэлектрическимиспользовано посто 5, со нного запоминающег дицеццого выходами устроиства с входами ователя 6, дключенный относится к упранлению маппгцами и может быть я управления многофазгателем с электричесцифро счетч цалогового преобра к 7 по модулю ш, п к шине 8 нысокоча ым шаго входо тотных им ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) ЛвторскоР 1267582, клАвторское1 Р 1443116, кл ким дроблением шага в системах автоматизированного электропривода.Цель изобретения - повышение экономичности и надежности устройства.На фиг.1 представлена структурная схема устройства, на фиг.2 - схема упранления ключевым усилителем мощности полумостоной схемы, на фиг.3 схема управления ключевым усилителем мощности мостовой схемы, на фиг.4 диаграммы напряжений на выходах элементов устройства.Устройство для управления ш-разным шаговым двигателем содержит дноичньп 1 реверсивньпЪ счетчик 1, соединенньп входами с нинами сброса 2, реверса 3 и низкочастотных импульсов тактирования 4 выходами подключе цый к перной группе адресных вход(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ш-ФАЗНЯ 1 1.1 ЛГОВЫ 1 ДВИГАТЕЛЕИ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано дляуправления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага. Цель изобретения состоит в повышении экономичности и надежности. Контролируетсяток фазы двигателя, подключенной кмостовому усилителю мощности, и обеспечивается задержка замыкания следующего ключа до запирация ранее включенного, чем предотвращается появление сквозного тока. 4 ил. пульсов тактирования, а выходами -к другой группе адресных входов постоянного запоминающего устройства 5и входам дешифратора 9, а также ш каналов управления, каждый из которыхсодержит аналоговьп ключ 1 О, соединяющий выход цифроаналогового преобразователя 6 с первым входом регулятора тока 11, выполненного в видестробируемого компаратора с запоминанием сигнала на выходе, ключевой усилитель 12 мощности (ключ), подключенный входами к шинам 13 и 14 источникапитания (на чертеже не показан). Квыходу усилителя 12 подключены последовательно соединенные фаза 15 двигателя и датчик 16 тока, выход которогоподсоединен к второму входу регулятора 11 тока, выход которого связан синформационным входом 1)-триггера 17,соединенного выходом с инФормационнымвходом 1)-триггера 18. Управляющие вхо 5ды аналогового ключа 10 и регулятора11 тока объединены с инверсными динамическими тактовыми входами записи1)-триггеров 17 и 18 и подключены ксоответствующему выходу дешифратора9. Выходы 1)-триггеров 17 и 18 всехканалов управления подключены к адресным входам постоянного запоминающего устройстна 19, выходы которогоподсоединены к управляющим входам соответствующих усилителей 12 мощности.Полумостовой усилитель 12 мощности (си. Фиг.2) включает ключи 20 и21 и обратные диоды 22 и 23,11 остовойфусилитель мощности (см 20Фиг.3) состоит из ключей 24-27 и обратных диодов 28-31.Устройстно для управления в-фаэным шаговым двигателем работает следующим образом. 25В начальный момент на шину 2 йодается сигнал установки устройства в исходное состояние, по которому счетчик 1 перенодится в нулевое состояние, и ца адресные входы постоянногозапоминающего устройства 5 поступаетисходный код. Высокочастотные импульсы тактировдния с шины 8 подсчитываются по модулю ш счетчиком 7 и сигналыс его выходов поступают ца вторуюгруппу адресных входов постоянного 35запоминающего устройства 5, обеспечивая поочередцую выборку и подачу навходы ццфроаналогоного преобразователя 6 ш экнивалентцых двоичных кодов.При поступлении каждого импульса тактировацил по вице 8 дешифратор 9 формирует стробирующий сигнал, которыйпоступает в соответствующий канал управления, Этот сигнал замыкает одиниз аналоговых ключей 10 и эталонныйсигнал с ныходд цифроаналогового преобразователя 6, задающий величину тока в Фазе 15 двигателя, поступает навход регулятора тока 11 соответствую -щего канала управления. При этом сигнал с выхода дешифратора 9, поступающий цд стробирующий вход коипаратора,разрешает сравнение значений эталонного сигнала и фактического тока. Регулятор тока 11 вырабатывает логический сигнал рассогласования, для которого уровень логической 1 соответствует превышению сигнала задания надфактическим током. По срезу стробирующего сигнала в 1)-триггер 18 заносится сигнал с выхода 1)-триггера 17, а в П-триггер 17 заносится сигнал с выхода регулятора тока 11. Тдкии образом, 1)-триггер 17 хранит информацию с выхода регулятора тока 11 в даццои такте, а 1)-триггер 18 - выходной сигнал регулятора тока 11 предыдущего такта управления. Наличие информации о состоянии выходного сигнала регулятора тока 11 н настоящем и предыдущем тактах управления позволяет реализовать такой режим работы силовых ключей 12, при котором изменение направления тока в фазе 15 двигателя производится через паузу, н которой все силовые ключи отключены. Так, когда фактический ток меньше заданного, на выходах регулятора тока 11 и 1)-триггеров 17 и 18 имеются сигналы логической 1. Соответствующая фаза 15 двигателя через силовые ключи 12 подключается к соответствующим шинам источника питания. Когда фактический ток превысит заданное значение, сигнал на выходе регулятора тока 11 примет уровень логического 0 и на выходе 1)-триггера 17 будет сигнал логического О, а на выходе 1)-триггера 18 сигнал логической 1. В этом такте управления Фаза 15 будет отключена о) шин источника питания и ток н ней будет спадать. Если к следующему такту выходной сигнал регулятора тока 11 сохранит уровень логического О, то на входах 1)-триггеров 1 и 18 будут сигналы логического 0 и Фаза 15 будет подключена к шинам источника питания противоположной полярности. Таким образом, комбинация выходных сигналов 1)-триггерон 17 и 18 0-1 или 1-0 вызывает отключение соответствующей фазы 15 двигателя от шин источника питания, а комбинация.0-0 или 1-1 нызывает подключение фазы 15 двигателя к соответствующим шинам источника питания. Постоянное запоминающее устройство 19 преобразует код с выходов 1)-триггеров 17 и 18 в сигналы упранлеция ключевыми элементами 12. При этом постоянное запоминающее устройство 19 может быть запрограммировано для упранления различныии схемами ключевых элементов (мостовой или полумостовой). При поступлении очередного импульса по шине 4 низкочастотных импульсов тактирования счетчик 1 переводится в20 50 состояние с другим кодом сигналов ца выходах. Периодическое изменение кодов на выходах счетчика 7 обеспечива. ет поочередное извлечение из постоянного запоминдюцего устройства 5 и подачу ца входы циФроаналогового преобразователя 6 ш новых эквивалентных кодов, которые являются последующими уровнями ступенчато-изменяющихся сигналов задания на токи фаз. Таким образом, поступление импульсов по шине 4 обеспечивает периодическое изменение сигналов задания на токи фаз двигателя. Величина периода повторения пропорциональна разрядности счетчика 7 и периоду импульсов на шине 4.11 ри подаче сигнала ца шину 3 реверса счетчик 1 изменяет направление счета, тем самым изменяя порядок чередования токов в фазах двигателя и направление его движения.Рассмотрим работу силовых ключей, выполненных по полумостовой схеме при управлении двухфазным шаговым двигателем в соответствии с фиг.2. Здесь каждая Фаза 15 двигателя подключеца к обцей точке ключевых элементов 20 и 21, параллельно каждому иэ которых включены обратные диоды 22 и 23 соответственно. Входы ключевых элементов 20 и 21 подключены к выходам данных ДОДЗ постоянного запоминающего устройства 19, к адресным входам которого подключены вьходь 0-триггеров 17 и 18.Допустим, на выходах Р-триггеров 17 и 18 установлены сигналы логической 1. При этом на выходах данных ДО, Д 1 постоянного запоминающего устрой - ства 19 устанавливаются сигналы логической 1 (см. табл. 1), которым соответствуют открытое состояние ключевого элемента 21 и закрытое состояние ключевого элемента 20, и подключение фазы 15 двигателя к отрицательной нине 14 источника питания. При превышении током в фазе 15 заданного значения по срезу стробируюцего сигнала на выходе 0-триггера 17 устанавливается сигнал логического О, а на выходах ДО и Д 1 постоянного запоминающего устройства 19 - сигналы логических 1 и 0 соответственно. В данном такте управления происходит восстановление запираюцих свойств ключевого элемента 21, и он закрывается. Энергия, эа- пасенная в индуктивности фазы 15, разряжается через диод 22 на емкости Фильтра источника питания. Если в сле 1 О 15 25 30 35 40 45 дующем такте сгцдл цд выхое регулятора тока це изменится, цд выходе Ь-трггера 18 установится сигнал логн ского О, д на вьходах ДО и Д 1 постоянного здпоминдющего устройства 19 - сигналы логического О, Ключево элемент 20 подключит фазу 15 к положительной шцце 13 источника питания (см. Фиг.4).1.роесс обратного переключения каждой дзь аналогичен описанному выше. Выходным сигналам 0-1 и 1-0 Р-триггеров соответствуют отключенные состоя:ия ключевых элементов 20 и 21, что исключает режим сквозных токов.При управлении двухфазным шаговым двигателем для случая, когда силовые ключ выполнены по мостовой схеме (см. Фиг.З), Фаза 15 шагового двигателя и датчик тока 16 соединены последовательно и включены между общими точками ключевых элементов 24, 25 и 26, 27. Параллельно ключевым элементам включены обратные диоды 28, 29 и 30, 31 соответственно. Управляющие входы ключевых элементов 24-27 подключены к выходам ДОД 7 данных постоянного здпоминаюцего устройства 19, к адресным входам ЛОАЗ которого подключены выходы 0-триггеров 17 и 18.Допустим, цд выходах 0-триггеров 17 и 18 установлены сигналы логической 1. Пр этом на выходах данных ДО, Д 1, Л 2, ДЗ постоянного запоминающего устройства 19 устанавливаются логические сигналы О, 1, 1, 0 соответственно (см. табл. 2), которым соответствуют открытые состояния ключевых элементов 24 и 27 и закрытые состояния ключевых элементов 25 и 2 б. Общая точка диодов 28 и 29 (точка "А" Фазы 15) подключена к шине 13, а обцая точка Фдзь 15 и датчика 16 (точка "В") - к шине 14 источника питания. При превышении током в фазе 15 заданного значения по срезу стробирующего сигдла на выходе П-триггера 17 устанавливается сигнал логического О, ана выходах ДО, Д 1, Д 2, ДЗ постоянногозапоминающего устройства 19 - логические сигналы 1, О, 1, 0 соответственно. В данном такте управления происходит восстановление запирающих свойств ключевых элементов 24 и 27 и они закрываютсяЭнергия индуктивности фазы 15 разряжается через диоды 29и 30 на емкости фильтра источника питания. Если в следуюцем такте сигнал на выходе регулятора тока не изменит16 58364 мощности,Таблица 1 Таблица прожига ПЗУ для полумостовой схемы Адрес Данные Адрес Данные Адрес Данные Адрес Данные 0100 0100 1000 0100 1100 1100 0000 0000 0001 0001 0010 0001 0011 0011 1001 0101 1010 0101 1011 011 1101 1101 1110 1101 1111 1111 0101 0101 0110 0101 0111 0111 ся, на выходе Р-триггера 18 установится сигнал логического О, а на вы-ходах ДО, Д 1, Д 2, Д 3 постоянного запоминающего устройства 19 - логические сигналы 1, О, О, 1 соответственно. При этом ключевой элемент 25 подключит точку "А", а ключевой элемент 26 - точку "В" фазы 15 к шинам источника питания 14 и 13 соответственно (с. гиг,4),Процесс обратного переключения каждой фазы аналогичен описанному. Выходным сигналам 0-1 и 1-0 0-трггеров соответствуют отключенные состояния ключевых элементов 24-27. Следовательно, данная схема управления шЛ-. говым двигателем позволяет повысить надежность управления эа счет исключения режима сквозного тока и уменьшения потери в силовых ключах. Имея простую схему, устройство управления в то же время обладает расширенными функциональннми возможностями и способно работать с различными вариантами силовых схем, что расширяет область его применения. борула изобретения Устройство для управления ш-Фазным шаговым двигателем, содержащее двоичный реверсивньв счетчик, соединенный входами с шинами сброса, реверса и низкочастотных импульсов тактирования, а выходами подключенный к первой группе адресных входов постоянного запоминающего устройства, соединенного выходами с входами цифроаналогового преобразователя, счетчик по моду лю ш, подключенный входом к шине высокочастотных импульсов тактирования,а выходами - к другой группе адресных 5входов постоянного запоминающего устройства и входам дешифратора, и ш каналов управления, каждый из которыхсодержит аналоговый ключ, соединяющий выход цифроаналогового преобразователя с первы входом регулятора тока, выполненного в виде стробируемогокомпаратора с запоминанием сигнала навыходе, ключевой усилитель мощности,подключенньп входами к шинам двуполярного источника питания, а выходом -к последовательно соединенным фазедвигателя и датчику тока, выход датчика тока подключен к второму входурегулятора тока, управляющие входы 20аналогового ключа и регулятора токаобъединены и подключены к соответствующему выходу дешифратора, о т л ич а ю ц е е с я тем, что, с цельюповышения экономичности и надежности, 25 введено второе постоянное запоминающее устройство и в калдьй канал управления введены два П-триггера, ин"формационный вход первого из них подключен к выходу регулятора тока, а 30второго - к выходу первого Р-триггера, тактовые входы Р-триггеров объединены и подключены к управляющемувходу регулятора тока, адресные входывторого постоянного запоминающего устройства подсоединены к выходам 0-триггеров всех каналов управления, а выходы подключены к управляющим входамсоответствующих ключевых усилителей1 О Таблица 2 Таблица прожига ПЗУ для мостовой схемы7 Данные Лдрес ,1 анные Лдрес анные Лдрес Л,прес Данные ОООО 10011001 0 100 010 11001 1000 01011001 1100 0110 1001 0001 10010101 0101 О 010101 100 01030101 1101 01100101 0010 10010101 01 О 0101010. 10 О 01010101 1110 01100101 0011 10010110 О 11 О 010110 101 01010110 1111 011001101 б 58364 Составитель В.Алф овКузнецова Техред М.Дидык Корректор Л.Патай Редак роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Заказ 243 ВНИ 11 ПИ Го Тираж 355 арствепного комитета по и 113035, Москва, Ж, Подписноебретениям и открытиям при ГКНТ Саушская наб., д. 4/5