Устройство для программного управления шаговым двигателем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК н 9 1)5 0 05 В 19 ТЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством при Белорусском Государственном университете им, В,И. Ленина. (56) Авторское свидетельство СССР М 4799536, кл. 0 05 В 19/40, 1989,Авторское свидетельство СССР М 1352453, кл. 0 05 В 19/40, 1987.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для многорежимного управления шаговым электроприводом на базе трех- и четырехфазных двигателей.С целью повышения надежности устройства для программного управления шаговым двигателем путем исключения помеховых сигналов на выходах устройства и избыточных состояний при управлении трехфазным шаговым двигателем в него дополнительно введены первый 7 и второй 8 элементы ИНЕ и второй элемент НЕ 6 с новой совокупностью связей, позволивших исключитьадресную избыточность и тем самым устранить помеховые сигналы на выходах мультиплексоров 11, 13 и 14 при одновременном исключении причин возможных у прототипа сбойных либо аварийных ситуаций, так как при любом состоянии реверсивного двоичного счетчика 15 с модулем счета 8 на адресные входы мультиплексоров 11, 13 и 14 при управлении трехфазным шаговым двигателем подаются только штатные кодовые комбинации при обеспечении корректного пересчета на 6, 1 табл 1 ил.1784946 510 20 ходом одновибратора 25 30 35 40 соответствующих потенциальных сигналовблок задания режимов коммутации, первый,второй, третий и четвертый мультиплексо 5Целью изобретения является повышение надежности путем исключения помеховых сигналов на выходах устройства и избыточных состояний при управлении трехфазным шаговым двигателем. Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для многорежимного управления щаговым электроприводом на базе трех - и четырехфазных двигателей.Известно устройство для йрограммного управления трехфазным щаговым двигателем, содержащее реверсивный двоичный счетчик с тактовым входом и входом реверса, элемент ИЛИ, первый и второй элементы НЕ, элементы И-НЕ, И. ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. одновибраторов, первый и третий мультийлексоры, выходы которых являются выходами устройства, младшие адресные входы соединены с выходом элемента И, старшие адресные входы подключены к выходу третьего разряда реверсивного двоичного счетчика, вход разрешения параллельной записи которого связан с выНедостатком данного устройства являются ограниченные эксплуатационные возможности и повышенная сложность, Устройство не обеспецивает типовые режимы коммутации цетырехфазного шагового двигателя при достаточно сложной организации корректного пересчета на 6 с использованием большого количества элементов, в т.ч. одновибратора, выходной импульскоторого должен быть жестко по своим временным параметрам с тактовыми импульсами,Наиболее близким по достигаемому результату и технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для программного управления шаговым двигателем, содержащее шину выбора дви гателя, реверсивный двоичный счетчик с тактовым входом и входом реверса, элемент ИЛИ, элемент И, первый элемент НЕ, выполненный нэ трех шинах выбора режйма коммутации с переключателемдля подачи" ры, выходы которых являются выходами устройства, первый информационный вход первого мультиплексора подключен к первому выходу блока задания режймов коммутации и объединен со вторым и четвертым информационными входами соотйетственно второго и четвертого мультиплексоров,второй информационный вход первого мультиплексора связан с общей шиной и объединен с третьим, четвертым и первым информационными входами сбответствен- но второго, третьего и четвертого мульти- плексоров. третий информационный вход первого мультиплексора объединен с четвертым, первым и вторым информационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров и подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с шиной выбора тактности коммутации, второй вход связан с выхо-. дом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, второй вход параллельной записи которого соединен с общей шиной, вход реверса объединен с входом первого элемента НЕ, выход которого подклюцен к третьему входу параллельной записи реверсивйого двоичного счетчика, выход второго разряда которого соединен с первым входом элемента И; выход третьего разряда подключен к старшим адресным входам первого. второго, третьего и цетвертого мультиплексоров, младшие адресные входы которых объединены, четвертый информационный вход первого мультиплексора связан с первым, вторым и третьим информационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров и подключен ко второму выходу блока задания режимов коммутации. третий выход которого соединен с третьим информационным входом третьего мультиплексора,Недостатком известного устройства является низкая надежность при управлении трехфазным шаговым двигателем и работе реверсивного двоичного счетчика в режиме пересчета на 6. Запись нулевого кода либо кода чйсла 5 в счетчик выполняется по просечке, поступающей на вход разрешения па-, раллельной записи в том случае; когда на выходах второго и третьего разрядов счетчика появляются сигналы высокого уровня, что соответствует кодучисла 6 или 7, т.е. избыточным состоянием. При обеспечении режимов коммутации обмоток трехфазного шагового двигателя данные сигналы являются нештатными и. поступая на адресные входы мультиплексоров, обуславливают появление помеховых сигналов в виде просечек и прорезок на выходах устройства. При подаче; к примеру, сигналов низкого уровня на шины 10 и 11, что соответствует выбору одного из симметричных режимов коммута ции, перезапись данных в счетчик сопровождается появлением сигналов низкого уровня нэ всех выходах устройства, т.е. кратковременным нештатным обйулением выхода, которое может быть причиной. сбойной ситуации.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для программного управления шаговым двигателем, содеркащее элемент ИЛИ, элемент И, первый элемент НЕ, блок задания режимов коммутации, первый, вто рой, третий и четвертый мультиплексоры, выходы которых являются выходами устройства, первый информационный вход первого мультиплексора подключен к первому выходу блока задания режимов коммутации 10 и объединен со вторым и четвертым информационными входами соответственно" второго и четвертого мультиплексоров, второй информационный вход первого мультиплексора связан с общей шиной и объединен с 15 третьим, четвертым и первым информационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров, третий информационный вход первого мультиплексора объединен с четвертым, 20 первым и вторым информационными входами соответственно второго. третьего и чет. вертого мультиплексоров и подключен к выходу элемента ИЛИ, перьый вход кбторого соединен с шиной выбора тактности ком мутации, второй вход связан с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, второй вход параллельной записи которого соединен с общей шиной. вход реверса устройства и реверсивного двоичного 30 счетчика объединены с входом первого элемента НЕ, выход которого подключен к третьему входу параллельной записи реверсивного двоичного счетчика. выход второго разряда которого соединен с первым вхо дом элемента И, выход третьего разряда подключен к старшим адресным входам первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров, младшие адресные входы которых объединены, четвертый информа ционный вход первого мультиплексора свя, зан с первым, вторым и третьиминформационными входами соответственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров и подключен ко второму выходу 45 блока задания режимов коммутации, третий выход которОго соединен с третьим информационным входом третьего мультиплексора, дополнительно введены первый и второй элементы И - НЕ и второй элемент 50 НЕ, вход которого объединен с тактовым входом реверсивного двоичного счетчика; выход подключен к первому входу первого: элемента И-НЕ; второй вход которого объединен с первым входом второго элемента 55 И-НЕ и подключен к шине выбора двигателя, третий вход связан с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, четвертый вход объединен со старшим ад. ресным входом первого мультиплексора,младший адресный вход которого подключен к выходу элемента И, второй вход которого связан с выходом второго элементаИ - НЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего разряда реверсивного двоичного счетчика, первый вход параллельнойзаписи которого связан с общей шиной, авход разрешения параллельной записи подключен к выходу первого элемента И-НЕ,Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройствоотличается наличйем новых элементов, первого и второго элементов И - НЕ, второгоэлемента НЕ, а также новой совокупностьюсвязей этих элементов между собой и остальными элементами устройства, в т.ч. новыми связями ревереивйбго"дебильногосчетчика,При введении первого и второго элементов И-НЕ и второго элемента НЕ с указанной новой совокупностью связей состальными элемейталЬГустройства вышеуказанные злел 1 енты "йроявлйот в своем"взаимодействии новые свойства, обеспечивающие более высокую надежность, При реализации режимов коммутации обмотоктрехфазного шагового двигателя в устройстве исключена присущая известному реше.нию адресная избыточность, что позволилоне только устранить просечки и прорезки навыходах устройства, но и предотвратитьпричины возникновения сбойных ситуаций,тэк как прилюбом возможном состоянииреверсивного двоичногосчетЭЫЪСмодулемсчета 8 на адресные входы мультиплексоров, в т.ч. при управлениитрехфазным шаговым двигателбм; подэ 1 отсяТблькб"штатные кодовые комбинации,На чертеже представлена функциональная схема устройства для программного управления шаговъ%-двйгэтелем..устройство содержит шину 1 тактовыхимпульсов, шины 2, 3 и 4 соответственнореверса, выбора тактности коммутации идвигателя, первый 5 и второй б элементыНЕ, первый 7 и второй 8 элементы И-НЕ,элемент И 9. блок 10 задания режимов коммутации, первый 11, второй 12, третий 13 ичетвертый 14 мультиплексоры, реверсив.ный двоичный счетчик 15 и элемент ИЛИ 16.первый вход которого соединен"с шиной 3выбора тэктности коммутации, второй входподключен к выходу первого разряда ревер-сивного двоичного счетчика 15, выход второго разряда которой соединен с первымвходом элемента И Я. первый и второй входы параллельной записи связаны с общейшиной, третий вход параллельной записиподключен к выходу первого элемента НЕ 5,вход которого связан сшиной 2 реверса и1784946 510 15 20. с шины 1 тактовых импульсов и формируя на 25 30 .уровне сигнала на шине 3 и несимметрич 35 40 5055 объединен с входом реверса (1) реверсивного двоичного счетчика 15,.тактовый входкоторого подключен к шине 1 тактовых импульсов и объединен со входом второго элемента НЕ 6, вход разрешения параллельнойзаписи с выходом первого элемента И - НЕ. 7, первый вход которого соединен с выходом второго элемента НЕ 6,. второй входобъединен с первым входом второго элемента И - НЕ 8 и подключен к шине 4 выборадвйгателя, третий вход обьединен со вторым входом элемента ИЛИ 16, четвертыйвход подключен к выходу третьего разрядареверсивного двоичного счетчика 15 и объединен со вторым входом второго элементаИ-НЕ 8, выход которого связан со вторымвходом элемента И 9. выход которого подключен к младшим адресным входам(А) первого 11, второго 12, третьего 13 и четвертого14 мультиплексоров. выходы которых являются выходами устройства, старшие адресные входы В) соединены с выходомтретьего разряда реверсивного двоичногосчетчика 15, первый информационный входпервого мультиплексора 11 подключен кпервому выходу блока 10 задания режимовкоммутации и обьединены со вторым и четвертым информационными входами соответственно второго 12 и четвертого 14. мультиплексоров, второй информационныйвход первого мультиплексора 11 связан собщей шиной и обьединен с третьим, четвертым и первым информационными входами соответственно второго 12, третьего 13 ичетвертого 14 мультиплексоров, третий информационный вход первого мультиплексора 11 обьединен с четвертым, первымивторым информационными входами соответственно второго 12, третьего 13 и четвертого 14 мультиплексоров и подключен квыходу элемента ИЛИ 16, четвертый информационный вход первого мультиплексора11 связан с первым, вторым и третьим информационными входами соответственновторого 12, третьего 13 и четвертого 14 4мультиплексоров и подключен к второму выходу блока 10 задания режимов коммутации, третий выход которого соединен стретьим информационным входом третьегомультиплексора 13.Устройство для программного управления шаговым двигателем работает следующим образом,Для реализации требуемого режимакоммутации фазных обмоток выбранногошагового двигателя в блоке 10 задания режима коммутации при подготовке устройства к работе набирается (к примеру,посредством переключателей) необходимый код в соответствии с нижеприведенной 1таблицей. Тактность коммутации, т.е. выбор симметричного либо несимметричного режима коммутации, определяется уровнем сигнала на шине 3 выбора тактности, На шину 4 выбора двигателя подается потенциальный сигнал низкого уровня при использовании четырехфазного шагового двигателя либо высокого уровня при необходимости обеспечения режимов коммутации для трехфазного шагового двигателя,Направление перемещения и соответственно режим счета реверсивного двоичного счетчика 15 (суммирование либо вычитание) задается уровнем потенциального сигнала на шине 2 реверса, При подаче сигнала высокого уровня на шину 2 реверсивный двоичный счетчик 15 работает в режиме прямого счета, суммируя поступающие на его тактовый вход отрицательные импульсы своих разрядных выходах двоичный код, увеличивающийся на единичку по окончании какдого тактового, импульса. Сигнал с выхода первого разряда реверсивного двоичного счетчика 15 поступает на второй вход элемента ИЛИ 16 и либо участвует в процес. се потактного переключения уровней сигналов на соответствующих информационных входах мультиплексоров 11 - 17 (при низком ном шеститактном или восьмитактном рекиме коммутации) либо исключается иэ этого процесса при подаче сигнала высокого уровня на первый вход элемента ИЛИ 16 с шины 3 и тем самым поддержания постоянного единичного потенциала на выходе элемента 16 при симметричных трех- и четырехтактных режимах коммутации.Сигналы с выхода первого разряда реверсивного двоичного счетчика 15 одновременно поступают и на третий вход первого элемента И-НЕ 7, На втором входе этого элемента при реализации режимов коммутации для трехфазного шагового двигателя поддерживается сигнал высокого уровня и после подачи пятого тактового импульса при прямом счете, т,е. послетого, как сигнал высокого уровня появится и на выходе третьего разряда реверсивного двоичного счетчика 15, на втором, третьем и четвертом входах первого элемента И-НЕ 7 будут присутствовать разрешающие сигналы высокого уровня, обеспечивающие прохождение шестого тактового импульса через этот элемент на вход разрешения параллельной записи реверсивного двоичного счетчика 15. Тем самым шестым тактовым импульсом реверсивный двоичный счетчик 15 при прямом счете и управлении трехфазным шаговым двигателем обнуляется, не реагируя пристаршем разряде. На втором, третьем и четвертом входах первого элемента И-НЕ 7 присутствуют разрешающие сигналы высокого уровня и очередной тактовый импульс проходит через этот элемент на вход разрешения параллельной записи реверсивного 55 счетчик 15 начинает работать в режиме об ратного счета, уменьшая свое содержимое на единичку по окончании каждого тактового импульса. После достижения нулевого состояния счетчик 15 по следующемутактовому импульсу перейдет в состояние 7, 50при котором со всех его разрядных выходовснимаются сигналы высокого уровня, чтопри управлении.трехфазньцл двигателем со- .ответствуют адресному коду с единичкой в двоичного счетчика 15, блокируя его тактовый вход и обуславливая запись в счетчик кода чйсла 4 с учетом инверсии сигнала на первом элементе И-НЕ 5. Адресный код(10) при этом не меняется, соответствуя заданному при управлении трехфазным шаговым двигателем. При подаче следующих тактовых импульсов происходит дальнейшее корректное изменение адресного кода и тем самым считывание информационных входов мультиплексоров 11. 13, 14 в обратной последовательности. обеспечивающее вращение ротора шагового двигателя в противоположном направлении.Для реализации режимов коммутации обмоток четырехфазного шагового двигателя на шину 4 подается сигнал низкого уровня, запйрающий первый 7 и второй 8 элементы И-НЕ, Сигнал высокого уровня с выхода первого элемента И-НЕ 7 блокирует при этом запись информации в реверсивный двоичный счетчик 15, работающий в данных условиях в режиме пересчета на 8, Сигнал высокого уровня с выхода второго элемента И-НЕ 8 разрешает прохождение сигнала с выхода второго разряда реверсивного двоичного счетчика 15 на младшие адресные входы мультиплексоров 11-14 независимо от состояния сигнала на выходе третьего разряда счетчика 15, благодаря чему обеспечивается корректное формирование адресного кода и при управлении четырехфазным шаговым двигателем. Информация при этом снимается со всех выходов устройства. реверс отрабатывается аналогично вышеописаййбму.Таким образом, заявленное устройство для программного управления шаговым двигателем обладает, в сравнении с известным техническим решением, более высокой надежностью благодаря исключению нештатных адресных кодовых комбинаций при управлении трехфазным шагбвым двигателем, которые не только приводили к появлению помеховых сигналов на выходах устройства, но и в ряде случаев могли стать причиной сбойной либо аварийной ситуации,Формула изобретения Устройство для программного управления шаговым двигателем, содержащее элемент ИЛИ, элемент И, первый элемент НЕ, блок задания режимов коммутации, первый, второй, третий и четвертый мультиплексоры, выходы которых являются выходами ус тройства, первый информационный вход первого мультиплексора подключен к первому выходу блока задания режимов коммутации и обьединен с вторым и четвертым информационными входами соответствен- з11но. второго и четвертого мультиплексоров, второй информационный вход первого мультиплексора связан с общей шиной и обьединен с третьим, четвертым и первым информационными входами сбответстоен но второго, третьего и четвертого мультиплексоров, третий информационный вход первого мультиплексора объедийен с чет- вертым, йервым и вторым информационными оходамй соответственно второго, 10 третьего и четвертого мультиплексоров и подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с шиной выбора тактности коммутации, второй вход связан с выходом первого разряда реверсивного 15 двоичного счетчика; второй вход параллельной записи которого соединен с общей шиной, вход реверса устройства и реверсивного двоичного счетчйка объединен с входом первого элемента НЕ, выход 20 которого подключен .к третьему входу параллельной записи реверсивного двоичного счетчика; выход второго разряда которого соединен с первым входом элемента И, выход третьего разряда подключен к старшим 25адресным входам первого. второго. третьего и четвертого мультиплексоров; младшие адресные входы которых объединены, четвертый информационный вход "первого мультиплексора связан с первым, вторым и 30 третьим информационными входами соот 4 1784946 12 ветственно второго, третьего и четвертого мультиплексоров и подключен к второму выходу блока задания режимов коммутации, третий выход которого соединен с третьим информационным входом третьего мультиплексора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем исключения помеховых сигналов на выходах устройства и избыточных состояний при управлении трехфазным шаговым двигателем, в него введены первый и второй элементы И-НЕ и второй элемент НЕ, вход которого объединен с тактовым входом реверсивного двоичного счетчика, выход подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, второй вход которого объединен с первым входом второго элемента И-НЕ и подключен к шине выборадвигателя, третий вход связан с выходом первого разряда реверсивного двоичного счетчика, четвертый вход объединен со старшим адреснйм входом первого мультиплексора, младший адресный вход которого подключен к выходу элемента И, второй вход которого связан с выходом второгоэлемента И-НЕ, второй оход которого соединен с выходом третьего разряда реверсионого счетчика. первый вход параллельной записи которого связан с об- . щей шиной а вход разрешения параллельной записи подключен к выходу первого элемента И-НЕ. Выхо ы блока 10 за айия ежима Режим коммутации О 0 0 1 (Трехфаз. нцй ШД)0 0 0 Шина 4 вы- Шина 4 выбора доига- бора такттеля ности Трехгактная коммутация; 2-3-1-2 Трехтактная коммутация: .