Устройство для программного управления шаговым двигателем

.ЯО.А СОКИ СОВЕТСНИХОШЮЛЕаеаекРЕСПУБЛИК тВаННЫй КОМИтат СССЕЛШНВСЮНВЮ и апалюИ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТОРСИОЬВУ СЗИДЕТЕПЬСТВУ ва(21) 3329734/18-24 элемента И, элемент И-НЕ и последо- (22) 14 08.81 вательно соединенные второй порого- (46), 30,04.83, Бюл. Р 16 вый элемент, третий элемент И, эле- (72) П.Я. Комарченко мент задержкЫ и второй триггер, блок (53) 62-503.55 (088.8) задания программы первым, вторым и (56) 1. Авторское свидетельство СССР : третьим выходами соединен с соответ- В 734619, кл. 6 05 В 19/40, 1980. ствующими входами распределителя им 2. Авторское свидетельство СССР пульсов, четвертым выходом - с чет- Ю 566242, кл, 6 05 В 19/40, 1977 вертим входом распределителя им(прототип) . пульсов и с третьими входами каналов управления, первый триггер сое- (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО . динен 5 -входом с выходом первого УПРАВЛЕНИЯ ЗВГОВЫИ ДВИГАТЕЛЕМ, содер- . порогового элемента, а инверсным выжащее распределитель импульсов, вы- ходом - с первым входом первого элеходами соединенный с первыми входами мента И, выходом соединенного с пер- Л/ каналов управления, первыми и вто- вым входом элемента И-НЕ и с вторым рыми выходарж соединенных с соответ- входом второго электронного ключа,ствующей Фазной обмоткой шаговогоЙ-вхОд первого триггзра соединен с двигателя, каждый из каналов управ- первым входом второго; элемента И и .ления содержит первый электронный с третьимвходом канала управления, ключ, выходом соединенный с первым второй триггер соединен прявым выховыходом канала управления, первым . дом с первым входом второго пороговходом - с вторым выходом канала уп-. ного элемента, второй вход которого Я равления, с которым соединен выход и вход первого порогового элемейта блока питания, и .последовательно соединены, выход второго элемента И соединенные второй электронный ключ соединен с к -входом второго триггеи датчик обратной связи, соединенный ра, вторые входы элемента задержки, выходом с общей шиной,а входом - с первого, второго и третьего элементов входом первого порогового элемента, И соединены с первым входом канала первый вход второго электронного клю: управления, выход третьего элемента .ча соединен с вторым выходом канала И соединен с вторыми входами первого управления, о т,л и ч а ю щ е е.с я . ,электронного ключа и элемента И-НЕ, тем,что,с делью расширения функцио- выход элемента И-НЕ соединен с нальных возможностей,в него введены третьим выходом канала управления и ,бЛок задания програюе и в каждый с соответствующим входом блока зада- канал управления, первый триггер, д , сия программы;)10 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в автоматизированных системах управлениятехнологическими процессами от управляющих вычислительных машин, использующих шаговые двигатели.Известно многоканальное устройство для программного управления шаговым двигателем, содержащее вычислитель, распределитель импульсов,логические. элементы, счетчики, регистры, генератор импульсов, блокиуправления и памяти, адресные блокии усилители мощности шаговых двигателей 1315В известном устройстве в вычислитель передается информация о моменте изменения состояния фазы шагового двигателя, но отсутствуетпередача информации о динамическомизменении тока в фазе.Наиболее близким к изобретению.о технической сущности являетсяустройство для управления шаговымдвигателем, содержащее распределительс частотным входом, два источникапитания, блоки управления обмотками,первые входы которых соединены с выходом источника питания, а вторыевходы - с соответствующими выходамираспределителя, обмотки управлениядвигателя, начала которых соединеныс первыми выходами блоков управленияобмотками, имеющими пороговый элемент, первый и второй ключи, связанные с источниками питания, и элемент 35обратной связи, соединенный с входомпорогового элемента.В этом устройстве в, начальный момент включения фазы обмотки управления подается Форсированное напряжение, в последующий момент включенияфазы подается пониженное напряжение,что улучшает динамические и энергетические характеристики шагового двигателя 2 ,45 Однако в этом устройстве отсутствует возможность передачи информации как о статическом, так и динамическом состояниях тока в Фазах обмоток управления, что исключает возмож 50 ность работы устройства в режиме непрерывного слежения.В устройствах1и2 1 отсу тствует возможность программного изменения числа тактов шаговых двигателей, что ограничивает область их применения. Кроме того, исключается применение укаэанных устройств для управления шагойыми двигателями с дроблением электрического угла, при 60 котором повышается в целом их динамическая устойчивость,Цель изобретения - расширение Функциональных воэможностей устройства пУтем обеспечения Режима непре рывного слежения и программного изменения числа тактов.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для программного управления шаговым двигателем,содержащее распределитель импульсов,выходами соединенный с первыми входами М каналов управления, первымии вторыми выходами соединенных ссоответствующей Фазной обмоткой шаго.вого двигателя, каждый из каналовуправления содержит первый электронный ключ, выходом соединенный спервым выходом канала управления,первым входом - с вторым выходом канала управления, с которым соединенвыход блока питания, и последовательно соединенные второй электронный ключ и датчик обратной связи,соединенный выходом с общей шиной,а входом - с входом первого порогового элемента, первый вход второгоэлектронного ключа соединен с вторымвыходом канала управления, введеныблок задания, программы и в каждыйканал управления первый триггер, дваэлемента И, элемент И-НЕ и последовательно соединенные второй пороговый элемент, третий элемент И,элемент задержки и второй триг-,гер, блок задания программы первым, вторым и третьим выходамисоединен с соответствующими входами распределителя импульсов, четвертым выходом - с четвертым входом распределителя импульсов и с третьими входами каналов управления, пер" выи триггер соединен 5 -входом с выходом первого порогового элемента, а инверсным выходом - с первым входом первого элемента И, выходом соединенного с первым входом элемента И-НЕ и с вторым входом второго электронного ключа, Р -вход первого триггера соединен с первым входом второго элемента И и с третьим входом канала управления, второй триггер соединен прямым выходом с первым входом второго порогового элемента,.второй вход которого и вход первого порогового элемента соединены, выход второго элемента И соединен с Р -входом второго триггера, вторые входы элемента задержки, первого, второго и третьего элементов И соединены с первым входом канала управления, выход третьего элемента И соединен с вторыми входами первого электронного ключа и элемента И-НЕ, выход элемента И-НЕ соединен с третьим выходом канала управления и с соответствующим входом блока задания программы.На фиг.1 приведена .функциональная схема устройства для программного управления шаговым двигателем; на фиг.2 - временные диаграммы канала управления обмотками в режимах фиксйрованной стоянки и аварийной си. туации, при установке в исходное состояние, переходе на режим фиксированной стоянки и выключении обмотки управления; на фиг.3 - то же, в режиме отработки одного шага и при переходе на режим фиксированной стоянки. (индексы напряжений соответствуют позиционным номерам элементов устройства); на фиг.4 - схема элемента задержки.Устройство содержит блок 1 задания программы, распределитель 2 импульсов, блок 3 питания, Й каналов 4 управления и М фазных обмоток 5 шагового двигателя. Распределитель 2 импульсов состоит из счетчика б, формирователя 7 и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 8. Устройство содержит также второй пороговый элемент 9, первый пороговый элемент 10, первый 11 и второй 12 триггеры, третий элемент И 13, первый элемент И 14, второй элемент И 15, элемент И-НЕ 16, элемент 17 задержки, первый 18 и второй 19 электронные ключи и датчик 20 обратной связи, Блок задания программы представляет собой микроЭВМ, например фЭлектроника 60 М. Напряжение от распределителя 2 изменяется на первом входе элемента 17. задержки из 0 в 1 и запускает его. Два элемента НЕ в элементе 17 задержки служат в качестве задержки на время срабатывания формирователя импульсов; выполненного, например, на микросхеме типа К 155 АГ 1 (фиг.4).Первый выход блока 1 задания программы соединен с адресным входом ПЗУ 8 распределителя 2 импульсов, Распределитель 2 импульсов обеспечивает по адресным входам от блока.1 задания программы выбор требуемого числа фаз шагового двигателя, причем число адресных шин равно К.=Ко 2 М, где М - число фазных обмоток управления. По этим же входам осуществляется реверс шагового двигателя, когда из памяти ПЗУ 8 при той же комбинации на выходах счетчика б выбирается другая, характерная для реверса, коммутация фаз шагового двигателя.Второй выход блока 1 задания программы соединен с установочным входом счетчика б, по которому задается число тактов, требуемое для данного шагового двигателя.Это число может программно изменяться, при этом осуществляется дробление электрического угла шагового двигателя для повышения динамической устойчивости.Третий выход блока 1 задания программы соединен с частотным входом +1 счетчика 6. Четвертый выход блока 1 задания программы.оединен со сбросовым Р -входом счет- -чика б и с третьими входами каналов4 управления.По частотному входу счетчика 6из блока 1 подаются функциональныепосылки импульсов в реальном масштабе времени благодаря применениюлокальной обратной связи о динами,ческом изменении тока в фазах шагового двигателя с третьих выходовканалов 4 управления обмотками. Приэтом блок 1 анализирует длинную посылку импульсов, характерную длярежима фиксированной стоянки, короткую посылку - для обработки шагового15 угла, которому соответствует дляданного шагового двигателя определенное число импульсов, получаемыхпри широтно-импульсной модуляции(ШИМ) . С помощью канала 4 осуществ 20;ляется ШИМ управляющих сигналов сраспределителя 2 импульсов, частота,которой сохраняет среднее значениетока в обмотках 5 управления,и обеспечиваются переход на пониженное25 потребление тока обмотками 5 в режиме фиксированной стоянки и передачаинформации по третьим выходам вблок 1 о статическом и динамическомизменениях тока в обмотках 5 управЗО ления.Начало работы устройства происходит с подачей сигнала по сбросовому выходу блока 1 на распределитель2 и каналы 4 управления обмотками,при этом схема возвращается в исходное состояние. С выхода распределителя 2 по первому входу канала 4единичный уровень поступает на вторые.входы элементов И 13 - 15 и элемента 17 задержки.40 Единичные уровни от второго порогового элемента 9 и инверсного выхода первого триггера 11 подаютсясоответственно через первые входыэлементов И 13 и 14 на вторые входы45 первого 18 и второго 19 ключей. Отисточника 3 питания по шине питаниянапрвжение поступает на первый входпервого ключа 18. Ток проходит последовательно через ключ 18, обмотку50 5 управления, ключ 19 и элемент 20обратной связи на общую шину. С элемента 20 обратной связи снимаетсясигнал и подается на второй входвторого порогового элемента 9 и вход55первого порогового элемента 10, при"чем поРог срабатывания элемента 10вьпае, ".ем порог срабатывания элемента 9,Как только напряжение обратнойсвязи превысит порог срабатываниявторого элемента 9, на его выходепоявляется нулевой уровень, которыйзакрывает первый ключ 18. В моментоткрывания ключа 18 с выхода элемен-та И-НЕ 16 нулевой уровень передает 65 ся по третьему выходу канала 4 уп 1015339равления обмотками в блок 1, что свидетельствует о начале включенияобмотки 5 управления, а в моментзакрывания первого ключа 18 передается единичный уровень.Элемент 17 задержки запускается по своему второму входу перепадом импульса из нуля в единицу от распределителя 2, при этом на выходе элемента 17 задержки отсутствует появление импульсов ШИМ до тех пор, 10 пока выдержка времени элемента 17 задержки не станет равной максималь. ному периоду следования импульсов с распределителя 2, Как только с распределителя 2 импульсов прекращается 15поступление импульсов, что свидетельствует о начале фиксированной стоянки, на выходе элемента 17 задержки появляются импульсы ШИМ, которые по установочному входу перебрасывают второй триггер в единичное состояние, тем самым переключается уровень порога срабатывания по первому входу второго порогового элемента 9.25Возвращение в нулевое состояние второго триггера 12 для того, чтобы следующий разрешающий уровень с распределителя 2 отрабатывать с требуемым током в обмотке 5 управления, осуществляется подачей нулевого уровня от распределителя 2 импульсов, следуемого за единичным уровнем, через третий элемент И 15 на сбросовый вход второго триггера 12. Запуска элемента 17 задержки при подаче нулевого уровня по его второму входу не происходит, и через него частота ШИМ не проходит.При аварийной ситуации, когда ток в обмотке 5 превышает заданное зна чение, срабатывает первый пороговый элемент 10 и устанавливает первый триггер 11 в единичное состояние. При этом нулевым уровнем с инверсного выхода закРывается втоРой ключ 45 19, о чем единичным уровнем с третьего выхода канала 4 управления обмотками передается информация в блок 1. Для возобновления работы устройства требуется осуществить подачу сбросового сигнала.Блок 1 по поступаемой информации о порядке переключения обмоток 5 управления анализирует правильность их переключения и в случае сбоя прекращает подачу функциональных им.пульсов по частотному входу распределителя 2.Формирователь 7 в распределитель 2 импульсов служит для формирования короткого импульса из перепада на его входе от сигналов переноса из нуля в единицу, что исключает появление двух комбинаций на выходе счетчика б в момент его загрузки.Применение устройства для программного управления шаговым двигателем обеспечивает передачу информации в блок задания программы о статическом и динамическом изменениях тока в обмотках управления двигателя, по частоте которого судят о динамике работы шагового двигателя, а также работу устройства в реальном масштабе времени. Кроме того, устройство позволяет изменить величину электрического угла шаговогодвигателя благодаря программному изменению числа тактов коммутации, что улучшает динамическую устойчивость шагового двигателя. Обеспечиваются также работа с М -фазным шаговым двигателем с числом М тактов симметричной или несимметричной коммутации обмоток управления и улучшение энергетических характеристик шагового двигателя в режиме фиксированной стоянки при меньшем потреблении тока обмотками управления, что расшиФяет функциональные возможности предлагаемого устройства..Огар акт аказ 32 филиал ППП Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 44 Тираж 874ВНИИПИ Гасударственногопо делам изобретений и 3035, Москва, Ж, Раушска Подписноемитета СССРткрытнйнаб., д, 4/5