Устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага

1149 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в. автоматизированных системах с дискретйым электроприводом для электрического дробления шага ш-фаэного5. шагового двигателя,По основному авт.св. У 1061230известно устройство для управленияшаговым двигателем с дроблениемшага, содержащее распределитель импульсов с входами реверса и тактирования, логические элементы 2 И по числу Фаз двигателя, связанные первымивходами с выходами распределителяимпульсов, усилители мощности, коммутирующие фазы двигателя, мультиплексор нескольких каналов на один,нереверсивный двоичный счетчик,подключенный тактовым входом к шиневысокочастотных импульсов тактирования, а выходами - к управляющим.входам мультиплексора, реверсивныйсчетчик Джонсона, подключенный так"новым входом к шине низкочастотныхимпульсов тактирования, входом реверса - к входу реверса распределителя импульсов и к шине реверса уст"ройства, а выходами - к адреснымвходам мультиплексора 13.Недостатками известного. устройст,ва являются неравномерное делениешага и связанные с этим большие колебания скорости.Целью изобретения является повышение равномерности деления шага и35плавности движения.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага, содержащее распределитель импульсов 40 с входами реверса и тактирования, логические элементы 2 И по числу фаз двигатели, связанные первыми входами с. выходами распределителя импульсов, усилители мощности, коммутирующие 45 фазы двигателя, мультиплексор нескольких каналов на один, нереверсивный двоичный счетчик, подключенный тактовым входом к шине высокочастотных :импульсов тактирования, а вы ходами - к управляющим входам мультиплексора, реверсивный счетчик Джонсона, подключенный тактовым входом .к шине низкочастотных импульсов тактирования, входом реверса - к 55 входу реверса распределителя импульсов и к шине реверса устройства, а выходами - к адресным входам мульти 367 3плексора, введены логические элементы 2 ИЛИ по количеству фаз двигателя,дополнительный распределитель импульсов, аналогичный основному, с входами реверсирования и тактирования,инвертор и логические элементы ЗИЛИНЕ и ЗИ, подключенные первыми и вторыми входами соответственно к выходам первого и последнего разрядовсчетчика Джонсона, третьими входаминепосредственно и через инвертор -к шине низкочастотных импульсовтактирования, а выходами - к тактовым входам основного и дополнительно,го распределителей импульсов, причемвход реверса дополнительного распределителя импульсов соединен с шинойреверса устройства, его выходы - спервыми входами логических элементов2 ИЛИ, подключенных выходами соответственно к входам усилителей мощности, а вторыми входами - к выходамлогических элементов 2 И, соединенныхвторыми входами с выходом мультиплексора.На фиг,1 приведена функциональнаясхема устройства. применительно к четырехфазному шаговому двигателю;,на фиг.2 - временные диаграммы функционирования устройства для случаяуправления четырехфазным шаговым,двигателем (ШД) при числе уровнейквантования 0=4 и коэффициечте дробления шага Кр= .8; на фиг.З - векторные диаграммы суммарного моментапри количестве уровней квантованияИ4 и коэффициенте дробления шага8,Устройство (Фиг,1.) содержит первый распределитель 1 импульсов с входами реверса и тактирования, логические элементы 2 И 21-24 по числу фаз двига" теля, связанные первыми входами с выходами первого распределителя 1 импульсов, усилители 3.1-3.4 мощности. Коммутирующие фазы 4.1-4.4 двигателя, мультиплексор 5 нескольких каналовна один, нереверсивный двоичный счетчик 6, подключенный тактовым входом 7 к шине Тв высокочастотных импульсов тактирования, а выходами - к управляющим входам мультиплексора 5, реверсивный счетчик Джонсона 8, подключенный тактовым входом к шине Т 9 низкочастотных импульсов тактирования, входом реверса - к входу реверса первого распределителя 1 и к шине У реверса устройства 10, а1149367 выходами - к адресным входам муль",типлексора 5,Устройство также содержит логические элементы 2 ИЛИ 11.1-11.4 по количеству фаэ двигателя, второй распре делитель 12 импульсов с входами реверсирования и тактирования, инвертор 13, логические элементы ЗИЛИ-НЕ 14и ЗИ 15. Первые входы элементовЗИЛИ-НЕ 14 и ЗИ 15 объединены между 10собой и подключены к выходу первогоразряда, а их вторые входы соответственно объединены и подключены к выходу последнего разряда счетчика Джонсона 8, Третий вход элемента ЗИЛИ-НЕ 14 15соединен с шиной Т 9 непосредственно, а третий вход элемента ЗИ 15 -через инвертор 13. Их выходы соединены соответственно с тактовыми входами первого 1 и второго 12 распределителей импульсов. Вход реверса второго распределителя 12.подключен кобщей шине 10 реверса устройства,а его выходы - к первым входам элементов 2 ИЛИ 11.1-11.4. Вторые входы 25элементов 2 ИЛИ 11,1-11.4 подключенысоответственно к выходам элементов2 И 2.1-2,4, а выходы - к входам усилителей мощности 3. 1-3,4. Вторыевходы всех элементов 2 И 21-2,4объединены между собой и подключенык выходу мультиплексора 5. Входы обнуления обоих распределителей 1 и12, а также счетчика Джонсона 8объединены между собой и подключены35к общей шине У 16 установки устройства в исходное состояние.В общем случае для повышенияточности н равномерности отработкишагов некоторые из начальных и последних выходов счетчика Джонсона 8могут быть подключены к определеннымгруппам адресных входов мультиплексора 5, соответствующих заданнымуровням квантования токов в смежныхФазах двигателя. Б каждом отдельномслучае выполнения устройства число,объединенных в группы начальных иоконечных информационных входов мультиплексора 5 определяется принятымнелииейвак законом квантования токовв смежных 4 азах двигаиая в зависимости от его установленной степенинасыщенности магнитной системы.исоответственно кривой изяенениямагнитного потока в воздушном зазоре,Устройство работает еаещоощииобразом,4При подаче импульса обнуления на шину У 16 реверсивный счетчик 8 устанавливается в нулевое исходное состояние, распределитель 1 - в положение, при котором в единичном логическом состоянии находится первая половина его выходов, например для четырехфаэного ШД выходы "Вых. 1" и "Вых.2", а распределитель 12 - в положение, при котором в единичном логическом состоянии находится его "Вых. 1" (фиг.2). В соответстви. с требуемья направлением вращения к шине У 10 прикладывается единичный или нулевой потенциалы.Первоначальное нулевое состояние реверсивного счетчика 8 обеспечивает нулевые потенциалы на всех информационных входах мультиплексора 5. При подаче высокочастотных импульсов на шину Т двоичный счетчик 6 поочередно коммутирует входные нулевые потенциалы мультиплексора 5 и, тем самым, на его выходе создает постоянный нулевой потенциал, Это приводит к запиранию входных цепей элементов 2 И 2. В результате единичный потенциал оказывается только на входе и соответственно на выходе первого элемента 2 ИПИ 11.1, что приводит к открыванию только первого усилителя 3.1 и к протеканию номинального тока 1 только через первую фазу 4.1 двигателя (фиг.2). Таким образом, перед началом работы вся система находится в исходяом состоянии, соответствующем точке А (фиг. 2 и 3).Для пояснения синхронной работи устройства по тактам предположим, что реверсивный счетчик 8 и распределители 1 и 12 импульсов срабатывают от передних фронтов низкочас тотных тактирующих импульсов Т (меандра).От переднего фронта поступаемого на шину Т 9 первого тактирующего импульса в первом разряде реверсивного счетчика 8 записывается"единица, т.е. на выходе счетчика 8 устанавливаетея код 1000, Этот код периодически циркулирует на выходе муль" типлексора 5 с частотой пересчета двоичного счетчика (с частотой импульсов иа шине Ть) и в результате соэ дается высокочастотная генерация им" пульсов. Эти имнулвсы, проходя через элементы 2 И 2,2 и 2 ИЛИ 11.2 к усилите 1149367 6лю 3,2 мощности, создают ток во второйфазе 4.2 величиной -" Т(при нулевыхтоках в третьей и четвертой фазах иноминальном токе 1 в первой фазе).Благодаря этому в системе устанавливается состояние, соответствующееточкам Б (фиг, 2 и 3),В последующих трех тактах работыустройства аналогично описанному первому такту происходит потактное изменение кода в счетчике 8; 1100;1110; 1111. Это приводит к потактномуувеличению тока во второй фазе:2 34 Тр ь Тне В соответствии с15этим система поочередно принимаетразличные состояния, соответствующиеточкам В, Г и Д (фиг. 2 и 3).Этим завершается первый полуциклФункционирования предлагаемого устройства, при котором за четыре тактапоступления импульсов на шину Т 9во второй Фазе 4,2 двигателя осуществляется четырехступенчатое увеличение тока, Ступенчатое изменение д 5тока во второй фазе при номинальномтоке в первой Фазе и нулевых токах востальных Фазах приводит к ступенчатому повороту суммарного вектораэлектромагнитного момента и соответственно ротора. В результате роторотрабатывает четыре дробных шага величиной К: Ос ( й: ф где сос -ссх ( в фвеличина основного шага, а й - числоуровней квантования тока в каждойфазе.35В четвертом такте работы устройства после установки реверсивногосчетчика 8 в положение 1111 к первымдвум входам элемента ЗИ 15 поступают40единичные потенциалы. Благодаряэтому после завершения четвертоготактирующего импульса на шине Тна выходе счетчика 8 появляется единичньй импульс. От переднего Фронтаэтого единичного импульса запускаетсяраспределитель 12, что приводит к появлению единичного потенциала наего втором выходе "Вых. 2 ",Второй полуцикл функционированияустройства нанинается с пятого тактапоступления импульсов на шину Т ианалогичен рассмотргчному первому .с той лишь разницей, что происходитпотактное изменение числа единиц всчетчике 8: 1110; 1100; .1000; 0000.Это приводит к линейно-ступенчатомууменьшению тока в первой фазе при номинальном токе во второй фазе и нулевых токах в третьей и четвертой фазах. Благодаря этому система при-. нимает состояния, соответствующие точкам Е, Ж, 3 и И (фиг, 2 и 3),В восьмом такте работы после установки реверсивного счетчика 8 в положение 0000 к первым входам элемента ЗИЛИ-НЕ 14 поступают нулевые потенциалы. Благодаря этому после завершения восьмого тактирующего импульса на шине Т на его выходе появляется единичный импульс. От переднего фронта этого импульса запускается распределитель 1, что приводит к появлению единичных потенциалов на его выходах "Вых. 2" и "Вых.3".Последующие циклы работы предлагаемого устройства происходят аналогично описанному первому циклу.График П, (фиг.2) условно иллюстрирует процесс линейно-ступенчатого изменения тока в фазах (в результате потактного формирования широтно- модулированных сигналов на выходе мультиплексора 5), который имел бы место в том случае, если бы на всех выходах "Вых. 1"-"Вых.4" распределителя 1 одновременно присутствовали единичные. потенциалы, а на всех выИ 11ходах "Вых.1 "-"Вьк.4 " распределителя 12 - нулевые потенциалы. Кривыеотображают действительный ход трапециодально-ступенчатого изменения токов в соответствующих фазах двигателя при реальной циклограмме переключений выходов распределителей 1 и 12,Реверсирование устройства осуществляется путем изменения ранееприложенного на шине У 10 логичесРкого потенциала на обратный. Приэтом изменяются на обратные описанныевыше процессы Формирования кодов враспределителях 1 и 12 и в реверсивном счетчике 8.Частота тактирующих импульсов на шине Т устанавливается в соответствии с требуемой рабочей скоростью данного двигателя при заданном коэфФициенте дробления шага, а частота тактирующих импульсов на шине Т выв бирается исходя из величины электромагнитной постоянной времени двигателя так, чтобы обеспечить допустимые пульсации тока при осуществляемой широтно-импульсной модуляции фазных напряжений.1149367 управления шагос любым числом 15 Предлагаемое устройство при наличии соответствующих распредилителей импульсов может быть использовано для вым двигателем фаз.1149367 актор О. ектор А. Обруча Заказ 14/ Тираи: 64.6:ВНИИПИ Государственного комитпо делам изобретений и от113035, Москва, Ж".35, РаущскФилиал ППП "Патентф, г. Уиг я наб д. 4/5од, ул. Проектная, 4 Составитехиь 3. Горыирниченко Техред Ж,Еастелевич