Устройство для управления четырехфазным шаговым двигателем

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 12 Юв 4 Н 02 Р 8 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ еГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(72) М.Н,Глазов и А.А.Дедюшин (53) 621,313.13-133.3(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР В 886182, кл. Н 02 Р 7/62, 1980,Авторское свидетельство СССР Р 547955, кл. Н 02 Р 7/62, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЧЕТ РЕХФАЗНЫМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, (57) Изобретение относится к систе мам управления шаговыми двигателями. Оно направлено на расширение функциональных возможностей и упро щение устройства для управлениячетырехфазным шаговым двигателем.Устройство содержит коммутатор,элементы И и блок сигнализации, Длвыявления практически всех возможных неисправностей работы устройства в него введены блок определния направления движения, триггерзаписи информации о направлениидвижения, триггер перезаписи информации о направлении движения,блок блокировки перезаписи, дваждущих мультивибратора, два двухвходовых элемента И и логическийблок выявления неисправности. 5 ил1Изобретение относится к электротехнике, а именйо к системам управления с шаговыми двигателями.Целью изобретения является упрощение и расширение функциональных возможностей устройства.На фиг, 1,приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2 -один из вариантов реализации блокаопределения направления движения,на фиг. 3 - один из вариантов реализации логического блока, а на фиг.4и 5 - временные диаграммы сигналов,поясняющие работу устройства,Устройство фиг. 1 содержиткоммутатор 1 фаз шагового двигателя 2 с двумя входами Р и Р, элементы И 3, инверторы 4, блок 5 определения направления движения, ВБтриггер 6 записи фазы с трехвходовыми элементами ИЛИ 7 на входах,ББ-триггер 8 перезаписи фазы, ждущие мультивибраторы 9, блок О блокировки перезаписи, включающий всебя пороговый элемент 11, резистор12, конденсатор 13 и ключ 14 разряда конденсатора, элемент ИЛИ 15,дифференцирующие цепи 16, логический блок 17, сигнальное устройство8, трехвходовые элементы 19 и элемент ИЛИ-НЕ 20.Элементы И 3 подключены попарно к двум смежным выходам коммутатора 1 непосредственно, а к двумдругим - через инверторы 4. Триггеры б и 8 подключены противоположными входами к выходам блока. 5определения направления движенияБлок 10 блокировки перезаписи подключен входом, которым являетсяуправляющий вход ключа 14, к выходу.элемента ИЛИ 15, соединенного обоими входами с выходами дифференцирующих цепей 16. Входы дифференцирующих цепей 6 подключены к выходамблока 5 определения направления движения. Логический блок 17 соединенвходами с выходами Я, Ц, Й , Йтриггеров 6, 8 и выходом Ц, блока 10блокировки перезаписи, Выход блока17 подключен к входу сигнальногоустройства 18.На фиг, 2 приведена схемнаяреализация блока 5 на типовых логических элементах.Устройство работает следующимобразом.При отсутствии заявки на движение, когда на входах коммутатора 1202009 2действуют нулевые сигналы Р=Р=О,две из четырех фаз двигателя 2 находятся под током, а две другиеобесточены, и на входы блока 5 определения направления движения поступают потенциальные сигналы 11, и 11в любых сочетаниях по схеме полного перебора) . На временной диаграмме (фиг. 4): в качестве приме ра показаны логические сигналы 11-==О и 1, =1. Триггер 8 перезаписи ус- танавливается в одно из устойчивыхсостояний. На выходах 1 и 11 блока 5определения направления двйженияпод действием нулевого сигнала У 1возникают потенциальные нулевые сигналы. Поэтому на выходах дифференцирующих цепей 16 действуют нулевые напряжения, вследствие чего 20 25 30 35 40 45 50 55 ключевой элемент 4,находится в закрытом состоянии, конденсатор 13 заряжен и на выходе порогового элемента 11 устанавливается сигнал логической единицы, который поступает на вторые входы элементов И 19. На третьи входы элементов И 19 также посту" пает сигнал логической единицы с элемента ИЛИ-НЕ 20, Поскольку на двух из трех входах элементов И 9 действуют сигналы логической единицы, происходит перезапись информации из триггера 8 в триггер 6, так как единичный сигнал с одного из выходов триггера 8 через соответствующие элементы И 19 и ИЛИ 7 проходит на вход триггера 6, Таким образом, если Р =О, Р =О, то Яз=1, ц,=Ю е т.етриггеры 6 и 8 устанавливаются в одинаковое состояние фиг.4),Рассмотрим работу устройства в режиме движения. Предположим, что входным сигналам Р=1, Р=О (фиг. 4) соответствует движение "вверх", при котором фазы двигателя переключаются в прямой последовательности, а сигналам Р =О, Р =1 (фиг. 5) - движение "вниз" и обратный порядок чередования фаз, По любому из единичных сигналов движения элемент ИЛИ-НЕ 20 переводится в нулевое состояние и сигнал логического нуля, воздействуя на соответствующие входы И 19, препятствует перезаписи информации из триггера 8 в триггер 6. При прямом порядке коммутации фаз .двигателя 2 фазовый сдвигмежду напряжениями 11, и Ц; на входах блока 5 определения на1202009 Н,.РР Я Я Р,Р Я 40 й Я 3правления движения равен - "/2, приобратном= "/2.При(г=-Я/г на выходе 1 этого блокавозникают импульсы, устанавливающиетриггеры 6 н 8 в состояние Я, =1 ийг оПри= / импульсы возникают навыходе П блока 5, в то время какна выходе 1 действует нулевой сигнал. В результате триггеры 6 и 8переходят в противоположное состояние и Я=0, а Ц,=1,Таким образом, независимо от направления движения на одном из выходов блока 5 определения направления движения всегда присутствует импульсный сигнал, который поступаетна одну из дифференцирующих цепей6, на выходе которой выделяются импульсы. По этим импульсам открывается ключевой элемент 14 и разряжаетсяконденсатор 13, в результате чегопороговый элемент 11 переходит в другое устойчивое состояние и Ц =О.При движении "вверх" Р =1, Р =О,Я -- 1, й =О а при движении "вниз".Р =О, Р =1, Я=О, Р =1, т,е, приисправной работе устройства и наличии сигнала на движение триггеры 6и 8 находятся в противоположныхсостояниях, а блок 1 О блокировки перезаписи устанавливается в нулевоеположение.В переходном процессе (сЪиг. 4, 5)когда устройство из режима "останов" переходит.в режим движения(" вверх" или "вниз" ), либо во время реверса, происходит скачкообразное изменение сигналов Р, и Р .Идущие мультивибраторы 9 запускаются от положительных перепадов этихсигналов и формируют на своих выходах импульсы (ЖМ на фиг. 4 и 5/ Этиимпульсы воздействуют на триггер 6таким образом, что если устанавливается Р,=1 и Рг=О, то триггер бпереводится в состояние Ц.,=О. И,наоборот, при задании Р =1, Р, =О,получим Я,=1, Это означает, чтов переходном процессе триггер 6первоначально устанавливается в за- .ведомо ложное состояние. Однако,как следует из временных диаграммфиг, 4 и 5, если устройство работает правильно, то через время, не.превышающее 1/2 Т ( Т - период коммутации четырех фаз), триггер 6 перейдет в истинное состояние, соответствующее установившемуся режиму движения. Поэтому для исключения ложного сигнала на выходе сигнальногоустройства 18 в переходном процессев логическом блоке 17 предусмотрена временная задержка, причем время задержки ю выбирается не менее1/2 Т.Рассмотрим работу устройства при О неисправностях. Основные и наиболеетрудно выявляемые отказы устройстваможно свести к трем группам неисправностей, ведущих к следующим последствиям:5, 1) коммутация обмоток двигателя приотсутствии задания на движение (несанкционированное движение),2) отсутствие коммутации при наличии задания на движение (отсутствие 20 движения)3) коммутация обмоток не в заданнойочередности (движение в направлении, противоположном заданному).В первом случае выявление неис правности осуществляется логическим блоком 17 согласно уравнению которое обращается в единицу, когда ЗОтриггеры 6 и 8 устанавливаются в противоположные состояния (Ц=Ядили Я =Ч, ) при отсутствии задания на движейие (Р =Р =0), При исправной работе устройства, если Р 1 =Р=О, 35 то Р =Яи .=О.Во втором случае сигнал неисправности формируется логическим блоком 17 по уравнению Сигнал Н =1, если при наличии задания на движение (Р, Р =1 или Р Р =1) пороговый элемент 11 находится в.45 состоянии, при котором Я =1.При исправной работе устройствапри Р, Р+Р, Р =1 сигнал Я =0 и Н =О.Наконец, в третьем случае логический блок 17 выявляет неисправ ность по уравнению Н 3 1112 а 11 1При исправной работе коммутатора. сигнал Н 5 принимает нулевое зна чение, поскольку Р 1 Цц, =1 и Р Я 0 ==. Поэтому общее уравйение, описывающее алгоритм работы логического блока 17, имеет вид1202009 Ф Формула изобретения 10 гателя, соединенным с выходами комН ННаф Н 5=Р,Р,619 + Р 1 а(1614 2 Р,Р 2 Ц 1 Р,Я,ЯР,Я,Я щНа фиг. 3 приведена одна из возможных реализаций логического блока, включающего в себя четыре элемента .И, два элемента И-НЕ, два инверторал элемент ИЛИ и элемент задержки о .При появлении логического единичного сигнала на выходе блока 17 сигнальное устройство 18 дает сигнал о неисправности управляющего устройства, Этот сигнал может быть использован для блокировки сигналов управления и остановки шагового двигателя. Преимуществом предлагаемого устройства является то, что, наряду с указанными неисправностями, оно обес печивает выявление любых других характерных отказов коммутатора, которые вызывают нарушение коммутации хотя бы одной из четырех фаз двигателя при этом остальные три обмотки коммутируются нормально. В этом случае в одной из фаз двигателя ток протекает непрерывно либо не протекает совсем. На входе одного из элементов И 3 или одного из инверторов 4 действует логический сигнал, принимающий нулевое или единичное значение. При нулевом сигнале на входе И 3 или единичном сигнале на входе инвертора 4 возникает нулевой сигнал на одном из входов блока 5 определения направления движения, Это ведет к появлению нулевых логических сигналов на обоих выходах блока 5 и исчезновению импульсов, управляющих ключом 14. В результате конденсатор 13 заряжается, устанавливая пороговый элемент 11 в состояние Я =1, которое соответствует отсутствию задания на движение. Логический блок 17 обнаруживает эту неисправность вьппеуказанным способом, формируя сигнал Нъ=1.4 Таким образом, в предлагаемом устройстве простыми средствами обеспечивается автоматический контроль работы устройства для управления шаговым двигателем, который позволяет выявить практически все возможные неисправности без участия оператора при простой схеме контроля. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Устройство для управления четырехфазным шаговым двигателем, содержащее коммутатор с двумя входами и четырьмя выходами, на которых формируются напряжения прямоугольной Формы, элементы И, подключенные входами к смежным фазам двимутатора, и блок сигнализации,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью упрощения и расширенияфункциональных возможностей, в неговведены блок определения направления движения, подключенный к выходам элементоц И, триггер записи информации о направлении движенияс элементами ИЛИ на входах, триггерперезаписи информации о направлениидвижения, подключенные разноименными входами к выходам блока определения направления движения, блокблокировки перезаписи, включающийв себя пороговый элемент и интегрирующую цепь с разрядным ключомна выходе, подключенный входом через элемент ИЛИ и дифференцирующиецепи к выходам блока определениянаправления движения, два ждущихмультивибратора, два трехвходовыхэлемента И и логический блок выявления неисправности, включающийв себя четыре дополнительных элемента И, два элемента И-НЕ, два инвертора и элемент ИЛИ, соединенныйвходами с выходами дополнительныхэлементов И и И-НЕ, выход которогоявляется выходом логического блокавыявления неисправности, причем первый дополнительный элемент И подключен входами к прямому и инверсному выходам триггеров записи и перезаписи информации о направлениидвижения и через инверторы - к входам коммутатора, второй дополнительный элемент И подключен к выходаминверторов, инверсному выходу триггера записи и прямому выходу триггера перезаписи, третий дополнительный элемент И подключен к первомуи через инвертор - к второму входамкоммутатора и выходу блока блокировки перезаписи, а четвертый дополнительный элемент И подключен квторому и через инвертор - к первому входам коммутатора и выходу блока блокировки перезаписи, первыйэлемент И-НЕ соединен входом с прямым выходом григгера записи и инверсным выходом триггера перезаписи, второй элемент И-НЕ соединенвходами с инверсным выходом триггера записи и прямым выходом триггера перезаписитретьи входы обоихэлементов И-НЕ подключены к первому и второму входам коммутаторасоответственно, соединенным также 3202009через ждущие мультивибраторы с вторыми входами элементов ИЛИ триггера записи, соединенных третьими входами с выходами триггера перезаписи через трехвходовые элементы И, связанные вторыми входами с входами коммутатора через элемент ИЛИ-НЕ и третьими входами - с выходом блока блокировки перезаписи.1202009 оставитель З.Горникехред Т. Тулик Корректор М.Самборская Редактор М,Банду аказ 8103/5 11303 ал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 645ИИПИ Государственногопо делам изобретений и Москва, Ж, Раушска Подписноитета СССРкрытийаб д. 4/5