Устройство для управления шаговым двигателем

(56) Авторское свВ 1066018,.кл, НАвторское свидУ 783941, кл. Н 0 8.8 СССР983.СР79.ИЯ ШАГОидет ель с тв 2 Р 8/00,тельство Р 7/62, АВЛ итси к электрооваться в оборудовании овыми двигаия является я путем сокрая. На всей стройство позолютное значеие. У ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ МУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение отностехнике и может испольпрограммно-управляемомпозиционного типа с шателями. Целью изобретеповьппение быстродействщения времени торможенидистанции перемещенияволяет поддерживать аб ние динамической ошибки (рассогласование между положениями ротора двигателя и магнитного поля в статоре)на уровне, обеспечивающем максимальные значения вращающего и тормозящегомоментов как на участках разгона идвижения на максимальных скоростях,так и на участке торможения, Величина динамической ошибки отражается содержимым реверсивного счетчика. 8, напрямой и обратный входы которого поступают импульсы генератора 1 и датчика 5 шагов соответственно. Реверсивный счетчик через дополнительныйблок 9 анализа динамической ошибки идва элемента И 12 и 13 регулируетчастоту генератора 1 на участке торможения, обеспечивая при эффективномторможении отработку заданных перемещений без потери шагов двигателем.7 ил.133435Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в дискретном электроприводе, например, в станках с числовым программным управлением.Цель изобретения - повышение быстродействия двигателя путем сокращения времени торможения.На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг, 2 - схема генератора; на фиг. 3 - схема компаратора; на фиг. 4 - элемент сравнения кодов; на фиг.5 - блок анализа динамической ошибки двигателя; на фиг. 6 - дополнительный блок анализа динамической ошибки двигателя; на фиг. 7 - график изменения скорости двигателя на дистанции 200 мм. 20Устройство содержит генератор 1 с двумя входами Р и Т для увеличения и снижения частоты соответственно. Выход генератора 1 соединен через первый вход ключа 2 с коммутатором 3 фаз шагового двигателя 4. На оси шагового двигателя 4 установлен датчик 5 шагов, выход которого подключен к первому входу компаратора 6. Выход ключа 2 соединен с вторым входом компаратора 6 и со счетным входом счетчика 7 с предварительной установкой.Выходы компаратор 6 подключены к прямому и обратному входам реверсивного счетчика 8, выход которого подключен к первому входу блока 9 анализа динамической ошибки двигателя, второй вход которого подключен к первому выходу дешифратора 10, вход которого 40 подключен к выходу счетчика 7. Второй выход элемента 10 подключен к второму входу ключа 2, а третий выход - к первому входу дополнительного блока 11 анализа динамической ошибки двигате ля, второй вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика 8. Первый и второй выходы блока 9 подключены к первым входам элементов И 12 и 13 соответственно. 50Первый и второй выходы блока 11 подключены к вторым входам элементов И 12 и 13 соответственно. Выходы элементов И 12 и 13 подключены к входам Т и Р генератора 1 соответственно.5 б Генератор 1 (фиг, 2) релаксационного типа реализован на базе четырех элементов 2 И-НЕ 14-17. Частота генератора задается конденсаторами 18 и 19 02и резисторами 20 и 21, Плавное нарастание-с.нижени частоты происходит при отпирании-запирании транзистора 22 и запирании-отпирании транзистора 23.Конденсатор 24 и резисторы 25 и 26 определяют законь 1 снижения и увеличения частоты генератора. Ключ 2 представляет собой схему совпадения с двумя входами и может быть реализован намикросхеме 2 И-НЕ, на один из входовкоторой подключается выход генератора, а на второй вход - второй выходдешифратор 10.Коммутатор 3 является сдвиговымреверсивным регистром с двенадцатьюсостояниями. Компаратор 6 (фиг. 3)состоит из двух идентичных каналов,включающих в себя, соответственно,два триггера 27 и 28, и 29 и 30, инверторы 31 и 32, элементы 2 И-НЕ 33и 34.Первый и второй входы компаратора 6 представляют собой входы первогои второго каналов, а выходы компаратора - выходы этих двух каналов, Импульсы напряжения, поступающие на первый 1и второй входы компаратора 6, преобразуются на его выходах синхроннос двумя сдвинутыми на полпериода тактирующими сериями импульсов 1 т и 2 т,вырабатываемых генератором 35. Тактирующие серии импульсов в каналах компаратора 6 перекрещены; 1 т для первого канала - это 2 т для второго канала и наоборот. Поэтому выходные сигналы компаратора не перекрываются вовремени независимо от времени поступления входных сигналов. Счетчик 7 является двоичным счетчиком с входомпредварительной установки,Дешифратор 10 (фиг, 4) реализован на типовых элементах логики; двух схемах 8 И-НЕ 36 и 37, одной схеме 4 ИНЕ 38, восемнадцати инверторах 39-56. Дешифратор 10 на своих трех выходах вырабатывает следующие сигналы. На первом выходе сигнал уровня напряжения логической единицы вырабатывается при наличии хотя бы одной единицы в шести старших разрядах счетчика 7, что соответствует участку разгона и движения на максимальной скорости (при вращении ротора шагового двигателя 4 с положительным значением динамической ошибки). На третьем выходе сигнал уровня логическойединицы вырабатывается при нулевом состоянии шести старших разрядов счетчика 7, что со 3 13343 ответствует дистанции торможения (при вращении ротора шагового двигателя 4 с отрицательным значением динамической ошибки). На втором выходе сигнал5 напряжения уровня логического нуля вырабатывается при нулевом состоянии всех разрядов счетчика 7, что является признаком окончания отработки заданного перемещения.и обеспечивает запирание ключа 2. Реализация дешифратора 10 показана на фиг. 4 при шестнадцатиразрядной информации, поступающей с выхода счетчика 7, и включении торможения в моменты появления сигналов уровня логического нуля в 11-16 разрядах.Блок 9 (фиг. 5) на первом своем входе имеет четыре инвертора 57-60,выходы которых подключены к входам первого элементы 4 И-НЕ 61, Одновременно выходы инверторов 57, 59, 60 подключены к первому, третьему, второму входам второго элемента 4 И-НЕ 62, четвертый вход которого подключен к вхо ду второго инвертора 58 Выходы элементов 4 И-НЕ 61 и 62 подключены к установочным входам триггера 63, выходы которого подключены к входам пятого 64 и шестого 65 инверторов соответственно, выходы которых представляют собой соответственно первый и второй выходы блока 9. Вход ключа 2 блока 9 подключен к входу блокировки триггера 63.Блок 11 (фиг, 6) на втором своемвходе имеет четыре инвертора 66-69,выходы которых подключены к входамэлемента 4 И-НЕ 70, Первый вход элемента 4 И-НЕ 71 подключен к выходу инвертора 66. Второй, третий и четвертый входы элемента 4 И-НЕ 71 подключены к входам третьего, четвертого ивторого инверторов 68, 69 6 соответственно. Выходы элементов 4 И-НЕ 70и 71 подключены к установочным входам 45триггера 72, выходы которого подключены к входам пятого и шестого инверторов 73 и 74 соответственно, выходыкоторых образуют первый и второй выходы блока 11. Вход генератора 1 бло ка 11 подключен к входу блокировки триггера 72,Блок 9 и дополнительный блок 11 нафиг. 5 и 6 изображены для диапазонаабсолютных величин динамической ошибки 0-2 шагов двигателя 4. Блок 9 анализирует положительные значения динамической ошибки и включается на участках разгона и движения на максималь 504ных скоростях шагового двигателя 4 при соответствующих состояниях счетчиков 7, т,е. при наличии единицы хотя бы в одном из 11-16 разрядов счетчика 7, при которых выдается с первого выхода дешифратора 10 логическая единица, разрешающая работу блока 9, а с третьего выхода дешифратора 10 выдается логический нуль, блокирующий работу дополнительного блока 11, Последний анализирует отрицательное значение динамической ошибки и включается на участке торможения, когда в разрядах 11-16 счетчика 7 присутствуют нули. При этом на третьем выходе дешифратора 10 появляется логическая единица, разрешающая работу дополнительного блока 11, а с первого выхода дешифратора 10 выдается логический нуль, блокирующий работу блока 9,Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии нулевое состояние счетчика 7, на втором выходе дешифратора 10 задают логический нуль, запирающий ключ 2. Логический нуль с первого выхода дешифратора 10 задает логическую единицу на обоих выходах блока 9 анализа. Логическая единица с третьего выхода дешифратора 10, при нулевом состоянии реверсивного счетчика 8 приводит к появлению на первом выходе дополнительного блока 11 анализа логической единицы, что обеспечивает появление логической единицы на выходе первого элемента И, приводящей к работе генератора 1 на низкой частоте, равной частоте приемистости шагового двигателя 4.При занесении информации о величине перемещения в счетчик 7 на втором выходе дешифратора 10 вырабатывается логическая единица, которая отпирает ключ 2. Логические нули на третьем выходе и логической единицы на первом выходе дешифратора 10 приводят к блокировке дополнительного блока 11 анализа выдаче логической единицы на обоих его выходах) и разрешению работы блока 9 анализа.При состояниях реверсивного счетчика 8, соответствующих малым значениям динамической ошибки, при которых вращающий момент не достигает максимальной величины, логической единицы на втором выходе блока 9 анализа через второй элемент И 13 поступает на вход Р генератора 1 На первом выхо 5 13343 де блока 9 анализа вырабатывается логический нуль, поступающий на вход Т генератора 1. Частота генератора 1 увеличивается. Импульсы с вьгхода ге 5 нератора 1, прошедшие через ключ 2, уменьшают содержимое счетчика 7, через второй вход компаратора 6 увеличивают содержимое реверсивного счетчика 8 и через коммутатор 3 фаз осуществляют управление вращением шагового двигателя 4. Импульсы с датчика 5,шагов через первый вход компаратора 6 уменьшают содержимое реверсивного счетчика 8. При достижении состояния реверсивного счетчика 8, равного максимальной установленной величине динамической ошибки, на первом выходе блока 9 вырабатывается логическая единица. Логический нуль и логическая 20 единица через первые входы элементов И 13 и 2 поступают на входы Ри Т генератора 1 соответственно, вызывая уменьшение его частоты. Беличи" на динамической ошибки уменьшается 25 до достижения состояния реверсивного счетчика 8, соответствующего малым значениям динамической ошибки, при которых вращающий момент начинает уменьшаться. При этомлогическая еци- З 0 ница и логический нуль с второго и первого выходов блока 9 соответственно, через первые входы элементов И 13 и 12 поступают на. входы Р и Т генератора 1, увеличивая его частоту.ЗБКогда состояние счетчика 7 становится соответствующим дистанции торможения, на первом и третьем выходах дешифратора 10 вырабатываются логический нуль и логическая единица соответ 40 ственно. Работа блока 9 анализа при этом блокируется, Разрешается работа блока 11 анализа, который вырабаты-. вает логическую единицу и логический нуль на первом и втором выходах соответственно, Зти уровни через вторые ,входы элементов И 12 и 13 поступают на входы Т и Р генератора 1 соответственно, снижая его частоту Абсолютное значение динамической ошибки50 уменьшается, а тормозящий момент воз " растает.1Таким образом, на участке торможения дополнительный блок 11 и два элемента И 12 и 13 обеспечивают эффектив- б ное торможение ротора шагового двигателя 4 магнитным полем статора при отрицательных значениях,цинамической ошибки, соответствующих максимальным 506величинам тормозящего момента. Послеотработки заданного перемещения состояние счетчика 7 становится равнымнулю, что вызывает запирание ключа 2логическим нулем с второго выхода дешифратора 10.Увеличение эффективности тормозящего момента на участке торможенияпозволяет сократить время сниженияскорости на 507 и увеличить дистанциюдвижения на максимальной скорости. Нафиг. 7 представлен график, поясняющийрасчет величины сокращения времени отработки перемещения на 200 мм для линейного закона нарастания и сниженияскорости перемещения с У =20 до У ==180 мм/с при соответствующем шагевинта механизма перемещения равном6 мм,На фиг, 7 приняты следующие обо-.значения: 1 р и р - дистанция и время1 О 11разгона 9 1 в .м1 ммдистанцияи время движения на максимальной скорости при управлении от устройства,выполненного по прототипу, и от предлагаемого устройства соответственно;11 С 1 Г - дистанция и времяторможения для прототипа и предлагаемого устройства соответственно; Т,Т - общее время отработки указанногоперемещения для прототипа и предлагаемого устройства,Указанные параметры траекторииимеют следующие значения; Тр=10 мм;1=170 мм; 1 =-20 мм.", 1 =180 мм; 1 г ==10 ьм,Относительное снггжение времени отработки перемещения составляет 5,67,При более коротких перемещениях относительное сокращение времени перемещения будет выше указанного, при болеедлинных - ниже,Формула изобретения Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее управляемый генератор импульсов переменной частоты с входами увеличения и снижения частоты, соединенный выходом через ключ с коммутатором фаз двигателя, с валом двигателя соединен датчик шагов, подключенный к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу ключа и счетному входу счетчика с предварительной установкой, выходы подключены к входам прямого и обратного счета реверсивного счетчика, соединенного выходом с пер 7 13 вым входом блока анализа динамической ошибки, второй вход которого соединен с первым выходом элемента сравнения кодов, вход которого подключен к выходу счетчика с предварительной установкой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия путем сокращения времени торможения, введены дополнительный блок анализа динамической ошибки и два элемента И, второй выход элемен 34350та сравнения подключен к управляющему входу ключа, третий выход - к первому входу дополнительного блока анализа динамической ошибки, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, выходы соединены с первьж входами элементов И, вторые входы которых подключены к входам блока анализа динамической ошибки, а выходы - к входам увеличения и снижения частоты генератора.им орректор В.Бутя о аказ 3978 56 13 роизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 Тираж 659осударственного клам изобретений иМосква, Ж, Рау Подписноемитета СССРоткрытийская наб., д.