Устройство для программного управления четырехфазным шаговым двигателем с насыщенной магнитной системой

(5) 5 6 ИСАН БРЕТ К АВТ МУ СВИДЕТЕЛЬСТ урадян и Г,Б.Мнатво СССР /40, 1982 тва ССС 40, 1985. ПРОГРАММНОГОХФАЗНЫМ ШАГО- НАСЫЩЕННОЙЙ ся к автоматике и и может быть исия станками, оснаОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕ ВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С МАГНИТНОЙ СИСТЕМО (57) Изобретение относи вычислительной технике пользовано для управлен щенными четырехфазными щаговыми двигателями с насыщенной магнитной системой. Цель изобретения - уменьшение энергетических затрат и повышение КПД за счет сокращения числа одновременно включенных фаз в каждом такте и изменения циклограмм их переключения. Устройство содержит источник 1 питания, двоичный 2 и реверсивный 3 счетчики, шины низкочастотных и высокочастотных импульсов тактирования, установки в исходное состояние и реверсирования, первый 4 и второй 5 сумматоры, четыре мультиплексора 9,1 - 9.4, четыре усилителя мощности 11.1 - 11.4. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены два преобразователя б и 7 кодов, две шины логических ф потенциалов и новые логические связи, б ил.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления станками, оснащенными четырехфаэными шаговыми двигателями с насыщенной магнитной системой,Цель изобретения - уменьшение энергетических затрат и повышение КПД системы эа счет сокращения числа одновременно включенных фаз в каждом такте и изменения циклограмм их переключения,На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для программного управления четырехфазным шаговым двигателем; на фиг. 2 - временные диаграммы управляющих сигналов и фаэных токов при коэффициенте дробления 8=8; на фиг. 3 - номограмма векторов момента при коэффициенте дробления И=8; на фиг. 4 - функциональная схема конкретного примера (для 1 чвыполнения сумматоров); на фиг. 5 - таблица состояний иэ входов и выходов; на фиг., б - варианты выг 1 олнения каждого из усилителей мощности.Устройство(фиг. 1) содержит источник 1 питания, нереверсивный двоичный счетчик 2, вход которого объединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования 1, реверсивный двоичный счетчик 3, входы которого соединены с шиной низкочастотных импульсов тактирования 1 н, установки в нулевое исходное состояние "Уст, 0" и "Реверса", первый 4 и второй 5 сумматоры кодов, первые группы входов которых соединены с выходами нереверсивиого двоичного счетчика 2, первый б и второй 7 преобразователи кодов, входы когорых соединены с выходами младших разрядов реверсивного счетчика 3, а входы - соответственно с вторыми группами входов первого 4 и второго 5 сумматоров. Шина единичного логического потенциала 8 соединена с входами переноса первого 4 и второго 5 сумматоров, Устройство содержит также с первого по четвертый мультиплексоры 9.1 - 9.4. Первый, второй, третий, четвертый информационные входы соответственно первого 9.1, второго 9.2, третьего 9.3, четвертого 9,4 мультиплексоров с выходом переноса первого сумматора 4, Второй и третий, третий и четвертый, первый и четвертый, первый и второй информационные входы соответственно первого 9.1,второго 9.2, третьего 9,3, четвертого 9.4 мультиплексоров соединены с шиной 10 нулевого логического потенциала. Четвертый,первый, второй, третий информационныевходы соответственно первого 9,1, второго 9.2, третьего 9.3, четвертого 9.4 мультиплексоров соединены с выходом переноса вто 50 5 10 15 20 25 30 35 40 рого сумматора 5, Управляющие входу мультиплексоров 9,1 - 9,4 соединены соответственно с выходами старших разрядовреверсивного счетчика 3. выходы мультиплексоров 9.1 - 9.4 соединены соответственно с входами усилителей мощности11.1-11,4, коммутирующих токи фазных обмоток 12.1 - 12.4 шагового двигателя,Устройство работает следующим образом,. Работу устройства удобно рассматриватьдля конкретного случая управления, например, при коэффициенте дробления 8=8,Тактовая последовательность высокочастотных импульсов 1 непрерывно поступает на вход первого двоичного счетчика 2,работающего на суммирование,Исходным является состояние, при котором после подачи сигнала "Уст. 0" второйдвоичный счетчик 3 находится в нулевомсостоянии 000. При этом на выходе первогопреобразователя б кодов формируется соответствующий код 111, который, суммируясьс постоянной единицей на входе переносапервого сумматора 4 (независимо от выходного кода первого счетчика 2), создает единичный логический потенциал иа его выходепереноса. Одновременно с этим на выходевторого преобразователя 7 кодов формируется код 000, который, суммируясь с единицей на входе переноса второго сумматора 5и с высокочастотными выходными кодамипервого счетчика 3 на выходе его переноса,формирует периодические высокочастотные прямоугольные сигналы со скважностью 8, Поскольку при нулевом исходномсостоянии второго счетчика 3 через управляющие входы выбраны первые информационные входы мультиплексоров 9.1-9.4, тона выходе первого мультиплексора 9,1 передается единичный логический потенциалпервого сумматора 4, на выход второгомультиплексора 9,2 передается высокочастотные сигналы со скважностью 8 второгосумматора 5. При этом на выходах третьего9.3 и четвертого 9.4 мультиплексоров устанавливаются нулевой логический потенциалшины 10, Эти выходные информации мультиплексоров 9,1 - 9.4 через усилители 11.1 - 11.4 мощности передаются фазам 12.1-12.4 двигателя, Врезультате этого в первой фазе 12,1 устанавливается номинальный ток 1 н, во второй1фазе 12.2 - ток амплитудой - 1 и, а в третьей812.3 и четвертой 12.4 фазах токи отсутствуют. Это состояние системы соответствуетисходной точке "0" на фиг, 2 и 3.С поступлением семи низкочастотныхимпульсов тактирования 1 н на выходе второго счетчика 3 поочередно устанавливаются10 коды 100, 010, 110, 001, 101, 011, 111, навыходах первого преобразователя 6 кодов -коды 111, 011, 101, 001, 110, 010, 000, а навыходах второго преобразователя 7 кодов -коды 010, 110, 001, 101, 011, 111, 111, Врезультате этого на выходе переноса первого сумматора 4 поочередно формируютсяширотно-импульсные модулированные сигналы (ШИМ-сигналы) со скважностью - , - ,8 88 788888- , - , - , - , - , а на выходе переноса второго6 5 4 3 1сумматора 5 - ШИМ-сигналы со скважностью 3 4 6 За счет этого ерез8888888первую фазу 12.1 поочередно протекают то 7 6 5 4 3ки амплитудой н, - н, - н, - н, - н, - н,8 8 8 8 81 3 4 5- н, через вторую фазу - токи - н, - н, - н,8 8 8 8- н, - н, н, н, Эти состояния системы соот 6 78 8ветствуют точкам 1-7 на фиг, 2 и 3.Этим завершается первая четверть полного цикла работы устройства, при которомротор двигателя отрабатывает семь дробных шагов величнойаосар = - ,Мгде аос - основной шаг двигателя,Поступление очередного низкочастотного импульса н приводит к записи единицы в его старших разрядах и нулей вмладших разрядах. В результате этого выбираются вторые информационные входымультиплексоров 9.1-9,4 и начинается формирование второй четверти цикла, аналогично вышеизложенной первой четверти.При этом по мере поступления очередныхнизкочастотных импульсов 1 через вторуюфазу 12.2 протекают ступенчато убы вающие7 6 5 4токи с амплитудами н, н, - н, - н, - н, - н,8 88 83 1- н, - н через третью фазу 12.3 - ступенчато8 81 3нарастающие токи с амплитудами - н, - н,8 84 5 6 7- н, - н. - н, - н, н. н, а через первую и8 8 8 8четвертую фазы токи отсутствуют, В резуль тате этого ротор осуществляет очередныевосемь дробных шагов,В течение третьей четверти цикла выбираются третьи информационные входымультиплексоров 9.1 - 9,4 и аналогичные ступенчато изменяющиеся токи протекают через третью 12,3 и четвертую 12.4 фазыдвигателя (при нулевых точках первой 12.1и второй 12.2 фаз). А в течение последней,четвертой четверти цикла выбираются чет 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вертые информационные входы мультиплексоров 9.1-9.4 и аналогичные ступенчато изменяющиеся токи протекают через четвертую 12.4 и первую 12.1 фазы двигателя (при нулевых токах во второй 12.2 и третей 12.3 фазах).Этим завершается полный цикл работы устройства, при котором за один полный оборот электромагнитного сектора ротор отрабатывает 32 дробных шага Последующие циклы работы устройства происходят аналогично первому циклу.В общем случае цифрой й определяются коэффициент дробления основного шага двигателя, коэффициент пересчета первого двоичного счетчика 2, коэффициент пересчета младших разрядов двоичного счетчика 2.Преобразователи кодов 6 и 7 могут быть реализованы как на обычных комбинационных логических элементах, так и на полупроводниковых постоянных запоминающих устройствах (ПЗУ) и программируемых логических матрицах (ПЛМ),Для обеспечения обратного направления вращения ротора двигателя (реверсирования) по шине "Реверс" необходимо перевести в режиме вычитания только второй двоичный счетчик.Частота импульсов, подаваемых на шину 18 высокочастотного тактирования, выбирается, исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя, а частота импульсов, подаваемь 1 х на шину низкочастотных управляющих сигналов, выбирается в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.Таким образом, небольшое усложнение устройства позволяет уменьшить потребление энергии от источника питания двигателя и повысить КПД системы (эа счет поддержания в каждом такте под током не трех фаз датчика, как в известном устройстве, а двух смежных фаз).Формула изобретения Устройство для программного управления четырехфазным шаговым двигателем с насыщенной магнитной системой, содержащее источник питания, нереверсивный двоичный счетчик, вход тактирования которого соединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования, реверсивный двоичный счетчик, входы тактирования, сброса и направления счета которого соединены соответственно с шинами низкочастотных импульсов тактирования, установки в нулевое исходное состояние и реверса, первый и второй сумматоры кодов, первые группы входов которых соединены с выходами не- реверсивного двоичного счетчика, выходы спервого по четвертый мультиплексоров соединены через соответствующие усилители мощности и соединенные с ними последовательно фазные обмотки двигателя с источником питания, а их управляющие входы - с выходами двух старших разрядов реверсивного двоичного счетчика о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью уменьшения энергетических затрат и повышения КПД системы за счет сокращения числа одновременно включенных фаз в каждом такте и изменения циклограмм их переключения, устройство содержит первый и второй преобразователи двоичного кода, входы которых соединены с выходом младших разрядов реверсивного двоичного счетчика, а выходы - соответственно с вторыми группами входов первого и второго сумматоров, причем выход переноса первого сумматора соединен с первым, вторым, третьим и четвертым информационными входами соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров, выход переноса второго 5 сумматора соединен с четвертым, первым,вторым и третьим информационными входами соответственно первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров, входы переноса первого и второго суммато ров соединены с шиной единичного логического потенциала, а второй и третий информационные входы первого мультиплексора, третий и четвертый информационные входы второго мультиплексора, 15 первый и четвертый информационные входы третьего мультиплексора, первый и второй информационные входы четвертого мультиплексора соединены с шиной нулевого логического потенциала,1702340 Составитель А.БондаТехред М,Моргентал рректор Э,Лончако дактор Э.С Производственно-издательский комбинат "Патент город, ул, Гагарина, 101 аказ 4542 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5