Устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага

(51)5 ЕТЕНИ ПИСАНИ я фдВрЛВ- " 1/"Ч ЕЛЬСТВУ МУ СВ Т 6 д ОСУДАРСТВЕ ННОЕ . ПАТЕНТНЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(71) Н аучно-произ водствен ное объединение "Астро"(56) Авторское свидетельство СССР М. 1504779, кл. Н 02 Р 8/00, 1988.Авторское свидетельство СССР М. 1758825, кл. Н 02 Р 8/00, 1990,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГЦВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ДРОБЛЕНИЕМ ШАГА(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионных системах автоматического управления для управления четырехфазным и двухфазным шаговыми двигателями, Цель изобретения - упрощение схемы и повышение надежности, Устройство содержит реверсивный двоичный счетчик 5, усилители мощности 12, коммутирующие фазные токи двигателя, резисторный делитель 2 напряжения, два коммутатора К/2 на 1 3 и 4, два коммутатора "2 на 1" 6 и 7 и четыре коммутатора "4 на 1" 8-11. 4 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионных системах автоматического управления для управления четырехфазным и двухфазным шаговым двигателями,Цель изобретения - повышение надежности и упрощение устройства.На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для общего случая, когда коэффициент дробления шага равен К; на фиг. 2 а, б, в - усилители мощности соответственно для однополярного управления четы рехфазным двигателем, для разнополярного управления двухфазным двигателем, для разнополярного управления четырехфазным двигателем с параллельно включенными противолежащими фазами; на фиг, За, б, в - соответствующие этим усилителям мощности временные диаграммы формирования фазных токов; на фиг. 4 а, б, в - номограммы векторов результирующих моментов двигателей при К=8.Программное устройство (фиг, 1) содержит источник опорного напряжения 1, резисторный делитель напряжения 2, подключенный к источнику опорного напряжения 1, первый 3 коммутатор К/2 на 1, первый инф рмационный вход которого соединен с шиной питания источника 1 опорного напряжения, 2-ой, З-ий,(К/2)-ый информационные выходы соответственно с (К/2 - 1)-ым, (К/2 - 2)-ым,1-ым выходами резисторного двигателя 2, где К - коэффициент дробления шага, второй 4 коммутатор К/2 на 1, первый информационный вход которого соединен с нулевой шиной источника 1 опорного напряжения, 2-ой, З-ий,(К/2)-ый информационные входы - соответственно с 1-ым, 2-ым, (К/2 - 1)-ым выходами резисторного делителя 2, реверсивный двоичный счетчик 5, выходы младших разрядов которого соединены с соответствующими адресными входами первого 3 и второго 4 коммутаторов К/2 на 1, первый 6 коммутатор 2 на 1, первый информационный вход которого соединен с шиной питания источника опорного напряжения 1, второй информационный вход - с выходом первого 3 коммутатора К/2 на 1, а адресный вход - с выходом первого старшего разряда счетчика 5, второй 7 коммутатор 2 на 1, первый информационный вход которого соединен с выходом второго 4 коммутатора К/2 на 1, второй информационный вход - с шиной питания источника опорного напряжения 1, а адресный вход - с выходом первого старшего разряда счетчика 5, первый 8, второй 9, третий 10, четвертый 11 коммутаторы 4 на 1, информационные входы которых соединены соответственно с выходами первого 6,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 второго 7 коммутаторов 2 на 1 и с нулевой шиной источника опорного напряжения 1, а адресные входы - с выходами второго и третьего старших разрядов счетчика 5, усилителя мощности 12, входы которых соединены соответственно с выходами первого 8, второго 9, третьего 10 и четвертого 11 коммутаторов 4 на 1, а выходы - с соответствующими фазными обмотками двигателя,Каждый иэ усилителей мощности 12 при однополярном управлении четырехфазным шаговым двигателем (фиг. 2 а) представляет собой стабилизатор тока, А каждый из усилителей мощности 12 при разнополярном управлении двухфазным (фиг, 2 б) или четырехфазн ым двигателем (фиг. 2 в) предста ел яет собой мост или полумост, в диагонали которого соединена соответствующая фазная обмотка двигателя,Устройство работает следующим образом,Для задания требуемого направления вращения двигателя к шине "Реверс" устройства прикладывается единичный или нулевой логический потенциал.После подачи импульса обнуления к входу Уст, "0" устройства на всех разрядных выходах счетчика 5 устанавливаются нулевые логические потенциалы, При этом выбираются первые информационные входы всех коммутаторов 3, 4 и 6-11, В результате этого на выходах коммутаторов 3, 6, 8 устанавливаются опорное напряжение, а на выходах коммутаторов 4, 7, 9, 10, 11 - нулевой потенциал. Благодаря этому в первой фазе двигателя устанавливается номинальный ток+ н, при нулевых токах в остальных фазах (фиг, За, Зб). Кроме того, при разнополярном управлении четырехфазным двигателем с параллельно включенными обмотками (фиг.2 в, Зв) в третьей фазе устанавливается обратный ток -1 н,В первой четверти цикла управления двигателем по мере поступления тактирующих импульсов к входу Т, если счетчик 5 настроен на режим суммирования ("1" - на входе "Реверс" ), то на выходах его младших разрядов поочередно формируются двоичные коды, в результате которого поочередно выбираются последующие информационные входы коммутаторов 3 и 4. При этом на выходе коммутатора 3 формируются линейно-ступенчатые спадающие напряжения, на выходах коммутаторов 4, 7, 9 - линейно-ступенчатые нарастающие напряжения, на выходах коммутаторов 6 и 8 поддерживаются постоянные максимальные (опорные) напряжения, а на выходах коммутаторов 10 и 11 - нулевые потенциалы. Это приводит к протеканию номинального тока +1 н через5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 первую фазу и линейно-ступенчатому нарастанию тока через вторую фазу(фиг,За и Зб).Кроме того, при разнополярном управлении четырехфазным двигателем с параллельно включенными фазами (фиг. 2 в, Зв) через вторую фазу протекает линейно-ступенчатый нарастающий прямой ток, а через четвертую фазу - аналогичный обратный ток.После переполнения младших разрядов счетчика 5 на выходе его первого старшего разряда устанавливается единичный логический потенциал, а на выходах всех младших разрядов - нулевые логические потенциалы, При этом выбираются вторые информационные входы коммутаторов 6, 7 и снова первые информационные входы коммутаторов 3, 4 и 8 - 11, По мере поступления тактирующих импульсов на шину Т снова поочередно выбираются последующие информационные входы коммутаторов 3 и 4. В итоге этого на выходах коммутаторов 3, 6, 8 устанавливаются линейно-спадающие ступенчатые напряжения, на выходе коммутатора 4 - линейно-нарастающие ступенчатые напряжения, на выходе коммутаторов 7 и 9 - опорное напряжение, а на выходах коммутаторов 10 и 11 - нулевые потенциалы. Это приводит к протеканию линейно-спадающего ступенчатого тока через первую фазу двигателя (фиг, За и Зб), номинального тока 1, через вторую фазу (при нулевых токах в остальных фазах в случае управления четырехфазным двигателем в однополярном режиме), А при разнополярном управлении четырехфазным двигателем с параллельно включенными обмотками (фиг. 2 в, Зв) через третью фазу протекает обратный линейно-ступенчатый убывающий ток, а через четвертую фазу - обратный номинальный ток -1,.Этим завершается первая четверть цикла управления двигателем, в результате которого обрабатываются К дробных шагов (фиг, 4 а, и 4 б).Последующие три четверти цикла аналОгичны описанной первой, Отличие заключается лишь в том, что после каждого переполнения младших разрядов счетчика 5 поочередно меняются коды последующих его старших разрядов, в результате которого поочередно выбираются информационнье входы коммутаторов 8 - 11 и к усилителям мощности 12 периодически передаются соответствующие постоянные и линейно-ступенчатые напряжения. Благодаря этому в фазах двигателя создаются соответствующие фазные токи (фиг, За, Зб, Зв), приводящие к дроблению шага с прямоугольной номограммой распределения вектора результирующего момента (фиг. 4 а, 4 б, 4 в). В общем случае число резисторов одинаковых номиналов делителя напряжения 2, число информационных входов коммутаторов 3, 4 и коэффициент пересчета младших разрядов счетчика 5 выбираются равным половине коэффициента дробления шага К, где К=4, 6, 8 - четное число.Вращение двигателя в обратном направлении обеспечивается приложением к шине "Реверс" нулевого логического потенциала, при котором счетчик 5 переходит в режим вычитания.Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом выгодно отличается по простоте своей логической структуры и используемых элементов, легко может быть микроминиатюризировано в виде гибридной интегральной схемы и, следовательно, может обеспечить высокую степень надежности функционирования.Формула изобретения Устройство для управления шаговым двигателем с дроблением шага, содержащее усилители мощности, реверсивный двоичный счетчик, резисторный делитель напряжения, подключенный к источнику опорного напряжения и соединенный выводами с информационными входами двух коммутаторов, адресные входы которых соединены с выходами младших разрядов реверсивного двоичного счетчика, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, введены два двухвходовых коммутатора "2 на 1" и четыре коммутатора "4 на 1", а два упомянутых коммутатора выполнены по схеме "К/2 на 1", где К - коэффициент дробления шага, причем первый информационный вход первого коммутатора "К/2 на 1" соединен с выводом источника опорного напряжения, 2, 3, ., (К/2)-й инфо рма цион н ые входы - соответственно с (К/2 - 1)-м, (К/2 - 2)-м, , 1-м выходами резисторного делителя напряжения, первый информационный вход второго коммутатора "К/2 на 1" соединен с нулевой шиной источника опорного напряжения, 2, 3, ,.(К/2)-й информационные входы - соответственно с 1, 2, , (К/2 - 1)-м выходами резисторного делителя, первый информационный вход первого коммутатора "2 на 1" соединен с шиной питания источника опорного напряжения, второй его информационный вход - с выходом первого коммутатора "К/2 на 1", а адресный вход - с выходом первого старшего разряда реверсивного счетчика, первый информационный вход второго коммутатора "2 на 1" соединен с выходом второго коммутатора "К/2 на 1", второй информационный вход - с шинойисточника опорного напряжения, а адресный вход - с выходом первого старшего разряда реверсивного счетчика, первый, второй, третий, четвертый информационные входы соответственно первого, второго, третьего, четвертого коммутаторов "4 на 1" соединены с выходом первого коммутатора "2 на 1", второй и третий, третий и четвертый, первый и четвертый, первый и второй информационные входы соответственно первого, второго, третьего, четвертого коммутаторов "4 на 1" - с нулевой шиной источника опорного напряжения, четвертый, первый, второй, третий информационные входы соответственного первого, второго, третьего, четвертого коммутаторов 5 "4 на 1" - с выходом второго коммутатора "2на 1", выходы первого, второго, третьего, четвертого коммутаторов "4 на 1" соединены соответственно с входами усилителей мощности, а их адресные входы - с выхода ми второго и третьего старших разрядов реверсивного счетчика.1803960 Ъ. фЪ 1 + орректор Н.Милюко дэкто Заказ 1059 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,Составитель В.АротюнТехред М.Моргентал Н В М 1