Устройство для управления шаговым электродвигателем

СПИИЗОБРЕТЕН ИЯК ПАТЕНТУ р 1 48 О 227 Союз Советских Социалистическиг Республик(61) Зависимый от патент 22) Заяв ено 24,12.71 (21) 1728981/24-7итет 25.12.70 (31) 129759;30.03.71 18898я 02 р 7 6) П Государстеекиый коми тет Совета Министров СССР ио делам изобретенийи открытий(33) Япо публиковано 05,08.75. Бюллетеньата опубликования описания 14.11.75 53) УДК 621.3.076..51-585 (088.8 72) Авторы изобретения ИностранцыКенго Кобаяси и Мицу(71) Заявите Иностранная фирмафудзицу Лимитед(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМНа фиг. 1 пгового электр 1 ые диаграм фиг.Зи 4 -диаграммы, и о электропр структурна а; на фиг, няющие его ная схема и рующие раб котором мо схема ша 2 - временработу; на временныету шаговоулятор имиведен привод ы, поя трукту люстр вода, в Известны устройства для управления шаговызи электродвигателем, содержащие переключающий в заданной последовательности фазы двипателя коммутатор, соединенный своими двумя входами с выходами счетчика входных импульсов.В описываемом устройстве с целью уменьшения цены шага и повышения точности перемещения применен модулятор импульсовподключенный выходами ко входам коммутатора, а входами - к выходам счетчика и генерирующий импульсы, поступающие поочередно на оба входа коммутатора со скважностью, модулируемой сигналами с выходов счетчика. Кроме того, в нем применен синхронизатор, связывающий входы счетчика и модулятора и синхронизирующий работу последнего импульсами, поступающими со входов счетчика, а модулятор снабжен дополнительным счетчиком, связанным с выходом синхронизатора, и устанавливаемым последним в исходное состояние при поступлении каждого импульса со входов основного счетчика. пульсов содержит дополнительныи счетчик; на фиг. 5 - шаговый двигатель без синхронизации и при ее наличии; на фиг. 6 показаны графики движения ротора шагового двигателя 5 в известном и предлагаемом устройствах; нафиг. 7 - их нагрузочные характеристики.Устройство для управления шатовым электродвигателем, управляемое командными импульсами СЮ (прямое направление движения) 10 и ССЮ (обратное направление движения) отцифровой вычислительной машины (ЦВМ) 1, включает в себя счетчик 2 командных (входных) импульсов, распределитель импульсов 3 и усилитель мощности 4, составляющие ком мутатор 5 шагового двигателя 6. Шаговыйдвигатель 6 может содержать шаговый электродвигатель 7, управляющий золотниковым устройством 8 гидравлического двигателя 9, приводящего в движение механизм 10. Ша говый электродвигатель 7 может непосредственно,перемещать механизм 10.Помимо перечисленных элементов в предлагаемом устройстве применен модулятор импульсов 11 (фип, 1), вырабатывающий им пульсы ЧРР, и ЧМР, поступающие, соответственно, на входы вперед РТ и назад КТ коммутатора 3 через схемы ИЛИ 12 и 13 совместно с импульсами РР и МР со счетчика 2, Период следования импульсов с модулятора 11 30 задается генератором 14, а число импульсов,3поступающих на каждый вход, устанавливается задатчвком шагов 15.Модулятор 11 (ф иг. 3) может быть вы полнен, например, в виде дополнителыого счетчика 16, дешифратора 17, блока дифференцирования 18, схем совпадения 19 - 26, ждущих мультивибраторов 27 - 30, схем ИЛИ 31 - 34 и схем НЕ 35, 36.Устройство работает следующим образом.Параллельно с командными ияпульсам С% (вперед) и ССК (назад), поступающими с управляющей ЦВМ 1 через г-разрядый счетчик 2 и схемы ИЛИ 12 и 13, па,коммутатор 5 с модулятора 11 поочередно подаются импульсы, прямого ЧРР и обратного УМР движения с наперед заданными периодом и длительностью, Так, если задатчик 15 установлен на один шаг, то модулятор 11 подает один импульс на вход вперед РТ и через заданное время 1 подает импульс на вход назад 1 х 1 Т, Затем снова через отрезок времени 1 г модул- тор 11 подает импульс на вход РТ и т. д.В этом случае отрезок времени 1 определяет энергию, которая, передается шаговому электродвигателю 7 для движения па один шаг в прямом направлении, а 1 г - для возврата его в первоначальное положение, т. е. положение ротора шагового электродвигателя в описываемом устройстве можно изменять не только подачей командных вмпульсов от ЦВМ, но путем изменения соотношения отрезков времени 1 и 1 г. В первом случае при поступлении на вход коммутатора каждого командного импульса ротор шагового,двигателя,поворачивается на шаг, Перемещение ротора на дробную часть шага можно получить, изменяя соотношение времении 1 г в соответствии с оставшейся в и-разрядном счетчике 2 информацией, При этом импульсы с модулятора 11 поступают на коммутатор 5 независимо от командных импульсов С% и СС%.Временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства, при поступлении на распределитель 3 импульсов ЧРР и ЧХР локазаны на фит, 2. Применительно к изображенному на фиг. 1,пятифазному шаговому электродвигателю, используется попеременное включение двух и трех фаз, в результате чего образуется девять (для десятиразрядного счетчика 2) устойчивых положений (в общем случае и-положений соответственно числу разрядов счетчика 2) во время основного импульса 0 (см. фиг. 2),;когда возбуждены фазы А, В и С. Таким образом, в предлагаемом устройстве шаг двигателя может быть уьеньшен в любое число раз.Подробнее работу устройства рассмотрим на основе схемы фиг, 3 и временных диаграмм, приведенных на фиг. 4. Генератор 14 вырабатывает импульсы То с неизменной частотой, поступающие в двоичный счетчик 16. Информация, содержащаяся в счетчике 16, с помощью двшифратора 17 преобразуется в последовательность импульсов С - С. Одновременно счетчик 2 считает командные им 480227 60 тельного явления счетчик 16 каждый раз усб 5 танавливается входными импульсами, посту 5о 5 2 О 25 зо 35 40 45 50 55 4пульсы С% или ССЖ и через каждые г командных импульсов вырабатывает выходные импульсы РР или МР. Посредством дешифратора (на чертеже не показан) информация, содержащаяся в счетчике 2, преобразуется в сигпалы, поступающие на одну из выходных линий 1 - и.Сигналы с одноименных разрядов обоих счетчиков через схемы совпадений 19 и схемы ИЛИ 31,поступают на блок дифференцированн 5 18, состоящий пз ждущих мулгивибраторов 29 и 30, схемы 1-1 Е 35. и схем совпадения 25 и 26. Блок 18 формирует сигнал ЧРР, дифференцируя, передний фронт импульса, поступающего со схемы ИЛИ 31, а сигнал 71 Х 1 Р, дифференцируя задний фронт этого же импульса, Выбирая тот или иной выход С - Сдешифратор 17, изменяют отношение 1 - 1 г, Положение 1 (см. таблицу на фиг, 2) соответствует случаю, когда 1 равно 9, а г - 1, положение 11 - соответственно 8 и 2 и т. д. Ротор К 1 шагового двигателя в полокении 1 перемещается па одну десятую шага, в полокении 11 - две десятых и т. д.Число импульсов ЧРР или ЧХР, поданных на каждый вход распределителя 3, устанавливается на шкале 8% задатчика шагов 15.Метки времени С 1.0 СК (фиг, 4) поступают на вход двоичного счетчика, состоящего из ждущих мультивибраторов 27 и 28. После отработки одного шага схема И 20 открывается сигналами со схем 22 или 32 и блок дифференцирования 18 запускается каждый раз при поступлении временного импульса С 1.0 СК в схему отсчета времени. После того, как сделан второй шаг, схема И 20 открывается сигналами со схем 23 или 32, при этом блок 18 запускается от каждого второго временного импульса. В результате шаговой электродвигатель делает два шага в прямом направлении и два в обратном, что увеличивает амплитуду колебаний. Однако соотношение времени 1 и 1 г в рассматриваемом случае не изменяется. При установке на шкале задатчика 15 трех шагов последовательность операций сохраняется.Схема ИЛИ 34 и схема НЕ 36 предусмотрены для запирания блока 18 лри поступлении импульсов РР и ХР со счетчика 2, предотвращая тем самым их одновременную по дачу на вход распределителя 3.Если командные импульсы С% или СС% и импульсы на выходе схемы совпадения 19 не синхронизированы друг с другом, то это приводит к нежелательным пульсациям тока в фазах шагового электродвигателя, поскольку сигналы, не совпадающие по времени, не проходят. При работе в области высоких частот этот эффект усиливается, что приводит к уменьшению момента, развиваемого двигателем и увеличению вибраций. Для предотвращения этого нежела 480227паютцими со схемы ИЛИ 33, в исходное положение. В результате сигналы ца выходах дешифратора 17 и счетчика 2 синхронизиоутотся. Кроме того, в этом случае счетчик 2 выполняется двоичным и сбрасывается в нуль, через какдьте тг входных тгмпульсов (в рассмотренном примере и,=10).Синхроттттзация сигналов Ст - Сц 1 - )г ,ст 1 а (15)от .туьсаттт.тт тока.Хт(1 актеристттки, редстаглентте на фцг. 5, показывают раз;ттт тие в моментах, развиваемых .ттттатсгтсм, цри наличии синхронизации (с,: лошц.я л;шия) и ппц отсутствии ее (пунктирная линия). По оси абсцисс (фиг. 5) отложена частота входных импульсов, а по оси орд" ц. т мсмецт, развиваемый шаговым "лск, потвц."ятелс 5 т.Од(тако, если сброс счетчика 16 в исходцос состояние производится какдый раз при поступлении входного импульса, то в области высоких частот переменное двухфазное - трехфазное возбукдецтте, рименительтто т: рассматриваемому здесьятифазпому шаговому двигателю, изменяется па трехфазпое возбуждение, что сгптжает эффскгттвттость предлагаемого устройс гва.Д.тя предотвращения -то;о нежелательного ттв,теия сотос счетчика 16 в ттсходттое состояние осутттествляетс:т только до отределеццой частоты входных т.мпульсотт. При большей частоте входных импульсов ситтхронизация отключается. Это ооеспечивает сохранение режима переменного двухфазного-трехфазного возбукдения,На фиг, 6 показаны графики изменения уг,па,ттоворота ротора тиагового двигателя при управлеттии его от описываемого устройства (сплошная линия) и известного (путтктирная линия). На фиг, 7 аналогично изображены частотные характеристики двигателя, Нижний масштаб,по оси абсцисс соответствует работе двигателя в описываемом устройстве, Как следует цз приведенных графиковпри работе двигателя значительно уменьшаются колебания, в то время как цагрузочные свойства практически сохраняются,5 Приведенное описание работы устройствавыполнено пртлменительно к шаговому электродвигателю с вращающимся ротором, Однако рассмотренное устройство в том же виде применимо и для шагового электродвигателя (О с прямолинейным движением якоря.Предмет изобретения)5 1. Устройство для управления шаговымэлектродвигателем, содержащее переключающий в заданной последовательности фазыдвигателя коммутатор, соединенный своимидвумя входами с выходами счетчика входных20 импульсов, отличающееся тем, что, сцелью уменьшения цены шага и повышенияточности перемещения, в цем применен модулятор импульсов, подклточеццый выходами ковходам указанного коммутатора, а входами -25 к выходам счетчика и генерирующий импульсы, поступтатощие поочередно на оба входакоммутатора, со скважттостьто, модулируемойсигналами с выходов счетчт.ка,2. Устройство по п. 1, отличающееся3 тем, что в пем,применен синхронизатор, связьтватотцттй входы счетчика и модулятора исицхронизирующий раба гу,последнего импульсами, поступающими ца входы счетчика.3. Устройство по п,п. 1 и 2, о т л и ч а ю 35 щ с е с я тем, что модулятор соде 1 жит дополтьительцый счетчик, связанный с выходомсинхронизатора и устанавливаемый последним в исходное положение при поступлениина входы основного счетчика каждого им 40 пульса.Приоритет по пунктам: 25.12,70, по п, 130.03,71 по пп, 2, 3,480227 Стаею 1111111 Г 1111111111111111111111111111111111111 11111111111111111111111 111111)1)111111 ггпу ЛЛЛЛЛПЛЛЛЛЛПЛЛЛЛЛЛЛГ гв 5 с шшш Гсм 200 кг С/1 РР 120 Фиг 5l5150 10 00 Составитель 3. Горниктор В. Фельдман Техред Т. Миронова Корректор Л. Орлова ПодписиСССР каз 2802(18ЦНИИП ком рет Рау ппография, пр. Сапунова, 2 1,РО1) 1 з1л,Ф олц 0 Изд. М 951ударственногопо делам изобосква, Ж,Тираж 782тета Совета Министрий и открытийская наб., д. 4/5