Устройство для управления шаговым электродвигателем

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических республик(22) Заявлено 060580 (21) 2920394/24-07 Р 1 М К з Н 02 Р 8/00 с присоединением заявки 89 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий,58 (088.8) Дата опубликования описания 150582(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ 5 Изобретение относится к электро технике и может быть использовано в электроприводах Любого типа с импульсным управлением, а также в сис" темах автоматического регулирования,Известно устройство для управле" ния шаговым двигателем, содержащее управляемый генератор импульсов, частота которого является функцией входного сигнала, а выходные сигналы генератора используются в качестве сигналов для коммутации фаэ шагового электродвигателя 1).Недостатком такого устройства является зависимость сигнала управления импульсного генератора от постоянной времени заряда или разряда конденсатора. Для изменения частоты импульсногогенератора при этом требуется большой набор емкостей. Наиболее близким по технической сущности является устройство для управления шаговым электродвигателем, содержащее генератор импульсов, первый и второй делители частоты с переменным коэффициентом деления, ключ, связывающий генератор импульсов со входом коммутатора фаз двигателя, и реверсивный счетчик величины перемещения, соединенный входом вычитания с выходом ключа, входами задания - с шиной управления (2.Недостатками устройства являются сложность схемы построения генератора, наличие дискретных элементов, и как следствие, неустойчивая работа устройства в целому частотно-временные характеристики ускорения и торможения шагового электродвигателя зеркально симметричные, что снижаетбыстродействие отработки заданных величии перемещения, при изменении нагрузки на валу шагового электродвигателя в процессе работы, при раз личных технологических операциях; невозможность управления частотно- временной характеристикой ускорения и торможения.Целью изобретения является повышение быстродействия.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор импульсов, первый и второй делитель частоты с переменным коэффициентом деления, ключ, связывающийгенератор импульсов со входом коммутатора фаз двигателя, и реверсивный1 счетчик величины перемещения, соединенный входом вычитания с выходом,ключа, а входами задания - с шиной управления, введены постоянное запоминающее устройство, дополнительный реверсивный счетчик, два элемента сравнения и блок управления, подключенный первым входом к шине управления, вторым - к выходу основного реверсивного счетчика через первый элемент сравнения, соединенный вторым входом с первым выходом постоянного запоминающего устройства, третьим входом - с выходом первого делителя частоты, четвертым входом - с выходом второго элемента сравнения, связанного своими входами соответственно с выходом дополнительного реверсивного счетчика, подключенного ко входу второго делителя частоты,и вторым выходом постоянного запоминающего устройства, подключенного третьим выходом ко входу первого делителя частоты,. а четвертым входом - к первому входу дополнительного реверсивного счетчика, связанного своим вторым входом с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен со входом постоянного запоминающего устройства, а третий с управляющим входом ключа.На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг.2 - блок-схема управления; на фиг.3 - временные диаграммы изменения частоты нри отработке различных по величине перемещений.Устройство содержит генератор импульсов 1, первый делитель частоты 2 с переменным коэффициентом деления, второй делитель частоты 3 с переменным коэффициентом деления, реверсивный счетчик величины перемещения 4, ключ 5 коммутатор фаз двигателя б, постоянное запоминающее устройство 7, дополнительный реверсивный счетчик 8, второй элемент сравнения 9, первый элемент сравнения 10, блок управления 11. Блок управления 11 (Фиг.2) содержит дешифратор 12, логические элементы И 13 и 14, триггеры 15 и 16 и логические элементы И 17 и 18. Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии с блока управления 11 выдается запрещающий сигнал на ключ 5. Частота с делителячастоты 2 через блок управления 11 на вход дополнительного реверсивного счетчика 8 не поступает, Когда на вход первого элемента сравнения 10 поступает информация величины перемещения, то блок управления 11 выдает сигнал на постоянное запоминающее устройство 7, которое устанавливает коэффициенты и, в,1,0 .КоэфФициент ш записывается в реверсивныйсчетчик 8, коэффициент и поступает)на делитель 2, коэффициецт ) поступает на вход элемента сравнения 9, а коэФфициент 0, поступает на вход элемента сравнения 10. Коэффициент и не меняется в режиме разгона и равномерного движения, а при переходе устройства в режим торможения коэффициенту п соответствует коэффициент и , Разрешение выдачи п илии определяет блок управления 11, 1 О )Коэффициент ) определяет максимальную частоту управления (Г ) шаговым двигателем. На ключ 5 поступаетразрешающий потенциал с блока управления 11 и частота с делителя частоты 3 поступает на коммутатор фаздвигателя б и на реверсивный счетчик4, уменьшая его,показания на единицу при каждом импульсе. Начальнаячастота этих импульсов Г о = Гц/щ.20 где Г ц - частота генератора..В режиме разгона блок управления11 разрешает прохождение импульсовс делителя частоты 2 на вычитающийвход дополнительного реверсивного 25 счетчика 8. Каждый импульс изменяетсостояние счетчика 8 на единицу,тем самым изменяя коэффициент деления делителя частоты 3 от щ до ),причем( ш. Темп изменения коэффициента деления делителя частоты 3задает делитель частоты 2, При достижении максимальной частоты вращения шагового двигателя, когда в = )второй элемент сравнения 9 выдаетв блок управления 11 сигнал, которыйзапрещает прохождение импульсов сделителя частоты 2 на вычитающийвход дополнительного реверсивного счетчика 8. Когда величина оставшегося перемещения станет равной величине, необходимой для торможениядвигателя 0 и = От, то первый элемент сравнения 10 выдает сигнал на блокуправления 11, который подключает к делителю 2 суммирующий вход счетчика 8 и изменяет 8 на О,а и на и, Режим торможения закончится, когда на выходе реверсивного счетчика 4 (фиг.1) код будет нулевым и тогда элемент сравнения 10 выдает50 сигнал в блок управления 11,который запрещает прохождение импульсов че" рез ключ 5. Рассмотренный случай относитсяк работе шагового двигателя прибольших перемещениях 1 п, т.е. когдавеличина перемещения, необходимаядля уверенного разгона Ор, и величина, необходимая для надежного торможения .1, больше иди равны заданной величине перемещения 8 п, т,е.8 р + 0 0 ц. Как описывалось, разгонт-,пначинается с частоты Ео, несколько меньшей частоты приемистости шагового двигателя, а торможение заканчивается на частоте приемистости Епр(фиг. За), что позволяет увеличить среднюю скорость перемещения на всей величине пеРейешениЯ 0 р . Возможен случай, когда величина перемещения Зр меньше величины перемещения, необходимой для уверенного разгона 5 8, (Рр, тогда блок 11 задает коэффицйент деления делителя 3 таким, чтобы на его выходе была частота приемистости двигателя, и коэффициент деления делителя 3 во время работы 10 не изменялся (фиг. ЗБ) и, если величина перемещения больше величины перемещений, необходимых для уверен 1 ного разгона и торможения Рр ) Рр;0 ) Р, но меньше их суммы Орс Ор+, 15 то ускорение двигателя начинается с частоты приемистости Ер, но закаН- чивается на частоте й 1 несколько меньшей, чем в случае 0 р + Р ( Ы(фиг. ЗЕ) . Необходимо отметйть, что 20 частотно-временная характеристика разгона и торможение двигателя проходит в этом случае под другим углом. Число частотно-временных харак 25 теристик ускорения, равномерного движения и торможения может быть увеличено, т.е, можно учитывать какуюфункцию выполняет шаговый двигатель, как будет меняться нагрузка на его валу в зависимости от различных технологических операций, но в этом случае необходимо от внешнего устройства получать информацию о том, какая будет выполяятЬся технологичес кая операция, Например, в конкретном устройстве, перемещения столов с укладкой или без укладки провода.Блок управления 11 содержит (фиг.2), дешифратор 12, предназначенный для 40 выдачи кода адреса в постоянное,запоминающее устройство 7 по коду величины перемещения и по внешним условиям (под внешними условиями понимают какой будет нагрузка на ва" 45 лу шагового двигателя при отработке технологического режима, укладка провода на плату, или прогон без провода и т,п,), элементы совпадения 13 и 14, предназначенные для50 прохождения через них импульсов, поступающих с делителя 2, триггер 15, предназначенный для выдачи потенциа" ла, разрешающего прохождение импульсов на ключ 5 и через элементы совпадения 13 и 14; триггер 16, предназначенный для выдачи управляющих потенциалов соответственно на элементы совпадения 13 и 14 и на дешифратор 1 2; элемент совпадения 17, предназначенный для разрешения про хождения команды пуск от внешнего устройства, стробируемой импульсами от делителя 2; элемент совпадения 18, предназначенный для управления работой триггера 15, 65 6В исходном состоянии триггеры15 и 16 находятся в нулевом положении, Нулевой сигнал, поступающий сединичного выхода триггера 15 надежно запрещает прохождение импульсовчерез ключ 5 и закрывает элементысовпадения 13 и 14, выходы которыхподключены к вычитающим и суммирующим входам дополнительноге реверсивного счетчика 8. При поступленииинформации кода величины перемещения Рр и кода соответствующих внешних условий о нагрузке на валу шагового двигателя на дешифратор 12, наего выходе появляется адрес, посту"пающий на постоянное запоминающееустройство 7, по которому выбираЮтсякоэффициенты в, и, , 8 и подаютсяыа соответствующие элементы, какописывалось,1С приходом пускового импульса отвнешнего устройства, который синхро"низирован с тактовой частотой, поступающей с делителя 2, через элементсовпадения 17 устанавливаются в единичное состояние триггеры 15 и 16,Триггер 15 выдает разрешающий потенциал на ключ 5, а по переднему Фронтуэтого сигнала происходит записькоэффициента щ в реверсивный счетчик 8. В случае работы цифровогоустройства управления в режиме, иллюстрируемом диаграммами на фиг,Здили ЗЬ, элемент совпадения 13, выход которого подключен к вычитающемувходу реверсивного счетчика 8, оказывается открытьр 1 разрешающими по"тенциалами триггеров 15 и 16 дляпрохождения импульсов с делителя 2,так как запрещающий потенциал сдешифратора 12 отсутствует, а элемент сравнения 9 выдает разрешающийпотенциал при условии к = 1 . Происходит режим разгона шагового двигателя. Как только в станет равнымт.е. произойдет отработка величиныразгона Рр , элементы совпадения13 и 18 будут закрыты запрещающимпотенциалом элемента сравнения 9,частота, поступающая на коммутаторфаз двигателя 6, будет оставатьсяпостоянной до тех пор, пока элементсравнения 10 не выдаст потенциал,являющийся результатом сравнениякода коэффициента 1 с кодом счетчика 4, который установит триггер 16в нулевое положение, откроет своимнулевым выходом элемент совпадения14 и закроет своим единичным выходом элемент совпадения 19. Изменениепотенциала нулевого выхода триггера 16, которйй поступает на дешиф- .ратор 12, вызывает изменение адреса,поступающего на постоянное запоминающее устройство 7, При этом постоянное запоминающее устройство выдает вместо коэффициента 3 нулевоезначение, а вместо коэффициента и коэффициент п при неизменном значе нии коэффициента. В этом случае происходит режим торможения шагового двигателя. Как только, элемент сравнения заФиксирует неравенство коэф фициента у и значение реверсивного счетчика 8, разрешающий сигнал поступает на элемент совпадения 18 и при равенстве нулю значения счетчика 4 происходит оброс в нуль триг гера 15, который запрещает прохождение импульсов через ключ 5.В случае работы цифрового устрой. ства управления в режиме, изображенном на фиг. 35, дешифратор 12 выдает 15 запрещающий потенциал на элементы совпадения 13 и 14, а с постоянного запоминающего устройства поступает коэффициент 4= 0При приходе пускового импульса триггера 15 устанавливается в единичное состояние, открывает ключ 5, через который в этом случае проходят импульсы посто" янной частоты Разрешающий потенциал поступающий с элемента сравнения 9 75 присутствует на элементе совпадения 18 в силу того, чтов, а состояние реверсивного счетчика 8 не меняется, и при равенстве нулю значе" ния счетчика 4 происходит сброс в нуль триггера 15, который запрещает прохождение импульсов через ключ 5. 30 Формула изобретения35Устройство для управления шаговым . электродвигателем, содержащее генератор импульсов, первый и второй делители частоты с переменным коэффициентом деления, ключ, связывающий генератор импульсов со входомкоммутатора Фаз двигателя, и реверсивиый счетчик величины перемещения,соединенный входом вычитания с выходом ключа, а входами задания - сшиной управления, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введеныпостоянное запоминающее устройство,дополнительный реверсивный счетчик,два элемента, сравнения и блок управления, подключенный первым входомк шине управления, вторым - к выходу основного реверсивного счетчикачерез первый элемент сравнения, соединенный вторым входом с первым выходом постоянного запоминающегоустройства, третьим входом - с выходом первого делителя частоты, четвертым входом - с выходом второгоэлемента сравнения, связанного своими входами соответственно с выходомдополнительного реверсивного счетчика, подключенного ко входу второго делителя частоты, н вторым выходом постоянного запоминающегоустройства, подключенного третьимвыходом ко входу первого делителячастоты, а четвертым входом - к первому входу дополнительного реверсивного счетчика, связанного своимвторым входом с первым выходом блока управления, второй выход которогосоединен со входом постоянного запоминающего устройства, а третийс управляющим входом ключа.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент Японии 9 51-30926,кл, 55 С 2, 197 б.2. Патент ВеликобританииМ 1404774, кл. Н 2 1, 6 3 И, 1975,.Корректор Н, С илиал ППП ффПатентф, г. Жкгород,ул. Проектная, 4 бр О каз 3279/73 Тираа 719 ВНИИПИ Государственно по делам иэобретени 113035, Москва, З, РаушПодписнокомитета СССи открытийкая наб., д.