Устройство для управления шаговым электродвигателем

ньков и 8. И, Саввин Д. 8. Вилесов, А,(72) Авторы изобретеии дский ордена Ленина кораблестроительный институ Заявитед 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ к автомату и можетмах автомники. бретение относится нному электроприво спользовано в сист вычислительной те зиробыть ики гой леПо основному авт. св. 11 610281 из вестно устройство для управления шаговым электродвигателем, содержащее усилитель мощности, связанный с распределителем импульсов через элементы совпадения и узел запирания, подключенный своим выходом к входам элементов совпадения. Узел запирания содержит генератор импульсов, счетчик, элемент совпадения, один вход которого подклщчен к выходу генератора, другой - к выходу старшего разряда счетчика, а выход соединен со счетным вхо" дом счетчика, связанного своим входом установки нулевого состояния с входом распределителя импульсов, Кроме того, узел запирания содержит два элемента И, один элемент ИЛИ, подключенный сво-, им выходом к одному входу элемента совпадения, одним входом - к выходу; младшего разряда счетчика, а другим через один элемент И - к выходам двух промежуточных разрядов счетчика, связанного выходом старшего разряда с од ним входом второго элемента И, дру вход которого соединен с выходом эмента ИЛИ О 1.Недостатками известного устройства являются понижение КПД и ухудшение равномерности движения при колебаниях питающего напряжения.Целью изобретения является повышение КПД и равномерности движения при колебаниях питающего напряжения.Поставленная цель достигается тем что узел запирания содержит релейный элемент, инвертор, два дополнительных элемента И и два дополнительных элемента ИЛИ, выход одного из которых ,подключен к входу основного элемента ИЛИ, а входы - к выходам дополнительных элементов И, связанных первыми входами с выходом основного элемента91 4дом релейного элемента 13. Выходы элементов И 12 и 14 подключены к входам элемента ИЛИ 16, связанного выходом с входом элемента ИЛИ 17, к другому входу которого подключен единичный выход младшего разряда счетчика, а выход элемента ИЛИ 17 подключен к входу элемента И 9, выход которого является выходом узла запирания и присоединения к элементам 2 совпадения,Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии старший и разряд счетчика 8 находится в единичном состоянии и на элементы И 7 и 9 поступает сигнал логического нуля. Элементы 7 и 9 при этом закрыты, импульсы с генератора 6 на счетчик 8 через элемент И 7 не проходят и состояние разрядов счетчика 8 не изменяется, а сигнал логического нуля с выхода элемента И 9 закрывает элементы 2 совпадения, усилитель 3 мощности также закрыт, и обмотки шагового электродвигателя 4 обесточены.При поступлении управляющего импульса на входы установки нулевого состояния счетчика 8 все его разряды сбрасываются в нулевое состояние, а распределитель 1 импульсов переключает каналы в очередности, определяемой сигналом на одной из шин направления движения - "Вперед" или "Назад". 3 9610 И, вторым входом одного дополнительного элемента И с выходом второго дополнительного элемента ИЛИ, подключенного входами к выходам двух промежуточных разрядов счетчика, а третьим 5 входом этого элемента И - к выходу релейного элемента, связанного входом с источником литания шагового электродвигателя, причем второй вход другого дополнительного элемента И со единен с выходом инвертора, подклю- . ченного входом к выходу релейного элемента.Такое выполнение устройства управления позволяет при превышении вели чины напряжения питания Определенного уровня уменьшить время подключения шагового электродвигателя к источни- . ку питания, что уменьшает вводимую в электродвигатель энергию при отработ ке шага и, следовательно, уменьшает колебания скорости вращения ротора иповышает КПДеНа фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства приме -,нителБно к четырехфазному шаговому электродвигателю; на фиг, 2 и 3 - временные диаграммы сигналов на элементах узла запирвния.Распределитель 1 импульсов связан через элементы 2 совпадения с усилителем 3 мощности, коммутирующим обмотки шагового электродвигателя 4. Между общим входом элементов 2 совпадения и импульсным входом Гп распределите 35 ля 1 импульсов включен узел 5 запирания, содержащий генератор 6 импульсов, выход которого через элемент И 7 подключен к счетному входу счетчика 8 импульсов.Входы установки нулевого состояния счетчика 8 подключены к импульсномувходу распределителя 1. Нулевой выход старшего разряда и счетчика 8 подключен к входам элементов И 7, 9 и 10,45нулевой выход и - 1 разряда подключен к другому входу элемента И 10, а нулевые выходы промежуточных.п - 2 и и - 3разрядов счетчика подключены к входамэлемента ИЛИ 11. Первый вход элементаИ 12 подключен к выходу элемента И 11,50другой вход - к выходу элемента И 10,и третий вход - к выходу релейногоэлемента 13, вход которого подключен к источнику питания 0 шаговогопит.электродвигателя 4.Входы элемента И 14 подключены к выходу элемента И 10 и к выходу инвертора 15, связанного входом с выхоПредположим, что напряжение питания 0 двигателя 4 меньше напряжения срабатывания релейного элемента 13. Тогда на его выходе будет сигнал логического нуля, а на выходе инвертора 15 - сигнал логической единицы (Р 13 и О 15 на фиг. 2). При сбросе в нуль разрядов счетчика 8 на входы элементов И 7, 9, 10 и элемента ИЛИ 11 с нулевых выходов и, и - 1, и - 2, и - 3 рзрядов (ИЛИ 11, Т- О, Тп - О, Тп - О, Тп - 0 на фиг. 2) поступает сигнал логической единицы, Элемент И 7 открввается, и импульсы сгенера-. тора 6 (то на фиг. 2) проходят на счетный вход счетчика 8 и начинают его заполнять. Единичный сигнал с выхода элемента И 10 поступает на входы элементов И 12 и 14, Элемент И 12 (И 12 на фиг. 2) будет закрыт, так как на один из его входов поступает сигнал логического нуля с элемента 13, При этом элемент И 14 откроется (И 14 на фиг. 2), так как на его входы поступают сигналы логической единицы с вы5 9610хода элемента И 1 О и с выхода инвертора 15.Сигнал логической единицы с выходаэлемента И 14 поступает на вход элемента ИЛИ 16, с выхода элемента ИЛИ16 - на вход элемента ИЛИ 17 и с выхода элемента ИЛИ 17 - на вход элемен.та И 9Таким образом, на обоих входах элемента И 9 (И 9 на фиг. 2) присутствуют сигналы логической единицы, открывающие его, Элемент И 9 в свою очередь открывает элементы 2 совпадения,обеспечивая возбуждение обмоток двигателя 4, вызывающее отработку оче зредного шага. Импульсы, поступающиес единичного выхода младшего разрядасчетчика 8 (Т - 1 на фиг, 2) с частотой Г /2 на вход элемента ИЛИ 16,не изменяют работы схемы до тех пор, 2 опока и - 1 разряд счетчика 8 не перебросится в единичное состояние (моментвремени с на фиг. 2).При этом с нулевого выхода и - 1разряда счетчика 8 на вход элемента 2 зИ 10 поступает сигнал логического нуля.С выхода элемента И 10 (И 10 на фиг, 2)сигнал логического нуля поступает навход элемента И 14, с его выхода - навход элемента ИЛИ 16, и с выхода по- щследнего - на вход элемента ИЛИ 17. Вэтом случае выходные сигналы элементовИЛИ 17 и И 9 будут изменяться так же,как и состояние единичного выходамладшего разряда счетчика, закрцваяя открывая элементы 2 совпадения счастотой Го/ 2 (ИЛИ 16 и ИЛИ 17 нафиг. 2),Этим обеспечивается дополнительнаякоммутация обмотки двигателя 4, чтоуменьшает энергию, вводимую в концешага. Такое питание обмотки двигателяпродолжается до заполнения старшегоразряда (Т - 0 на фиг, 2) счетчика 8,после чего элементы 2 совпадения иэлементы И 7 и 9 закрываются и обмотки двигателя 4 отключаются от источ"ника питания Опит. При поступленииследующего управляющего импульса счетчик 8 вновь сбрасывается в нуль, элементы 2 совпадения и элементы И 7, 9,10 и 14 вновь открываются, подключаяобмотки двигателя 4 к источнику питания Од и обеспечивая отработку следующего шага,55При увеличении напряжения питанияОпи двигателя 4 больше напряжения срабатывания релейного элемента 13 на еговыходе вырабатывается сигнал логичес 91 4кой единицы, а на выходе инвертора15 -. сигнал логического нуля (Р 13 иОн 15 на фиг. 3), При сбросе управляющим импульсом в нуль счетчика 8с нулевых выходов и, и - 1, п - 2 ип - 3 (Т О, Т- О, Т, .- О,Т- 0 на фиг. 3) разрядов счетчика8 на элементы И 7 9 и 10 и элементИЛИ 11 так же, как и в предыдущем случае, поступают сигналы логической единицы. Через открытый элемент И 7 начинается заполнение счетчика.8,Единичный сигнал с выхода элемента И 10 (И 10 на фиг. 3)поступает навходы элементов И 12 и 14. В отличиеот предыдущего случая элемент И 14будет закрыт, так как на другой еговход поступает сигнал логического нуля с инвертора 15, а элемент И 12(И 12, И 14 на фиг, 3) будет открыт,так как на все три его входа поступают сигналы логической единицы: сэлемента ИЛИ 11, с элемента И 10 и срелейного элемента 13 (ИЛИ 11, нафиг. 3),Сигнал логической единицы с выходаэлемента И 12 через элементы ИЛИ 16и ИЛИ 17 проходит на вход элементаИ 9, На другой его вход с нуЛевоговыхода и-разряда сцетцика 8 также по"ступает сигнал логической единицы иэлемент И 9 (И,9 на фиг, 3) открыва"ется, открывая и элементы 2 совпадения, обеспечивающие питание шаговогодвигателя 4 для отработки очередногошага. Состояние .-схемы не изменяетсядо тех пор, пока не перебросиТся вединичное состояние п - 3 разряд счетчика (момент времени й 1 на фиг. 3).Тогда на вход элемента ИЛИ 11 с нулевого выхода и - 3 разряда счетчика 8поступит сигнал логического нуля иэлемент И 12 закрывается и, значит,на выходе элемента ИЛИ 16 появитсясигнал логического нуля. С выходаэлемента ИЛИ 16 сигнал логическогонуля поступает на вход элемента ИЛИ17, и состояние элемента, ИЛИ 17 будетизменяться так же, как и состояниеединичного выхода"младшего разрядасчетчика 8, те. переключаться с частотой Го /2 (Т 1- 1, ИЛИ 16 и ИЛИ 17на фиг. 3).С - той же частотой Г 0 /2 будут открываться и закрываться и элементы 2совпадения, обеспечивая дьполнительную коммутацию обмоток электродвигателя 4, что уменьшает энергию, вводимую в конце шага. Так же, как и в пре9610 7дыдущем случае, питание от двигателя ч отключается полностью после того, как старший разряд счетчика (Т - 0 на фиг, 3) перебросится в единичное состояние, т. е. элементы 2 совпадения и элементы И 7 и 9 закрьуаются, Состояние схемы фиксируется до поступления следующего управляющего импульса. 10бсли период следования управляющих импульсов меньше времени заполнения счетчика 8 до старшего разряда, в первом и во втором случаях счетчик 8 сбрасывается в нуль до переключения 13 старшего разряда и питание от двигателя ч не отключается,Время подключения двигателя Й к источнику питания без дополнительной коммутации при пониженном напряжении 20 питания (на фиг, 2) в полтора раза больше, чем (1 на фиг. 3) при повышенном напряжении питания.Таким образом, при превышении напряжения питания определенного уров ня, на который настроен релейный элемент, уменьшается время подключения дви.гателя к источнику питания, что уменьшает вводимую в двигатель энергию шага и, следовательно, уменьшает колебания скорости вращения ротора и повышает КПД. 91 8Формула изобретения Устройство для управления шаговым электродвигателем по авт. св. У 610281, о т л и ч а ю щ е е с я тем, цто, с целью повышения КПД,и равномерности движения при колебаниях питающего напряжения, узел запирания содержит релейный элемент, инвертор, два дополнительных элемента И и два дополнительных элемента ИЛИ, выход одного из которых подключен к входу основного элемента ИЛИ, а входы - к выходам дополнительных элементов И, связанных первыми входами с выходом основного элемента И, вторым входом одного дополнительного элемента И с выходом второго дополнительного элемента ИЛИ, подключенного входами к выходам двух промежутоцных разрядов счетчика, а третьим входом этого элемента И - к выходу релейного элемента, связанного входом с источником питания шагового электродвигателя, причем второй вход .другого дополнительного элемента И соединен с выходом инвертора, подключенного входом к выходу релейного элемента.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское .свидетельство СССРУ 6 10281, кл. Н 02 Р 8/00, 1978.