Устройство для программного управления шаговым двигателем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 05 В 19/4 ПИС Т ноло твом ивер Телегин, И.Н Руся кавт и может автома ктро при стройст и к над матике и быть исического одом опс повыеж ности овышение надежконтроля большена функционал программного у ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИ РИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Специальное конструкторско-техгическое бюро с опытным производспри Белорусском государственном унситете им, В.И. Ленина(56) Авторское свидетельство СССРМ 628464, кл. 6 05 В 19/40, 1978.Авторское свидетельство СССРМ 1200248, кл, 0 05 В 19/40, 1985,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления шаговым электроприводом оптических сканирующих устройств с повышенными требованиями к надежности работы, С целью расширения надежности работы в устройство, содержащее блок задания программы, блок задания режима,Изобретение относит вычислительной технике пользовано в системах управления шаговым эле тических сканируемых у шенными требованиям работы.Цель изобретения - п ности путем обеспечения го числа сбойных ситуацииНа фиг, 1 представле ная схема устройства для два элемента И, три элемента ИЛИ, формирователи синхроимпульса и строб-импульса, коммутатор фаз, введены три триггера, элемент ИЛИ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мультиплексор, логический блок и два реверсивных сдвиговых регистра с новой совокупностью связей. При несимметричных режимах коммутации каждый синхроимпульс, формируемый по тактовому импульсу, обуславливает сдвиг записанной при включении устройства кодовой комбинации в одном из регистров, соответствующей после сдвига следующему включению шагового двигателя, в то время как содержимое другого регистра, равное при штатной работе шагового электропривода фактической кодовой комбинации на выходах коммутатора фаз после завершения переходных процессов, сравнивается блоком задания режима с состоянием электропривода. При отклонении фактического состояния от заданного, в т.ч. при исчезновении силового питания, обрыве фазных обмоток либо их закорачивании, устройство выдает сигнал отказа, используемый для прерывания программы. 2 з.п, ф-лы, 3 ил. равления шаговым двигателем; на фиг, 2 - схема блока задания режима; на фиг. 3 - пример заполнения коммутатора фаз,Устройство содержит блок 1 задания программы, блок 2 задания режима, первый 3 и второй 4 элементы И, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 элементы ИЛИ, формирователь 9 синхроимпульса, формирователь 10 строб-импульса, коммутатор 11 фаз, связанный своими выходами с шаговым двигателем 12, первый 13, второй 14 и третий 15 триггеры, элемент ИСКЛЮЧАЮ 1675850блокирует работу блока 2, обуславливая 35 40 ЩЕЕ ИЛИ 16, первый 17 и второй 18 реверсивные сдвиговые регистры, мультиплексор 19 и логический коммутатор 20.Логический коммутатор 20 включает в себя селектор-мультиплексор 21, элементы ИЛИ 221 - 22 ппо числу выходов коммутатора 11 фаз и элементы 2 И 231-23 ппо чисгу выходов коммутаторов 11 фаз,Блок 2 задания режима (фиг. 2) содержит элемент 24 сравнения кодов, элемент ИЛИ - НЕ 25 и элемент И 26, число входов у каждого из которых равно числу выходов коммутатора 11 фаз, элемент 3 ИЛ И- Н Е 27 со стробированием,Коммутатор фаз (фиг, 3) содержит реверсивный счетчик 28, элемент ИЛИ-НЕ 29, мультиплексоры 30-32, усилители 33 - 35.устройство работает следующим образом,При включении устройства на установочном выходе блока 1 задания программ устанавливается сигнал низкого уровня, действующей в течение определенного (10 мкс - 1 мс) промежутка времени сигнал начальной установки) и обуславливающий на это время блокировку коммутатора 11 фаз с обесточиванием обмоток шагового двигателя 12. Поступая далее через элемент ИЛИ 5, работающий в инверсной логике, на первый вход формирователя 10 строб-импульса, сигнал низкого уровня обуславливает появление на выходе формирователя 10 строб-импульса сигнала низкого уровня, который при этом на его выходе сигнал высокого уровня, являющийся сигналом отсутствия сбоя и разрешающий работу блока 1 задания программы в штатном режиме. Формирователь 10 строб-импульса может быть выполнен, например, на базе триггера, вход установки в нулевое состояние которого подключен к выходу перваго элемента ИЛИ 5, вход установки в единичное состояние через элемент задеркки связан с выходом формирователя 9 синхроимпульса, а инверсный выход соединен с входам стробирования блока 2,При задании, к примеру, несимметричного режима коммутации с включением разного количества обмоток шагового двигателя в соседних тактах на выхсде для задания режима коммутации блока 1 устанавливается сигнал высокого уровня, и сигнал начальной установки в данном слу, чае устанавливает третий триггер 15 в единичное состояние. Б единичное состояние этим же сигналом устанавливается и триггер 14, обуславливая в свою очередь сигналом низкого уровня с инверсного выхода 5 10 15 20 установку триггера 13 в единичное состояние. Одновременно сигнал низкого уровня с инверсного выхода триггера 14 подается и на вход элемента ИЛИ 6, обеспечивающего сложение сигналов низкого уровня. Тем самым с выхода элемента 6 на входы работающих в инверсной логике элементов ИЛИ 7 и 8 поступает сигнал низкого уровня, и независимо от состояния триггера 15 на входах элементов И 3 и 4 поддерживается разрез. ающий сигнал низкого уровня.По окончании сигнала начальной установки на установочном выходе блока 1 задания программы появляется сигнал высокого уровня, который обуславливает установку коммутатора 11 фаз в исходное состояние, опредегяемое уровнями потенциальных сигналов на входах коммутатора 11 для задания режима коммутации и количества возбужденных фаз. При задании, к примеру, минимального количества возбужденных фаз в исходном состоянии в случае несимметричного режима коммутации на вход задания количества возбужденных фаэ из блока 1 задания программы подается сигнал низкого уровня (при сигнале высокого уровня на входе для задания режима коммутации), При установке коммутатора 11 фаз в исходное состояние на соответствующих выходах коммутатора появляются сигналы высокого уровня, обуславливающие записывание определенных обмоток шагового двигателя 12,По перепаду сигнала из 0" в "1" на установочном выходе блока 1 задания программы и тем самым на выходе элемента ИЛИ 5 запускается формирователь 9 синхроимпульса, вырабатывающий отрицательный импульс, который проходит через открытые элементы И 3, 4 и подается нг входы сдвига реверсивных сдвиговых регистров 17 и 18, На входах записи (Е) этих регистров присутствует сигнал низкого уровня, снимаемый с инверсного выхода триггера 14 и являющийся сигналом разрешения параллельной записи информации в регистры, выполняемый по окончании синхроимпульса, т.е, по его переходу из "О" в "1". В реверсивный сдвиговый регистр 17 при этом записывается кодовая комбинация, присутствующая на выходах коммутатора 11 фаз и соответствующая минимальному количеству возбужденных фаз (например, 100.0) шагового двигателя, Записываемая в реверсивный сдвиговый регистр "8 кодовая комбинация снимается при нулевом состоянии адресного входа селектора-мультиплексора 21 с выходов группы элементов ИЛИ 221-22 ли содержит благодаря их кольцевому включе 16758505 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нию (при работе в положительной логике) на одну логическую единицу больше в сравнении с кодовой комбинацией на выходе коммутатора 11 фаз, соответствуя включению обмоток шагового двигателя 12 в следующем такте коммутации например, 110,0) при движении е прямом направлении, задаваемом высоким уровнем сигнала на выходе направления блока 1 задания программы,Одновременно с записью информации в рееерсивные сдвиговые регистры 17 и 18 триггер 15 по перепаду синхроимпульса из "0" в "1" переключается в нулевое состояние, обеспечивая сигнал низкого уровня на адресном входе мультиплексора 19 и прохождение кодовой комбинации, записанной е реверсивный сдвиговый регистр 17, через мультиплексор 19 на информационные входы Ь блока 2, Перепадом синхроимпульса из "0" е "1" в триггер 14 записывается сигнал низкого уровня с его информационного входа,На инверсном выходе этого триггера с некоторой временной задержкой, обусловленной записью информации, появляется сигнал высокого уровня, который переводит реверсивные сдеиговые регистры 17 и 18 в режим сдвига записанной информации и деблокирует триггер 13, на инверсном выходе которого благодаря задержке на триггере 14 продолжает сохраняться сигнал низкого уровня, При задании, к примеру, движения в прямом направлении (высокий уровень сигнала на выходе направления блока 1) с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 на вход элемента ИЛИ 6 подается сигнал высокого уровня, На первом входе этого элемента и рисутствует сигнал также высокого уровня и тем самым на первые входы элементов ИЛИ 7 и 8 подается сигнал высокого уровня, что при нулевом состоянии триггера 15 обуславливает сохранение разреша.ощего сигнала низкого уровня на входе элемента И 3, в то время как элемент И 4 блокируется сигналом высокого уровня с выхода элемента ИЛИ 8.После окончания синхроимпульса на выходе формирователя 10 строб-импульса с некоторой временной задержкой, необходимой для завершения переходных процессов в реверсивных сдвиговых регистрах 17 и 18 и мультиплексоре 19, появляется сигнал высокого уровня, деблокирующий блок 2. На первые информационные входы а этого блока подана кодовая комбинация с выходов коммутатора 11 фаз, а на вторые информационные входы Ьпоступает информация с выходов мультиплексора 19,записанная в реверсивном сдеиговом регистре 17, При равенстве обеих кодовых комбинаций на выходе элемента 24 сравнения кодов, входящего в состав блока 2 (фиг. 2), присутствует сигнал низкого уровня. При первоначальной запитке шагового двигателя и наличии хотя бы одной включенной и хотя бы одной обесточенной обмоток с выходов элементов ИЛИНЕ 25 и И 26 также снимаются сигналы низкого уровня и тем самым при штатном включении шагового электроприеодэ на выходе блока 2 после снятия строба присутствует сигнал высокого уровня, разрешающий дальнейшую работу блока 1 задания программы в установленном режиме.При выдаче на тактовый выход блока 1 задания программы отрицательного тактового импульса этот импульс проходит через первый элемент ИЛИ 5 и поступает на вход формирователя 10 строб-импульса, на выходе которого при этом появляется сигнал низкого уровня, запирающий блок 2. По окончании тактового импульса, т.е. по его переходу из "0" в "1", на выходах коммутатора 11 фаз формируется кодовая комбинация, сдвинутая на один шаг в прямом направлении (1100) и обуславливающая соответствующее переключение обмоток шагового двигателя 12. Одновременно по тому же переходу тактового импульса запускается формирователь 9 синхроимпульса и отрицательный импульс с его выхода проходит через открытый элемент И 3 на вход сдвига реверсивного сдвигоеого регистра 17, обуслаелиеая в дальнейшем своим переходом из "0" и "1" сдвиг записанной в этом регистре информации на один шэг в прямом направлении и появление на его выходах кодовой комбинации (0100), соответствующей следующему (по второму тактовому импульсу) включению обмоток шагового двигателя. Одновременно перепадом синхроимпульса из "0" е "1" подтверждается состояние триггера 13 (при отсутствии сигнала реверса) и триггера 14, в то время как триггер 15 переключается перепадом синхроимпульса е единичное состояние, открывая элемент И 4, а также обеспечивая прохождение на информационные входы блока 2 кодовой комбинации с выходов реверсивного сдеигового регистра 18, е котором записана информация (110.0), совпадающая с кодовой комбинацией на выходах коммутатора 11 фэз при штатной отработке шага.После окончания синхроимпульса и снятия с соответствующей задержкой строба на выходах блока 2 продолжает сохраняться сигнал высокого уровня, подтверждающий51015 20 40 50 после завершения переходных процессов отсутствие отказа либо сбойной ситуации. При выдаче нового тактового импульса описанный цикл повторяется с той лишь разницей, что отрицательный синхроим - пульс с выхода формирователя 9 поступает через элемент И 4 на вход сдвига регистра 18, обуславливая своим переходом из "0" в "1" сдвиг записанных в этом регистре данных и появление кодовой комбинации (01100) на его выходах, в то время как на вторые входы блока 2 поступает кодовая комбинация (010.0) с выходов регистра 17, соответствующая информации на первых входах блока 2 при штатной работе электро- привода, Синхроимпульс с выхода формирователя 9 переключает далее триггер 15 в нулевое состояние, обеспечивая прохождение следующего синхроимпульса через элемент И 3, Тем самым каждый тактовый импульс при несимметричных режимах коммутации обуславливает сдвиг кодовой комбинации в одном из регистров (т.е, формирование следующей заданной кодовой комбинации) и сравнение содержимого второго из регистров, равного при штатной работе шагового электрапривода фактическому состоянию последнего после прохождения тактового импульса и завершения переходных пооцессов,При изменении направления движения путем выдачи сигнала низкого уровня на выход направления блока 1 задания программы равно как и при задании движения в обратном направлении при первоначальном включении устройства, на входы эле. мента ИСКЛЮЧА)ОЩЕЕ ИЛИ подаются сигналы одинакового (низкого) уровня, и сигнал низкого уровня с выхода этого элемента, поступая через элементы ИЛИ 6-8 на входы элементов И 3 и 7, разрешает прохождение синхроимпульса с выхода формирователя 9 через оба элемента И 3 и 4 на входы сдвига обоих регистров 17 и 18 и синхронный сдвиг записанных в этих реистрах данных в обратном направлении. после чего на сравнение выдается содержимое одного из регистров, равное при отсутствии сбоев в работе кодовой комбинации на выходах коммутатора 11 фаз, сдвинутой соответственно тактовым импульсом (или перепадом из "О" в "1" по окончании сигнала начальной установки) в обратном направлении,Если при несимметричном режиме коммутации количество возбужденных фаз шагового двигателя 12 в исходном состоянии задается максимальным (к примеру, 110.0) путем выдачи сигнала высокого уровня на выход для задания количества возбужденных фаз блока 1, то данная комбинация будет присутствовать на выходах коммутатора 11 фаз и запишется в реверсивный свдиговый регистр 17 после установки шагового электропривода в исходное состояние, в то время как записываемая в реверсивный. сдвиговый регистр 18 кодовая комбинация снимается (при высоком уровне сигнала на адресном входе селектора-мультиплексора 21) с выходов группы элементов И 231 - 23 п 1 и содержит благодаря кольцевому включению этих работающих в положительной логике элементов на одну логическую единицу меньше в сравнении с кодовой комбинацией на выходе;оммутатора 11 фаз, соответствуя включению обмоток шагового двигателя 12 в следующем такте коммутации (010.0) при движении в прямом направлении, После записи информации и установки триггера 14 в нулевом состоянииустройство работает, в т,ч, и при обработкереверса, аналогично описанному.В случае выбора симметричного режима коммутации путем выдачи сигнала низкого уровня на выход для задания режима коммутации блока 1 триггер 15 фиксируется в нулевом состоянии и не реагирует в дальнейшем на поступающие синхроимпульсы, обуславливая сравнение содержимого только реверслвного сдвигового регистра 17 с данными на первых информационных входах блока 2, так как на адресном входе мультиплексора 19 в этом случае постоянно поддерживается сигнал низкого уровня. На вход сдвига первого регистра 17 при этом поступает каждый синхроимпульс через постоянно открытый первый элемент И 3, в то время как коммутатор 11 фаз формирует при поступлении тактовых импульсов последовательность кодовых комбинаций, соответствующую симметричному режиму(к примеру, 110 ,О, 01100 и т,д,). Обеспечивая сравнение фактического состояния шагового элекгропривода с заданным режимом работы по таклм основным параметрам, как количество включаемых в каждом также фазных обмоток, их сдвиг по каждому такту, изменение количества фазных обмоток при несимметричных режимах коммутации, а также отслеживание изменений направления движения и, при необходимости, корректный сдвиг, в т.ч, с учетом переходных про. цессов, устройство выдает сигнал отказа при любом отклонении фактического состояния от заданного режима работы после завершения переходных процессов и снятия строба. Поступая с выхода заданиярежима блока на блок задания программы, сигнал отказа обуславливает прерывание выполняемой программы и может быть до-.полнительно использован для аварийной сигнализации, блокировки управляемого обьекта и т,д. Сигнал отказа выдается устройством и нии всех обмоток на шину питания, в т,ч. и при нештатном обесточивании обмоток во время стоянки (не путем выдачи сигнала низкого уровня на установочный выход блока 1 задания программы). Во всех этих случаях на выходе элемента ИЛИ - НЕ 25 либо элемента И 26 в зависимости от вида сбойной ситуации появляется сигнал высокого уровня, обуславливающий после снятия строба сигнал низкого уровня на выходе элемента ИЛИ - НЕ 27 со стробированием (фиг, 2), т,е. сигнал отказа, превышающий выполнение текущей программы.Таким образом, предложенное устройство для программного управления шаговым двигателем обладает, в сравнении с известным, более высокой надежностью, обеспечивая в процессе отработки заданной программы пошаговый контроль последовательности переключения фазных обмоток шагового двигателя, количества включаемых по каждому такту обмоток и их сдвиг, изменения количества включаемых обмоток при несимметричных режимах коммутации. При любом отклонении от заданного режима работы, в т.ч, при обрывах либо коротких замыканиях фазных обмоток. устройство оперативно выдает сигнал отказа, который может быть использован для прерывания программы, блокировки объекта и аварийной сигнализации практически сразу после возникновения сбойной ситуации. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Формула изобретения 1, Устройство для программного управления шаговым двигателем, содержащее блок задания программы, блок задания режима, первый и второй элементы И, первый, второй и третий элементы ИЛИ, формирователь синхроимпульса, формирователь строб-импульса и коммутатор фаз, группа информационных выходов которого подключена к шаговому двигателю, а тактовый вход направления счета и установочный вход соединены с соответствующими выходами блока задания программы, вход которого связан с выходом блока задания режима, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем обеспри исчезновении силового питания после.включения шагового электропривода, обрыве всех фазных обмоток либо закорачива печения контроля большего числа сбойных ситуаций, в него введены первый, второй и третий триггеры, четвертый элемент ИЛИ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. первый и второй реверсивные сдвиговые регистры, мультиплексор и логический коммутатор, входы для задания количества возбужденных фаз и режима коммутации коммутатора фаз подключены к соответствующим выходам задания блока задания программы, установочный и тактовый выходы которого соединены с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу формирователя строб-импульса и к входу формирователя синхроимпульса, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, с тактовыми входами триггеров и с вторым входом формирователя строб-импульса, соединенного выходом с входом стробирования блока задания режима, первая группа информационных входов которого подключена к выходам коммутатора фаз и к группе информационных входов первого реверсивного сдвигового регистра и логического коммутатора, адресный вход которого объединен с входом коммутатора фаз для задания количества возбужденных фаз, а выходы соединены с группой информационных входов второго реверсивного сдвигового регистра, вход реверса которого объединен с входом направления коммутатора фаз, с информационным входом первого триггера, с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и с входом реверса первого реверсивного сдвигового регистра, разрядные выходы которого соединены с первой группой информационных входов мультиплексора, вторая группа информационных входов которого соединена с разрядными выходами второго реверсивного сдвигового регистра, выходы подключены к второй группе информационных входов блока задания режима, а адресный вход подключен к прямому выходу третьего триггера, вход установки в нулевое состояние которого соединен с входом для задания режима коммутации фаз. вход установки в единичное состояние соединен с установочным входом коммутатора фаз и с входом установки в единичное состояние второго триггера, информационный вход которого подключен к общей ине, а выход соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и с входом установки в единичное состояние первого триггера, выход которого соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенного выходом к второму входу второгоэлемента ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов ИЛИ, вторые входы которых связаны соответственно с прямым и инверсным выхс дами третьего триггера, а выходы подкл ючены к вторым входам первого и второго элементов И, выходы которых соединены с входами сдвига соответственно первого и второго реверсивных сдвиговых регистров, входы записи которых подключены к выходу второго триггера.2.Устройствопо п,1, отлича ющеес я тем, что логический коммутатор содержит селектор-мультиплексор, элементы ИЛИ по числу выходов коммутатора фаз и элементы И по числу выходов коммутатора фаз, первые входы первого элемента ИЛИ и первого элемента И подключены к первым входам второго элемента ИЛИ и элемента И, а также к соответствующему входу из группы информационных входов логического коммутатора, вторые входы второго элемента ИЛИ и второго элемента И подключены к второму входу иэ группы информационных входов логического коммутатора, вторые входы второго элемента ИЛИ и второго элемента И подключены к второму входу из группы информационных входов логического коммутатора, к первым входам третьих элементов ИЛИ и И, вторые входы последних элементов ИЛИ и И соединены с последним входом группы информационных входов логического коммутатора, свторыми входами первых элементов ИЛИ иИ, выходы всех элементов ИЛИ подключенык первой группе информационных входов5 селектора-мультиплексора, вторая группаинформационных входов которого соединена с выходами элементов И, адресный входсоединен с соответствующим входом логического коммутатора, выходы селектора 10 мультиплексора подключены к группеинформационных выходов логического коммутатора.3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что блок задания режима содер 15 жит элемент сравнения кодов, элементИЛИ - НЕ и элемент И, число входов у каждого из которых равно числу выходов коммутатора фаз, элемент ЗИЛИ-НЕ состробированием, выход которого подклю 20 чен к выходу блока задания режима, входстрабирования которого соединен с соответствующим входом элемента ЗИЛИ - НЕсо стробированием, группа входов соединена с выходами элементов ИЛИ-НЕ,25 И и выходом элемента сравнения кодов,первая группа входов которого обьединена с соответствующими входами элементов И, ИЛИ-НЕ и подключена к первойгруппе информационных входов, а втораяЗ 0 группа входов соединена с второй группойинформационных входов блока задания режима,1675850 ЦРедактор В, Данко Корректор С, Черни аказ 3002 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открцтиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, ф+