Устройство для программного управления -фазным шаговым двигателем

)5 6 05 В 19/4 г ггпу уИ БРЕ ЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ И(56 Авторское свидетельство СССРМ 1020800, кл, 6 05 В 19/40; 1982.Авторское свидетельство СССРМ 1137443, кл. 6 05 В 19/40, 1983,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГОУПРАВЛЕНИЯ М-ФАЗНЫМ ШАГОВЫМДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к автоматике иможет бьггь использовано для управлениястанками, оснащенными шаговыми приводами подач. Цель - упрощение и повышениенадежности устройства, Для этого в устройство, содержащее нереверсивный и реверсивный двоичные счетчики, сумматор кодов,первый и второй элементы ИЛИ, введены Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для управления станками, оснащенными шаговыми приводами подач.Известно устройство для программного уйравления т-фазным шаговым двигателем, содержащее блок задания программ, подключенный выходами через первый. и второй счетчики к входам сумматора кодов, первый.инвертор и в мультиплексоров, выходы которых подключены к фазным обмоткам двигателя, управляющие входы соединены между собой и с выходами старших разрядов второго счетчика, выход переноса сумматора кодов соединен с 1,2,3 в-ым информационным входом соответственно 2,3 и), 1-го мультиплексоров, а чепервый и второй мультиплексоры "2 на 1", дешифратор, а в каждом из каналов управления - элемент И, первые информационные входы первого и второго мультиплексоров соединены с выходами второго и первого элементов ИЛИ, вторые информационные входы первого и второго мультйплексоров подключены к выходам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, управляющие входы первого и второго мультиплексоров соединены с выходом второго старшего разряда реверсивного двоичного счетчика, выход первого мультиплексора соединен с первыми входами элементов И всех нечетных каналов, а выход второго мультиплексора соединен с первыми входами элементов И всех четных каналов, входы дешифратора соединены с Б выходами с второго по последний старших разрядов реверсивного двоичного счетчика, в выходы дешифратора - с.вторыми входами элементов И соответствующих каналов, вы- а ходы которых соединены с усилителями мощности данных каналов. 6 ил. реэ инвертор - с 1,2,3 гп-ым информационным входом соответственно 1,2.3 е-го мультиплексоров, а третьи информационные входы мультиплексоров подключены к шине нулевого потенциала.Недостатками этого устройства являются низкая точность отработки дробных шагов, низкий создаваемый момент на валу двигателя и небольшой коэффициент дробления.Наиболее близким к изобретению является устройство для программного управления гп-фазным шаговым двигателем, где и) " =4,6,8 - четное число, содержащее нереверсивный двоичный счетчик, счетный вход, входы управления реверсом и установки в "0" которого соединены с шиной высокочастотных импульсов тактирования, реверсивный двоичный счетчик, входы которого соединены с шинами низкочастотных импульсов тактирования, реверса и установки в нулевое исходное состояние, сумматор кодов, первая группа входов которого соединена с выходами нереверсивного двоичного счетчика, а вторая группа входов - с выходами младших разрядов реверсивного двоичного счетчика, первый элемент ИЛИ, входы которого через первый и второй элементы НЕ соединены соответственно с выходами переноса сумматора кодов и с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика, второй элемент ИЛИ, входы которого соединены соответственно. с выходом переноса сумматора кодов и с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика, а в каждом канале управления, - усилитель мощности, выходом подключенный, к соответствующей фазной обмотке шагового двигателя; .Недостатком этого устройства являют-, ся сложность схемы, обусловленная содержанием в каждом канале мультиплексоров с в-информационными входами, низкая надежность работы,Цель изобретения - упрощение и повышение надежности.Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для программного управления в-фазным двигателем, где е " 4,6,8 - четное число, содержащее нереверсивный двоичный счетчик, вход которого соединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования, реверсивный двоичный счетчик, счетный вход, входы управления реверсом и установки в "О" ,которого соединены с шинами низкочастотных импульсов тактирования, реверса и установки в нулевое исходное состояние,сумматоров кодов, первая. группа входов которого соединена с выходами нереверсивного счетчика, а вторая группа входов - с выходами младших разрядов реверсивного двоичного счетчика, первый элемент ИЛИ., входй которого через первый и второй элементы НЕ соединены соответственно с выходом переноса сумматора кодов и с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика, второй элемент ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходом переноса сумматора кодов и с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика, а в каждом выходном канале управления - усилитель мощности, выходом подключенный к соответствующей фазной обмотке шагового двигателя, введены первый и второй мультиплексоры "2 на 1", дешифратор, е в каждом из каналов управления - логический элемен И, первые информационные входыпервого и второго мультиплексоров соединены с выходами второго и первого элементов ИЛИ, вторые информационные входы.5 первого и второго мультиплексоров подключены к выходам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, управляющиевходы первого и второго мультиплексоровсоединены с выходом второго старшего раз 10 ряда реверсивного двоичного счетчика, выход первого мультиплексора соединен спервыми входами элементов И всех нечетных каналов, а выход второго мультиплексора соединен с первыми входами элементов15 И всех четных каналов, входы дешифраторасоединены с выходами с второго по последний старших разрядов реверсивного двоичного счетчика, а выходы дешифратора - свторыми входами, элементов И соответству 20 ющих каналов, выходы которых соединеныс усилителями мощности данных каналов,На фиг. 1 - 3 представлены функциональные схемы устройства соответственнопри управлении 4-х, 6-и. 8-и фазными шаго 25 выми двигателями: на фиг. 4 - 6 - временныедиаграммы коммутации фазных токов двигателей (а) и номограммы результирующихмоментов двигателей (б),Устройство содержит нереверсивный30 двоичный счетчик 1, вход которого соединен. с шиной высокочастотных импульсовтактирования 1 в, .реверсивный двоичныйсчетчик 2, входы которого соединены с шинами низкочастотных импульсов тактирова 35 ния 1 н, реверсирования "Реверс" иустановки в исходное нулевое состояние, "Установка в "О", сумматор кодов 3, первая группа входов которого соединена с выходами нереверсивного счетчика 1, вторая 40 группа входов - с выходами младших разрядов реверсивного двоичного счетчика 2, первый элемент ИЛИ 4, входы которого через первый 5 и второй 6 элементы НЕ соединены соответственно с выходом переноса 45 сумматора кОдов 3 и с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика 2, второй элемент ИЛИ 7, входы которого соединены соответственно с выходом переноса сумматора кодов 3 и с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика 2,50 мультиплексоры 8 и 9, информационные входы которых соединены соответственно свыходами первого 4 и второго 7 элементов ИЛИ, управляющие входы - с выходом первого старшего разряда реверсивного счеу-.55 чика 2, а выходы - с первыми входами элементов И 10 четных и нечетных каналов,дешифратор 11; входы которых соединеныс выходами свторого по последний старших разрядов реверсивного счетчика 2, а выхо10 20 30 35 40 45 50 55 ды - с вторыми входами элементов И 10 соответствующих каналов, усилители мощности 12 выходы которых соединены с выходами элементов И 10 соответствующих каналов, а выходы - с фазными обмотками 13 двигателя.Устройство работает следующим образом,Тактовая последовательность высоко. частотных импульсов 18 непрерывно поступает на вход нереверсивного счетчика 1, работающего на суммирование. После подачи импульса "Установка в "0" устройство устанавливается в исходное состояние. При этом на всех разрядных выходах счетчика 2 имеются нулевые логические потенциалы, на выходах переноса сумматора кодов 3 и элемента ИЛИ 7 присутствуют нулевые потенциалы, а на выходах элементов НЕ 5, НЕ б и ИЛИ 4 - единичные потенциалы, На первом и последнем выходах дешифратора 11 имеются единичные потенциалы, а на всех остальных его выходах - .нулевые потенциалы. В результате нулевого потенциала на выходе второго старшего разряда счетчика 2 выбираются первые информационные входы мультиплексоров 8 и 9.В этом состоянии устройства через последнюю 13.в фазу двигателя протекает номинальный ток )н, а во всех остальных фазах токи отсутствуют.Если к шине устройства прикладывается единичный потенциал, то счетчик 2 настраивается на режим суммирования и обеспечивает прямой порядок переключения фаз двигателя, При этом с поступлением на вход счетчика 2 низкочастотных импульсов тактирования 1 н на его выходах младших разрядов формируются двоичные коды, которые, суммируясь с аналогичными выходными кодами счетчика 1 на выходе переноса сумматора. кодов 3, создают высокочастотные ШИМ-сигналы, Эти. ЩИМ-сигналы, проходя через элемент И 101 и усилитель 12.1 первого канала, создают в первой "фазе 13.1 двигателя линейно-ступенчато нарастающий ток (при номинальном токе 1 н в последней гп-ой фазе и нулевых токах в остальных фазах). После переполнения младших разрядов счетчика 2 на выходе первого разряда его старших разрядов появляется единич ный потенциал, Благодаря этому в такт формирования. кодов на .выходах младших разрядов счетчика 2 в первой фазе 13.1 двигателя устанавливается номинальный ток . н, э в в-ой фазе - линейно-ступенчато спадающий ток (при нулевых токах - в остальных фазах).,После повторного переполнения младших разрядов счетчика 2 единица появляется на выходе второго его старшего разряда, Это приводит к выборке вторых информационных выходов мультиплексоров 8 и 9 и к выборке первых двух выходов дешифратора 11. Благодаря этому при нулевом потенциа.ле первого старшего разряда счетчика 2 через первую фазу 13.1 двигателя продолжает протекать номинальный токн, во второй фазе 13,2 формируется линейно-ступенчато нарастающий ток, а при единичном потенциале первого старшего разряда счетчика 2 в первой фазе формируется линейно-ступенчато спадающий ток, во второй фазе устанавливается номинальный ток 1 н (при нулевых токах - в остальных фазах),Дальнейшее функционирование устройства заключается в том, что в последующих тактах работы поочередно выбираются последующие пары выходов (2,3 - 3,4 - 4,5 - ) дешифратора 11, в соответствии с чем разрешение получают другие пары элементов И 10, В результате этого линейно-ступенчато нарастающие и спадающие токи создаются в последующих парах фаз двигателя, Вектор результирующего момента на валу двигателя описывает в-угольную номограмму по полю двигателя и, в соответствии с этим, его ротор отрабатывает заданное число дробных шагов.Реверсирование двигателя осуществляется приложением к шине "Реверс" нулевого потенциала и созданием режима вычитания счетчика 2. Коэффициент дробле-. ния основного шага двигателя определяется выражением К - 2" ф, где число младших разрядов счетчика 2 и число разрядов счетчика 1,Число старших разрядов счетчика 2 определяется .выражением Р = 2+1 о 92 , где в - число фаз двигателя, А число выходов дешифратора равно числу фаз двигателя в. Количество уровней модуляции. токов в фазах равно 2". Частота импульсов Ьв, подаваемых на вход счетчика 1, выбирается, исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя. А частота импульсов 1 н, подаваемых на вход счетчика 2, выбирается в соответствии с требуемой скоростью вращения ротора двигателя.Таким образом, предлагаемое устройство имеет более простую логическую структуру, поскольку в нем вместо сложных мультиплексоров с гп-информационными входами в каждом канале используются самые простые логические элементы И в сочетании с двумя элементарными мультиплексорами "2 на 1" и несложным1718187 Еф дешифратором. Это упрощение повышаетнадежность работы устройства. ф о р мул а изобретен ияУстройство для программного управле- б ния е-фазным шаговым двигателем, где а =4,6,8 - четное число, содержащее нереверсивн ый двоичный счетчик, вход которого соединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования, реверсивный двоичный 10 счетчик, счетный вход, входы управления реверсом и установки в "0" которого соединены соответственно с шинами низкочастотных импульсов тактирования, реверса и установки в нулевое исходное состояние, 15 сумматор кодов, первая группа входов. которого соединена с выходами нереверсивного . двбичного счетчика, а вторая группа входов - с выходами младших разрядов.реверсивного двоичного счетчика, первый 20 элемент ИЛИ, входы которого через первый и второй элементы НЕ соединены соответ-. ственно с выходом переноса сумматора кодов и с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика. второй . 25 элемент ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходом переноса сумматора кодов и.с первым старшим разрядом реверсивного двоичного счетчика, а в каждом выходном канале управления - усилитель мощности, выходом подключения к соответствующей фазной обмотке шагового двигателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, введены первый и второй мультиплексоры "2 на 1", дешифратор, а в каждом.иэ каналов управления - элемент И, первые информационные входы первого и второго мультиплексоров соединены с выходами второго и первого элементов ИЛИ, вторые информационные входы первого и второго мультиплексоров подключены к выходам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, управляющие входы первого и второго мультиплексоров соединены с выходом второго старшего разряда реверсивного двоичного счетчика, выход первого мультиплексора соединен с первыми входами элементов И всех нечетных каналов, а выход второго мультиплексора соединен с первыми входами элементов И всех четных каналов, входы дешифратора соединены с выходами с второго по последний старших разрядов реверсивного двоичного счетчика, а выходы дешифратора - с вторыми входами элементов И.соответствующих каналов, выходы которых соединены с усилителями мощности данных каналов.1718187 Составитель А. ИсправниковаРедактор И. Ванюшкина Техред М.Моргентал Коррек Кундрик роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 3 881 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по из 113035, Москва, Ж-З 5, РПодписноебретениям и открытиям при ГКНТ СССРушская наб., 4/5