Устройство для управления шаговым электродвигателем

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН,8/ а) Н МИТЕТ СССРЙ И ОТНРЫТИЙ ДАРСТВЕННЫЕЛАМ ИЗОБРЕ БРЕТ ИСАНИЕ ТОРСКОМУ СВ ВУ 2. Устройств ч а ю щ е е с я . тий дополнитель вход которого с .выходом старшег второй - с выхо выход подключен новных элементо и веден треИ, один тем, чт й элеме нверсны н е разрядам элемен ика, И, а м ос к вторым вх(56) 1. Луценко В.Е., Рубцов В.П.Электропривод с шаговыми двигателями. Электропривод и автоматизация промышленных установок. Т, 6. И , ВИНИТИ 1978, с. 58-61.2, Авторское свидетельство СССР У 902191, кл. Н 02 р 8/00, 1981.(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее распределитель импульсов, многоканальный усилитель мощности, подключенный через элементы И к выходам распределителя импульсов, и Формирователь импульса Форсирования, соединенный одним входом с входом распределителя импульсов, а другим - с шиной источника питания двигателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности Формирования импульса Форсирования и надежности устройства, Формирователь импульса форсирования содержит преобразователь напряжение " частота, два дополнительных элемента И, счетчик и элемент ИЛИ, связанный выходом с вторыми входами основных элементов И, а первым входом - с выходом первого дополнительного элемента И, подключенного входами к инверсным выходам трех старших разрядов счетчика, выход старшего из которых соединенс одним из входов второго дополнительного элемента И, подключенного другим своим входом к второму входу элемента ИЛИ и выходу преобразователя аналог-частота, соединенного входом с шиной источника питания двига- теля, причем выход второго дополни-. Я тельного элемента И соединен со счет ным входом счетчика, связанного входом установки нулевого состояния с входом распределителя импульсов.425 2 от параметров нескольких элементов,трудно. Кроме того, низкая точностьвырабатываемой длительности Форсирования обусловлена тем, что в данномустройстве длительность Форсированияне изменяется при колебаниях напряжения источника питания низкого напряжения, которые также влияют на характеристики шагового двигателя. Устройство имеет недостаточно высокуюнадежность вследствие выполнения Формирователя длительности Форсированияна аналоговых элементах неинтегрального исполнения,Цель изобретения - повышение точности Формирования импульса форсирования и надежности устройства дляуправления шаговым электродвигателем.Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для управления шаговым электродвигателем, содержащемраспределитель импульсов, многоканальный усилитель мощности, подключенный через элементы И к выходамраспределителя импульсов, и соединенный входами с входом распределителяимпульсов и шиной источника питаниядвигателя Формирователь импульса Форсирования, последний содержит преобразователь напряжение-частота, двадополнительных элемента И, счетчики элемент ИЛИ, связанный выходом свторыми входами основных элементов И,а первым входом - с выходом первогодополнительного элемента И, подключенного входами к инверсным выходамтрех старших разрядов счетчика, выход старшего из которых соединен содним из входов второго дополнительного элемента И, подключенного другимсвоим входом к второму входу элемента ИЛИ и выходу преобразователя аналог-частота, соединенного входом сшиной источника питания двигателя,причем выход второго дополнительногоэлемента И соединен со счетным входом счетчика, связанного входом установки нулевого состояния с входомраспределителя импульсов.Кроме того, в формирователь длительности Форсирования введен третийэлемент И, один вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, другойк инверсному выходу старшего разрядасчетчика, а выход подключен к вторымвходам Основных элементов И.Такое выполнение устройства обеспечивает повышение точности вырабатываемой длительности форсирования и 1 1056Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано всистемах автоматического управленияс шаговыми двигателями например всистемах числового программного уп.равления металлорежущими стенками,графопостроителях, программных механизмах и т.д.Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее Ораспределитель импуЛьсов, Формирбватель дпительности форсирования и многоканальный усилитель мощности, коммутирующий фазы шагового двигателя,Это устройство Форсирует процесс нарастания тока в Фазах посредствомповышения уровня напряжения питанияфаз после их переключения на определенный промежуток времени Я ,Недостатками указанного устройства являются низкая точность Формиро-вания длительности импульса форсирования и независимость длительностифорсирования от питающего напряжения,что снижает нагрузочиую способность 5двигатеЛя.Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомурезультату является устройство дляуправления шаговым .электродвигателем, 0содержащее распределитель импульсов,многоканальный усилитель мощности,подключенный через элементы И к выходам распределителя импульсов, иформирователь импульса Форсирования,соединенный одним входом с входомраспределителя импульсов, а другимс шиной источника питания двигателя.Устройство обеспечивает изменениедлительности Форсирования в зависимости от напряжения питания источника высокого напряжения. При уменьшении напряжения источника длительностьфорсирования увеличивается, при увеличении напряжения - уменьшается.Благодаря этому уменьшается влияниеколебаний источника питания высокогоФнапряжения на характеристики шагового двигателя Я ,Недостатками этого устройства являются низкая точность вырабатываемой длительности Форсирования и недостаточная надежность. Длительностьформирования зависит не только от.напряжения питания источника высокого напряжения, но и от параметровэлементов формирователя импульса Форсирования. Обеспечить стабильностьдлительности Форсирования, зависящей.3 1056 надежности устройства для управления шаговым двигателем.На Фиг. приведена Функциональная схема одного варианта устройства применительно к цетырехфазному шаговому двигателю; на Фиг.2 и 3 - временные диаграммы напряжений на элементах схемы первого варианта; на Фиг 4- Функциойальная схема другого варианта устройства; на Фиг.5 - временные диа О граммы сигналов на элементах схемы второго варианта.Устройство для управления. шаговым двигателем (Фиг,1) содержит усилитель 1 мощности, к входам, которого 15 подключены Фазы 2 шагового электродвигателя, распределитель 3 импульсое и элементы И 4, выходы которых соответственно соединены с входами усилителя 1 мощности. Распределитель ро 3 импульсов содержит счетчик 5 и дешифратор б, входы которого соединены с прямыми и инверсными выходами счетчика 5, а входы образуют выходы распределителя 3 импульсов, 25Устройство содержит также Формирователь 7 импульса. Форсирования, который включает в себя преобразователь 8 напряжение-частота, многоразрядный счетчик 9 элементы И 10, 11 и элемент ИЛИ 12. Один вход элемента И 10 соединен с выходом преобразователя 8, другой вход соединен с инверсным выходом старшего, п-го, разряда счетчика 9, а выход соединен со счетным входом счетцика 9. Входы элемента И 11 соответственно соединены с инверс, ными выходами и, (и) -го и (п)-го разрядов счетчика 9, а выход соединен с одним из входов элемента ИЛИ 12,40 другой вход которого соединен с выходом йреобразователя 8. Вход установки нулевого состояния счетчика 9 соединен со счетным входом счетчика 5, образующего вход распределителя 3 импульсов, на который поступают управ 45 ляющие импульсы. На управляющие входы счетчика 5 подаются сигналы,комбинация которых определяет направление вращения. двигателя.Для питания шагового двигателя используется источник 13 питания, шина которого сбединена с общей точкой Фаз 2 шагового двигателя и с входом преобразователя 8 напряжение-частота.В другом варианте устройство 55 (фиг.4), кроме перечисленных элементов, содержит элемент И 14, соединен,ный выходом с вторыми входами элемен 425 4 тов И 4, а входами - с выходом элемента ИЛИ 12 и инверсным выходом стд щего и-го разряда счетчика 9,.Устройство работает следующим образом,Преобразователь 8 напряжение-частота Формирует на выходе последовательность импульсов, частота которых изменяется пропорционально изменению величины постоянного напряжения источника 13 питания. При работе устройства, по мере поступления управляющих импульсов на счетный вход счет. цика 5 (Фиг.2,а ), сигналы логической единицы с распределителя 3 импульсов последовательно поступают на входы элементов И 4 (Фиг,1).Поступление управляющего импульса приводит к сбросу счетчика 9 в нулевое состояние. При этом сигналы на инверсных выходах его 1-го,( п -1) -го и ( -2) -го разрядов (Фиг,2 вг,Д) и выходах элементов И 11 и ИЛИ 12 (Фиг.2,е,ж) представляют собой логическую единицу. Поступление логической единицы с инверсного выхода старшего разряда.сцетцика 9 на вход элемента И 1 О приводит к поступлению насчетный вход счетчика 9 импульсов,Формируемых преобразователем 8 напряжение-частота (Фиг,2 б). После прихода управляющего импульса и поступления первого импульса с преобразователя 8 на счетчик 9, на входы элементов И 4 с выхода элемен. та ИЛИ 12 поступают логические едиюцы, в результате цего на соответствующую Фазу 2 шагового двигателя поступает напряжение с источника 13 пи" тания. Номер Фазы шагового двигателя,подключаемой к истацйику 13, определяется числом, записанным в счетчике 5 к моменту поступления импульса с преобразователя 8 на счетчик 9. Изменение напряжения на Фазе 2 шагового двигателя показано на Фиг,2.з.По мере поступления импульсов на счетный вход сцетцика 9 его содержимое увеличивается, е результате чего через соответствующий промежуток времени на инверсном выходе (и) -го разряда вместо логической единицы появляется логический нуль (Фиг.2 е). На выходе элемента И 11 при этом также появляется логический нуль, в результате чего при дальнейшем увеличении содержимого счетчика 9 на выходе элемента ИЛИ 12 Формируется импульсный сигнал, аналогичный сигналу на3 1056выходе преобразователя 8 напряжениечастота фиг.2,б,ж), На фазу 2 шагового двигателя с источника 13 питанияпри этом также начинают поступать импульсы напряжения с той же частотойи скважностью фиг.2,э) .Очередное изменение логическогосигнала на инверсном выходе (П -2) -горазряда счетчика 9 (фиг.2,в) не сказывается на сигнале, формируемом на 10выходе элемента И 11, так как на,инверсном выходе и) -го разряда приэтом появляется логический нуль(Фиг,2,г) . 8 реЗУльтате на соответст-,вующую Фазу 2 двигателя с источника13 по-прежнему поступают импульсынапряжения той же частоты фиг.2,д),Наконец, когда содержимое г.цетчика 9увеличивается настолько, что произойфдет изменение состояния его старшего 20. разряда, в результате цего на инверсном выходе этого разряда появится ло"гический, иуль, поступление импульсовна счетчик 9 с преобразователя 8 прекращается. На фазу шагового двигателя при этом продолжают поступать импульсы напряжения питания такой жечастотыи скважности, что и на выхо"де преобразователя 8 напряжение-частота, до поступления следующего управляющего импульса на счетный входсчетчика 5 распределителя 3 импульсов и сброса в нуль счетцика 9,Работа схемы устройства управления при поступлении следующего управляющего импульса не отличается от описанной, за исключением того, что ввиду изменения состояния счетчика 5напряжение с источника 13 питаниябудет поступать на другую фазу 2шагового двигателя.Таким образом, при поступлении уп"равляющих импульсов схема устройства,показанная на фиг. 1, обеспечивает последовательную подачу на Фазы 2 шагового двигателя серий импульсов, вкаждой из которых первый форсирующий) импульс Имеет относительно большую длительность, определяемую периодом импульсов, формируемых преобра 50эователем 8, и номером младшего изпромежуточных разрядов счетчика 9,выходы которых соединены с входамиэлемента И 11, а остальные импульсыимеют относительно небольшую длительность, равную длительности импульсов55на выходе преобразователя 8.Частота импульсов, формируемыхпреобразователем 8 напряжение-часто-,425та, изменяется пропорционально изменению напряжения на выходе источника 13 питания. При возрастании питающего напряжения частота импульсов, формируемых на выходе преобразователя 8, увеличивается, как показано на Фиг.3, на которой временные. диаграммы соответствуют изменению напряжений в тех же точках схемы устройства управления, что и временные диаграммы на фиг.2, обозначенные теми же буквами, При увеличении частоты импульсов, Формируемых преобразователем 8, порядок изменения логических сигналов на выходах счетчика 9 и логических элементов И 10, 11 и ИЛИ 12 при по- ступлении управляющего импульса на очередной вход сцетцика 5 распределителя 3 импульсов не изменяется, однако скорость изменения указанных логических сигналов ввиду более быстрого заполнения счетцика 9 возрастает в той же пропорции, что и частота импульсов на выходе преобразователя 8. Поэтому Формирование сигнала логического нуля на инверсном выходе (и -2)-го разряда счетчика 9 произойдет через более короткий промежуток времени после поступления управляющего импульса. Длительность форсирующего импульса на выходе элемента ИЛИ 12 уменьшится пропорционально увеличению частоты импульсов на выходе преобразователя 8 и увеличе ию питающего напряжения.Аналогичным образом, уменьшение питающего напряжения приводит к пропорциональному уменьшению частоты импульсов, Формируемых преобразователем 8, и пропорциональному увелицению длительности Форсирующего импульса при поступлении на счетный вход счетчика 5 управляющего импульса.Если в формирователь длительности Форсирования введен элемент Ифиг.4), то от момента поступления управляющего импульса до формирования сигнала логического нуля на инверсном выходе старшего разряда счетчика 9 устройство работает как и уст ройство, изображенное на Фиг, 1, и сигнал на выходе элемента И 14 (фиг.5 и), управляющий усилителями 1 мощности, изменяется так, же, как и сигнал на выходе элемента ИЛИ 12 (фиг,5,ж). Диаграммы сигналов на Фиг.5 а-з аналогичны соответствующим сигналам наФиг,2, а-з. После переброса старшего разряда счетчика в нуль и Формированиялогического нуля на инверсном выходе старшего разряда и счетчика 9 (Фи 1,5 д) поступление импульсов на счетчик 9 с преобразователя 8 через элемент И 10 прекращается и одновременно прекращается подача импульсов с выхода элемента ИЛИ 12 через элемент И 1 М на элементы И 1, т.е. импульсов напряжения питания через многоканальный усилитель 1 мощности на Фазу 2 двигателя (Фиг 5, з) . Двигатель полностью обесточивается. Интервал времени от момента поступления управляющего импульса до запирания усилителей 1 мощ ности и обесточивания Фаз 2 двигателя должен быть достаточным для того, чтобы переходной процесс отработки двигателем последнего шага закончил ся и к моменту запирания усилителей 1 ротор двигателя был бы неподвижен, Устройство фиг,4) можно применять для управления шаговыми двигателями, у которых имеется Фиксация ротора в обесточенном состоянии.Если период следования управляющих 2 импульсов меньше времени, необходимого для изменения состояния старшего разряда счетчика 9, последний сбрасывается в нуль управляющим импульсом , до момента переклюцения старшего разряда,.после чего начинается новый цикл работы схемы устройства управления, т.е. обестоцивание двигателя в этом случае не происходит.35Таким образом, устройство обеспечивает последовательную подачу на Фа-,зы 2 шагового двигателя серий импульсов, в каждой из которых длительность первого (форсирующего) импульса зависит от напряжения, питаю"щего фазы 2, и изменяется обратнопропорционально величине измененияэтого напряжения. В результате изменение амплитуды Форсирующего импульсаполностью компенсируется изменениемего длительности, поэтому площадь импульса, а следовательно, и энергия,подаваемая в Фазу 2 шагового двигате"ля во время этого импульса, остаютсянеизменными приизменении питающего напряжения.Необходимое соотношение между длительностью Форсирующего импульса иобщей длительностью каждой из импульрсных последовательностей, которая поступает на соответствующую Фазу 2 двигателя в промежутке между приходомуправляющего импульса и моментом изменения состояния старшего разрядасчетчика 9, может быть обеспечено путем выбора числа промежуточных разрядов этого счетчика, с выходом которыхсоединены входы элемента И 11,Точность выработки импульсов форсирования в предлагаемом устройствезависит только от линейности характеристики преобразователя напряжениечастота, имеющего линейность до десятых долей процента. Повышение надежности достигается за сцет использования дискретных интегральных элементов,обладающих более высокой надежностью,чем аналоговые элементы.1056425Фиг. ХСоставитель 3. ГорникРедактор И, Николайчук Техред И.Гайду Корректор А.ДзяткоЗаказ 9337/54 Тираж 687 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретения и открытий 113035, Москва, Ж, Раувская наб., д. М 5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,