Устройство для управления шаговым двигателем

(51)5 Н 02 Р 8 вж ОЮММЛАТЕНТК- ТЕХВЦЕВ БИБЛИОТЕКА И ашкевич СССР 984.ССР 983.ПРАВ лектротехнисистемах упами. Целью ние точности й привод пеГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится кке и может быть использовано вравления с шаговыми привоизобретения является повышеотработки заданных на щаговы Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано для управления высокоскоростным реверсивным шаговым двигателем, связанным с редуктором, имеющим люфт.Цель изобретения состоит в повышении точности отработки заданных перемещений.На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для управления шаговым приводом; на фиг. 2 - функциональная схема программных устройств ПУ и ПУ 2; на фиг. 3 - временная диаграмма работы устройства; на фиг 4 - функциональная схема счетчика с регистром знака.Шаговый двигатель 1 соединен последовательно с усилителем 2 мощности и распределителем 3 импульсов, первый вход которого подключен к выходу делителя 4 частоты, второй вход - к выходу регистра знака счетчика 5, к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ 6 и первому входу оперативных запоминающих устройств ремещения. Эта цель достигается тем, что в устройство введены программное устройство 17 разгона шагового двигателя 1, а также два запоминающих устройства 7 и 8, позволяющих запоминать текущий знак направления вращения до реверса (т. е, предыдущего перемещения). При изменении направления вращения отработка люфта происходит по оптимальной программе, записанной в программное устройство 17, после чего начинается отработка заданного перемещения. Это позволяет работать без ошибки по положению (учет суммарной величины люфта) и без динамических ошибок (программный разгон шагового привода в зоне люфта при изменении нагрузки на шаговый двигатель). что повышает точность. 4 ил.(ОЗУ) 7 и 8, вторые входы которых соедине ны соответственно с прямым и инверсным выходами счетного триггера 9, а выходы соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 10, выход которого подключен к второму входу элемента ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ 6, выход которого соединен с первым входом элемента И 11, подключенного выходом к 5-входу ха-триггера 12, 1 х-вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 13 и с третьими входами адресного счетчика 14 и реверсивного счетчика 15, прямой выход - с первым входом элемента И 16 и первым входом второго программного устройства 17, а инверсный выход - с первым входом элемента И 18, первым входом элемента И 19 н первым входом элемента И 20, соединенного вторым входом с выходом реверсивного счетчика 15 и вторым входом элемента И 21, а выходом - с вторым входом логического компаратора 22, подключенного первым входом кзвторому выходу счетчика 5, а выходом к второму входу элемента 23 памяти, второму входу реверсивного счетчика 15 и первому входу адресного счетчика 14, соединенного выходом с вторыми входами элементов И 18 и6, подключенных выходами соответственно к второму и третьему входам первого программного устройства 24 и второго программного устройства 17, соединенных между собой первыми и вторыми выходами.Инверсный выход КЬ-триггера 12 подключен к первому входу первого программного устройства 24, третий вход которого соединен с вторым входом второго программного устройства 7. Третий выход второго программного устройства 17 подключен к первому вхо,: ду элемента ИЛИ 13, второй вход которого является входом 25 синхронизации записи и соединен с входом элемента 26 задержки и первым входом элемента И 27, второй вход которого является входом 28 записи кода пе.ремещений, а выход подкпючен к первому входу счетчика 5, соединенного вторым входом с выходом элемента И 19, а первым выходом -- с первым входом делителя -- синхронизатора 29 и вторым входом ключа 30, подключенного первым входом к выходу генератора 31 импульсов, а выходом -- к второму входу делителя-синхронизатора 29, соединенного первым выходом с первым входом элемента И 21, вторым выходом - с первым входом делителя 4 частоты, третьим выходом - с первым входом элемента 23 памяти, а четвертым выходом -- с втооым входом делителя 4 частоты, подключенного выходс м к первому входу распределителя3импульсов, к второму входу элемента И 19 и к первому входу реверсивного счетчика 15, а третьим Входом - к вторым выходам псрнвого и второго программных устроиств 24 и 17, соединенных первыми выходами с вторым входом схемы 32 сравнения, подключенной к второму входу адресногс счетчика 14, а первым входом к выходу элемента И 21, соединенного третьим входом с выходом элемента 23 памяти, причем третий вход первого программного устройстьа 4 и второй вход второго программного устройства 17 являются входом ЗЗ записи рограмм разгона шагового двигателя, выход элемента 26 задержки подключен к входу, счетного триггера 9 и входу элемента За за держкц, выход которогс соединен с вторым входом элемента И 1.11 рограммное устройся 24 и 17 могутнсостоять, например, из регистровои памяти констант частоты (ОЗУ т 1) 35 и 37, регистровой памяти констант числа импульсов (ОЗУ ;) 36 и 38, дешифраторов 39 -42, выполненных, например, на микросхеме 564 ИД и элементов ЗИ.ИЛИ-НЕ 43 46. Выходы программных устройств 17 и 2 соедице нц по монтажному ИЛИ. При работе одного из программных устройств ца выходе другого по всем разрядам устанавливается 1: - высокий уровень сигнала, Передача информации при этом осуществляется с выходом работающего программного устройства.Объем регистровой памяти зависит отреализуемого в программе закона.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии устройства реверсивцый счетчик 15, делитель 4 частоты и 0 счетчик 5 находятся в обнуленном состоянии. Нулевое состояние счетчика 5, предназначенного для приема через вход 28 и отработки заданного перемещения (числа импульсов управления), запирает ключ 30 и обнуляет делитель-синхронизатор 29. Исходное состояние адресного счетчика 14 соответствует выборке констант частоты и количества импульсов по первому адресу запоминающих устройств программных устройств 17 и 24.Запись заданного перемещения в счет чик 5 осуществляется по входу записи 28из внешнего устройства через элемент И 27 по синхроимпульсу пТ.Синхроимпульс записи пТ синхронизованс опорной частотой генератора 31 импульсов и зависит от периодичности обсчета 25 внешним устройством (например, арифметическим устройством УВМ) уставки пере- меш,ения.Рассмотрим работу устройства по отработке заданного перемещения при совпадении знака направпения вращения привода 30при отработке предыдущего перемещения со злаком заданного последующего перемеш,ения.В программное устройство 24 по входу 33записывается оптимальная для конкретногоагового привода программа переходных режимов (разгон-торможение), состоящая из констант (в двоичном коде) значения частот разгона и торможения и констант (в двоичном коде) количества импульсов управления, .необходимых для отработки на 40 каждом значении частоты.Это программное устройство работаетпри отработке устройством заданного перемещения, которое записывается в счетчике 5 с регистром знака (фиг, 4) через вход 28 записи. Счетчик может быть выполнен, например, на микросхеме 564 ИЕ 11, а регистр знака - ца микросхеме 564 ТМ 2.В программное устройство 17 по входу 33записывается конкретная программа разгона;,:реходном режиме при реверсированиишагового двигателя, ссстояшая из кон цстант знаения частот и количества импульсов управления для каждого значения частоты.Про пзммцое устройство 17 работаети и изменении направления вращения (реверсе) шагового двигателя в зоне суммарного люфта редуктора привода, где резко меняется нагрузочная характеристика щагово;о привода.5При записи последующей уставки перемещения в счетчик 5 (счетчик выполнен с регистром знака) состояние счетчика отлично от нуля, что является разрешением прохождения частоты генератора 31 импульсов через ключ 30.ОЗУ 1 7 и ОЗУ 2 8 предназначены для запоминания текущего состояния знакового разряда счетчика 5 и выдачи информации о предыдущем состоянии знакового разряда. ОЗУ 7 и ОЗУ 2 8 поочередно работают в режиме записи и чтения, что определяется переключением выходов (прямого и инверсного) счетного триггера, управляемого синхроимпульсом записи пТц через элемент 26 задержки.При записи уставки перемещения сянхроимпульс записи пТ обнуляет реверсивный счетчик 15, КЯ-триггер 12 (по входу К) и адресный счетчик 14. Единичное состояние инверсного выхода КЯ-триггера 12 разрешает выборку информации из программного устройства ПУ 24 через элемент И 18 сигналами адресного счетчика 14. Исходное состояние адресного счетчика 14 (обнулен) соответствует выборке констант частоты и количества импульсов по первому адресу заломинающих устройств программного устройства ПУ 1 24,Адресный счетчик представляет собой двоичныЙ реверсивный счетчик с установкой нуля и элементом ИЛИ по счетному входу, выполненный, например, на микросхемах 564 ИЕ 11 и 564 Л 55.Элементы И 16, 18, 20, 21, 27 являются многоразрядными, разрядность которых определяется разрядностью устройства, с которым элементы соединены по входу.Частота генератора 31 импульсов через ключ 30 поступает на вход двухразрядного делителя-синхронизатора 29, второй синхронязирующий импульс которого осуществляет запись кода, соответствующего первому значению частоты работы двигателя я содержащегося по первому адресу запоминаюшего устройства, в делитель 4 частоты и кода, соответствующего числу импульсов отработки на этой частоте и содержащегося по первому адресу запоминаюшего устройства в выходной регистр.Импульсы переполнения с делителя-синхронизатора 29 являются входными для делителя 4 частоты. Импульсы переполнения с делителя 4 частоты следуют с заданной частотой 1 и поступают на распределитель 3 импульсов для формирования диаграммы работы шагового двигателя с учетом знака направления вращения и далее на усилитель 2 мощности и двигатель 1.Выборка информации по первому адресу запоминающих устройств программного устройства ПУ 2 17 не произойдет, так как на выходе элемента И 11 не формируется импульс, устанавливающий К 5-триггер 12 в единичное состояние по входу 8. Это объяс 50 55 После отработки заданного количества, т. е. при совпадении кодов реверсивного счетчика 15 и кода количества импульсов программного устройства 17 (А=В) на частоте 1 срабатывает схема 32 сравнения по первому сянхроямпульсу делителя-сянхронязатора 29. Сигнал с выхода схемы 32 сравнения переключает адресный счетчик 14 в следующее состояняе на выборку кодов частоты я числа импульсов по следующему адресу запоминаюгцях устройств программного устройства ПУ 1 24.Число импульсов для отработки на частотах 1 -.Л(1 з . и т. д. программируетбняется тем, что пря записи уставки переме.щения (содержашей знак направления вращения, как и в предыдущей уставке) синхроимпульс пТ изменяет состояние счетного триггера 9, что определяет режим записи5 знака текущей уставки перемещения дляодного запоминающего устройства, например, ОЗУ 7 и режим чтения ранее записанной информации о знаке перемещения предыдушей уставкя, например, для ОЗУ 2 8.Поскольку знаки одинаковые, на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ 6 не формируется сигнал на время стробирования по входу элемента И 11 задержанным синхроимпульсом пТСуммарное время задержки синхроим 15 пульса пТц элементами 26 и 34 задержки определяется задержкой записи уставки перемещения в счетчик 5 и временем выборки информации в ОЗУ 7 и ОЗУ 2 8.Время задержки элемента 26 определяется задержкой записи уставки перемещения в счетчик 5 и необходимо для записи в ОЗУ 1 7 и ОЗУ 2 8 знака перемещения текущей уставкя.В качестве ОЗУ 1 7 я ОЗУ 2 8 могут бытьприменены одноразрядные запоминающие25 устройства серии 30, 134, 564 я др.Импульсы переполнения с делителя 4 частоты одновременно поступают на входы реверсивного счетчика 15 н счетчика 5 через элемент И 19, на второй вход которого по.30ступает разрешающий потенциал с инверсного выхода КЯ-триггера 12.Логический комгаратор 22 сравниваеткоды реверсивного счетчика 15 я счетчика 5.Сигнал на выходе логического компаратора 22 появляется пря п(п (где т - соответствует коду счетчика 5, а и - коду ре версивного счетчика 15). Счетчик 5 работаеттолько на вычитание. Пря наличия уставки в счетчике 5 на выходе логического компаратора 22 сигнал отсутствует, что соотвстствует работе реверсивного счетчика 15 на 40 сложение.В исходном состоянии элемент 23 памяти(например, К 8-тряггер) находится в нулевом состояния я переводятся в единичное состояние третьим синхроямпульсом делителя-синхронизатора 29.45СЯ СООГВЕТСТВЕ)НО ЗНЯЧЕБИЯМИ П П 2, ПИ Т. П, (разгон-торможение) .Колы, соответствующие частоте 12 и колицеству импульсов п)-, П 2, появляются ня выходе рограммного устройства ПУ 1 24.Вторым синхроимпульсом делителя-синхроизаторя 29 код частоты запискается в делитель 4 частоты.Импульсы с выхода делителя 4 частоты следуют с частотой 12 11. После отработки на этой частоте заданного цисла импульсов п 2 процесс приращения частоты повторяется и осуществляется разгон двигателя.При выполнении условия п)(п сигнал с выхода логического компаратора 22 переключает элемент 23 памяти в нулевое состояние, реверсивный счетчик 15 - на вычитание, адресный счетчик 14 - ка обратное счи- ТЫВЯКИЕ Я;ПесВ ВЫИТЯЦКС), Пои ЭТОМ ЯЛкода числа импульсов и частоть по предыдущему адресу. Одноьременко нулевое сосОяние элемсггга 23 памяти блокирует работу элемента И 21 ня время стробироваии 51 иерВым синхроимпчльсом делителя-синхронизатора 29, исключая возможность Выборки следующего значения частоты и количества импульсов (при совпадении кодов реверсивного счетчика 15 и программного уст)ОйСтпа ПУ 1 24 В МОМЕ ГГ СрабаТЫВЯИИя логического компаратора 22).Второй синхроимиульс делителя.синхрг.11 Н:)ятОря 9 перепись:Вяет код частоты по прсдылуиему адресу в делитель 4 частоты, а третий с 1 нхроимпупьс пе )включает заемегг 23 памяти В единичие состояиис, разрешая работу элемента И 21.При совпадении кола числа импульсов прграммкого устройства П;)1 24 и реверсивного счетчика 15, работающего на вычитание св б)атывает схем Я 32 с 1)авнецг)п (А=В) и происходит выборка кодов частоты и числя импульсов из запоминаюцих устрйстг. ОЗУ 36 и ОЗУ 11 35 в капг)ав леиии уменьшения адресов л" ячальгог) я рес-, что обеспечивается работой ка Вы-шть).5 е адсесного счетчика 14. 11 роисхолит от 1;Яботка информации иа соответствуюг);з частоте и Осуществляется трможеиие 1)Ягового пр Одя до момента Отработки устявки, зяписянкй В счетчик 5. Прк этом счетчк 5 обнуляется, закрывается клю 30 и устрой. СТВО РИХОЛИТ В ИСХОДНОЕ СОСТОЯ 1 ИЕ.110 пОслеДним ЯД)1 Оса,. з Япоминаюш их усройств ОЗУ 36 и ОЗУп 35 ирограммно- ГО устрОЙства,1 У 1 24 дол)кс быть записа 1 кол:ястоы, соответствующий максимальной чстОте работы приВО)а, и нулевой кОД 1 ис. ля импульсов отрабоки. Этим обесиецивяется тработкя на Яксма и,гОй Ястот" устявки перемещения, записанной В сче- чик 5 и превышающей (и; числ им;)ульсов) суммарное число импульсов на язгон и тор можекие.Рассмотрим работу устройства ио 1 тра б)тке зая 1 ПОГО 1 еремещеИя при Измеге) И): знака направления вращения по сравнениюс предыдущим перемещением,Когда по окончании отработки текущего заданного перемещения по синхросигналу пТ. в счетчик 5 записывается уставкаг,перемещения с противоположным направлением вращения (знаковый разряд счетчика 5), КЬ-триггер 12 устанавливается вединичное состояние. Это объясняется тем,что при очередном импульсе синхрониза 10 ции. ПТц счетнь)й триггер 9 изменяет состоякис выходов, что определяет режим чтения того ОЗУ (7 кли 8), которое в предыдущем цикле отработки заданного перемещения работало в режиме записи знака пере, мещения. На выходе этого ОЗУ (7 или 8)" появляется сигнал противоположного знакапо сравнению с сигналом знакового разрядатекущей заданной устявки, что формирует-лип.1 ппь й сггЯл ка выходе элементаИС:К,)1 К)ц)А(ОШЕЕ ИЛИ 6, который строби 2; руется задержа)1 ы 1 синхросигналом ПТц,и формируется импульс на выходе элемента И 11, который переводит ВЯ-триггер 12в единичное состсяние (ранее КЬ-триггер 12находился в нулевом состоянии, так как назхол К через элемент ИЛИ 3 поступалнезялежанный синхроимпульс пТп) .Единичное состояние К 5-триггера 12 разрешает выборку информации из программноГо устройства ПУ 2 17 и запрещает выборку информации из ПУ 1 24.Обьем программы В ПУ 2 17 зависит отсуммарнои величины люфта редуктора, отстепени изменения нагрузочных характеристик в зоне отработки люфта и от реализуемого ззкона увеличения частоты коммутациипри реверсе в зоне люфта.В отличие от ПУ 24 в ПУ 2 17 послед 35икии адрес не задеиствоваь на выборку информации из регистровой памяти, а выполняет функцгпо сигнала А)заключающуюся вприведении схемы В исходное состояние,о,:еспечивяощую отработку заданной уста 40 погки Перемещения (бнуление реверсивногосчетчика 15, адресного счетчика 14, разрешение ПО входу элементов И 19 и И 20).Отработка программы, записанной в про Оя 1,м нОм ус Гройстве ПУ 2 17 (ГрОГрямма разГона и агового двигателя в зоне стработкилафта), происхдит пс описанной процедуреразгона для программного устройства) );1 2 йВся вел Нцси на лОФта расгрелелена поколи.естзям импульсов (К значений), одноз.ач 10 соответствуюцих отработке ка томже количеств значений частот (К значений),и оичем п 1 - кол)чество импульсов соответствует отряооткг на частоте 11, П 2 - отрабтке на 11 Я . тоте 12, и т, Д ( Де 11 - 121, И Г л )После Оконцяния отработки программы11 У 2 1 По сигналу Л), к 5-триггер 12 уста):яв)квается В нулевое ПО.ожение пе входу Я,Гс сс)ответс,Вует рзрешению отпаботки зал. и )Ой ус)я:.к)пеоеме:цения В счетцик 5 в1 б 07071 70 5 10 15 20 25 30 Формула изобретения 45 50 55 9соответствии с программой разгона и торможения программного устройства ПУ 1 24 (разрешение по входу элемента И 18 и запрет по входу элемента И 16).Обработка уставки перемещения происходит по описанной процедуре для программного устройства ПУ 1 24. После отработки уставки перемещения схема готова к приему и отработке следующей уставки. При этом, если направление вращения не изменяется, то сразу происходит отработка уставки (работает программное устройство ПУ 1 24). Если направление вращения изменяется, то вначале работает программное устройство ПУ 2 17 (программная отработка величины люфта), а затем работает программное устройство ПУ 1 24 (отработка уставки перемещения).В устройстве разрядность счетчика 5 выбирается исходя из максимального углового диапазона работы привода, разрядность реверсивного счетчика 15 равна разрядности счетчика 5.Частота генератора 31 импульсов и разрядность делителя 4 частоты определяются заданным диапазоном частот разгона в торможения и минимальной дискретностью изменения частоты. Минимальное число импульсов отработки при разгоне и торможении на каждом значении частоты - один импульс.По сравнению с прототипом изобретение обеспечивает запоминание знака направления вращения при отработке уставки перемещения и реализует программу разгона в зоне отработки суммарного люфта при реверсировании шагового привода, что позволяет увеличить точность отработки заданных перемещении за счет учета величины сум- З 5 марного люфта и улучшения динамических характеристик при реверсивном режиме работы привода. Это позволяет использовать изобретение в прецизионных устройствах управления щаговыми приводами, в которых предъявляются высокие требования по точности отработки заданных перемещений. Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее программное устройство, схему сравнения. ,адресный счетчик, счетчик, логический компаратор, элемент памяти, элемент И, реверсивный счетчик, распределитель, делитель частоты, делитель- синхронизатор, ключ и генератор импульсов, соединенный выход с первым входом ключа, подключенного вторым входом к первомувходу делителя-синхронизатора и к первому выходу счетчика, а выходом - к второму входу делителя-синхронизатора, соединенного первым выходом с первым входом элемента И, вторым выходом с первь:м входом делителя частоты, третьим выходом - с первым входом элемента памяти, четвертым выходом - с вторым входом делителя частоты, выход которого соединен с первым входом распределителя и первым входом реверсивного счетчика, подключенного вторым входом к выходу логического компаратора, к второму входу элемента памяти, первому входу адресного счетчика, а выходом - к второму входу элемента И, соединенного третьим входом с выходом элемента памяти, а выходом - с первым входом схемы сравнения, подключенной выходом ко второму входу адресного счетчика, причем первый вход логического компаратора соединен с вторым выходом счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности отработки заданных перемещений, в него введены второе программное устройство, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, первое и второе оперативное запоминающее устройства, первый и второй элементы задержки, счетный триггер, ЯЯ-триггер, элемент ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ, а счетчик выполнен с регистром знака, выход которого соединен с вторым входом распределителя, с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ и с первыми входами первого и второго оперативных запоминающих устройств, вторые входы которых подключены, соответственно,к прямому и инверсному выходам счетного триггера, а выходы - к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, соединенного выходом с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ, подключенного выходом к первому входу второго элемента И, соединенного вторым входом с выходом первого элемента задержки, а выходом - с Я-входом КЯ-триггера, К-вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, к третьему входу реверсивного счетчика и к третьему входу адресного счетчика, прямой выход - к первому входу третьего элемента И и к первому входу второго программного устройства, инверсный выход - к первому входу четвертого элемента И, первому входу пятого элемента И, первому входу шестого элемента И и первому входу первого программного устройства, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, третий вход - с вторым входом второго программного устройства, первый выход - с первым выходом второго программного устройства и с вторым входом схемы сравнения, второй выход - с третьим входом делителя частоты и с вторым выходом второго программного устройства, третий вход которого подключен к выходу третьего элемента И, а третий выход - к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с входом второго элемента задержки и первым входом седьмого элемента И, выход которого подключен к первому входу счетчика с регистром знака, второй вход которого соединен с выходом шестого эле 16070711мента И, причем, выход адресного счетчика , подключен к вторым входам третьего и четвертого элементов И, выход второго элемента задержки - к входу первого элемента задержки и входу счетного триггера, второй 1вход шестого элемента И - к первому входу реверсивного счетчика, второй вход логического компаратора - к выходу пятого элемента И, второй вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика.516070 др имо ктор А.сное уленко та по изобретениям и откры Ж - 35, Раушская наб., д мбинат Патент, г. Ужгоро Редактор С. ТитоваЗаказ 3555НИИПИ Государственного ком113035, МосквПроизводственно-издательский Соста витель Вхред А. Кравчукраж 450 ням при ГКНТ ССС 4/5д, ул. Гагарина, 101