Устройство для программного управления четырехфазным шаговым двигателем

(57) Иэобке и вычибыть исполхами, осн ав тносится й техник для упра шаговыми ти тени и можетения станвигателя-итепь эованьство СССР940, 198тво СССР9/40, 198 ны ля 54) УСТРОЙСТВО ДПЯАВЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХФАЗНЬКЛЕМ ГРАММНОГШАГОВЫМ Д ГА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОВРЕТВНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидИф 1020800, кл. С 05Авторское свндетУ 1531072, кл. С 05 ми с ненасьшеннь ми. Целью иэобре ние схемы и умен энергии. Устройс мультиплексора фе обмотки 2.1- , мультиплексо 3.2, реверсивный группу элементов нереверсивный сч щи магнитными систематения является упрощеьшение потребляемойтво содержит четыре4 на 1" 1,1-,1.4, фаэ 2.4 шагового двигатеры "Зп на 1", 3.1,двоичный счетчик 4,И, дешифратор 6,етчик 7. 6 нл.Изооретение относится к автоматикеи вычислительной технике и может бытьиспользовано для управления станками,оснащенными щаговыми двигателями снасыщенными магнитными системами,Цель изобретения - упрощение устройства и уменьшение потребляемойэнергии,На фиг, 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройствадля общего случая, когда коэффициентдробления шага равен К =Зп, где и =- 2,4,6 . - четное число; навериг, 2 - то же, когда и = 1,3,5.нечетное число; на фиг. 3 и 4 - то же,для конкретных случаев выполнениясхем, когда соответственно К =6(п=2) И К=9(п=З); на Фиг. 5 и 6временные диаграммы формируемых Фазных токов и номограммы результирующихмоментов для случаев соответственноК =6(п=2) и Кр=9(п=З) .Предлагаемое устройство содержитс первого 1.1 по четвертый 1.4 мультиплексоры "4 на 1", выходы которыхподключены соответственно (непосредственно или через ключевые усилителимощности) к Фазным обмоткам 2,1-2,4шагового двигателя, первый 3.1 и вто.рой 3,2 мультиплексоры "Зп на 1", реверсивный двоичный счетчик 4, группаэлементов И 5.1-5.(4 п) при четныхи и И 5.1-5,(4 п) при нечетных и,дешифратор 6 и двоичный счетчик 7,В общем случае число элементов Ипри четном п равно 4 п-З, а при нечетном - 4 п, Число выходов дешифратора 6 выбирается равным 4 п. Коэффициент пересчета счетчика 7 равен 4 п 40а число его выходных разрядов (и число входов управления дешифратора 6)определяется выражением1 од 4.Коэвфициент пересчета младших разрядов счетчика 4 равен Зп, число этихразрядов определяется выражением1 оц" , Число информационных входовкаждого из мультиплексоров 3,1 и 3.2также равно Зп, а число их адресныхвходов определяется выражением 501 од " , Коэффициент дробления шагавыражается рормулой К=Зп, где п=12,ЗлатасПредлагаемое устройство работаетследующим образом,Высокочастотная тактовая последовательность непрерывно поступает нанхад нереверсивного двоичного счетчика 7. В результате этого на выходахдешиератора 6 периодически формируются кодовые комбинации с одним нулем и 4 пединицами, а на выходах элементов И 5 - прямоугольные высокочастотные сигналы со скважностью чп.3 , 2чо чп чп4 п4 п-З,и со скиажиостаю4 п 4 п ных п 2, 1при нечетных и, 4 п 4 пф Эти сигналы, а также сигналы с первого выхода дешифратора 6 со скважностью при нечетных и через выход мультиплексора 3,1 поступает к первому входу мультиплексора 1,3 и далее через его выход к третьей Фазе 2.3 шагового двигателя. В результате интегрирования высокочастотных сигналов в индуктивности через третью фазу 2.3 двигателя протекает ток величиной2 1 нпри четныхп п и-- при нечетных п где 1 -1 н4 пЭ номинальный (максимальный) ток в фазе,Одновременно с этим единичный логический потенциал через первый информационный вход и выход мультиплексора 3,2поступает к первому информационномувходу мультиплексора 1.2, Далее этотпотенциал через выход мультиплексора1,2 прикладывается к 4 второй фазе 2,2двигателя, что приводит к установлениюв ней тока номинальной величины 1 я.При этом через первые входы и выходымультиплексоров 1. 1 и 1,4 к фазам 2. 1и 2.4 прикладываются нулевые потенциалы, в результате чего токи в них от 4 п- поступают к соответствующим ин 4 пформационным входам мультиплексоров 3.1 и 3,2,Исходным является состояние, при котором реверсивный двоичный счетчик 4 находится в нулевом состоянии, На все управляющие входы мультиплексоров 3.1, 3,2 и 1.1-1.4 со всех выходов старших и младших разрядов реверсивного счетчика 4 поступают нулевые потенциалы и выбираются их первые инфор-мационные входы. Присутствующий на первом информационном входе мультиплексора 3, 1 высокочастотный сигнал со5164951сутствуют, Этому исходному состояниюсоответствует точка О на фиг, 56 и66,С поступлением первых Зп.низкочастотных тактирующих импульсов всчетчике 4 поочередно записываются,цифры 1,23 п. В результате этого поочередно выбираются с вторых поЗп-е информационные входы мультиплексоров 3.1 и 3,2 и коммутируются соответствующие потенциалы и НИМ-сигналы.При этом в мультипдексорах 1.1-1.4остаются выьранными первые информационные входы. Благодаря этому к фазам 2.2 и 2.3 двигателя поочереднопоступают последующие ШИМ-сигналы,приводящие к протеканию через нихсоответствующих токов, Этим состояниямсоответствуют точки 1-Зпна фиг.56 20и 66.Последующий Зп-й низкочастотныйтактирующий импульс устанавливает внулевые состояния младшие разрядысчетчика 4 и формирует импульс переноса для записи в старших разрядах этого счетчика единицы. Благодаря этомувыбираются вторые информационные входы мультиплексоров 1.1-1.4 и первыеинформационные входы мультиплексоров3.1 и 3,2. При этом Фазы 2.1 и 2.2находятся в обесточенном состоянии,через фазу 2,3 протекает номинальныйток 1, а через фазу 2,4 - ток 36устанавливается в нулевое исходноесостояние,для оьеспечения обратного направления вращения двигателя (реверсирования) меняется на оьратный логический потенциал на входе "Рев," счетчика 4.Частота импульсовподаваемых нашину Еб, выьирается исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя так; чтоьыпри интегрировании индуктивностью обмоток высокочастотных ИИМ-сигналовпульсация тока не превышала допустимого значения. А частота импульсов Гвыбирается в соответствии с требуемойскоростью вращения ротора двигателя,Как видно из фиг. 56 и бб,.распределение вектора электромагнитного момента по полю достаточно близко к круговому, что позволяет при управлениидвигателем с ненасыщенной магнитнойсистемой обеспечить равномерность отработки дробных шагов,Из фиг. 5 а и ба видно, что в каждом такте функционирования устройствапод током находятся всего две фазыдвигателя, что позволяет значительноэкономить потребяемую мощность отисточника питания двигателя,Формула из о бр ет ения. чп 4 пи. Этому положению двигателя соответствуют точки Зп на фиг. 56 и 66,Этим завершается первая четверть цикла управления четырехфазным шаговым двигателем, в результате чего ротор отрабатывает К=Зп дродных шагов величинойфЯР 3 где Оос - основной (конструктивный)шаг двигателя,Три последующие четверть-циклы работы устройства аналогичны первому четверть-циклу. Отличия заключаются только в том, что по старшим разрядам счетчика 4 поочередно выьираются пос" ледующие информационные входы мультиплексоров 1.1-1.4.После завершения полного цикла Функционирования устройства счетчик 4 полностью обнуляется и вся система Устройство дця программного управления четырехфазным шаговым двигателем, содержащее первый, второй, третий и четвертый мультиплексоры "4 на1", выходы которых подключены к со О ответствующим Фазным оьмоткам шагового двигателя, реверсивный двоичныйсчетчик импульсов, выходы двух старших разрядов которого подключены соответственно к управляющим входам муль типлексоров "4 на 1", а входы тактирования и реверса соответственно являются входами низкочастотных импульсовтактирования и реверса устройства,первый и второй мультиплексоры "Зп на 5 р где и = 1,2,3 - .управляющие входы которых соединены соответственно.с выходами младших разрядов реверсив- "Ъного двоичного счетчика импульсов,двоичный счетчик импульсов, тактовыйвход которого является входом высокочастотных. импульсов тактирования устройства, дешифратор, входы которогоподключены соответственно к выходамдвоичного счетчика импульсов, группуэлементов И, первый вход первого из которых соединен с первым выходом дешифратора, первый вход каядого последующего элемента И соединен с выхо 5 дом предыдущего элемента И,вторые входы с первого по последний элементов И соединены соответственно с выходами дешифратора, начиная со второго, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, 10 с целью упрощения устройства и уменьшения потребляемой энергии, первый вы 1 ход дешифратора при четном и соеди 5 п-г(-у-)-м иврормационным входом второго мультиплексора "Зп на 1", а при нечет 5 пЮ ном и соединен с -м информационным входом первого мультиплексора1 ЕЗп на 1 и с ( - -)-м инфоРмационнымНи+32входом второго мультиплексора "Зп на1", выходы первого, второго(п)-го, (п)-го элементов И при чет 30ном и соединены соответственно с5 п5 пЗп+2( - ) -м информационными входами второго мультиплексора "Зп на.1", а принечетном п соединены соответственно5 п5 пЗп+3(и+5) (и+7 у (ЗпЗп+1информационными входами второго муль1 типлексора "Зп на 1", выходы (и+1)-го, (и+2)-г о(4 п)-го, (чп)-го элементов И при четном и соединены соЗпЗпответственно с (. -2-)-м, ( )-мвторым, первым информационными входами первого мультиплексора "Зп на 1"Зй+2 Зп+4ис ( ) м (- - -) м(Зп 2) м,(Зп)-м информационными входами второго мультиплексора "Зп на 1", а выходы (и+1)-го, (и+2)-го(4 п)-го,(4 а"2)-го элементов И при нечетном псоединены соответственно с сЗпЗп,"вым информационными входами первогомультиплексора "Зп на 1" и с( ) м, ( ) м. (Зп) м, Зп-м Зп+3 Зп+5информационными входами второго мультиплексора "Зп на 1", при четном и с5 п( в )-го по Зп-й информационные вхо 2ды первого мультиплексора "Зп на 1"и с первого по (п/2)-й информационныевходы второго мультиплексора "Зп на 1",5 п+1а при нечетном п с ( - -)-го по Зп-йинформационные входы первого мультиплексора "Зп на 1" и с первого по и+1( в )-Й информационные входы второго мультиплексора "Зп на 1" соединены с шиной единичного логического уровня, Зп-й информационный вход второго мультиплексора "Зп на 1" при четном п соединен с шиной нулевого логического уровня, выход первого мультиплексора "Зп на 1" соединен с третьим, четвертьк, первым и вторым информационными входами соответственно первого, второго, третьего, четвертого мультиплексоров "4 на 1", выход второго мультиплексора "Зп на 1" соединен с четвертым, первым, вторым, третьим информационными входами соответственно первого второго, третьего, четвертого мультиплексоров "4 на 1", остальные информационные входы которых соединены с шиной нулевого логического уровня.