Устройство для управления @ -фазным шаговым двигателем

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ №-ФАЗНИМ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С электрическим дроблением шага, содержащее m ключевых усилителей мощности , коммутирующих соответствующие фазы двигателя, и блок дробления шага, включающий в себя первое одноразрядное постоянное запоминающее устройство с матрицей запоминакхце1х массива и дешифраторами строк и столбцов, реверсивный двог ичный счетчик, подключенный, входами к соответствующим шинам реверса и низкочастотнык импульсов тактирования , а разрядньоли выходами к входам дешифратора строк первого одноразрядного постоянного запоминающего устройства, и нереверсивный счегчик, подключенный входом к шине высокочастотных импульсов тактирования, а разрядными входами - к входам дешифратора столбцов первого одноразрядного постоянного запоминающего устройства, о т л и чающееся тем что, с целью упрощения и повышения надежности устройства, блок дробления шага дополнительно содержит т-1 дополнитель. них одноразрядных постоянных запоминахщих устройств, идеитичнкх первому , входы дешифраторов строк и столбсл цов которых объединены и подключены к аналогичным входам первого одноразрядного постоянного запоминающего устройстйа, а выходы матриц запо минающих массивов с первого по m одноразрядных запоминающих устройств непосредственно подключены соответственно к входам с первого по m ключевых усилителей мощности. J.I . 3-tn I fO I i EZIfe

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) . (18

Зса Н 02 Р 8 00

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3522055/24-07 (22) 13.12.82 (46) 15.02.84. Бюл, Р 6 (72) В.Ш.Арутюнян и A.Ç.Ìóðàäÿí (53) 621 ° 313.13.133,3(088.8) (56) 1. Гумен В.Ф., Калининская Т.В.

Принципы построения схем управления шаговыми двигателями в режиме дробления основного шага.-В кн. Электромашинные средства автоматики, Киев, 1975, с. 51-56.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3344558/07, кл. Н 02 P 8/00, 1981. (54)(57) УС1РОИС1ВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

m-ФАЗНИ6 ШАГОВЬИ ДВИГАТЕЛЕМ с влек" трическим дроблением шага, содержащее е ключевых усилителей мощности, коммутирукщих соответствую" щие фазы двигателя, и блок дробления шага, включакщий в себя первое одноразрядное постоянное запоминающее устройство с матрицей эапоминакщего массива и дешифраторами строк и столбцов, реверсивньИ дво ичный счетчик, подключенный- входами к соответствующим шинам. реверса и ниэкочастотиьис импульсов тактирования, а разрядными выходами к входам дешифратора строк первого одноразрядного постоянного запоминакщего устройства, и нереверсивный счетчик, -подключенный входом к шине высокочастотных имчульсов тактирования, а разрядными входами -. к входам дешифратора столбцов первого одноразрядного постоянного запоминающего устройства, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повыаения надежности устройства, блок дробления шага дополнительно содержит fn-1 дополнитель ных одноразрядных постоянных запоминающих устройств, идентичных перво- Е

C му, входы дешифраторов строк и столб. цов которых объединены и подключены к аналогичным входам первого одноразрядного постоянного запоминающе.го устройства, а выходы матриц эапо. минакщих массивов с.первого по т одноразрядных эапоминакщих устройств непосредственно подключены соответственно к входам с первого по т ключевых усилителей мощности.

1073872

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах дискретного электропривода с шаговым двигателем.

Известно устройство для управления шаговым двигателем с электрическим дроблением шага, содержащее магнитную память, запоминаихцие регистры, токовые ключи, дешифраторы, двоичный реверсивный счетчик, стробируиицее устройство, элементы задержки и логические элементы (13.

Недостатками этого устройства яв. ляются сложность и низкая надежность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для управления rn-haэным шаговым двигателем с электрическим дроблением шага, содержащее m ключевых усилителей мощности, коммутирукщих соответствукщие фазы двигателя, и образукщие блок дробления шага:одноразрядное постоянное эапоминакщее устройство с матрицей запоминающего массива и дешифраторами строк и столбцов; реверсивньФ двоичный счетчик, подключенный входами к соответствукщим шинам реверса и низкочастотных импульсов тактирования, а разрядными выходами— к входам дешифратора строк запоминающего устройства; нереверсивный счетчик, подключенный входом к шине высокочастотных импульсов тактирования, а разрядными выходамик входам дешифратора столбцов запоминакшего устройства. Оно содержит также распределитель импульсов и п логических двухвходовыХ элементов И, подключенных своими выходами к входам ключевых усилителей мощности, первыми входами — непосред ственно и через элемент НЕ к выходу запоминакщего устройства, а вторыми входами — к выходам распределителя импульсов, связанного управлякщими входами с шинами реверса и установки в исходное состояние, а тактирукщим входом — с входом автоматического реверса дво.ичного реверсивного счетчика и одновременно с выходом логического эле.мента ИЛИ, подключенного входами к выходам заема" и "переноса" двоич.ного реверсивного счетчика (27.

Недостатками этого устройства являются сложность (большой объем аппаратуры) и низкая надежность (склонность к нарушению синхронности работы между распределителем импульсов и эапоминакщим устройством иэ-эа случайных сбоев в распределителе импульсов или в двоичных счетчиках).

Целью изобретения является упрощение и повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления m -фаэным шаговым двигателем с электрическим дроблением шага, содержащем я ключевых усилителей мощности, коммутирукщих соответствукщие фазы двигателя, и блок дробления шага, включающий в себя первое одноразрядное постоянное запоминакщее. устройство с матрицей эа10 поминакщего массива и дешифраторами строк и столбцов, реверсивный двоичный счетчик, подключенный входами к соответствукщим шинам реверса и низкочастотных импульсов

15 тактирования, а разрядными выходами - к входам дешифратора строк первого одноразрядного постоянного эапоминащцего устройства, и нереверсивный двоичный счетчик, под29 ключенный входом к шине высокочастотных импульсов тактирования, а разрядными выходами — к входам дешифратора столбцов первого одноразрядного постоянного запоминающе25 ro устройства, блок дробления шага дополнительно снабжен m-1 дополнительными одноразрядными постоянными запоминающими устройствами, идентичных первому, входы дешифраторов

30 строк и столбцов которых объединены и подключены к аналоговым входам первого одноразрядного постоянного эапоминакщего устройства, а выходы матриц эапоминакщих массивов

35 с первого по п одноразрядных постоянных запоминакщих устройств непосредственно подключены соответственно к входам с первого по m ключевых усилителей мощности.

40 На фиг. 1 пРиведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, пояснякщие работу схемы. стройство (фиг.l) содержит одноразрядные постоянные запоминающие устройства 1.1-1m по числу каналов усилителя мощности, ключевые усилители 2. 1-2 мощности, коммутирующие фазы 3.1-3rnäâèãàòåëÿ, реверсивный двоичный счетчик 4 и нереверсивный двоичный счетчик 5.

Входы внутренних дешифраторов строк всех эапоминакхцих устройств

1.1-1rrr.объединены и подключены к соответствуяцим разрядным выходам

55 реверсивного двоичного счетчика 4, а входы внутренних дешифраторов столбцов этих эапоминакщих устройств объединены и подключены к соответствукщим разрядным выходам неревер60 сивного двоичного счетчика 5. Выходы запоминающих устройств 1.1-1m непосредственно подключены соогветственно к входам ключевых усилителей 2.1.2m ìîùíîñòè. Тактовый

65 вход нереверсивного двоичного счет1073872

60 чика 5 соединен с шиной высокочастотных импульсов тактирования Т8, а тактовый вход реверсивного двоичного счетчика 4 — с шиной низкочастотных импульсов тактирования

Т . Вход задания направления пересчета реверсивного двоичного счетчика 4 соединен с шиной реверсирования (задания направления вращения) двигателя Реверс, а его вход обнуления.- к шине установки 10 в исходное нулевое состояние „ Уст.О".

Устройство работает следующим образом.

В первоначальном состоянии на шину Уст.О " устройства (Фиг.1) по- 15 дается сигнал установки в исходное состояние. При этом счетчик 4 устанавливается в нулевое исходное состояние и через внутренние дешифраторы строк эапоминакщих устройств -20

1. 1-1m выбираются. первые строки их матриц. В соответствии с требуемым направлением вращения двигателя к шийе Реверс" прикладывается единичный или нулевой уровни потен- 25 циалов.

При подаче на шину Т высокочасB тотных импульсов тактирования в двоичном счетчике 5 (фиг.1) происходит потактный подсчет импульсов. 30

При этом через внутренние дешифраторы, столбцов матриц всех эапоминакщих устройств осуществляется поочередное считывание записанных в ячейках первых строк матриц кодовых З5 комбинаций. В первом такте Тя на выход каждого из эапоминанщих устройств выдается информация его первой ячейки, во втором такте — второй ячейки и т.д. до N-ой ячейки, где К - крат- 40 ность дробления.

В результате этого в исходном состоянии устройства на выходе эапоминакщего устройства 1.1 возникает постоянный единичный потенциал (из-за записанных единиц во всех ячейках 45 первой строки его матрицы), à íà Ве>ходах остальных запоминающих устройств 1.2-1п возникают постоянные нулевые потенциалы (из-за записанных нулей во всех ячейках первых 50 строк их матриц).

Эти потенциалы от запоминанщих устройств поступают на входы соответствующих ключевых усилителей мощности, в результате чего в Фазе 3.1 55 шагового двигателя в исходном состоянии обеспечивается протекание тока номинального значения Эн, при нулевых токах в остальньгс Фазах (i - i4 фиг.2) .

При поступлении на шину Т первогс низкочастотного тактирукщего импульса в двоичном счетчике 4 записывается единица, в результате чего через внутренние дешнфраторы строк эапоминакщих устройств выбираются вторые строки их матриц. При этом в такт поступления на шину Т (фиг.2) тактирунщих импульсов происходит высокочастотное периодическое считывание информации всех ячеек вторых строк матриц запоминающих устройств. Благодаря этому на выходе эапоминакщего устройства 1.1 возникает генерация высокочастотных импульсов со скважностью N/N- (из-за записанных N-1 единиц и одного нуля в ячейках второй строки его матрицы), а на выходе устройства 1.2 возникает генерация аналогичных импульсов, но со скважностью

N (из-эа записанной одной единицы и N-1 нулей в ячейках второй строки его матрицы). На выходах остальных запоминающих устройств возникают постоянные нулевые потенциалы. Эти импульсы, поступая на входы усилителей 2.1-2, создают токи величиной N-1/H Эн — в первой Фазе и

1/N Эн — во второй Фазе (при ну,левых токах в остальных Фазах) .

В последунщих тактах поступления импульсов на шину Тя, аналогично укаэанному первому такту, через реверсивный счетчик 4 происходит дальнейшая поочередная выборка последующих строк матриц запоминакщих устройств. В соответствии с этим поочередно Формируются периодические высокочастотные импульсы со скважностью М/К-2, N/N З ..... N — на выходе устройства 1.1 ч со скважностью

N/2, N/3 ......N/N-1 — на выходе устройства 1.2. Это приводит к линейноступенчатому уменьс ению тока N-2/И Эн

N-3/N3„..... 1/N3< — в Фазе 3 1 двигателя и его увеличению 2N Эн

3/N Эн ......N-1/КЗн в фазе 3.2 (фиг. 2) .

В последнем N-ом такте этого цикла в фазе 3.2 двигателя устанавливается номинальное значение тока Ýö (при нулевых значениях токов во всех остальных фазах ) .

При ук а за нном цикле работы ус тройства (применитель но к четырехйа з ному двигателю) за N тактов поступления низкочастотных импульсов на шину Т> в первых двух Фазах двигателя осуществляется линейное N -ступенчатое изменение тока (уменьн ейие в первой фазе и одновременное увеличение во второй фазе). Ступенчатое изменение токов в смежных Фазах двигателя приводит к ступенчатому повороту суммарного вектора электромагнитного момента и соответственно ротора. В результате ротор отрабатывает N дробных шагов, величиной

ОС *P = К где 4 Qc —,величина основного шага.

1073872 6 г.2

Составитель Э.Горник

Редактор А.Химчук Техреду-Фанта 1<оррек тор М.Демчик

Зака з 376/53 Тираж %7, ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, F-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Последукщие циклы функционирования устройства аналогичны рассмотрен ному первому, с той лишь разницей, что, благодаря поочередной выборке последующих строк матриц запоминающих устройств на их выходах генери руются такие широтно-импульсные сигналы, которые обеспечивают синхронные изменения токов (уменьшение в одной и увеличение в другой) в дру гих парах управлякщих фаз двигателя. 10

После завершения полного цикла опроса всех строк эапоминакщих устройств вектор электрического поля двигателя описывает угол 27t радиан., При этом счетчик 4 подсчитывает гол 35 низкочастотных импульсов и переполняется до своего установленного ко» эффициента пересчета.

Последукщий полный цикл функционирования устройства начинается 20 с поступлением на шину Т очередного (пай +1г-го импульса.

Реверсирование двигателя осущест. вляется путем изменения ранее приложенного на шине Реверс логического потенциала на обратный. При этом изменяются на обратные указанные процессы опроса сгрок запоминакщих устройств и соответственно формирование токов в фазах.

В зависимости от требуемого закона ступенчатого изменения фазных токов двигателя при электрическом дроблении шага (линейного, синусоидально-косинусоидального, трапецоидального и т.д,) в матрйцах запоминакщих устройств предварительно записываются соответствующие кодовые наборы.

Частота тактирукщих импульсов на шине T(! выбирается исходя из величины электромагнитной постоянной времени данного двигателя так, чтобы обеспечить допустимые пульсации тока при осуществляемой широтноимпульсной модуляции фазных напряжений .

Возникновение под воздействием помех и наводок случайных сбоев и двоичном счетчике 5 могут привести только лишь к возникновению кратковременных завалов амплитуд токов в рабочих фазах двигателя, а в счетчике 4 — только лишь к пространственному сдвигу положения ро тора, что значительно повышает надежность устройства.