Способ управления @ -фазным шаговым двигателем

 

Изобретение относится к управлению электрическими машинами. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.многорежимного управления шаговым двигателем за счет увеличения числа режимов коммутации и повьшгения точности заданного перемещения. В процессе работы двигателя изменяют режим коммутации, выбирая очередной режим из множества предусмотренных заданием по числу поочередно включенных фаз и шагу коммутации . Распределитель, реализующий способ управления, обеспечивает многоре.жимное управление т-фазным шаговым двигателем и возможность перехода из любого режима коммутации к другим режимам в процессе работы двигателя без потери информации и без отработки ложных шагов. 2 ил. 1 табл. с (Л ю sj СО о 4 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 1) 4 Н 02 Р 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3776561/24-07 (22) 31.07.84 (46) 23. 12.86. Бюл. У 47 (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический ин-. ститут (72) В,Л,Анхимюк, Х.А.Каин и Н.Н.Михеев (53) 621.313.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

)(907753, кл. Н 02 P 8/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 1001423, кл. Н 02 P 8/00, 1983. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ m-ФАЗНЫМ ШАГОВЬП4 ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к управлению электрическими машинами. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей многорежимного управления шаговым двигателем за счет увеличения числа режимов коммутации и повышения точности заданного перемещения ° В процессе работы двигателя изменяют режим коммутации, выбирая очередной режим из множества предусмотренных заданием по числу поочередно включенных Лаз и шагу коммутации. Распределитель, реализующий способ управления, обеспечивает многорежимное управление т-разным шаговым двигателем и воэможность перехода иэ любого режима коммутации к другим режимам в процессе работы двигателя беэ потери информации и без отработки "ложных" шагов ° 2 ил. 1 табл.

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано для многорежимного управления шаговыми двигателями (ШД).

Цель изобретения — расширение фун- 5 кциональных возможностей .путем увеличения числа режимов коммутации и повышения точности отработки заданного перемещения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема многорежимного распределителя импульсов для управления mфазным шаговым двигателем, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2— функциональная схема блока формирова- 15 ния функций возбуждения памяти.

Способ осуществляют следующим образом.

В процессе работы ШД изменяют режим коммутации, выбирая очередной режим из мнбжества предусмотренных заданием по числу поочередно включенных фаз S u q и шагу коммутации .

Числа S q . и направление переключений могут быть заданы в виде ко- дов управления и определяют состоя- ние Р (i+1) каждой k-й фазы в очередном (+1)-м такте коммутации в зависимости от заданного направле- 5п ния переключений и состояний (k-1), (k-t-1), (k+q-t-1), (k-S- t-1),(k+t), (k+t+1), (k-q+t+1), (k+S+t+1) фаэ в предыдущем i-м такте коммутации в соответствии с логической функцией 3 перехода

Г ..1)=р Я ° (e ()+ Р„,111+

{i)

40 при направлении переключений "Вперед" и

q„(i+1)=9 (i) {<Р

+ ф (-) Р„1„ t i3) (а1 клs+t,< при направлении "Назад", где

= слт/2П-1 — целое неотрицательное число, q = S (I — при симметричном .и q == 3+1 .< Х при несимметричном режимах коммутации, Х = m/2 при четном m и Х=(ш+1)/2 при нечетном m, д 4 11 эл. град.

Например, если заданы симметричный режим коммутации с параметрами 55 .q,- =S, с „ и направление переключенйй "Вперед" и в i-м такте коммута,ции были включены 1с-я, (k+1)-.я,..., 43 2 (k+S, -1)-я фазы, то при с, =2lT/m, t =0 в (i+1)-м такте Е-я фаза будет

1 отключена, (k+1)-я, (k+2)-я (k +

+ S -1)-я фазы останутся включенными и дополнительно включится (k+S )-я

1 фаза, что обеспечивает шаг коммутации d. = 2Е/m и заданное направление переключений. При этом же режиме и

> 0 в (i+1)-м такте отключаются

k-я, (k+1) я и (k+t.)-я фазы, (k +

+ t + 1), (k+,+2) „,...,(k+S,-1) фазы остаются включенными и дополнительно включатся (k-S )-я, (k+S, +1)-я,... и (k+S, +t,)-я фазы,, что обеспечивает шаг коммутации с{,= (t, +1) 2Г/m. А если задано направление "Назад", то при Т =0 соответственно в (i+1)-м

1 такте отключится (k+S, — 1)-я фаза, остаются включенными остальные включенные фазы и дополнительно включится (k-1)-я фаза. При t > 0 отключатся (k+S.„ — 1) -я, (k+S -2)-я,... и

1 (k+S„ - „ -1)-я фазы и включатся (k— — 1)-я, (k-2)-я,... и (k-t -1)-я фазы, Если заданы несимметричный режим коммутации с параметрами S,,q — S +1, ы» и в i-м такте были включены S фаз с номерами k, (k+1)...,, { +Я -f) то при направлении переключения "Вперед" в соответствии с выражениями (1), при t = 0 в (i+1)-м такте коммутации все S» фазы останутся включенными и дополнительно включится (k+S )-я фаза, в (i+2)-м такте отключится k-я фаза, а при направлении переключений "Назад" в (i+1) м такте дополнительно включится (k-1)-я фаза, а в (i+2)-м такте отключится (1 +Я - l)-я фаза. При > 0 и направлении Вперед в (i+i)-м такте отключаются k-я, (к+1)-я,... и (1с+ — 1)-я фазы и включаются (k+S )-я, (k+S +t )-я фазы, в (i-2) -м такте отключатся (k+t )-я, {k+t +Ф)-я, (k+t . 2)-я фазы и включатся (k+S<+t»+3} — я...,, (k+S +2t )-я фазы.

При t » > 0 и направлении "Назад" в соответствии с выражением (2) в (i+1)-м такте отключаются (k+S -t )-я

» Э (k+S -1)-я и дополнительно включаются (k-t »-1)-я,..., (k-1)-я фазы, а в (+2)-м такте отключаются (k+S»-2,-1)-я, {1+я;2г- )-я,, (k+S—

-t-1)-я фазы и дополнительно включаются (k-2t»-1)-я, (k-2t )-я,..., {kM -2) -я фазы.

Таким образом, обеспечиваются заданное число поочередно включенных дый разряд которой соединен с вторым входом первого элемента 2И-НЕ 4 соответствующего канала 1, и четырехразрядную шину 9 управления режимами и направлением коммутации. Первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 входы блоков 3 всех каналов соедине. ны соответственно с первым У1, вторым У2, третьим УЗ и четвертым У4 разрядами шины 9, пятый 14, шестой

15, седьмой 16 и восьмой 17 входы блока 3 каждого канала соединеиы соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока 3 предыдущего канала, девятый 18, десятый t9 одиннадцатый 20 и двенадцатый 21 входы блока 3 каждого канала соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами блока 3 следующего канала, тринадцатый 22 вход блока 3 каждого к-го канала соединен с инверсным выходом D-триггера 2 (k-3)-го канала, четырнадцатый

23 — с инверсным выходом Р-триггера

2 (k-2)-ro канала, пятнадцатый 24 с инверсным выходом, а шестнадцатый

25 — с прямым выходом D-триггера 2

1 предыдущего (k-1)-го канала, семнадцатый 26 — с прямым выходом D-триггера 2 k-го канала, восемнадцатый

27 — с прямым, а девятнадцатый 28— с инверсным выходом D-триггера 2 следующего (k+1)-го канала, двадцатый 29 — с инверсным выходом Dтриггера 2 (k+2)-ro канала, двадцать первый вход 30 соединен с инверсным выходом D-триггера 2 (k+3)-го канала, выходы 31-38 являются соответственно с первого по восьмой выходами канала и соединены с указанными входами соседних каналов, а Девятый выход 39 подключен к информационному

D-входу D-триггера 2 k-го канала 1.

Блок 3 формирования функций возбуждения памяти k-го канала 1 содержит первый 40, второй 41 элементы

2-2И-ИЛИ, третий 42, четвертый 43, пятый 44 и шестой 45, седьмой 46, и восьмой 47 элементы 3-2И-ИЛИ и селектор-мультиплексор 48 шестнадцати каналов на один, причем первый

10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 входы блока 3 подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому разрядам кодового управления селектора-мультиплексора 48, пятый 14, шестой 15, седьмой 16, восьмой 17, девятый 18, з 1279043 4 фаз, шаг коммутации и направление переключений.

Если в момент начала перехода с одного режима на другой были включены r фаэ с номерами k, (k+1) ...,, (k+r-1) и требуется переход на режим коммутации с параметрами Я, и и д,з, то при приходе очередного тактового импульса число включенных фаз при S o r увеличивается на единицу и будут включены фазы с но(k+t ) (k+t +1) (k+tý+r) при направлении "Вперед" и .с номерами (k-t -1) ... (k-t +r-1) при направлении "Назад" а при q r чис- 15

1 з ло включенных фаз уменьшается на единицу и в соответствии с выражениями (1) и (2) будут включены (k+t +l), з

+ э+2» «(k+t +r+1) фазы при Направлении "Вперед" и (1с-t ), (k — 20

-tз+1),...,(k-t +r-2) при направлении "Назад".

Таким образом, за такты перехода с одного режима на другой шаг коммутации о(„ ; — (2t +1) R/m переключения фаз производятся по заданному направлению и происходит с каждым тактом коммутации изменение числа включенных фаз., При достижении заданного числа 30

S или и распределение тактовых импульсов начинает производиться по описанному режиму, соответствующему званным » g и "з= (tз +1) @m. з

Распределитель (фиг. 1) содержит З

m каналов 1, каждый из которых состоит из D-триггера 2 с тактовым, информационным и установочными входами, прямой выход которого является выходом канала 1, блока 3 формирова- 4б ния функций возбуждения памяти, первого 4 и второго 5 элементов 2И-НЕ, выход первого элемента 2И-НЕ 4 подключен к установочному S-входу Dтриггера 2 канала 1 и к второму вхо- 45 ду второго элемента 2И-НЕ 5 этого канала, выход которого соединен с установочным R-входом D-триггера 2 этого канала.

Распределитель также содержит так-50 товую шину 6, подключенную к тактовым входам Р-триггеров 2 всех каналов, шину 7 сигнала рабочего состояния распределителя, подключенную к первым входам первого 4 и второго 5 35 элементов 2И-НЕ всех каналов, ш-разрядную шину 8 начальной кодовой комбинации выходов распределителя, каж1279043 десятый 19, одиннадцатый 20 и двенадцатый 21 входы блока 3 подключены соответственно к третьему, седьмому, одиннадцатому, пятнадцатому, четвертому, восьмому» двенадцатому и шестнадцатому входам селекторамультиплексора 48, тринадцатый 22 вход блока 3 соединен с четвертыми входами третьего 42 и четвертого 43 элементов 2-2И-ИЛИ, четырнадцатый

23 вход блока 3 — с четвертыми входами первого 40 и второго 41 и с вторым входом .восьмого 47 элементов

2-2И-ИЛИ, пятнадцатый 24 вход блока

3 — - с вторыми входами шестого 45 и седьмого 46 элементов 3-2И-ИЛИ, шестнадцатый 25 вход блока 3 — с третьими входами первого 40, второго 41, третьего 42 и четвертого 43 и с вто- 2п рым входом первого 40 элементов, семнадцатый 26 вход блока 3 — с первыми входами всех элементов 2-2И-ИЛИ и

3-2И-ИЛИ, восемнадцатый 27 вход блока 3 — с третьими входами пятого 44, 25 шестого 45, седьмого 46 и восьмого

47 и с вторым входом пятого 44 элементов 3-2И-ИЛИ, девятнадцатый 28 вход блока 3 — с вторыми входами второго 41 и третьего 42 элементов ИЛИ, 3п двадцатый 29 вход блока 3 — с вторым входом четвертого 43 и с четвертыми входами пятого 44 и шестого 45 элементов 3-2И-ИЛИ, а двадцать первый

30 вход блока.3 подключен к четвер- 35 тым входам седьмого 46 и восьмого

47 элементов 3-2И-ИЛИ, выход первого 40 элементов 2-2И-ИЛИ подключен к первому входу селектора-мультиплексора 48 и к первому 31 выходу блока

3» BbIxop BTopoI o 41 селектора-мультиплексора 48 и к второму 32 выходу блока 3, выход третьего 42 - к девятому входу селектора.— мультиплексора 48 и к третьему 33 45 выходу блока 3, выход четвертого 43— к тринадцатому входу селектора-мультиплексора 48 и к четвертому 34 выходу блока 3, выход пятого 44 — к второму входу селектора-мультиплексора 48 и к пятому 35 выходу блока . 3, выход шестого 45 — к шестому входу селектора-мультиплексора 48 и к шестому 36 выходу блока 3, выход седьмого 46 †к десятому входу селектора-мультиплексора 48 и к седьмому 37 выходу блока 3, выход восьмого 47 — к четырнадцатому входу се— лектора-мультиплексора 48 и к восьмому 38 выходу блока 3, а выход селектора-мультиплексора 48 подключен к девятому 39 выходу блока 3.

Распределитель работает следующим образом.

В начальном состоянии на m-разрядную шину 8 начальной кодовой комбинации выходов распределителя (С1, С2,..., С„,..., С ) подается код, каждый k-й из m-разрядов которого идентичен требуемому исходному состоянию выхода k-ro канала распределителя. После включения питания на шине 7 сигнала рабочего состояния распределителя имеется уровень логической "1", на выходе первого 4 элемента 2И-НЕ каждого k-ro канала 1 инверсия сигнала С исходного состояния выхода k-го канала 1, на выходе второго 5 элемента 2И-HF, k-ro канала 1 — сигнал, идентичный С„, следовательно, состояние выхода Dтриггера 2 k-го канала 1 идентично сигналу С„ и кодовая комбинация на выходах распределителя идентична заданной на разрядах шины 8 начальной кодовой комбинации выходов распределителя.

Коммутация выходов распределителя осуществляется после переключения сигнала. рабочего состояния на шине 7 в логический "0" тактовыми импульсами, поступающими по тактовой шине 6.

В зависимости от кода шины 9 управления режимами и направлением коммутации на информационный D-вход Dтриггера 2 k-ro канала 1 с девятого

39 выхода блока 3 этого канала поступает сигнал D логическое значек» ние которого определяется по логическим функциям, приведенным в таблице, в которой обозначено:P,0 к, Р, — логическое состояние прямых выходов D-триггеров k-ro, (k+1)-го и ((с-1)-го каналов 1 соответственно

К 4 1- 3» к-1» к-1» К-1 ° Н» К+

Ф ф, ф,, ф — логическое состокз к+4 яние инверсных выходов D-триггеров

2 соответственно (k-4)-ro, (k-3) -ro, (k-2)-ro, (k-1)-ro, k-го, (k+1)-го, (k+2)-ro, (k+3)-го и (1+4)-го каналов 1, При поступлении очередного i-ro тактового импульса по тактовой шине

6 состояние выхода каждого k-ro канала 1 устанавливается идентичным логическому состоянию D, зависящему

1279043 от кодовой комбинации выходов распределителя в (i-1)-м такте.

Предлагаемое выполнение распределителя обеспечивает многорежимное управление m-фазным шаговым двигателем и возможность перехода из любого режима коммутации к другим в процессе работы шагового двигателя без потери информации и беэ отработки "ложных" шагов.

Формула изобретения

Способ управления m-фазным шаговым двигателем,,включающий в себя задание режима коммутации и направления движения, определение включаемых в следующем такте фаз двигателя по состоянию фаз в предыдущем такте, режиму коммутации и направлению движения и включение фаз по тактовому импульсу, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем увеличения числа режимов комФункция возбуждения памяти D Режим коммутации

Код управления

Х J I

У4 УЗ У2 У1

". к,".- к.

0 0

0 0

1-2-3-4 †-ш

4-3-2-1- — ш — (m-1) P Р + Р Ф

К+1 К+ 2 Р P + Р .Ф к.» к- к-3

1-3 — 5 — — (ш-1) 5-3-1 — (m-1) — (m-3) ср сР +V .

Ч» Р +9 Ф +q» <р

К- К К+1 К 1 К-а

1-1 2-2-23-3 ——

Я» P +ср Ч» + Р . Ч»

К <+> к к-1 к11 к+ 2

34-3-23-2 ——

1-23-4-56 —— к

К+1 к +Я К+1 К К+2 К+3

56-4-23-1 Р Р +9 .Ф +Ч» Ф к к-1 к к+1 к-1 к- 3

12-23-34-45

23-12-1 — (m-1)m-—12-34-56-- Р . Р «-Ч» Р + 9 Ф к- к-Я к 1 к к-2 - к-

1 - О 1 О

1 0 1 1

34-12 — (m-1 ) m-—

О 0 0 1

0 0 1 0

О О 1 1

0 1 0 0

О 1 0 1

О 1 1 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 О мутации и повышения точности отра.ботки заданного перемещения, режим коммутации задают числами поочередно включаемых фаз S u q шагом коммутации Ф. и определяют состояние

7„f i+1) каждой k-й фазы в следующем (д+1) такте в зависимости от состояний (k-1)-й, (k-t-1)-йу (k+q-t-1)у

10 (k-S-t-1)-й, (k+t) é, (k+t+1)-й, (k-q+t+1)-й, (k+S+t+1)-й фаэ в i-u такте в соответствии с логическими функциями перехода: без изменения направления движе15 ниЯ р,(i+13= ð (11 (р,,(ii+4 4.,(i3 +

+ "1 к s-t-И 9»к-t -1 f i 3 ) а при изменении направления движе20 ния

1к(i+1)= „1i| (Р ()+Ф, tiJ +

+ Р,„! 1 рк, „(Д ), 25 где t =д,ш/2П-1 при q=S «(I, =em/2П-0,5 при q=S+1!. < (m/2, (m+1) /2, целое .

1279043

Код управления

12-123-23-234

1 1 1

1 ° 1 0 0

1 1 0 1

1 1 1 0

Функция воэбуждения памяти D

P 7 + Р P -+ Ч Ч к- к-2 к-1 К 1 к- 1 к-4

Продолжение таблицы

Режим коммутации

1 23" 1 2- m1 2-щ1-12-234-45-567 ——

23-12-(m-1)m-— -—1279043

Составитель В.Алфимов

Техред В.Кадар Корректор С.Черни

Редактор С.Пекарь

Заказ 6852/57 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4