Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к области систем дискретного привода станков с числовым программным управлением. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения всех возможных симметричных и несимметричных режимов однои разнополярных коммутаций фаз трехфазного шагового двигателя. Устройство для управления шаговым двигателем содержит распределитель импульсов, две группы усилителей мощности, по три усилителя в каждой группе, два разнополярных источника питания, обшую шину всех источников питания, шины Строб , Строб 2 , две группы мультиплексоров , по три в каждом, элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ, два трехпозиционных переклю-- чателя, счетчик импульсов с входными шинами тактирования, реверса и установки в начальное состояние, двоичный счетчик в своем составе содержит четырехразрядный счетчик, четьфехвходовый злемент И-НЕ, два двухвходовых элемента И-НЕ, три одновходовых инвертора, RS-триггер. Преимущество изобретения состоит в возможности оперативно изменять (в определенном диапазоне) величину шага и результирующего момента на валу шагового двигателя , а также энергетические и динамические характеристики привода в целом. 7 нл. (Л &д vl j;

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4179 А1 (19) (11) (594 G 05 В 19 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

t (Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4112513/24-24 (22) 18.06.86 (46) 15.02.88. Бюл. К 6 (72) В.Ш.Арутюнян, А.З.Мурадян, Г.Б.Мнацаканян и А,А.Абрамян (53) 621.313,13-133.3-525(088,8) (56) Куракин А.С., Лившин Г.Д, Агеев В.Е. Вопросы проектирования блоков управления шаговыми двигателями. Сб. Электрические машины, Научные труды Воронежского механического института, г. Воронеж, 1972, с. 211-219.

Авторское свидетельство СССР Р 1083321, кл. Н 02 Р 8/00, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к области систем дискретного привода станков .с числовым программным управлением.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения всех возможных симметричных и несимметричных режимов одно- и разнополярных коммутаций фаз трехфазного шагового двигателя. Устройство для управления шаговым двигателем содержит распределитель импульсов, две группы усилителей мощности, по три усипителя в каждой группе, два разнополярных источника питания, общую шину всех источников питания, шины "Строб I"

"Строб 2 ", две группы мультиплексоров, по три в каждом, элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ, два трехпозиционных переклю чателя, счетчик импульсов с входными шинами тактирования, реверса и установки в начальное состояние, двоичный счетчик в своем составе содержит четырехразрядный счетчик, четырехвходовый элемент И-НЕ, два двухвходовых элемента И-НЕ, три одновходовых инвертора, RS-триггер. Преимущество изобретения состоит в возможности оперативно изменять (в определенном диапазоне) величину шага и результирующего момента на валу шагового двигателя, а также энергетические и динамические характеристики привода в целом. 7 ип.

1374179

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для многорежимного однополярного и раэнополярного управ- 5 ления трехфазным шаговым двигателем в системах дискретного привода станков с числовым программным управлением.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения всех возможных симметричных и несимметричных режимов одно- и разнополярной коммутаций фаз трехфазного шаговоrо двигателя.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг.2 — временные диаграммы функционирования 20 его отдельных узлов при одном из pasнополярных режимов управления, на фиг.3 — номограммы электрических положений векторов электромагнитных моментов шагового двигателя при од- 25 нополярных режимах коммутации фаэ; на фиг.4 — то же, при разнополярных режимах коммутации фаэ; на фиг.5таблица 1 управления и режимов переключения фаз; на Фиг.6 — таблица 2 30 управления и режимов переключения фаз; на фиг.7 - функциональная схема счетчика; на фиг.8 — временная диа грамма функционирования счетчика 8.

Устройство содержит (фиг ° 1) первый Е, и второй Е источники пита-. ния силовой части с противоположной полярностью, источник питания логической части E„, распределитель 1 импульсов и две группы ключевых уси- 40 лителей мощности 2. 1-2.3 и 3. 1-3.3, средние точки 4. 1-4.3, первые выходы фазных обмоток 5.1-5.3 шагового двигателя, первую общую шину 6.1 усилителей мощности, вторую общую шину

6. 1, вторые выводы фазных обмоток

5.1-5.3 двигателя, общую шийу 7 устройства, распределитель импульсов содержит четырехзарядный счетчик 8 импульсов с шинами установки в ис50 ходное состояние "Уст.0", тактирования "Т" и реверса "Рев.", первый 9 и второй 10 трехпозиционные переключателя режима коммутации фаз, логические элементы И-НЕ 11, ИЛИ-НЕ 12, первую 13.1-13.3 и вторую 14.1-14.3 группу мультиплексоров, четыре канала на один с соответствующими шинами стробирования "Строб 1" и "Строб 2".

Реверсивный счетчик 8 с модулем пересчета К„=12 содержит (фиг.5) базовый . реверсивный счетчик 15 с модулем пересчета К„=!6, логические элементы И-НЕ 16 и 17, инвертор 18, D-триггер 19 и элемент ИЛИ-НЕ 20, инверторы 21 и 22.

Устройство работает следующим о бр азом.

Перед созданием каждого из возможных режимов коммутации фаз трехфазного шагового двигателя двоичный счетчик 8 по команде "Уст. О" устанавливается в нулевое исходное состояние. В зависимости от требуемого направления вращения двигателя к шине "Реверс" счетчика 8 прикладывается нулевой или единичный логический уровень потенциала. В зависимости от требуемого режима коммутации фаз трехпозиционные переключатели

9 и 10 устанавливаются в соответствующие положения, а к стробирующим входам "Строб 1" и "Строб 2" соответственно мультиплексоров 13 и 14 прикладываются единичные ипи нулевые логические уровни потенциалов (см. табл.! и табл.2 соответственно на фиг.5 и 6).

Режимы однополярной коммутации фаз создаются при приложении единичного ("1") уровня потенциала (равного напряжения источника питания логической части Е„ ) к шине стробирования одной из групп мультиплексоров и нулевого ("О") уровня потенциала к шине стробирования другой группы мультиплексоров (фиг.3 и 5). При этом на выходах тех мультиплексоров, к входам стробирования которых приложены единичные потенциалы, возникают нулевые потенциалы, которые поддерживают соответствующие три ключа усилителя мощности в постоянно запертых состояниях. Это приводит к работе остальных трех ключей усилителя только от одного иэ источников питания силовой части и в результатек протеканию фазных токов через обмотки управления двигателя только в одном направлении. Режим и поочередность переключения фаз при однополярном управлении создается, как видно из табл.1, в зависимости от порядка приложения логических потенциапов к шинам стробирования Строб 1" и

"Строб 2" мультиплексоров.

1374179

Режимы разнополярной коммутации фаз обеспечиваются при нулевых потенциалах на стробирующих шинах обеих групп мультиплексоров (фиг.4 и 6).

При этом в процессе функционирования устройства участвуют оба источника питания, и благодаря этому в обмотках управления двигателя в определенной последовательности протекают фаз-10 ные токи как в одном, так и в другом направлениях. На фиг.2 представлены в качестве примера временные диаграммы функционирования отдельных элементов и узлов устройства в одном из разнополярных режимов, указанном на первой строке табл.2 (фиг.6).

В связи с тем, что мультиплексоры

13 и 14 управляются от 3-ro и 4-ro разрядов счетчика 8, а их определенные информационные входы через переключатели 9 и 10 подключаются к постоянным (нулевым или единичным) уровням потенциалов или же к выходам

1-го и 2-ro разрядов этого же. счет- 25 чика 8, то смена их выходных потенциалов и, следовательно, соответствующие переключения ключей 2 и 3 усилителя мощности и управляющих . фаз двигателя в 12-тактных режимах коммутации (первая строка в табл.2) происходят при поступлении каждого тактирующего импульса на вход Т счетчика 8, в 6-тактных режимах (третья строка табл.l, вторая и третья строки табл.2) — через один импульс, а

35 в 3-тактных режимах (первая и вторая строки табл.1, с четвертой по седьмой строки табл.2) — через три импульса.

В каждом иэ этих режимов работы после двенадцати тактов работы счетчик 8 благодаря своей внутренней логической структуре автоматически обнуляется, 1

Обратные порядки переключения фаз шагового двигателя обеспечивают1 ся аналогично. Реверс производится изменением направления пересчета счетчика 8 (при изменении потенциала на его шине "Реверс" ).

Реверсивный счетчик 8 (фиг.7) с модулем «12« строится по известным обобщенным принципам построения счетчиков с произвольным модулем счета.

Здесь отличие заключается лишь в там, что в качестве базового использован реверсивный двоичный счетчик

15 с модулем пересчета 16, а для обеспечения реверсивного режима пе-. ресчета дополнительно содержит элементы 16-22.

Двоичный реверсивный счетчик 8 по модулю M=12 работает следующим образом.

При прямом счете, когда счетчик

15 работает на суммирование (к шине

"Реверс" приложена логическая «1", временная диаграмма на фиг.6) ко всем его информационным входам DlD4 приложено напряжение логического

«0«

При достижении счетчиком 15 состояния 1011, фиксируемого элементом

И 16, с задержкой на один период следования счетных импульсов Т (осуществляемой триггером 19) производится установка счетчика 15 в состояние

«0« путем параплельной записи через входы D)-D4.

При обратном порядке счета к шине реверса приложено напряжение лог.«0«, счетчик 15 работает на вычитание, а на входах Dl-04 приложен двоичный код 1011. В этом случае при достижении счетчиком 15 состояния 0000, фиксируемого выходом переноса «СО", с задержкой на один такт (с помощью триггера 19) производится установка счетчика 15 в состояние 1011 путем записи кода через входы Dl-D4 во внутренние триггеры счетчика 15.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый источник питания силовой части, распределитель импульсов, состоящий из счетчика импульсов, имеющего входные шины тактирования, реверса и установ- ки в исходное состояние, первую группу из трех мультиплексоров, соединенных своими выходами с управляющими входами усилителей мощности первой группы, коммутирующих фазовые обмотки шагового двигателя, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения всех возможных режимов симметричной и несимметричной, одно- и разнополярной коммутаций обмоток трехфазного шагового двигателя, дополнительно содержит второй источник питания силовой части противоположной полярности по отношению к первому, вторую группу иэ трех муль!

374!79 типпексоров, элементы ИЛИ-НЕ и И-НЕ, два трехпозиционных переключателя режимов коммутации фаз, шины "Строб

"Строб 2" и общую шину р вторая группа усилителей подкпючена к второму источнику питания силовой части, выходы которых подключены к точкам соединения фаэных обмоток шагового двигателя и выходов соответствующих 10 усилителей мощности первой группы, выход каждого из мультиплексоров второй группы соединен с управляющим входом соответствующего усилителя мощности второй группы, первые управ- !5 ляющие входы мультиплексоров первой группы соединены с шиной "Строб 1", первые управляющие входы мультиплексоров второй группы соединены с шиной "Строб 2", вторые и третьи управ-20 ляющие входы мультиплексоров обеих групп объединены и подключены соответственно к выходам третьего и четвертого разрядов двоичного счетчика, первые информационные входы соответ- 25 ственно первых, вторых и третьих мультиплексоров обеих групп соединены с общей шиной и с первыми выводами обоих трехпозиционных переключателей, вторые информационные входы соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров первой груп-. пы соединены с выходом элемента И-НЕ, третьи информационные входы соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров первой группы соединены с первыми входами элементов

И-НЕ и ИЛИ-НЕ и с общим выводом пер

I ваго трехпозиционного переключателя, вторые информационные входы соответ ственно первого, второго и третьего мультиплексоров второй группы соединены с источником питания элементов

И-НЕ, ИЛИ-НЕ и с вторыми выводами обоих трехпозиционных переключателей третьи информационные входы соответ-, ственно первого, второго и третьего мультиплексоров второй группы соеди« иены с выходом элемента ИЛИ-НЕ, третьи выводы обоих трехпозиционных переключателей соединены с выходами соответственно первого и второго выходных разрядов сч етчика импульсов в торые входы элементов И-НЕ, ИЛИ вЂ” НЕ соединены с общим в ыводом второго трехпозиционного пер ек люч ат е ля.

13741 79 фиг 2

1374 I 79

1374179

1р бва. 16 даю 1У дои 1У бенк 70

g 1. 7. 3.4. 9. б. 7. д. 9. 10. 11. Р. 1. Г.1.11;1К У.8, 7.б.5.0. ре8ерс

Фиг 8

Составитель А.Прусковцов

Техред И Попович Корректор О. Кравцова

Редактор Н.Швыдкая

Заказ 601/43

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, Тираж 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

t

С

Р

С

t г