Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства для управления шаговым двигателем путем регулирования величины и скорости его перемещения. Устройство для управления шаговым двигателем содержит делитель 1 частоты с переменным коэффициентом деления, соединенный входом с генератором 2, выходом - с распределителем 3 импульсов . Вход коэффициента деления делителя 1 частоты через блок 9 коммутации соединен с выходами двух блоков памяти 7 и 8. Устройство содержит также третий блок 12 памяти, два элемента сравнения кодов 6 и 11, счетчик 5 и вычитающий счетчик 10, соединенные счетными входами с выходом делителя 1 .частоты. На входы устройства записываются числа шагов перемещения и разгона, затем подается команда Пуск. Закон разгона формируется изменением адреса чисел, записанных в блоке памяти 7, и может изменяться оперативно. В блоке памяти 8 записан закон торможения, а адрес числа в этом блоке определяется вычитающим счетчиком 10. Устройство по записанной информации осуществляет по команде Пуск разгон, движение на установившейся скорости и торможение до остановки. 2 ил. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1374395

А1 (51) 4 Н 02 Р 8 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4123207/24-07 (22) 01. 07. 86 (46) 15.02.88. Бюл. У 6 (71) Орловское научно-производственное объединение "Автограф" (72) А.Б.Алехин (53) 621.313.525(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 930558, кл. Н 02 P 8/00, 1982.

Патент СССР 9 818506, кл. Н 04 N 3/22, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕИ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства для управления шаговым двигателем путем регулирования величины и скорости его перемещения. Устройство для управления шаговым двигателем содержит делитель 1 частоты с переменным коэффициентом деления, соединенный входом с генератором 2, выходом — с распределителем 3 импульсов. Вход коэффициента деления делителя 1 частоты через блок 9 коммутации соединен с выходами двух блоков памяти 7 и 8. Устройство содержит также третий блок 12 памяти, два элемента сравнения кодов 6 и 11, счетчик 5 и вычитающий счетчик 10, соединенные счетными входами с выходом делителя 1 .частоты. На входы устройства записываются числа шагов перемещения и разгона, затем подается команда "Пуск". Закон разгона формируется изменением адреса чисел, записанных в блоке памяти 7, и может изменяться оперативно. В блоке памяти

8 записан закон торможения, а адрес числа в этом блоке определяется вычитающим счетчиком 10. Устройство по записанной информации осуществляет по команде "Пуск" разгон, движение на установившейся скорости и торможение до остановки. 2 ил.

1374395

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в дискретном элект— роприводе, преимущественно для робо5 тотехники.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем регулирования величины и скорости перемещения. 10

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, на фиг.2 — временная диаграмма частоты шаговых импульсов при работе устройства.

Устройство содержит делитель 1 час.15 тоты 1 с переменным коэффициентом деления, счетный вход которого соединен с выходом генератора 2, Выход делителя частоты 1 подключен к входу распределителя 3 импульсов, управляю- 20 щему обмотками шагового двигателя 4 в соответствии с импульсами на своем входе. Счетчик 5 своим счетным входом подключен к выходу делителя 1 частоты. Выход счетчика 5 соединен с первым входом элемента 6 сравнения кодов. Выход элемента 6 подключен к второму входу блокировки счета счетчика 5, выход которого соединен с входом первого блока памяти 7. Выхо- 30 ды первого блока 7 памяти и идентичного ему второго блока 8 памяти подключены к информационным входам блока коммутации 9, передающего информацию с одного из своих входов на выход, подключенный к третьему входу (коэффициента деления) делителя частоты. Вход второго блока 8 памяти соединен с информационным выходом вычитающего счетчика 10 и вто- 40 рым входом дополнительного элемента 11 сравнения кодов, первый вход которого подключен к выходу третьего блока 12 памяти, выход — к управляющему входу блока 9 коммутации и входу45 разрешения счета счетчика 5, Вход третьего блока 12 памяти подключен к выходу счетчика 5. Информационный вход вычитающего счетчика 10 является первым входом 13 устройства и служит для параллельного занесения данных. Второй вход (разрешения записи) вычитающего счетчика 10 является вторым входом 14 устройства. Третий вход (счетный) вычитающего счетчика 10 подключен к выходу делителя

1 частоты. Выход заема вычитающего счетчика 10 соединен с входом сброса счетчика 5 и делителя 1 частоты.Третий вход 15 устройства соединен с вторым входом элемента 6 и предназначен для занесения в элемент 6 эталонного числа для сравнения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении устройства сигнал "Пуск" на вход 14 устройства не подается и информация с входа 13 устройства вычитающим счетчиком 10 не воспринимается. Вычитающий счетчик 10 обнулен. При этом с его выхода заема на входы сброса счетчика 5 и делителя 1 частоты выдается сигнал останова, который обнуляет счетчик 5, подготавливая его к дальнейшей работе, и блокирует работу делителя 1 частоты. При этом делитель 1 частоты не реагирует на синхроимпульсы, поступающие с выхода генератора 2 и сигналы с выхода блока 9 коммутации.

Поэтому импульсы с выхода делителя 1 частоты на входы распределителя 3, счетчика 5 и вычитающего счетчика 10 не поступают. Таким образом, нулевое состояние вычитающего счетчика 10 не изменяется и он остается в нем неопределенно долго.

Работа устройства для управления шаговым двигателем начинается с того, что на вход 13 устройства подается информация о числе шагов, которые требуется совершить шаговому двигателю, а на вход 15 устройства подается информация о максимальном числе шагов при разгоне, что определяет максимальную скорость движения шагового привода. После этого на вход,14 в момент tð подается сигнал "Пуск".

Вычитающий счетчик 10 в течение всего времени работы устройства осуществляет подсчет числа шаговых импульсов, поступающих с выхода делителя 1 частоты распределителя 3, и его значение всегда соответствует числу шагов двигателя до конца заданного перемещения.

По сигналу "Пуск" .вычитающий счетчик 10 выходит из нулевого состояния и устанавливается на заданное по входу 13 число шагов. При этом на его первом выходе исчезает сигнал останова. Новое значение вычитающего счетчика 10 с его информационного выхода поступает на второй блок памяти 8 и элемент 11. Нулевой код с выхода предварительно обнуленного ! счетчика 5 поступает на входы элемен1374395 та 6 и блоков 7 и 12 памяти. Этот код является адресом выборки для блоков 7 и 12 памяти.

Счетчик 5 счетным входом подклю5 чен к выходу делителя 1 частоты и

4 предназначен для отсчета числа шагов шагового двигателя при разгоне. Элемент 6 производит сравнения чисел, поступающих на оба его входа, и в случае их совпадения формирует на своем выходе сигнал, блокирующий дальнейшее увеличение значения счетчика 5 и останавливающий процесс разгона двигателя. Вначале число на вхо- 15 де 15 значительно отличается от нуля, поэтому на первых IIIaI"ax разгона двигателя элемент б не блокирует работу счетчика 5.

Первый блок памяти 7 содержит ин- 20 формацию о значении частоты, с которой необходимо подавать шаговые импульсы для шагового двигателя на каждом этапе разгона. Соответствующая информация о значении частоты на 25 каждом этапе торможения содержится во втором блоке 8 памяти. Третий блок 12 памяти содержит информацию о числе шагов, которые необходимы шаговому двигателю для торможения с теку- 30 щего значения. скорости, определяемого значением счетчика 5, до полной остановки.

Предположим, что по сигналу "Пуск" в вычитающий счетчик 10 записано та35 кое число шагов, для отработки которых шаговому двигателю необходимо произвести разгон, движение с максимальной скоростью и торможение. Тогда в момент времени t на элемент 11 посту-4 пают два числа с выходов вычитающего счетчика 10 и третьего блока 12 памяти. Первое число соответствует расстоянию в шагах до полной остановки, а второе — числу шаговых импульсов, необходимых для торможения с начальной скорости. Первое число намного больше второго, поэтому на выходе элемента 11 устанавливается сигнал, соответствующий режиму ускорения.

Этот сигнал поступает на вход счет50 чика 5, разрешая дальнейшее увеличение числа в счетчик 5, и на управляющий вход блока коммутации 9. При этом блок 9 коммутации оказывается в режиме передачи информации с выхода первого блока 7 памяти на третий вход делителя 1 частоты. Таким образом, на самом первом шаге с выхода первого блока 7 памяти считывается информация о начальной частоте шагового двигателя, хранящаяся по нулевому адресу, и передается в делитель 1 частоты.

Первый шаговый импульс с выхода делителя 1 частоты поступает на вход распределителя 3 и вызывает первый шаг двигателя 4. Одновременно он поступает на входы счетчика 5 и вычитающего счетчика 10. В результате этого значение счетчика 5 увеличивается, а значение вычитающего счетчика (10 уменьшается на единицу. Увеличение значения счетчика 5 вызывает смену адреса на входе первого блока 7 памяти и изменение информации на его выходе, которая через блок 9 коммутации поступает в делитель 1 частоты. В результате этого второй шаговый импульс на выходе делителя 1 частоты появляется через меньший промежуток времени и весь цикл повторяется. Таким образом, частота тактовых импульсов на выходе делителя 1 частоты с переменным коэффициентом деления плавно увеличивается и шаговый двигатель осуществляет разгон привода.

Закон нарастания частоты шаговых импульсов в зависимости от времени может быть произвольным. Он определяется информацией, заложенной в первый блок 7 памяти, и частотой генератора 2.

После завершения разгона шаговый двигатель достигает максимальной частоты коммутации в момент времени t . При этом на выходе счетчика 5

1 появляется число, идентичное информации на входе 15 и вызывающее срабатывание элемента 6, который своим выходным сигналом блокирует дальней- шее нарастание значения счетчика 5.

Информация на выходе первого блока 7 памяти перестает изменяться и частота последующих шаговых импульсов на выходе делителя 1 частоты с переменным коэффициентом деления становится постоянной.

В течение времени от момента t до момента tI шаговый двигатель работает с постоянной скоростью.

При этом значение вычитающего счетчика 10 уменьшается на единицу с каждым шагом двигателя.

B момент t значение вычитающего счетчика 10, равное числу шагов до конца перемещения шагового привода, 1374395 сравнивается с числом на выходе третьего блока 12 памяти, соответствующим числу шагов до полной остановки. Элемент 11 срабатывает и вы5 дает сигнал, который еще раз блокирует счетчик 5 и переключает блок 9 коммутации. Информация с выхода второго блока 8 памяти через. блок 9 коммутации попадает на вход дели- 1ð теля,1 частоты и вызывает снижение частоты шаговых имйульсов на его выходе. По каждому шаговому импульсу вычитающий счетчик 10 уменьшает свое значение на единицу, меняя адрес на входе второго блока 8 памяти", через блок 9 коммутации в делитель 1 частоты поступает новая информация о час-: тоте следующего такта.

Так как значение счетчика 5 остается зафиксированным, то информация на выходе третьего блока 12 памяти также остается постоянной. Элемент 11 сравнения, сравнивая число на своих входах на каждом шаге торможения, подтверждает выданный в момент сигнал торможения, подключающий выход второго блока 6 памяти к входу делителя 1 частоты. Таким образом,от момента с до момента t> шаговый дви- 30 1 гатель 4 совершает торможение по закону, записанному во втором блоке 8 памяти.

В момент t значение вычитающего

3 счетчика 10 достигает нуля, что вы35 зывает появление на его первом выходе сигнала останова, обнуляющего счетчик 5 и блокирующего работу делителя 1 частоты. Шаговый двигатель 4 останавливается; устройство находится в таком состоянии до появления следующего сигнала "Пуск" на входе 14 устройства.

Если в момент t подачи сигнала о

"Пуск" на вход 14 на входе 13 установить число, меньшее, чем требуется шагов для разгона двигателя до максимальной скорости торможения, то весь цикл работы шагового двигателя будет состоять только из режимов разгона и торможения. В этом случае режим

50 разгона двигателя 4 проходит анало.— гично предыдущему случаю до момента t . Значение вычитающего счетчика 10 будет уменьшаться, а счетчика 5 увеличивается с каждым шаговым импульс

55 сом на входе делителя 1 частоты. Число на выходе третьего блока 12 памяти, характеризующее длину тормоэноro пути шагового двигателя, возрастает и в момент времени t сравнивается с числом на выходе вычитающего счетчика 10, характеризующим оставшийся путь шагового двигателя до полного останова. Это вызывает срабатывание блока 11 сравнения, который блокирует дальнейшее увеличение значения счетчика 5 и переключает блок 9 коммутации на второй блок 8 памяти.

Шаговый двигатель 4 переходит на режим торможения, протекающий аналогично описанному, и в момент t осуществляет остановку по сигналу останова с выхода заема вычитающего счетчика 10.

Если характеристики разгона и торможения привода симметричны, то данные в первом 7 и втором 8 блоках памяти являются одинаковыми и для их реализации можно использовать, например, ПЗУ с одинаковыми данными.

При. необходимости распределитель 3 может иметь, например, дополнительный вход управления направлением вращения шагового двигателя, а также, например, схему приведения исполнительного механизма в исходное положение по включению питания и по внешнему сигналу.

Расчет данных в блоках памяти предлагаемого устройства производится предварительно, например, на ЭВМ по специальной программе.

В случае использования устройства в составе гибких автоматизированных производств оно обеспечивает быструю перестройку оптимального управления шаговым двигателем под конкретный вид нагрузки. Для этого необходимо только сменить данные, описывающие динамику привода, в блоках 7,8 и 12 памяти, например, путем замены ПЗУ в схеме устройства и подать на вход

15 новые данные о максимальной скорости шагового двигателя, например, путем их набора на микропереключателях.

Вся логическая часть устройства легко может быть. реализована, например, программными средствами различных микро-3ВМ. В этом случае перестройка оптимального управления может осуществляться в соответствии с программой без участия человека.

1374395

Составитель В.Алфимов

Редактор Л.Пчолинская Техред М.Ходанич Корректор А.Обручар

Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 617/54

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä,óë.Ïðaåêòíàÿ, 4 формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее два блока памяти, элемент сравнения кодов, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, счетный вход которого соединен с выходом генератора, выход — с входом распределителя импульсов, счетчик, счетный вход которого соединен с выходом делителя частоты, вход сброса — с соответствующим входом того же делителя частоты, выход . — с первым входом элемен- 15 та сравнения кодов, выход которого соединен с входом блокировки счета счетчика, блок коммутации, первый вход которого соединен с выходом первого блока памяти, второй вход— 20 с выходом второго блока памяти, вход управления — с входом разрешения счета счетчика, а выход блока коммутации — с входом коэффициента деления делителя частоты, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем регулирования величины и скорости перемещения, в него введены вычитакяций счетчик, дополнительный эле— мент сравнения кодов и третий блок памяти, вход которого соединен с входом первого блока памяти и выходом счетчика, выход — с первым входом дополнительного элемента сравнения кодов, выход которого соединен с управляющим входом блока коммутации, информационный вход вычитающего счетчика является первым входом устройства, вход разрешения записи является вторым входом устройства, счетный вход соединен с выходом делителя частоты, выход заема — с входом сброса счетчика, а информационный выход с входом второго блока памяти и вторым входом дополнительного элемента сравнения кодов, а третьим входом устройства является второй вход элемента сравнения кодов.