Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления с шаговыми двигателями. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности отработки заданных перемещений шаговым двигателем. Устройство содержит элементы ИЛИ 17, 18, 28, 31, 32, элементы И 11, 12, 19-21, 25-27, RS -триггеры 22-24, D-триггеры 10, 13, 14, блок противовключения 2, дешифратор 16, одновибратор 8, логический компаратор 15, элемент 9 задержки и элемент НЕ 29. УСТРОЙСТВО ПОЗВОЛЯЕТ ОСУЩЕСТВИТЬ РАЗБИЕНИЕ ДИАПАЗОНА МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ 0*98N*98M (M - ЧИСЛО ШАГОВ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ РАЗГОНА ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ДО УСТАНОВИВШЕЙСЯ ЧАСТОТЫ) НА ГРУППЫ ЗНАЧЕНИЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И ОДНОЗНАЧНО СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ИМ ЗНАЧЕНИЯ ТОРМОЗНЫХ УЧАСТКОВ. ПРИ ОБРАБОТКЕ ЗАДАННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В УКАЗАННОМ ДИАПАЗОНЕ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ РАЗГОННЫЙ УЧАСТОК И УМЕНЬШАЕТСЯ УЧАСТОК ТОРМОЖЕНИЯ. ЗА СЧЕТ ЭТОГО ПОВЫШАЕТСЯ ОБЩЕЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЕ (УВЕЛИЧЕНИЕ СКОРОСТИ НА УЧАСТКЕ РАЗГОНА И УМЕНЬШЕНИЕ ВРЕМЕНИ ТОРМОЗНОГО ПУТИ) И ТОЧНОСТЬ ПРИ ТОРМОЖЕНИИ (ОДНОЗНАЧНАЯ ПРИВЯЗКА ЗНАЧЕНИЙ ЗАДАННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И ТОРМОЗНЫХ УЧАСТКОВ). 2 ИЛ.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1480079 A I (51)4 Н 02 Р 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AST0PGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (2l) 4257041/24-07 (22) 04.06.87 (46) 15.05.89. Бюл. 11 18 (72) Б.Н.шпикалов и А.Е.Машкевич (53) 621. 313. 525 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1032585, кл. Н 02 P 8/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Ó 1233258, кл. Н 02 Р 8/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЬ1М ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может - быть использовано в системах управления. с шаговыми двигателями. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности отработки заданных перемещений шаго1480079 вым двигателем. Устройство содержит элементы ИЛИ 17, 18, 28, 31 32, элементы И ll. 12, 19 — 21, 25 — 27, RS-триггеры 22 — 24, Р"триггеры 10, 13, 14, блок противовключения 2, дешифратор 16, одновибратор 8, логический компаратор 15 элемент 9 задержки и элемент НЕ 29. Устройство позволяет осуществить разбиение диапазона малых перемещений 0 Б (ш (ш— число шагов, необходимых для разгона шагового двигателя до установившейся частоты) на группы значений переИзобретение относится к управлению электрическими двигателями и может быть использовано в шаговом электроприводе с.высокими требованиями к длительности разгона и торможения.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности отработки заданных перемещений.

На фиг.1 приведена функциональная схема. устройства для управления шаговым двигателем; на фиг.2 — график распределения зоны малых перемещений на разгонный и тормозной участки.

Устройство (фиг.1) содержит последовательно соединенные коммутатор 1, блок 2 противовключения, усилитель

3 мощности, шаговый двигатель 4, датчик 5 положения ротора, блок 6 формирования сигналов датчика, счетчик 7 шагов, одновибратор 8, элемент 9 задержки.

Элемент 9 задержки соединен с Dтриггером 10 и — через первую группу элементов И 11 — 12 соответственно— с группой D-триггеров 13 — 14.

Выход счетчика 7 шагов соединен с первым входом логического компаратора 15 и входом дешифратора 16, подключенного первой группой выходов к входам группы элементов ИЛИ 17, 18, второй группой выходов — к входам второй группы элементов И 19, 20.

Устройство содержит также элемент

И 21, группу RS-триггеров 22, 23, RS-триггер 24, третью группу элементов И 25, 26, элемент И 27, соединенный через элемент ИЛИ 28 с входом блока 2 противовключения. мещений и однозначно соответствующие им значения тормозных участков.

При отработке заданных перемещений в указанном диапазоне увеличивается разгонный участок и уменьшается участок торможения. За счет этого повышаются общее быстродействие (увеличение скорости на участке разгона и уменьшение времени тормозного пути) и точность при торможении (однозначная привязка значений заданных перемещений и тормозных участков). 2 ил.

Вторая группа выходов дешифратора

16 через вторую группу элементов И

19, 20, группу RS-триггеров 22, 23, третью группу элементов И 25, 26, второй выход дешифратора 16 через элемент И 21, RS-триггер 24, элемент

И 27 через элемент ИЛИ 28 соединены с входом блока 2 противовключения.

Вход элемента НЕ 29 соединен с выходом логического компаратора 15, на вход 30 которого подается код сравнения. Второй выход блока 6 формирования сигналов датчика через элемент

ИЛИ 31 подключен к входу коммутатора

1. Один из входов блока 2 противовключения. связан с выходом элемента

ИЛИ 32. Счетчик 7 шагов имеет вход

33 записи.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик 7 ша,гов обнулен, что соответствует высокому уровню на выходе счетчика, и

Z5 обусловливает сброс D-триггеров 10, 13, 14 и RS-триггеров 22 — 24.

Низкий уровень сигнала на выходе

D-триггеров 10, 13, 14 запрещает прохождение сигналов через элементы И о 19 - 21, а низкий уровень сигнала на выходе RS-триггеров 22 - 24 через элемент ИЛИ 32 обусловливает работу блока 2 противовключения в режиме коммутации фаз, соответствующую заданному направлению вращения (входы направления вращения не показаны). При записи в счетчик 7 шагов цифрового двоичного кода, соответствующего заданному перемещению, на

1480079 выходе счетчика появляется низкий уровень сигнала и одновибратор 8 вырабатывает импульс напряжения.

Состояния разрядов счетчика 7 ша5 гов подаются на входы логического компаратора 15 и дешифратора 16, Логический компаратор 15 предна.значен для логического сравнения цифрового кода, подаваемого на вход 30, 10 и кода, поступающего с разрядов счетчика 7 шагов. Высокий уровень на выходе логического компаратора появляется, когда цифровой код с разрядов счетчика 7 шагов превьппает код по входу 30 (N) ш).

Значение цифрового кода по входу

30 (m) определяется минимальным количеством шагов перемещения, необходимых для разгона шагового двигателя в режиме самокоммутации до максимальной (установившейся) частоты и торможения с этой частоты (n шагов) противовключением (фиг.2).

Разрядность счетчика 7 шагов выбирается исходя из максимально возможного задаваемого перемещения. Счетчик работает только на вычитание.Дешифратор 16 дешифрирует все возможные состояния счетчика 7 шагов. 30

Однако в схеме необходимо задействовать количество выходов дешифратора 16, соответствующее кодовому диапазону (1-m-1). Задействованные выходы дешифратора делятся на две группы: первая группа определяет заданные значения шагов перемещения в диапазоне (1 — m-1); вторая группа определяет необходимые значения ша- 40 гов торможения противовключением в диапазоне 0 - m-1, соответствукппие заданному диапазону (1 - m-!) перемещения.

Сигнал на одном из выходов второй группы дешифратора появляется, когда код на выходе счетчика 7 становится равным и ° lllэ nl.и т.д

При записи в счетчик 7 шагов цифрового кода перемещения N Ъ n D-триг- 50 гер 10 изменяет свое состояние, так как на выходе логического компаратора 15 — высокий уровень сигнала, а задержанный на элементе 9 импульс напряжения одновибратора 8 поступает на С-вход D-триггера 10. Высокий уровень сигнала на выходе Э-триггера 10 разрешает прохождение сигнала через элемент И 21.

Импульс напряжения с выхода элемента 9 задержки через элемент ИЛИ

3l поступает на коммутатор 1, формирующий первое переключение фаз шагового двигателя через блок 2 противовключения и усилитель мощности.

Сигналы с датчика 5 через блок 6 формирования и элемент ИЛИ 31, поступающие на коммутатор 1, обеспечивают работу шагового двигателя 4 в режиме самокоммутации.

Сигналы с датчика 5 через блок 6 формирования поступают также на вход счетчика 7 шагов, который с каждым сигналом датчика 5 уменьшает свое состояние на единицу.

Работа шагового двигателя 4 при разгоне и движении на установившей ся скорости в режиме самокоммутации продолжается до значения цифрового кода в счетчике 7 шагов, соответствующего величине n (n — число шагов торможения противовключением с максимальной частоты самокоммутации).

При равенстве кода величине и (т.е. при поступлении на счетчик 7 шагов (N-и)-го импульса) сигнал с соответствующего выхода дешифратора 16, проходя через элемент И 21, переводит RS-триггер 24 в единичное состояние. При этом высокий уровень сиг нала с выхода RS-триггера 24 разрешает прохождение сигналов с выхода блока 6 формирования через элемент

И 27 и через элемент ИЛИ 32 подготавливает блок 2 противовключения на изменение коммутации фаэ шагового дви-. гателя на обратную.

Последующие импульсы, начиная с . (N-и+1)-ro, будут отрабатываться с противовключением, т.е. на тормозном участке движения. При поступлений на счетчик 7 шагов (N-1)-го импульса сигнал с соответствующего выхода дешифратора 16 запрещает прохождение сигналов с датчика 5 на коммутатор I, но не запрещает прохождение этого сигнала на счетчик 7 шагов. После отработки последнего импульса счетчик

7 щагов обнуляется, приводя схему в исходное состояние, при этом нулевое состояние RS-триггера 24 переключает блок 2 противовключения на исходную коммутацию и ротор шагового двигателя находится в точке устойчивого равновесия, так как на фазы шагового двигателя подается диаграмма, соответствующая фиксированной стоянке

1480079 под током в конце отработки заданного перемещения.

При записи в счетчик 7 шагов цифрового кода перемещения Ы=ш или

Б=т (где ш, m u m < а m) на выходе логического компаратора 15 - низкий уровень сигнала и D-триггер 10 остается в обнуленном состоянии.

На одном из выходов дешифратора (первая группа выходов) появляется высокий уровень сигнала, который, проходя через элемент ИЛИ 17 или 18, поступает на D-вход D-триггера 13 или 14, 15

В зависимости от конкретного значения заданного перемещения N c m изменяет свое состояние D-триггер 13 или 14, так как на С-входы через элементы И 11 и 12 проходит задержанный 2g импульс напряжения с одновибратора 8 (на выходе элемента ИЛИ 29 — высокий уровень ), Шаговый двигатель 4 работает н режиме самокоммутации (разгон) до со- 25 ответстния значения числа импульсов, поступивших в счетчик 7 шагов, величине (m „-n,) или (ш,-n ) или до значения кода на выходе счетчика 7 п„или п . 30

По достижении указанного значения кода на соответствующем выходе дешифратора 16 (вторая группа выходов) появляется высокий уровень сигнала, который, проходя через элемент И 19 или 20, изменяет состояние RS-триггера 22 или 23 (на выходе b-триггера

13 или 14 — высокий уровень сигнала).

Высокий уровень сигнала на выходе пр

RS-триггера 13 или 14 через элемент

ИЛИ 32 подготавливает блок 2 противонключения на изменение коммутации фаз шагового двигателя на обратную.

Последующие импульсы, начиная с (m „-n „+1) или (ш -и +1)-го, будут отрабатываться с противонключением, т.е. на тормозном участке движения.

При поступлении на счетчик 7 шагов предпоследнего импульса (N-1) и 5g после отработки последнего импульса схема работает по описанной вьппе процедуре.

Таким образом, разбиение диапазона малых перемещений 0 sN (m на груп- rr пы значений m» m ... (число зйачений равно числу элементов в группах заданных перемещений) и однозначно соответствующие им значения тормозных отрезков и,, п ... позволяет в зоне малых перемещений увеличить разгонный участок и обеспечить быстродействие и точность торможения, 8 результате по сравнению с прототипом достигается общее повышение быстродействия и точности отработки шагового двигателя, Разбиение диапазона на группы значений и параметры m „ m< и т.д. и и,, и и т.д, осуществляется для конкретного шагового привода путем математического и физического моделирования.

Устройство может быть использовано в прецизионных замкнутых системах управления шагоными двигателями, в которых предьявляются высокие требования к быстродействию и точности отработки как н больших„ так и в малых диапазонах заданных перемещений.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и второй элементы ИЛИ, коммутатор, усилитель мощности, -шагоный днигатель,датчик положения ротора, блок формирования сигналов датчика, счетчик шагов, RS-триггер и элемент И, подключенный первым нходом к выходу RS-триггера, R-вход которого соединен с выходом счетчика шагов, вход счетчика шагов подключен к первому выходу блока формирования сигналов датчика, соединенного входом с выходом датчика положения ротора, соединенного с валом шагового двигателя, входы которого подключены к выходам усилителя мощности, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности отработки заданных перемещений, в него введены третий элемент ИП1, группа элементов

ИЛИ, второй элемент И, первая, вторая и третья группы элементов И, группа

RS-триггеров, D-триггер, группа Dтриггеров, причем число элементов но всех группах одинаково, блок противовключения, дешифратор, одновибратор, логический компаратор, элемент НЕ и элемент задержки, подключенный входом к выходу однонибратора, а выходом — к первому входу третьего элемента ИЛИ, первым входом элемента

И гервой группы, С-входу D-триггера, D-вход которого соединен с выходом

1480079 fr(npyr) Составитель В.Алфимов

Редактор А.Маковская Техред М.Ходанич Корректор Н. Повидайчик

Заказ 2556/54 Тираж 55! Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101, логического компаратора и входом элемента НЕ, подключенного выходом к вторым входам элементов И первой группы, R-входы всех триггеров соединены с входом одновибратора и первым выходом счетчика шагов, второй выход которого подключен к первому входу логического компаратора и входу дешифратора, первый выход которого соединен с вторым входом блока формирования сигналов датчика, первая группа выходов дешифратора — с входами соответствующих элементов группы элементов ИЛИ, вторая группа выходов дешифратора — с первыми входами соответствующих элементов И второй группы, второй выход дешифратора — с первым входом второго элемента И, соединенного вторым входом 2р с выходом D-триггера, а выходом — с

S-входом RS-триггера, выход каждого .. элемента группы ИЛИ подключен к D-входу соответствующего триггера группы

D-триггеров, соединенных С-входами 25 . с выходами соответствующих элементов

И первой группы, а выход каждого триггера группы D-триггеров соединен с вторым входом соответствующего элемента И второй группы, выходы каждого из которых соединены с S-входом соответствующего триггера группы

RS-триггеров, выход каждого из которых подключен к первому входу соот-ветствующего элемента И третьей группы и к соответствующему входу первого элемента ИЛИ, соединенного дополнительным входом с выходом RS-триггера, а выходом — с первым входом блока противовключения, подключенного выходом к входу усилителя мощности, а вторым входом — к выходу коммутатора, вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ и с вторыми входами элемента И и элементов И третьей группы, выход каждого из которых подключен к соответствующему.входу второго элемента ИЛИ, соединенного дополнительным входом с выходом элемента И, а выходом — с третьим входом блока противовключения, причем второй выход блока формирования сигналов датчика подключен к второму входу третьего элемента

ИЛИ, а второй вход логического компаратора соединен с шиной записи кода сравнения.