Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в шаговом электроприводе с ограниченным перемещением подвижного элемента. Цель изобретения - повышение быстродействия в режиме отработки циклических перемещений. Устройство содержит два элемента И 18 и 19, одновибратор 17 и элемент ИЛИ 16, с помощью которых обеспечивается минимально необходимая по продолжительности стоянка шагового двигателя в режиме реверса при работе на частотах выше частоты реверса или непосредственное включение двигателя в противоположном направлении, если частота следования импульсов синхронизации не превышает частоту реверса двигателя. Расширение функций третьего триггера 13 позволяет также выполнить переключатель 8 импульсов синхронизации в виде блока комбинационного типа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО).)ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1527702

А1

1511 4 Н 02 Р 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

jul

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4383363/24-07 (22) 09.03. 83 (46) 07. 12. 89. Бюл. )) 45 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством при Белорусском государственном университете им ° В.И.Ленина (72) В.В.Нижников, В.Д,Телегин, И,Н,Рудой и 3.И,Лакизо (53) 62).313,525(038,8) (56) Авторское свидетельство СССР

)1 1399883, кл. H 02 P 3/00, 29.08.86.

Авторское свидетельство СССР

N9 )4431)7, кл . I) 02 P 3/00, 27.04.87. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕИИЛ ШАГОВЫ)") ДВИГАТЕЛЕИ (57) Изобретение относится к электротехнике и может бьгть использовано в шаговом электроприводе с ограниченным перемещением подвижного элемента.

Цель изобретения — повышение быстродействия в режиме отработки циклических перемещений. Устройство содержит два элемента И 13 и 19, одновибратор

17 и элемент ИЛИ 16, с помощью которых обеспечивается минимально необходимая по продолжительности стоянка шагового двигателя в режиме реверса при работе на частотах выше частоты реверса или непосредственное включение двигателя в противоположном нап— равлении, если частота следования импульсов синхронизации не превышает частоту реверса двигателя, Расширение функций третьего триггера 13 позволяет также выполнить переключатель 8 импульсов синхронизации в виде блока комбинационного типа. з.п. ф-лы, 2 ил.

1527702

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в шаговом электроприводе с ограниченным перемещением управляемого объекта °

Цель изобретения — повышение быстродействия в режиме отработки циклических перемещений.

На фиг. 1 приведена функциональная 10 схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг, 2 - временные диаграммы сигналов в узловых точках устройства. устройство для управления шагoBblM двигателем содержит тактовую шину 1, шину 2 направления, шину Режим" 3, шину 4 частоты ириемистости, коммутатор 5, первый триггер 6, датчики 7 предельных положений объекта, переключатель 3 импульсов синхронизации, счетчик 9, распределитель 10 импульсов, многоканальный выходной усилитель 11, второй 12 и третий 13 триггеры, первый 14 и второй 15 мульти- 25 плексоры, элемент ИЛИ 16, одновибратор 17, первый 18 и второй 19 элементы И, причем входы коммутатора 5 соединены с тактовой шиной 1, шиной

2 направления, шиной "Режим". 3, выходом первого триггера и его установочньпи входами, которые подключены к соответствующим выходам датчиков 7 предельных положений объекта, первый выход коммутатора 5 подключен к первому вхо,;у элеме.: та ИЛИ 16, первому входу второго элемента И 19, установочному входу R i.торого триггера !2

Ъ и третьему информационному входу первого мультиплексора 14, второй выход 40 коммутатора 5 соединен с вторым входом элемента Ш1И 16, первым входом первого элемента 11 18, установочным входом S второго триггера 12 и вторым информационным входом второго 45 мультиплексора 15, выход элемента

ИЛИ 16 соединен - входом одновибратора 17, выход которого подключен к вторым входам первого 18 и второго

19 элементов И, выходьг которых соединены с установочными входами третьего триггера 13, информационный вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера 12, прямой выход которого соединен с первыми

55 (младшими) адресными входами первого

14 и второго 15 мультиплексоров, вторые (старшие) адресные входы которых подкпючены к выходу третьего триггера 13 и входу управления переключателя 8 импульсов синхронизации, первый информационный вход первого 14 и четвертый информационный вход второго 15 мультиплексоров объединены и подключены к шине 4 частоты приемистости, выходы первого 14 и второго

15 мультиплексоров соединены соответственно с первым и вторым входами налравлеиия переключателя 8 импульсов синхронизации, первый и второй

BbIxo t которого подключены к соответствующим входам распределителя 10 импульсов, связанного своими выходами с входами многоканального выходного усилителя 11, а третий выход переключателя 3 импульсов синхронизации соединен с входом счетчика 9, выход которого подключен к тактовому входу третьего триггера 13, Переключатель 8 импульсов синхронизации содержит первый 20, второй

21 демультиплексоры и элемент ИЛИ 22, выход которого является третьим выходом переключателя 8, информационные входы первого 20 и второго 21 демультиплексоров являются соответственно первым и вторым входами направления переключателя 8, первые (младшие) адресные входы первого 20 и второго 21 демультиплексоров подключены к входу управления переключателя 8, вторн,е (старшие) адресные входы демультиплексоров 20 и 21 соединены с общей шиной устройства, первый выход первого 20 и второй выход второго 21 демультиплексоров подключены к входам элемента ИЛИ 22, а второй выход первого 20 и первый выход второго 21 демультиплексоров являются соответственно первым и вторым выходами переключателя S импульсов синхронизации.

Логические элементы устройства выполнены по правилам инверсной логики.

На фиг. 2 обозначены эпюра 23— шина 4 частоты ириемистости; эпюра

24 — первый выход коммутатора 5 (движение вправо); эпюра 25 — второй выход коммутатора 5 (движение влево); эпюра 26 — прямой выход второго триггера 12; эпюра 27 — выход одновибратора 17; эпюра 28 — выход (прямой) третьего триггера 13; эпюра 29 — вы— ход первого мультиплексора 14; эпюра

30 — выход второго мультиплексора 15; эиюра 31 — третий выход переключате1527702 ля 8 импульсов синхронизации; эпира

32 — выход счетчика 9; эпюра 33 — выход первого элемента И 18; эпира 34— выход второго элемента И 19; эпюра

35 — первый выход переключателя 8 им5 пульсов синхронизации; эпира 36 второй выход переключателя 8 импульсов синхронизации.

Устройство работает следующим об- lp разом.

Если управляемый объект «е находится в одном из крайних положений, т.е. ни один из датчиков 7 предельных положений объекта не включен, а на шину Режим" 3 подан высокий потенциал, то на один из выходов коммутатора 5, выбор которого определяется в данном случае уровнем потенциального сигнала на шине 2 направ- 20 ления, поступают импульсы синхронизации, подаваемые на тактовую шину 1 устройства. При подаче, к примеру, высокого потенциала на шину 2 налравления отрицательные импульсы синхро- 25 низации проходят на первый выход коммутатора 5 и первый из этих импульсов своим перепадом из "1" в "0" устанавливает в момент времени Tl (фиг. 2) второй триггер 12 в нулевое 30 состояние (или подтвердит его, если второй триггер 12 при включенИи устройства установился в нулевое состояние), обусловив тем самым низкий потенциал на первых (мпадших) адресных 35 входах первого 14 и второго 15 мультиплексоров, в качвстве которых может быть использован сдвоенный селектормультиплексор с общими адресными входами, Одновременно импульс син- 40 хронизации проходит через элемент

ИЛИ 16 и поступает на вход одновибратора 17 с перезапуском, формируюнего по перепаду из "0" в "1" входного сигнала положительный импульс, 45 длительность которого выбрана равной периоду следования импульсов синхронизации, Частота последних равна

0,4-0,6 частоты приемистости используемого шагового двигателя, т.е. 50. частоте его реверса, На выходе одновибратора 17, на вторых входах первого 18 и второго 19 элементов И вплоть до момента Т2 (фиг. 2) присутствует разрешающий сигнал низкого 55 уровня, не препятствующий прохождении первого импульса синхронизации с первого выхода коммутатора 5 через второй элемент И 19 на установочный вход S третьего триггера 13 (эпюра

34, фиг. 2). По перепаду этого импульса из "1" в "0" третий триггер

13 устанавливается в единичное состояние, либо это состояние подтвердится. Тем самым на вторых (старших) адресных входах первого 14 и второго 15 мультиплексоров присутствует высокий потенциал и отрицательные импульсы синхронизации проходят через третий информационный вход первого мультиплексора AD!4 на его выход (эпюра 29, фиг. 2), поступая дапее на первый вход направления переключателя 8 импульсов синхронизации.

На первый (мпадший) адресный вход А первого демультиплексора 20 при этом с выхода третьего триггера 13 поступает потенциальный сигнал высокого уровня, и импульсы синхронизации могут проходить только на второй его выход и далее на соответствующий вход распределителя 10 импульсов, который через многоканальный выходной усилитель ll включает обмотки шагового двигателя, обеспечивая его вращение, к примеру, по часовой стрелке, Частота импульсов синхронизации поначалу (вплоть до момента времени Тб) превышает частоту реверса шагового двигателя, не выходя при этом эа значение частоты приемистости.

При сохранении высокого потенциала на нине пРежим 3 и подаче низкого потенциала на шину 2 направления импульсы синхронизации появляются на втором выходе коммутатора 5, в то время как поступление импульсов синхронизации на первый выход коммутатора 5 прекращается, Первый же импульс с второго выхода коммутатора 5 (эпюра 25, фиг. 2) устанавливает в момент времени ТЗ своим перепадом иэ

"1" в "0" второй триггер 12 в единичное состояние, а состояние третьего триггера 13 при этом не изменяется, так как первый 18 и второй

19 элементы И заблокированы потенциальным сигналом высокого уровня,поступающим с выхода одновибратора 17, перезапускаемого каждым последующим импульсом синхронизации, Высокий потенциал на первых и вторых адресных входах первого 14 и второго 15 мультиплексоров разрешает прохождение импульсов с шины 4 частоты приемистости только через. 527702. четвертый информационный вход второго мультиплексора 15 на его выход (эпюра 30, фиг. 2), Поступающие на второй вход направления переключателя 8, т.е. на ин5 формационный вход второго демультиплексора 21, отрицательные импульсы проходят при этом только на второй выход второго демультиплексора 21 и далее через элемент ИЛИ 22. обеспечивающий сложение по ИЛИ отрицательных сигналов, поступают на третий выход (эпюра 31, фиг. 2) переключателя 8, т.е. на вход счетчика 9, на выходе которого после подсчета заданного количества (к примеру, двух) импульсов, поданных с шины частоты приемистости и число которых определяется необходимым временем останова при реверсе шагового двигателя, в момент времени

Т4 (эпюра 32, фиг ° 2) появляется отрицательный импульс, соответствующий концу отработки режима реверса. Этот импульс обуславливает установку счет- 25 чика 9 в исходное состояние (цепи начальной установки счетчика 9 на схеме не показаны) и переписывает в момент времени Т5 (эпюра 28, фиг. 2) своим перепадом из "Oп в "1" сигнал низкого уровня с информационного входа триггера 13 на его выход, обуславливая тем самым изменение потенциального сигнала на вторых адресных входах первого 1- . и второго 15 мульти35 плексоров и первом адресном входе пер вого 20 и второго 21 демультиплексоров с высокого на низкий уровень ° При этом через второй информационный вход второго мультиплексора 15 начинают 40 проходить импульсы синхронизации на информационный вход второго демульгиплексора 21, .ак как на первом и втором адресных входах этого демультиплексора присутствуют низкие потенци- 15 алы, то импульсы синхронизации могут проходить только на первый выход второго демультиплексора 21 (эпюра 36, фиг, 2) и на второй вход распределигеля 10 импульсов и далее на многоканальный усилитель 11 мощности, обеспечивая вращение ротора шагового двигателя в противоположном направпении, При отработке перемещений на частотах ниже частоты реверса шагового двигателя (к примеру, после момента времени Т6, фиг. 3) период следования импульсов синхронизации начинает превышать длительность импульса (положительного), формируемого одновибратором 17. Перезапуск одновибратора в данном случае прекращается и формирование положительного импульса завершается в момент времени 17 (эпюра 27, фиг. 2), обуславливая появление на выходе оцновибратора 17 сигнала низкого уровня, снимающего запрет на прохождение импульсов синхронизации через первый 18 и второй

19 элементы И на установочные входы третьего триггера 13 ° Очередной импульс синхронизации, поступающий, к примеру, в момент времени TS с второго выхода коммутатора 5, проходит через первый элемент И 18 на установочный вход R третьего триггера и подтверждает его нулевое состояние.

По перепаду из "О" в "1" импульса синхронизации в момент времени Т9 одновибратор 17 запускается вновь, формируя на своем выходе вплоть до момента времени Т10 положительный импульс. Движение шагового двигателя продолжается в заданном направлении с подтверждением состояния третьего триггера 13 по каждому импульсу синхронизации, При реверсе в данных условиях, т,е ° подаче высокого потенциала на шину 2 направления и сохранении высокого потенциала на шине Режим" 3 поступление импульсов синхронизации

va второй выход коммутатора 5 прекрашается и возобновляется на ервом выходе коммутатора. Первый же импульс с этого выхода (эпюра 24, фиг. 2) устанавливает в момент времени Т 11 своим перепадом из "1" в

"0" второй триггер 12 (эпюра 26, фиг ° 2) в нулевое состояние и третий триггер 13 (эпюра 23, фиг, 2) в единичное состояние, обеспечив благодаря этому прохождение импульсов синхронизации с третьего информационного входа первого мультиплексора 14 на его выход и далее через информационный вход первого демультиплексора 20 на его второй выход и первый вход распределителя 10 импульсов. Тем самым при перемещениях на частотах ни>ке частоты реверса шагового двигателя реверс последнего отрабатывается без догалнительного останова и движение шагового двигателя в противоположном направлении начинается сразу после изменения уровня потенциального сиг1527702

10 нала на шине направления. С приходом следующего импульса синхронизации в момент времени Т12 движение шагового двигателя продолжается в заданном

5 направлении при одновременном подтверждении состояний второго 12 и третьего 13 триггеров.

При подаче на шину "Режим" 3 низкого потенциала устройство обеспечивает циклическое перемещение управляемого объекта в заданных пределах в автоматическим режиме, Потенциальные сигналы датчиков 7 предельных положений объекта в данном режиме, посту- 15 пая на установочные входы первого триггера 6, управляют его состоянием и тем самым обуславливают наличие импульсов синхронизации на одном из вы— ходов коммутатора 5 независимо от 2р уровня потенциального сигнала на шине 2 направления, При изменении состояния первого триггера 6 вследствие срабатывания одного из датчиков 7 предельных положений объекта по при- 25 ходу в соответствующее положение происходит блокировка движения в данном направлении и отработка реверса шагового двигателя на частоте приемистости, если частота следования импуль- 3р сов синхронизации превышает частоту реверса двигателя, либо с непосредственным включением движения шагового двигателя в противоположном направлении, если частота следования импульсов синхронизации не превышает частоту реверса двигателя °

Таким образом, предлагаемое устройство обладает более высоким в сравнении с известным быстродействи- 4р ем в режиме отработки циклических перемещений благодаря обеспечению минимально необходимой по продолжительности стоянки двигателя в режиме реверса при работе на частотах выше 45 частоты реверса и отсутствию этой стоянки в тех условиях, когда двигатель может реверсироваться непосредственно, а также благодаря обеспечению готовности шагового двигателя к движению в заданном направлении как при включении устройства, так и во время стоянки двигателя.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее подключенные к установочным входам первого триггера датчики предельных положений объекта, коммутатор, входы которого соединены с шинами направления, Режим, тактовой шиной, выходом первого триггера и его установочными входами, последовательно соединенные многоканальный выходной усилитель и распределитель импульсов, входы которого соединены с первым и вторым выходами переключателя импульсов синхронизации, третий выход которого подключен к входу счетчика, а первый и второй входы направления переключателя импульсов синхронизации соединены с выходами соответственно первого и второго мультиплексоров, причем первый информационный вход первого мультиплексора и четвертый информационный вход второго мульти— плексора подключены к ыине частоты приемистости, третий информационный вход первого мультиплексора и второй информационный вход второго мультиплексора соединены с соответствующими выходами коммутатора и установочными входами второго триггера, прямой выход которого связан с первыми адресными входами первого и второго мультиплексоров, вторые адресные входы которых соединены с выходом третьего триггера, тактовый вход которого связан с выходом счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия в режиме отработки циклических перемещений, в него введены первый и второй элементы И, одновибратор и элемент ИЛИ, входы которого подключены к выходам коммутатора и первым входам первого и второго элементов И, а выход через одновибратор соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых подключены к установочным входам третьего триггера, связанного информационным входом с инверсным выходом второго триггера, а выходом — с входом управчения переключателя импульсов синхро— низации.

2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что переключатель импульсов синхронизации содержит элемент ИЛИ, первый и второй демультиплексоры, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго мультиплексоров, первые адресные входы первого и второго демультиплексоров объедине1527702

12 входами распределителя импульсов, а первый выход первого и второй выход

26

27 Составитель В,Алфимов

Техред M.ÄHäûê

Корректор 0.1 нпле

Редактор Н, Бобкова

Заказ 7517/56 Тираж 551 Подписное

BHHH1IH Государе..венного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11303 5, Москва, Ж-35, Рауш кая наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 19Jl ны и соединены с выходом третьего триггера, вторые адресные входы подключены к общей шине устройства, второй выход первого и первый выход вто—

5 рого демультиплексора соединены с второго демультиплексоров соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом счетчика,