Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления с шаговыми приводами. Целью изобретения является повышение точности отработки заданных на шаговый привод перемещений. Эта цель достигается тем, что в устройство введены программное устройство 17 разгона шагового двигателя в зоне отработки суммарного люфта привода, имеющего место при реверсировании шагового двигателя 1, а также два запоминающих устройства 7 и 8, позволяющих запоминать текущий знак направления вращения до реверса (т.е. предыдущего перемещения). При изменении направления вращения отработка люфта происходит по оптимальной программе, записанной в программное устройство 17, после чего начинается отработка заданного перемещения. Это позволяет работать без ошибки по положению (учет суммарной величины люфта) и без динамических ошибок (программный разгон шагового привода в зоне люфта при изменении нагрузки на шаговый двигатель), что повышает точность. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1607071 (51)5 Н 02 P 8/00

60ЕШ3й М

ЛАТЕНТК - ТН(% ЩИ

БИБЛИОТ г(А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4318371/24-07 (22) 21. 10.87 (46) 15.11.90. Бюл. № 42 (72) Б. Н., Шпикалов, А. Е. Машкевич и Т. А. Гусакова (53) 621.3! 3.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1091295, кл. Н 02 Р 8/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1014119, кл. Н 02 P 8/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления с шаговыми приводами. Целью изобретения является повышение точности отработки заданных на шаговый привод пеИзобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано для управления высокоскоростным реверсивным шаговым двигателем, связанным с редуктором, имеющим люфт.

Цель изобретения состоит в повышении .точности отработки заданных перемещений.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для управления шаговым приводом; на фиг. 2 — функциональная схема программных устройств ПУ! и ПУ2; на фиг. 3 — временная диаграмма работы устройства; на фиг..4 — функциональная схема счетчика с регистром знака.

Шаговый двигатель i соединен последовательно с усилителем 2 мощности и распределителем 3 импульсов, первый вход которого подключен к выходу делителя 4 частоты, второй вход — к выходу регистра знака счетчика 5, к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ 6 и первому входу оперативных запоминающих устройств

2 ремещения. Эта цель достигается тем, что в устройство введены программное устройство

17 разгона шагового двигателя 1, а также два запоминающих устройства 7 и 8, позволяющих запоминать текущий знак направления вращения до реверса (т. е. предыдущего перемещения) . При изменении направления вращения отработка люфта происходит по оптимальной программе, записанной в программное устройство 17, после чего начинается отработка заданного перемещения.

Это позволяет работать без ошибки по положению (учет суммарной величины люфта) и без динамических ошибок (программный разгон шагового привода в зоне люфта при изменении нагрузки на шаговый двигатель). что повышает точность. 4 ил. (ОЗУ) 7 и 8, вторые входы которых соедине ны соответственно с прямым и инверсным выходами счетного триггера 9, а выходы соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 10, выход которого подключен к второму входу элемента ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ 6, выход которого соединен с первым входом элемента И 11, подключенного выходом к S-входу RS-триггера 12, R-вход которого соединен с выходом элемента

ИЛИ 13 и с третьими входами адресного счетчика 14 и реверсивного счетчика 15, прямой выход — с первым входом элемента И 16 и первым входом второго программного устройства 17, а инверсный выход — с первым входом элемента И 18, первым входом элемента И 19 и первым входом элемента И 20, соединенного вторым входом с выходом реверсивного счетчика 15 и вторым входом элемента И 21, а выходом — с вторым входом логического компаратора 22, подключенного первым входом к

1607071 з второму выходу счетчика 5, а выходом к второму входу элемента 23 памяти, второму входу реверсивного счетчика 15 и первому входу адресного счетчика 14, соединенного выходом с вторыми входами элементов И 18 и 6, подключенных выходами ссютветственно к второму и третьему входам первого программного устройства 24 и второго про-граммного устройства 17, соединенных между собой первыми и вторыми выходами.

Инверсный выход RS-триггера 12 подключен к первому входу первого программного устройства 24, третий вход которого соединен с вторым входом второго программного устройства 17. Третий выход второго программного устройства 17 подключен к первому вхо, ду элемента ИЛИ 13, второй вход которого является входом 25 синхронизации записи и соединен с входом элемента 26 задержки и первым входом элемента И 27, второй вход которого является входом 28 записи кода перемещений, а выход подкпючен к первому входу счетчика 5, соединенного вторым входом с выходом элемента И 19, а первым выходом — — с первым входом д лителя — — синхронизатора 29 и вторым входом ключа 30, подключенного первым входом к выходу генератора 31 импульсов, а выходом — — к второму входу делителя-синхронизатора 29, соединенного первым выходом с первым входом элемента И 21, вторым выходом — с первым входом делителя 4 частоты, третьим выходом †с первым входом элемента 23 памяти, а четвертым выходом — — с вторым входом делителя 4 частоты, подключенного выходе м к первому входу распределителя з импульсов, к второму входу элемента И 19 и к первому входу реверсивного счетчика 15, а третьим входом — к вторым выходам псрвого и второго программных устроиств 24 и 17, соединенных пс рвыми выходами с вторым входом схемы 32 сравнения, подключен:ой к второму входу адресногс счетчика 14, а первым входом к выходу элемента И 21, соединенного третьим входом с выходом элемента 23 памяти, причем третий вход первого программного устройстьа ?4 и второй вход второго програ.змнolо устройства 17 являются входом 33 записи llpo":ðÿMì разгона шагового дви.-ателя, выход элемента 26 задержки подKë!o÷åí к входу, счетного триггера 9 Hв.ходу э.лемент.,3::-- за держки, выход которогс соеl!HHCH с вторь.м входо l элемента И 11.

Программное устройство 24 и 17::|огут состоять., например, из регистровои памяти констант частоты (ОЗУ Ij) 35 и 37, регистровой памяти констант ясла импульсов (ОЗУ l) 36 и 38, дешифраторов 39 -42, выполненных, например на микросхеме 564

ИД1 и элементов ЗИ-ИЛИ-НЕ 43 --46. Яы:;oIh! прогp3 IMHblx устройств l 7 H 24 coP. IH!Ic ны по «монтажному ИЛИ». При работе одного из Hpoãpàìмных устройств на выхода другого по всем pàç,>ÿ;Iàì устанавливаепс.я

«1>: — высокий уровень сигнала. Передача информации при этом осуществляется с выходом работающего программного устройства.

Объем регистровой памяти зависит от реализуемого в программе закона.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии устройства реверсивный счетчик 15, делитель 4 частоты и

0 счетчик 5 находятся в обнуленном состоянии. Нулевое состояние счетчика 5, предназначенного для приема через вход 28 и отработки заданного перемещения (числа импульсов управления), запирает ключ 30 и обнуляет делитель-синхронизатор 29. Исходное состояние адресного счетчика 14 соответствует выборке констант частоты и количества импульсов по первому адресу запоминающих устройств программных устройств 17 и 24.

Запись заданного перемещения в счет20 чик 5 осуществляется по входу записи 28 из внешнего устройства через элемент И 27 по синхроимпульсу пТ„.

Синхроимпульс записи пТ синхронизован с опорной частотой генератора 31 импульсов и зависит от периодичности обсчета

25 внешним устройством (например, арифметическим устройством УВМ) уставки пере меш,ения.

Рассмотрим работу устройства по отработке заданного перемещения при совпадении знака направпения вращения привода

30 при отработке предыдущего перемещения со знаком заданного последующего перемеш,ения.

В программное устройство 24 по входу 33 записывается оптимальная для конкретного ! ll агового привода программа переходных режимов (разгон-торможение), состоящая из констант (в двоичном коде) значения частот разгона и торможения и констант

1 (в двоичном коде) количества импульсов управления, .необходимых для отработки на

40 каждом значении частоты.

Это программное устройство работает при отработке устройством заданного перемегцения, которое записывается в счетчике 5 с регистром знака (фиг. 4) через вход 28 записи. Счетчик может быть выполнен, например, на микросхеме 564 ИЕ11, а регистр знака — на микросхеме 564 ТМ2.

В программное устройство 17 по входу 33

:;. à.ïèñûâàåòñÿ конкретная программа разгона ...: реходном режиме при реверсировании шагового двигателя, ссстоящая из кон50 стант зна-ения частот и количества импульсов управления для каждого значения час-.-оты.

Г1 ро:.!! им мное у стройство 17 работает ! и и и=менении направления вращения (реверсе) шагового двигателя в зоне суммарного люфта редуктора привода, где резко мен".ется нагрузочная характеристика шагового привода.

1607071

5 ,При записи последующей уставки перемещения в счетчик 5 (счетчик выполнен с регистром знака) состояние счетчика отлично от нуля, что является разрешением прохождения частоты генератора 31 импульсов через ключ 30.

ОЗУ1 7 и ОЗУ2 8 предназначены для запоминания текущего состояния знакового разряда счетчика 5 и выдачи информации о предыдущем состоянии знакового разряда.

ОЗУ! 7 и ОЗУ2 8 поочередно работают в режиме записи и чтения, что определяется переключением выходов (прямого и инверсного) счетного триггера, управляемого синхроимпульсом записи пТ через элемент 26 задержки.

При записи уставки перемещения сянхроимпульс записи пТ обнуляет реверсивный счетчик 15, RS-триггер 12 (по входу R) и адресный счетчик 14. Единичное состояние инверсного выхода RS-триггера 12 разрешает выборку информации из программного устройства ПУ! 24 через элемент И 18 сигналами адресного счетчика 14. Исходное состояние адресного счетчика 14 (обнулен) соответствует выборке констант частоты и количества импульсов по первому адресу заломинающих устройств программного устройства ПУ1 24.

Адресный счетчик представляет собой двоичныЙ реверсивный счетчик с установкой нуля и элементом ИЛИ по счетному входу, выполненный, например, на микросхемах

564 ИЕ11 и 564 Л55.

Элементы И 16, 18, 20, 21, 27 являются многоразрядными, разрядность которых определяется разрядностью устройства, с которым элементы соединены по входу.

Частота генератора 31 импульсов через ключ 30 поступает на вход двухразрядного делителя-синхронизатора 29, второй синхронязирующий импульс которого осуществляет запись кода, соответствующего первому значению частоты работы двигателя я содержащегося по первому адресу запоминающего устройства, в делитель 4 частоты и кода, соответствующего числу импульсов отработки на этой частоте и содержащегося по первому адресу запоминающего устройства в выходной регистр.

Импульсы переполнения с делителя-синхронизатора 29 являются входными для делителя 4 частоты. Импульсы переполнения с делителя 4 частоты следуют с заданной частотой f! и поступают на распределитель 3 импульсов для формирования диаграммы работы шагового двигателя с учетом знака направления вращения и далее на усилитель 2 мощности и двигатель 1.

Выборка информации -!o первому адресу запоминающих устройств программного устройства ПУ2 17 не произойдет, так как на выходе элемента И 11 не формируется импульс, устанавливающий RS-триггер 12 в единичное состояние по входу S. Это объяс50

После отработки заданного количества, т. е. при совпадении кодов реверсивного счетчика 15 и кода количества импульсов программного устройства 17 (A=8) на частоте f! срабатывает схема 32 сравнения по первому сянхроямпульсу делителя-сянхронязатора 29. Сягна l с выхода схемы 32 сравнения переключает адресный счетчик 14 в следующее состояняе на выборку кодов частоты я числа импульсов по следующему адресу запоминающих устройств программного устройства ПУ1 24.

Число импульсов для отработки на частотах f!(f (fq(... и т. д. программируетб няется тем, что пря записи уставки перемещения (содержащей знак направления вращения, как и в предыдущей уставке) синхроимпульс пТ изменяет состояние счетного триггера 9, что определяет режим записи

5 знака текущей уставки перемещения для одного запоминающего устройства, например, ОЗУ! 7 и режим чтения ранее записанной информации о знаке перемещения предыдущей уставкя, например, для ОЗУ2 8.

Поскольку знаки одинаковые, на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ 6 не формируется сигнал на время стробирования по входу элемента И 11 задержанным синхроимпульсом nТ..

Суммарное время задержки синхроим15 пульса пТ элементами 26 и 34 задержки определяется задержкой записи уставки перемещения в счетчик 5 и временем выборки информации в ОЗУ! 7 и ОЗУ2 8.

Время задержки элемента 26 определяется задержкой записи уставки перемещения в счетчик 5 и необходимо для записи в ОЗУ! 7 и ОЗУ2 8 знака перемещения текущей уставкя.

В качестве ОЗУ1 7 я ОЗУ2 8 могут быть применены одноразрядные запоминающие

25 устройства серии !30, 134, 564 я др.

Импульсы переполнения с делителя 4 гастоты одновременно поступают на входы реверсивного счетчика 15 н счетчика 5 через элемент И 19, на второй вход которого по30 ступает разрешающий потенциал с инверсного выхода RS-триггера 12.

Логический комгаратор 22 сравнивает коды реверсивного счетчика 15 я счетчика 5.

Сигнал на выходе логического компаратора 22 появляется пря m(n (где m — соответствует коду счетчика 5, а и — коду ре версивного счетчика 15). Счетчик 5 работает только на вычитание. Пря наличия уставки в счетчике 5 на выходе логического компаратора 22 сигнал отсутствует, что соотвстствует работе реверсивного счетчика 15 на

40 сложение.

В исходном состоянии элемент 23 памяти (например, RS-триггер) находится в нулевом состояния я переводятся в единичное состояние третьим синхроямпульсом делителя-синхронизатора 29.

1б07071

30 ных перемещении за счет учета величины сум- З5

Формула изобретения

9 соответствии с программой разгона и торможения программного устройства ПУ1 24 (разрешение по входу элемента И 18 и запрет по входу элемента И 16).

Обработка уставки перемещения происходит по описанной процедуре для программного устройства ПУ1 24. После отработки уставки перемещения схема готова к приему и отработке следующей уставки.

При этом, если направление вращения не изменяется, то сразу происходит отработка уставки (работает программное устройство

ПУ1 24). Если направление вращения изменяется, то вначале работает программное устройство ПУ2 17 (программная отработка величины люфта), а затем работает программное устройство ПУ1 24 (отработка уставки перемещения) .

В устройстве разрядность счетчика 5 выбирается исходя из максимального углового диапазона работы привода, разрядность реверсивного счетчика 15 равна разрядности счетчика 5.

Частота генератора 31 импульсов и разрядность делителя 4 частоты определяются заданным диапазоном частот разгона — торможения и минимальной дискретностью изменения частоты. Минимальное число импульсов отработки при разгоне и торможении на каждом значении частоты — один импульс.

По сравнению с прототипом изобретение обеспечивает запоминание знака направления вращения при отработке уставки перемещения и реализует программу разгона в зоне отработки суммарного люфта при реверсировании шагового привода, что позволяет увеличить точность отработки заданмарного люфта и улучшения динамических характеристик при реверсивном режиме работы привода. Это позволяет использовать изобретение в прецизионных устройствах управления шаговыми приводами, в которых предъявляются высокие требования по точности отработки заданных перемещений.

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее программное устройство, схему сравнения.,адресный счетчик, счетчик, логический компаратор, элемент памяти, элемент И, реверсивный счетчик, распределитель, делитель частоты, делительсинхронизатор, ключ и генератор импульсов, соединенный выход с первым входом ключа, подключенного вторым входом к первому входу делителя-синхронизатора и к первому выходу счетчика, а выходом — к второму входу делителя-синхронизатора, соединенного первым выходом с первым входом э .емента И, вторым выходом с первь:м входом делителя частоты, третьим выходом— с первым входом элемента памяти, четвер5

10 тым выходом — с вторым входом делителя частоты, выход которого соединен с первым входом распределителя и первым входом реверсивного счетчика, подключенного вторым входом к выходу логического компаратора, к второму входу элемента памяти, первому входу адресного счетчика, а выходом — к второму входу элемента И, соединенного третьим входом с выходом элемента памяти, а выходом — с первым входом схемы сравнения, подключенной выходом ко второму входу адресного счетчика, причем первый вход логического компаратора соединен с вторым выходом счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности отработки заданных перемещений, в него введены второе программное устройство, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, первое и второе оперативное запоминающее устройства, первый и второй элементы задержки, счетный триггер, RS-триггер, элемент ИСКЛЮЧАЮШЕЕ

ИЛИ, а счетчик выполнен с регистром знака, выход которого соединен с вторым входом распределителя, с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ и с первыми входами первого и второго оперативных запоминающих устройств, вторые входы которых подключены, соответственно,к прямому и инверсному выходам счетного триггера, а выходы — к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, соединенного выходом с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ, подключенного выходом к первому входу второго элемента И, соединенного вторым входом с выходом первого элемента задержки, а выходом — с S-входом

RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, к третьему входу реверсивного счетчика и к третьему. входу адресного счетчика, прямой выход— к первому входу третьего элемента И и к первому входу второго программного устройства, инверсный выход — к первому входу четвертого элемента И, первому входу пятого элемента И, первому входу шестого элемента И и первому входу первого программного устройства, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, третий вход — с вторым входом второго (1poграммного устройства, первый выход — с первым выходом второго программного устройства и с вторым входом схемы сравнения, второй выход — с третьим входом делителя частоты и с вторым выходом второго программного устройства, третий вход которого подключен к выходу третьего элемента И, а третий выход — к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с входом второго элемента задержки и первым входом седьмого элемента И, выход которого подключен к первому входу счетчика с регистром знака, второй вход которого соединен с выходом шестого элеио ол

11 мента И, причем, выход адресного счетчика, подключен к вторым входам третьего и четвертого элементов И, выход второго элемента задержки — к входу первого элемента задержки и входу счетного триггера, второй

1 вход шестого элемента И вЂ” к первому входу реверсивного счетчика, второй вход логического компаратора — к выходу пятого элемента И, второй вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика.

5 о070/ i

1607071

16070ii

Составитель В. Алфимов

Редактор С. Титова Техред А. Кравчук Кор ректор А. Оса улен ко

Заказ 3555 Тираж 450 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

1! 3035, Моск в а, Ж вЂ” 35, Рву шска я н аб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», r. Ужгород, ул. Гагарина, 1О1