Устройство для управления шаговым электродвигателем

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских Социалистических респу6лик (ii)928592 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 060580 (21) 2920394/24-07

Р1 М К> з

Н 02 P 8/00 с присоединением заявки 89

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 1505.82. Бюллетень ¹ 18 (53) УДК 621 314. .58 (088.8) Дата опубликования описания 150582 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к электро« технике и может быть испсльзовано в электроприводах Любого типа с импульсным управлением, а также в системах автоматического регулирования, Известно устройство для управле" ния шаговым двигателем, содержащее управляемый генератор импульсов,.частота которого является функцией входного сигнала, а выходные сигналы генератора используются в качестве сигналов для коммутации фаэ шагового электродвигателя (13.

Недостатком такого устройства является зависимость сигнала управления импульсного генератора от постоянной времени заряда или разряда конденсатора. Для изменения частоты импульсного генератора при этом требуется большой набор емкостей.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для управления шаговым электродвигателем, содержащее генератор импульсов, пер- 25 вый и второй делители частоты с переменным коэффициентом деления, ключ, связывающий генератор импульсов со входом коммутатора фаз двигателя, и реверсивный счетчик величины пере- ЗО мещения, соединенный входом вычитания с выходом ключа, входами задания - с шиной управления (2).

Недостатками устройства являются сложность схемы построения генератора, наличие дискретных элементов, и как следствие, неустойчивая работа устройства в целому частотно-временньте характеристики ускорения и торможения шагового электродвигателя зеркально симметричные, что снижает быстродействие отработки заданных величии перемещения, при изменении нагрузки на валу шагового электродвигателя в процессе работы, при раз личных технологических операциях; невозможность управления частотновременной характеристикой ускорения и торможения.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор импульсов, первый и второй делитель частоты с переменным коэффициентом деления, ключ, связывающий генератор импульсов со входом коммутатора фаз двигателя, и реверсивный счетчик величины перемещения, соединенный входом вычитания с выходом

928592,ключа, а входами задания - с шиной управления, введены постоянное запоминающее устройство, дополнительный реверсивный счетчик, два элемента сравнения и блок управления, подключенный первым входом к шине управления, вторым — к выходу основного реверсивного счетчика через первый элемент сравнения, соединенный вторым входом с первым выходом постоянного запоминающего устройства, третьим входом — с выходом первого делителя частоты, четвертым входом — с выходом второго элемента сравнения, связанного своими входами соответственно с выходом дополнительного реверсивного счетчика, подключенного ко входу второго делителя частоты,и вторым выходом постоянного запоминающего устройства, подключенного третьим выходом ко входу первого делителя частоты, а четвертым входом— к первому входу дополнительного.реверсивного счетчика, связанного своим вторым входом с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен со входом постоянного запоминающего устройства, а третий с управляющим входом ключа.

На фиг.l изображена блок-схема устройства; на фиг.2 - блок-схема управления; на фиг.3 — временные диаграммы изменения частоты нри отработке различных по величине перемещений.

Устройство содержит генератор импульсов 1, первый делитель частоты

2 с переменным коэффициентом деления, второй делитель частоты 3 с переменным коэффициентом деления, реверсивный счетчик величины перемещения 4, ключ 5„ коммутатор фаз двигателя б, постоянное запоминающее устройство 7, дополнительный реверсивный счетчик 8, второй элемент сравнения 9, первый элемент сравнения 10, блок управления 11. Блок управления 11 (Фиг.2) содержит дешифратор 12, логические элементы И 13 и 14, триггеры 15 и 16 и логические элементы И 17 и 18.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии с блока управления 11 выдается запрещающий сигнал на ключ 5. Частота с делителя частоты 2 через блок управления

11 на вход дополнительного реверсивного счетчика 8 не поступает, Когда на вход первого элемента сравнения

10 поступает информация величины перемещения, то блок управления 11 выдает сигнал на постоянное запоминающее устройство 7, которое устанавливает коэффициенты п, m,j,С .КоэфФициент m записывается в реверсивный счетчик 8, коэффициент и поступает

}на делитель 2, коэффициецт j поступает на вход элемента сравнения 9, а коэФфициент 8, поступает на вход элемента сравнения 10. Коэффициент и не меняется в режиме разгона и равномерного движения, а при переходе устройства в режим торможения коэффициенту и соответствует коэффициент и . Разрешение выдачи и или

n„ определяет блок управления 11.

1О )Коэффициент ) определяет максимальную частоту управления (f „ ) шаговым двигателем. На ключ 5 поступает разрешающий потенциал с блока управления 11 и частота с делителя частоты 3 поступает на коммутатор фаз двигателя б и на реверсивный счетчик

4, уменьшая его.показания на единицу при каждом импульсе. Начальная частота этих импульсов f о — — f„/m.

20 где f ц — частота генератора. .В режиме разгона блок управления

ll разрешает прохождение импульсов с делителя частоты 2 на вычитающий вход дополнительного реверсивного

25 счетчика 8. Каждый импульс изменяет состояние счетчика 8 на единицу, тем самым изменяя коэффициент деления делителя частоты 3 от m до j причем j (m. Темп изменения коэффициента деления делителя частоты 3 задает делитель частоты 2. При достижении максимальной частоты враще ния шагового двигателя, когда m = j второй элемент сравнения 9 выдает в блок управления 11 сигнал, который запрещает прохождение импульсов с делителя частоты 2 на вычитающий вход дополнительного реверсивного счетчика 8. Когда величина оставше.гося перемещения станет равной величине, необходимой для торможения двигателя 8 д = 8>, то первый элемент сравнения 10 выдает сигнал на блок управления 11, который подключает к делителю 2 суммирующий вход счетчика 8 и изменяет 8> на О, à и на и . Режим торможения закончится, когда на выходе реверсивного счетчика 4 (фиг.l) код будет нулевым и тогда элемент сравнения 10 выдает

50 сигнал в блок управления 11,который запрещает прохождение импульсов через ключ 5.

Рассмотренный случай относится к работе шагового двигателя при больших перемещениях 8>, т.е. когда величина перемещения, необходимая для уверенного разгона 8р, и величина, необходимая для надежного торможения 8, больше или равны заданной величине перемещения 8п, т.е.

8р + 8 <8ц. Как описывалось, разгон т-,п начинается с частоты f, несколько меньшей частоты приемистости шагового двигателя, а торможение заканчивается на частоте приемистости f др ъ

928592 (фиг. За), что позволяет увеличить среднюю скорость перемещения на всей величине перемещения 0й . Возможен случай, когда величина перемещения

8р меньше величины перемещения, необходимой для уверенного разгона 5

0 (Ðр, тогда блок 11 задает коэффициент деления делителя 3 таким, чтоQ бы íà его выходе была частота приемистости двигателя, и коэффициент деления делителя 3 во время работы 10 не изменялся (фиг. 35) и, если величина перемещения больше величины перемещений, необходимых для уверен1ного разгона и торможения 0> ) Op;

0 )Р, но меньше их суммы 0„(0 +Р. и т то ускорение двигателя начинается с частоты приемистости f <>, но закаичивается на частоте f 1 несколько меньшей, чем в .случае 0р + Р < 8 „ (фиг. Зр) . Необходимо отметйть, что 20 частотно-временная характеристика разгона и торможение двигателя проходит в этом случае под другим углом.

Число частотно-временных харак25 теристик ускорения, равномерного движения и торможения может быть увеличено, т.е. можно учитывать какую функцию выполняет шаговый двигатель, как будет меняться нагрузка на его валу в зависимости от различных технологических операций, но в этом случае необходимо от внешнего устройства получать информацию о том, какая будет выполйятЬся технологичес- 35 кая операция. Например, в конкретном устройстве, перемещения столов с укладкой или без укладки провода.

Блок управления 11 содержит (фиг.2), дешифратор 12, предназначенный для 40 выдачи кода адреса в постоянное ,запоминающее устройство 7 по коду величины перемещения и по внешним условиям (под внешними условиями понимают какой будет нагрУзка на ва- 45 лу шагового двигателя при отработке технологического режима, укладка провода на плату, или прогон без провода и т,п.), элементы совпадения 13 и 14, предназначенные для

50 прохождения через них импульсов, поступающих с делителя 2, триггер.15, предназначенный для выдачи потенциала, разрешающего прохождение импульсов на ключ 5 и через элементы совпадения 13 и 14; триггер 16, предназначенный для выдачи управляющих потенциалов соответственно на элементы совпадения 13 и 14 и на дешифратор 1 2; элемент совпадения 17, предназначенный для разрешения прохождения команды пуск от внешнего устройства, стробируемой импульсами от делителя 2; элемент совпадения

l8, предназначенный для управления работой триггера 15. 65

1

В исходном состоянии триггеры

15 и 16 находятся в нулевом положении. Нулевой сигнал, поступающий с единичного выхода триггера 15 надежно запрещает прохождение импульсов через ключ 5 и закрывает элементы совпадения 13 и 14, выходы которых подключены к вычитающим и суммирующим входам дополнительноге реверсивного счетчика 8. При поступлении информации кода величины перемещения Pll и кода соответствующих внешних условий о нагрузке на валу шагового двигателя на дешифратор 12, на его выходе появляется адрес, посту" пающий на постоянное запоминающее устройство 7, по которому выбираются коэффициенты m, n, j, Р и подаются

ыа соответствующие элементы, как описывалось.

С приходом пускового импульса от внешнего устройства, который синхронизирован с тактовой частотой, поступающей с делителя 2, через элемент совпадения 17 устанавливаются в единичное состояние триггеры 15 и 16.

Триггер 15 выдает разрешающий потенциал на ключ 5, а по переднему фронту этого сигнала происходит запись коэффициента m в реверсивный счетчик 8. В случае работы цифрового устройства управления в режиме, иллюс трируемом диаграммами на фиг. 3 б или 3Ь, элемент совпадения 13, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика 8, оказывается открыться разрешающими потенциалами триггеров 15 и 16 для прохождения импульсов с делителя 2, так как запрещающий потенциал с дешифратора 12 отсутствует, а элемент сравнения 9 выдает разрешающий потенциал при условии к = 1 . Происходит режим разгона шагового двигателя. Как только m станет равным т.е. произойдет отработка величины разгона Рр, элементы совпадения

13 и IS будут закрыты запрещающим потенциалом элемента сравнения 9, частота, поступающая на коммутатор фаз двигателя б, будет оставаться постоянной до тех пор, пока элемент сравнения 10 не выдаст потенциал, являющийся результатом сравнения кода коэффициента 1 с кодом счетчика 4, который установит триггер 16 в нулевое положение, откроет своим нулевым выходом элемент совпадения

14 и закроет своим единичным выходом элемент совпадения 19. Изменение потенциала нулевого выхода триггера 16, которйй поступает на дешифратор 12, вызывает изменение адреса, поступающего на постоянное запоминающее устройство 7. При этом постоянное запоминающее устройство выдает вместо коэффициента 9z нулевое

928592 значение, а вместо коэффициента и коэффициент п при неизменном значе. нии коэффициента . В этом случае происходит режим торможения шагового двигателя. Как только, элемент сравнения зафиксирует неравенство коэффициента у и значение реверсивного счетчика 8, разрешающий сигнал поступает на элемент совпадения 18 и при равенстве нулю значения счетчика 4 происходит оброс в нуль триг- 10 гера 15, который запрещает прохождение импульсов через ключ 5.

В случае работы цифрового устрой. ства управления в режиме, изображенном на Фиг. 35, дешифратор 12 выдает 15 запрещающий потенциал на элементы совпадения 13 и 14 а с постоянного запоминающего устройства поступает коэффициент 9 = 0 ° При приходе пус1 кового импульса триггера 15 устанавливается в единичное состояние, открывает ключ 5, через который в этом случае проходят импульсы посто« янной частоты. Разрешающий потенциал поступающий с элемента сравнения 9 25 присутствует на элементе совпадения

18 в силу того, что j g m, а состояние реверсивного счетчика 8 не меняется, и при равенстве нулю значения счетчика 4 происходит сброс в нуль триггера 15, который запрещает прохождение импульсов через ключ 5.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым . электродвигателем, содержащее генератор импульсов, первый и второй делители частоты с IlepeMeHHHM коэфФициентом деления, ключ, связывающий генератор импульсов со входом коммутатора Фаз двигателя, и реверсивный счетчик величины перемещения, соединенный входом вычитания с выходом ключа, а входами задания — с шиной управления, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены постоянное запоминающее устройство, дополнительный реверсивный счетчик, два элемента, сравнения и блок управления, подключенный первым входом к шине управления, вторым - к выходу основного реверсивного счетчика через первый элемент сравнения, соединенный вторым входом с первым выходом постоянного запоминающего устройства, третьим входом — с выходом первого делителя частоты, четвертым входом — с выходом второго элемента сравнения, связанного своими входами соответственно с выходом дополнительного реверсивного счетчика, подключенного ко входу второго делителя частоты, н вторым выходом постоянного запоминающего устройства, подключенного третьим выходом ко входу первого делителя частоты, а четвертым входом — к первому входу дополнительного реверсивного счетчика, связанного своим вторым входом с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен со входом постоянного запоминающего устройства, а третий с управляющим входом ключа.

Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе

1. Патент Японии 9 51-30926, кл. 55 С 2, 197б.

2. Патент Великобритании

М 1404774, кл. Н 2, G 3 N, 1975.

928592

4р

fp

4р

fp

Составитель 3. Горник

Редактор Т. Кинь Техред М. Надь Корректор Н. СтеН

Заказ 3279/73 Тирам 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и отк1мтий

ll3035, Москва, X-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Жкгород, ул. Проектная, 4