SU1061230A1 - Устройство дл управлени шаговым двигателем с дроблением шага - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО. ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ 1ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ДРОБЛЕНИЕМ ША-. ГА, содержащее распределитель импульсов с входными шинами реверса и тактировани , логические элементы И по числу фаз двигател , св занные первыми входами с выходами распределител  импульсов, а выходами - с входами усилителей мощности, коммутирующих фазы -двигател ,, мульти:плексор нескольких каналов на-один, св занный пр мым .и инверсным выходами соответственно с вторыми входами элементов И, вз тых через один,двоич|НыЙ счетчик, подключенный-выходами К управл ющим входам мультиплексора, и шины высокочастотных и низкочастотных импульсов тактировани , отличающеес  тем, что, с целью повышени  плавности движени  и точнооти делени  шага, в него введены реверсивный счетчик Джонсона, логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и 2 НЕ-И, последний св зан пр мым входом с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенного входами к выходам первого и последнего разр дов счетчика Джонсона, св занного выходами всех разр дов с адресными входами мультиплексора,элемент 2 НЕ-И инверсным входом св зан с шиной низкочастотных импульсов тактировани , а выходом - с тактоS вым входом распределител  импульсов , причем тактовый вход счетчика Джонсона соединенс шиной низкочастотных импульсов тактировани , вход изменени  направлени  пересчета - с шиной реверса, а двоичный счетчик выполнен нереверсивным и подключен тактовым вхсудом к шине высо кочастотных импульсов тактировани . о: ю W

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  электрического дроблени  основного шага т-фазного шагового электродвигател  (шэд) в дискретных автоматизированных системах. Известно устройство дл  управлени  шаговым двигателем с дроблением шага, содержащее распределитель импульсов, группу логических элементов 2 И, св занных вьоходами с входами усилителей мощности,комму тирующих .фазы двигател , а первыми входами с выходами распределител  импульсов, и блок дроблени  шага, подключенный пр мым и инверсным выходами ко вторым входам элементов 2 И, вз тых через один.Ег ;блок дроблени  .шага содержит реверсивный счетчик с перекрестной св зь реверсивный делитель частоты,многопрограммный распределитель,одновибр тор,триггер управлени  и группу дву входовых элементов Р, со едина иную вы ходами с входами каждого разр да многопрограмглного распределител , первыми входами - с выходами каждог разр да реверсивного .счетчика, а вт рыми входами - с выходом одновибрат ра, св занного своим .входом со счетным входом реверсивного, счетчика , и с пр мьм выходом триггера управлени , подключенного инверсным выходом к счетному входу реверсивно го делители частоты, св занного выходом с тактовым входом распределител  импульсов tl3. Недостатком этого устройства  вл етс  большой объем аппаратуры,низ ка  надежность и неравномерность отработки дробных шагов. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  устройство, содержащее распрелелитель импульсов с входными шинами .реверса и тактировани , логические элементы И по числу фаз двигател , св занные выходами со входами усилителей моашости, коммутирующих фазы двигател , первыми входами - с выходами распределител  и myльcoв, а вторыми входами - с пр мым и инверсным выходами блока дроблени  шага, снабженного реверсивным двоич ным счетчиком, лог.ическим элементом ИЛИ, мультиплексором нескольких каналов на один и.формирователем единичного кода, выходы которого подключены к адресныгл (информационным ) входам мультиплексора,подключенного пр мьтм и инверсным выходами ко -вторым входам элементов И, а управл ю1Ч {ми входами - к выходам всех разр дов реверсивного счетчика соединенного выходами переноса и заема с входа ли элемента ИЛИ,подключенного своим выходом к тактовому входу распределител  импульсов и входу реверса счетчика 21, Недостатком известного устройства  вл етс  неравномерность дроблени  шага,обусловленна  насыщением магнит--, ной системы двигател , и св занна  с этим неравномерность движени  ротоь. ра шагового двигател . Цель изобретени  - повышение плавности движени  и точности делени  шага. Поставленна  цель достигаетс  тем что устройство дл  управлени  шаговым двигателем с дроблением шага, содержащее распределитель импульсов, с входными шинами реверса и тактировани , логические элементы И по числу фаз двигател , св занные первыми входами с выходами распределител  импульсов, а выходами - с входами усилителей мощности, коммутир5тощих фазы двигател , мультиплексор нес- кольких каналов на один, св занный пр мьт и инверсным выходами соответственно с вторыми входами элементов И, вз тых через один, двоичный рчетчик, подключенный разр дными выходами к управл ющим входам мультиплексора , и шины высокочастотных и низкочастотных импульсов тактировани , снабжено реверсивным счетчиком Джонсона и логическими элементами ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и 2 НЕ-И, последний св зан пр мым входом с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенного входами к выходам первого и последнего разр дов счетчика Джонсона, св занного выходами всех разр дов с адресными входами мультиплексора, элемент 2 НЕ-И инверсным входом св зан с шиной низкочастотных импульсов тактировани , а выходом - с тактовым входом распределител  импульсов , причем тактовыйВХОД счетчика Джонсона соединен с шиной низкочастотных импульсов тактировани , вход изменени  направлени  пересчета - с шиной реверса, а двоичный счетчик , выполнен нереверсивным и подключен тактовым входом к шине высокочастотных импульсов тактировани .. На фиг,1 приведена функциональна  схема устройства применительно к четырехфазнЬму шаговому двигателю , ни фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, Устройство (фиг.1) содержит распределитель импульсов 1 с шиной реверса 2 и тактировани  3, логические элементы И 4, св занные первыми входами с выходами распределител  1, а выходами - с входами усилителей мощности 5, коммутирующих фазы 6 двигател , и мультиплексор 7, св занный пр мым и инверсным выходами соответственно с

вторыми входами элементов И 4,вз тых через один. Оно содержит также нереверсивный двоичный счетчик -8, подключенный тактовым входом к шине высокочастотных импульсов тактировани  9, а выходами всех разр дов - к управл ющим входам мультиплексора 7, реверсивный счетчик Джонсона 10, соединенный тakтoвым входом с шинойнизкочастотных импульсов тактировани  11, а входом изменени  направлени  пересчета с шиной реверса 2. Некоторые из начальных и последних разр дных выходов реверсивного счетчика Джонсона 10 подключе ны к опре)зеленным группам адресных входов мультиплексора 7, соответствующих заданным уровн м квантовани  токов в смежных фазах, а его .промежуточные разр дные выходы - к соответств Ьо щим остальным, адресным входам мультиплексора 7. Первый -и последний разр дные выходы счетчика Джонсо-.. на 10 подключены через логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 к первому входу логического элемента 2 НЕ 13, второй вход которого подключен к шине низкочастотных импульсов тактировани  11, а выход - к шине тактировани  3 распределител  1. Входы обнулени  распределител  1 и счетчика Джонсона 10 объединены.и подключены к шине установки устройства в исходное состо ние 14.

В каждом отдельном случае исполнени  предлагаемого устройства число объединенных в группы начальных и оконечных информационных входов мультиплексора 7 определ етс  прин тьш нелинейным законом квантовани  токов в смежных фазах двигател  - в зависимости от его установленной степени насыщенности магнитнойсистемы и соответственно кривой изменени  магнитног потока в воздушном зазору.

Устройство работает сjieдующим образом.. .

Импульс, поступающий на шину 14 устанавливает/ счетчик Джонсона 10 и распределитель импульсов 1 в нулевое состо ние. К шине рев-ерса .2 прикладываетс  логический уровень потенциала, соответствующий требуемому направлению вращени . При этом на всех разр дных выходах счечика Джонсона 10 и на пр мом выходе , мультиплексора 7-оказываютс  нулевые логические потенциалы, а на инверсном выходе мультиплексора 7 - единичный логический потенциал Одновременно с этим на первых двух выходах 15 и 16 распределител  импульсов 1, в случае четырехфазного шагового двигател , работающего в парном режиме коммутации фаз, присутствуют единичные, а на остальныз

его выходах 17 и 18 - нулевые логические потенциалы. В результате этого разрешающие потенциалы на входе элемента И 4 первого канала открывают усилитель мощности5 и через, первую фазу б протекает номинальный (максимальный) ток 3(1 на фиг.2).

При поступлениипервого импульса на шину йизкочастотных импульсов

0 тактировани  11 (3 фиг.2) в первом разр де счетчика Джонсона 10 записываетс  единица, т.е. в нем ус- . танавливаетс  логическа  кодова  комбинаци  100000. После подачи на шину 9 высокочастотных импульсов

5 тактировани  посредством двоичного счетчика 8 производитс  поочередный опрос информационнь1х входов мультиплексора 7 и выдача на его выходы вырабатываемых счетчиком 10 логичес0 ких потенциалов. При этом, благодар  объединенным перв-ым двум входам мультип лек сора 7 на его пр мом вы- . ходе периодически вырабатываютс  пр моугольные высокочастотные импуль5 сы со скважностью С 8/2, а на его инверсном выходе - со ,скважность.ю С- 8/6. Это приводитк формированию, токов в первой фазе б амплитудой i i, 6/8 Т и во второй его фазе ам0 плитудой 2 2/8 Т,. (при нулевых значени х токов в остальных двух фазах) о ,.,...

В последующих четырех тактах работы устройртва происходит потакт5 ное изменение кода в Счетчике Джон- сона 10; 110000; 111000; 111,100; 111110. Это приводит к поочередному формированию пр моугольных импульсов со скважностью, 8/3; 8/4; 8/5; 3/6 - на его пр мом выходе (2

0 л на фиг.2) и со скважностью 8/5; 8/4; 8/3, 8/2 - на его инверсном выходе (J, 2 фиг.2). В результате прбрзсходит потактное увеличе5 ние тока во второй фазе: 3/8 3,; 4/8 Э 5/8 б/а JH и соответствующее уменьшение тока в первой фазе: 5/8Эн, 4/8. 3/8 i 2/8. .

В последнем шестом такте первого полуцикла работы устройства в счет0 . чике Джонсона 10 записываетс  мак-: симальный код 111111. При этом, бла-годар  объединенным последним двум входам мультиплексора 7 на его пр мом выходе возникает посто нный еди5 ничный, а на его инверсном выходе посто нный нулевой потенциал. В результате этого во второй, фазе б двигател  обеспечиваетс  номинальный ток 7 (при нулевых токах во 0 всех остальных трех фазах).

После установки всех разр дов счетчика Джонсона в единичные состо ни  на выходе элемента 12 (диаграмма 12 на фиг.2) возникает еди5 йичный потенциал. Благодар  этому

от заднего фронта шестого тактового импульса.через элемент 13 (диаграмма 13 на фиг.2) запускаетс  распределитель 1 и мен етс  его исходное состо ние. После этого единичны логические потенциалы возникают на выходах 15-18 (фиг.2).

Предполагаетс , что элементы пам ти распределител  1 и счетчика Джонсона 10 срабатывают от передних фронтов поступающих непосредственно к их тактовым входам пр моугольных импульсов. Этим завершаетс  первый полуцикл функционировани  устройства , при котором за шесть тактов поступлени  импульсов на шину 11 в пер .вой фазе двигател  осуществл етс  по описанному закону шестиступенчатое уменьшение, а во второй фазе шестиступенчатое увеличение тока. Влйгодар  этому, если прин тый закон квантовани  токов в определенной степени точности компенсирует вли ние насыщенностимагнитной системы данного ШЭД, то происходит равномерный ступенчатый поворот суммарного вектора электромагнитного момента и соответственно ротора. В результате ротор отрабатывает шесть равномерных дробных шагов, величиной

об

ос

6

где ci(j(- - величина основного шага. Второй полуцикл функционировани  устройства аналогичен описанному первому. Он начинаетс  с момента поступлени  на шину 11 очередного седьмого тактирующего и myльca. Отли чие заключаетс  лишь в том, что во втором полуцикле в счетчике Джонсока 10 происходит, поразр дное уменьшение числа логических, единиц, .т.е. смена кодов по пор дку: 011111, 001111, 000111, 000011, 000001, 000000. Это приводит к ступенчатому уменьшению тока во второй фазе и одновременному увеличению в третьей , фазе (по два кванта в первой и последней ступенькахи одному - востальных ступеньках). После завершени  двенадцатого такта на выходе элемента 13 оп ть возникает единичный потенциал. Это позвол ет распределителю 1 через полутакт задержки (от заднего фронта двенеодцатого тактового импульса через элемент 13) оп ть изменить свое состо ние, что приводит к по влению логических единиц на его выходах 17 и 18,

Последующие циклы работы устройства происход т аналогично первому. Реверсирование устройства осущест- вл етс  путем изменени  ранее приложенного на шине 2 логического noтенциала на обратный. При этом .измен ютс  на обратные описанные процессы потактных формирователей ко дов в распределителе 1 и в счетчике Джонсона 10. Частота тактирующих импульсов TH на шине 11 устанавливаетс  в соответствии с требуемой рабочей частотой отработки дробных шагов данного ШЭД, а частота тактирующих импульсов на шине 9 выбираетс  исход  из величины электро0 магнитной посто нной времени данного двигател , чтобы обеспечить допустимые пульсации тока при осуществл емой широтно-импульсной модул ций фазных напр жений с учетом 5 заданного коэффициента дроблени  основного шага.

Устройство при наличии соответствующего распределител  импульсов

0 может быть использовано дл  управлени  двигателем с любым числом фаз. Число информационных входов мультиплексора 7 и коэффициент пере-счета двоичного счетчика 8 выбирают5 с  в соотВетствии с выбранным числом элементарных уровней квантова; ни  токов. ЧисЛо разр дов счетчика Джонсона 10 выбираетс  в соответствии с заданным коэффициентом дроблени  основного шага данного ШЭД

с учетом прин того закона нелиней-.. ногр квантовани  токов.

На фиг. 2 диаграмма Tj, характе . ризует пр моугольные импульсы,пода5;ваемые на шину низкочастотных им- ;

пульсой тактировани  11, диаграмма

. 12 показьгоает выходные сигналызле-,

;мента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12, а диаг-).

.{рамма 1з.- элемента 2 НЕ-И 13. На

0 Графиках 15-18 представлены выход- . ные сигналы распределител  импуль;сов 1 при управлении четырехфазным двигателем в режиме парной коммутации фаз. Графики 3, 3.j и J ус5 лов.но иллюстрируют процесс ступенчатого изм.енени  тока в фазах (в результате потактного формировани  : широтно-модулированных сигналов на выходах мультиплексора 7), который

g.имел бы место, если бы на всех выходах 15-18 распределител  1одновременно присутствовали единичные потенциалы . Кривые i-j-ij отображают действительный ход ступенчатого изменени  токов в соответствующих фазах четырехфаэного двигател  при. реальной циклограмме переключений выходов распределител  1.

Таким образом, предлагаемое устройство при подход щем выборе нелинейно-ступенчатого закона квантовани  токов дл  каждого двигател  с определенной степенью насыщенности магнитной системы и при соответствующед подключении разр дных выходов сче.тчика Джонсона к определенным группам информационных входов .мультиплексора позвол ет значитель uuHci2 т 0 ,

ПППППППППППППППППППППППППППП

0, г,

но повысить плавность хода, равномерность и точность отработки дробных шагов.

пилпппппппппппппппп

r

I

Claims (1)

1. ? УСТРОЙСТВО. ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ 1ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ДРОБЛЕНИЕМ ША-. ГА,'содержащее распределитель импульсов с входными шинами реверса и тактирования, логические элементы И по числу фаз двигателя, связанные первыми входами с выходами распределителя импульсов, а выходами - с входами усилителей мощности, коммутирующих фазы -двигателя,, мультиплексор нескольких каналов на-один, связанный прямым и инверсным выходами соответственно с вторыми входами ’элементов И, взятых через один,двоичный счетчик, подключенный-выходами

   LK управляющим входам мультиплексора,^!

   CpufA и шины высокочастотных и низкочастотных импульсов тактирования, о т л и-¹ чающееся тем, что, с целью повышения плавности движения и точности деления шага, в него введены реверсивный счетчик Джонсона, логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и 2 НЕ-И, последний связан прямым входом с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенного входами к выходам первого и последнего разрядов счетчика Джонсона, связанного выходами всех разрядов с адресными входами мультиплексора,элемент 2 НЕ-И инверсным „входом связан с шиной низкочастотных импульсов тактирования, а выходом - с -тактовым входом распределителя импульсов, причем тактовый вход счетчика Джонсона соединен’с шиной низкочастотных импульсов тактирования, вход изменения направления пересчета - с шиной реверса, а двоичный счетчик выполнен нереверсивным и подключен тактовым входом к шине высо кочастотных импульсов тактирования.