SU1663739A1 - Устройство дл управлени шаговым двигателем - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в шаговом электроприводе с программным управлением и ограниченным перемещением подвижного элемента. Цель изобретени  состоит в повышении быстродействи  при поточечной отработке перемещений подвижного элемента. Последовательный выход подвижного элемента в каждую из заданных точек выполн етс  путем отработки по команде "Пуск" перемещени , величина которого записана в первом счетчике 25, причем перва  точка может выбиратьс  не только относительно точки начала отсчета, задаваемой одним из датчиков 20 предельных положений объекта, но и относительно опорной точки, положение которой задаетс  вторым счетчиком 26. После отработки заданного третьим счетчиком 27 количества точек с перемещением подвижного элемента по кратчайшему пути в устройстве предусматриваетс  возврат подвижного элемента в исходную опорную точку, котора  может быть и точкой начала отсчета. 1 ил.

Description

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в шаговом электроприводе с программным управлением и ограниченным перемещением подвижного элемента.

Цель изобретения - повышение быстродействия при многократных перемещениях небольшой длины.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для управления шаговым двигателем.

Устройство для управления шаговым двигателем содержит тактовую шину 1, шины 2-6 соответственно выбора направления, режима работы, пуска, останова и начальной установки, коммутатор 7, первый 8, второй 9, третий 10, четвертый 11, пятый 12 и шестой 13 элементы И, инвертор 14, одновибратор 15, первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 триггеры, датчики 20 предельных (к примеру, левого и правого) положений объекта, первый 21, второй 22, третий 23 и четвертый 24 элементы ИЛИ, первый 25, второй 26 и третий 27 счетчики и реверсивный распределитель 28 импульсов, входы направления которого подключены к выходам коммутатора 7, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого подключены соответственно к шинам 2, 3 выбора направления и режима, выходу первого элемента И 8, выходам датчиков 20 предельных положений объекта и выходу первого элемента ИЛИ 21, первый вход которого связан с выходом первого триггера 16, счетный вход которого подключен к выходу третьего счетчика 27, установочные входы соединены с выходами датчиков 20 предельных положений объекта, один из которых (к примеру, левый) связан своим выходом с входом установки в единичное состояние второго триггера 17, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с вторым входом первого элемента ИЛИ 21 и первым входом второго элемента И 9, а вход установки в нулевое состояние подключен к выходу четвертого элемента И 11 и связан с тактовым входом третьего триггера 18 и входом установки в единичное состояние четвертого триггера 19, информационный вход которого соединен с общей шиной, прямой и инверсный выходы подключены к входам разрешения счета соответственно первого 25 и второго 26 счетчиков, счетные входы которых соединены с выходом второго элемента И 9, связанного своим вторым входом с тактовым выходом реверсивного распределителя 28 импульсов, выход первого счетчика 25 соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ 24 и счетным вхо дом третьего счетчика 27, первый выход второго счетчика 26 подключен к тактовому входу четвертого триггера 19 и второму входу четвертого элемента ИЛИ 24, третий вход которого соединен с выходом шестого элемента И 13, первый вход которого объединен с первым входом третьего элемента И 10 и подключен к второму выходу второго счетчика 26, второй вход соединен с выходом одновибратора 15, вход которого связан с входом установки в единичное состояние второго триггера 17 и вторым входом третьего элемента И 10, выход которого подключен к первому входу пятого элемента И 12 и через инвертор 14 соединен с первым входом четвертого элемента И 11, второй вход которого подключен к шине 6 начальной установки и объединен с вторым входом пятого элемента И 12, выход которого соединен с четвертым входом четвертого элемента ИЛИ 24, связанного своим выходом с первым входом третьего элемента ИЛИ 23, второй вход которого соединен с шиной 5 останова, выход подключен к входу установки в единичное состояние третьего триггера 18, информационный вход которого связан С общей шиной, вход установки в нулевое состояние соединен с шиной 4 пуска, выход подключен к первому входу второго элемента ИЛИ 22, второй вход которого связан с шиной 3 выбора режима, а выход соединен с вторым входом первого элемента И 8, первый вход которого подключен к тактовой шине 1.

Тактовый выход реверсивного распределителя 28 импульсов может быть организован, к примеру, путем сложения по ИЛИ входных сигналов распределителя, т.е. тактовых импульсов, каждый из которых обусловливает изменение кодовой комбинации на выходе распределителя и тем самым отработку шага двигателем.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания на шину 5 останова подается кратковременный отрицательный импульс, который проходит через третий элемент ИЛИ 23 (работающий, равно как и все остальные элементы ИЛИ и И, в инверсной логике) и поступает на S-вход третьего триггера 18, устанавливая его в единичное состояние и обусловливая сигнал высокого уровня на первом входе второго элемента ИЛИ 22. Тем самым сигнал на выходе этого элемента и, соответственно, на втором входе первого элемента И 8 будет определяться уровнем сигнала на шине 3 Режим. При выборе, к примеру, режима работы с внешним управлением, в том числе от ЭВМ, на шину 3 подается сигнал низкого уровня, обеспечивающий поддержание разрешающего сигнала низкого уровня на втором входе первого элемента И 8 и прохождение через этот элемент отрицательных тактовых импульсов с тактовой шины 1 на тактовый (третий) вход коммутатора 7 и их появление на одном из выходов коммутатора 7, выбор которого в режиме с внешним управлением определяется независимо от состояния первого 16 и второго 17 триггеров уровнем сигнала на шине 2 Направление. При подаче, например, потенциального сигнала высокого уровня на шину 2 Направление тактовые импульсы будут проходить на первый выход коммутатора 7 фаз и далее на первый из входов направления реверсивного распределителя 28 импульсов, обеспечивающего в данном случае режим коммутации обмоток шагового двигателя (на схеме не показан) с вращением ротора, к примеру, почасовой стрелке и перемещением подвижного элемента вправо. При изменении потенциала на шине 2 Направление прохождение тактовых импульсов через коммутатор 7 блокируется на некоторое время, необходимое для обеспечения устойчивой работы шагового двигателя при реверсе, после чего тактовые импульсы подаются на другой выход коммутатора 7 и, соответственно, на другой вход направления реверсивного распределителя 28 импульсов, благодаря чему подвижный элемент управляемого объекта начинает перемещаться влево. При достижении одного из предельных положений, контролируемых датчиками 20 предельных положений объекта, и отсутствии сигнала реверса (изменения уровня сигнала на шине 2) происходит срабатывание соответствующего датчика с появлением на его выходе сигнала низкого уровня, блокирующего по четвертому или пятому входу коммутатора 7 прохождение тактовых импульсов до тех пор, пока не будет изменено направление движения.

При необходимости поточечной отработки перемещений подвижного элемента, выполняемых в режиме местного (ручного) управления в пределах, задаваемых датчиками 20 предельных положений объекта, на шину 3 Режим подается потенциальный сигнал высокого уровня. Прохождение тактовых импульсов через первый элемент И 8 блокируется в данном случае (равно как и при включении устройства с выбором режима местного управления) сигналом высокого уровня с выхода второго элемента ИЛИ 22, на входы которого подаются сигналы высокого уровня. Подвижный элемент управляемого объекта останавливается при этом, к примеру, в одном из промежуточных положений между датчиками 20, т.е. при отсутствии срабатывания одного из них. после чего в первый 25, второй 26 и третий 27 счетчики записывается информация о предстоящем перемещении подвижного элемента. При этом в третий счетчик 27 заносится код числа точек (с учетом опорной точки), в которые последовательно должен выйти подвижный элемент, в первый счетчик 25 записывается код расстояния между двумя соседними точками сканирования (к примеру. равного для всех точек в пределах заданного датчиками 20 диапазона), а во второй счетчик 26 заносится код так называемой опорной точки, т.е. точки, из которой должна начинаться отработка поточечных перемещений в режиме местного управления. При совпадении опорной точки с точкой начала отсчета, в качестве которой используется левое предельное положение подвижного элемента, во второй счетчик 26 записывается нулевая кодовая комбинация, при этом запись нуля дешифруется по второму выходу второго счетчика с фиксированием в данном случае сигнала низкого уровня на этом выходе. Во всех остальных случаях на втором выходе второго счетчика присутствует сигнал высокого уровня. В качестве первого выхода второго счетчика 26. а также выходов, первого 25 и третьего счетчиков могут быть использованы выходы обратного переноса (заема), так как все счетчики работают в режиме вычитания. Цепи занесения информации в счетчики стандартны и на схеме не представлены.

После подготовки устройства к работе в режиме местного управления на шину начальной установки подается кратковременный отрицательный импульс. При нахождении подвижного элемента вне зон, контролируемых датчиками 20 предельных положений объекта, на выходах этих датчиков присутствуют сигналы высокого уровня. Пятый элемент И 12 заперт при этом сигналом высокого уровня с выхода третьего элемента И 10, а четвертый элемент И 11 открыт сигналом низкого уровня с высокого инвертора 14, и отрицательный импульс с шины 6. начальной установки проходит тем самым через четвертый элемент И 11 и поступает на установочные входы второго 17 и четвертого 19 триггеров, а также на тактовый вход третьего триггера 18. По перепаду из 1 в 0 импульса начальной установки четвертый триггер 19 устанавливается в единичное состояние, разрешая сигналом низкого уровня со своего инверсного выхода работу второго счетчика 26 в режиме счета. Этим же перепадом импульса начальной установки второй триггер 17 устанавливается в ну левое состояние, блокируя сигналом высокого уровня со своего инверсного выхода второй элемент И 9,в то время как сигнал низкого уровня с прямого выхода второго триггера 17 проходит через первый элемент ИЛИ 21 и поступает на шестой вход коммутатора 7, задавая своим уровнем (в режиме местного управления) прохождение тактовых импульсов через коммутатор на движение влево.

По окончании импульса начальной установки, т.е. по его переходу из О в 1, в третий триггер 18 записывается сигнал низкого уровня, присутствующий на информационном входе триггера. Поступая с выхода третьего триггера 18 через второй элемент ИЛИ 22 на второй вход первого элемента И 8, этот сигнал разрешает прохождение тактовых импульсов на коммутатор 7 с шины 1. Подвижный элемент управляемого объекта начинает перемещаться влево и при достижении левого предельного положения, соответствующего точке начала отсчета, обусловливает срабатывание левого из датчиков 20 предельных положений объекта, блокирующего по четвертому входу коммутатора 7 дальнейшее движение подвижного элемента в данном направлении. По сигналу этого датчика первый 16 и второй 17 триггеры устанавливаются в единичное состояние и тем самым на выходе первого элемента ИЛИ 21 появляется сигнал высокого уровня, обусловливающий отработку реверса и разрешающий в дальнейшем прохождение тактовых импульсов на первый вход коммутатора 7, т.е. на движение влево. Сигнал низкого уровня с инверсного выхода второго триггера 17 деблокирует второй элемент И 9, разрешая прохождение через него в дальнейшем импульсов с тактового выхода реверсивного распределителя 28 импульсов.

По перепаду сигнала на выходе левого из датчиков (по переходу из 1 в О при срабатывании датчика) запускается также одновибратор 15, вырабатывающий на сво^ ем выходе отрицательный импульс. Если при вышеописанной записи информации во второй счетчик 26 был занесен нулевой код, то отрицательный импульс с выхода одновибратора 15 проходит через шестой элемент И 13, четвертый 24 и третий 23 элементы ИЛИ и устанавливает третий триггер 18 в единичное состояние, что приводит к блокировке первого элемента И 8 и тем самым останову подвижного элемента в точке начала отсчета, совпадающей с опорной точкой.

При несовпадении опорной точки с точкой начала отсчета отрицательный импульс с выхода одновибратора блокируется шестым элементом И 13, первый элемент И 8 продолжает оставаться открытым для прохождения импульсов с тактовой шины 1 и подвижный элемент - после отработки режима реверса - начинает перемещаться вправо, в опорную точку. С каждым тактовым импульсом, обусловливающим отработку шага, содержимое второго счетчика 26, разрешение на счет которому выдано сигналом низкого уровня с инверсного выхода четвертого триггера 19, уменьшается на единицу, и при достижении опорной точки на первом выходе этого счетчика появляется отрицательный импульс, поступающий на второй вход четвертого элемента ИЛИ 24 и обусловливающий аналогично описанному останов подвижного элемента в указанной точке. Одновременно по этому же импульсу с первого выхода второго счетчика 26 происходит перезапись координаты опорной точки в счетчик 26, а в четвертый триггер 19 с его информационного входа записывается сигнал низкого уровня, блокирующий дальнейшую работу второго счетчика 26 в режиме счета, но разрешающий счет первому счетчику 25, в котором записан код перемещения, соответствующий расстоянию между опорной точкой и первой точкой, в которую должен выйти подвижный элемент при поточечной отработке перемещений в режиме местного управления. Движение в эту точку начинается при подаче на шину 4 пуска отрицательного импульса, устанавливающего третий триггер 18 в нулевое состояние, что разрешает прохождение тактовых импульсов через первый элемент И 8 на коммутатор 7. При выходе в заданную точку, т.е. после отсчета заданного количества шагов, на выходе первого счетчика 25 появляется отрицательный импульс, поступающий на первый вход четвертого элемента ИЛИ 24 и блокирующий дальнейшее движение, устанавливая третий триггер 18 в единичное состояние. Этот же импульс, поступая на счетный вход третьего счетчика 27, уменьшает на единицу его содержимое, равное количеству заданных точек, в то время как в первый счетчик 25 по импульсу с его выхода перезаписывается информация о перемещении в следующую точку(цепи перезаписи информации по выходному импульсу как в первый, так и второй и третий счетчики, организованы стандартным путем и на схеме не показаны).

После повторной подачи команды Пускпо шине 4 устройство отрабатывает выход в следующую заданную точку с оста новом в ней и уменьшением содержимого третьего счетчика 27 на очередную единицу. При необходимости останова подвижного элемента в каждой из заданных точек в течение фиксированного промежутка времени шина 4 пуска может быть подключена к выходу четвертого элемента ИЛИ 24 через элемент задержки, обеспечивающий требуемое время останова подвижного элемента в каждой из точек с последующим разрешением движения без подачи команды Пуск.

После выхода подвижного элемента в последнюю из заданного третьим счетчиком 27 количества точек на выходе этого счетчика появляется отрицательный импульс, поступающий на счетный вход первого триггера 16 и переключающий триггер е нулевое состояние. Сигнал низкого уровня с выхода этого триггера поступает через первый элемент ИЛИ 21 на шестой вход коммутатора 7, разрешая дальнейшее прохождение тактовых импульсов на движение влево, т.е. в обратном направлении, выполняемое после подачи команды Пуск и отработки режима реверса. Движение после смены направления происходит аналогично описанному выше (с остановом в каждом из заданных точек) вплоть до опорной точки, при достижении которой по сигналу с выхода третьего счетчика 27 вновь происходит смена направления движения и процесс при необходимости повторяется.

Если возврат подвижного элемента из последней точки в опорную точку (либо точку начала отсчета) должен выполняться без остановок в промежуточных точках, то в первый счетчик 25 после останова подвижного элемента в последней из заданных точек записывается код перемещения, соответствующий расстоянию от этой точки до опорной точки (либо до точки начала отсчета). В этом случае после разрешения движения командой Пуск подвижный элемент возвращается в опорную точку (либо точку начала отсчета) без промежуточных стоянок.

При необходимости экстренного останова подвижного элемента в процессе отработки перемещений на шину 5 останова подается отрицательный импульс, устанавливающий третий триггер 18 в единичное состояние, что приводит к блокировке движения при сохранении в счетчиках 25 и 27 информации об отработанном перемещении.

Если подвижный элемент управляемого объекта при включении режима местного управления либо при переходе на этот режим находится в точке начала отсчета, не совпадающей с опорной точкой, то по крат ковременному импульсу начальной установки с шины 6 четвертый триггер 19 устанавливается в единичное состояние, в третий триггер 18 по окончании импульса запишется сигнал низкого уровня, разрешающий движение, в то время как второй триггер 17 будет удерживаться в единичном состоянии потенциальным сигналом с выхода датчика предельного положения. Тем самым после подачи импульса начальной установки в данных условиях произойдет отработка перемещения подвижного элемента с выходом его в опорную точку и остановом в последней по сигналу с первого выхода второго счетчика 26.

При совпадении опорной точки с точкой начала отсчета и нахождении подвижного элемента в ней при переходе на режим местного управления на выходе третьего элемента И 10 будет присутствовать сигнал низкого уровня, открывающий пятый элемент И 12 для прохождения импульса начальной установки на четвертый элемент ИЛИ 24, что приводит к подтверждению останова подвижного элемента в точке отсчета с последующим выходом в первую заданную точку по команде Пуск с шины 4.

Таким образом, устройство для управления шаговым двигателем обладает более высоким в сравнении' с известным техническим решением быстродействием при поточечной отработке перемещений подвижного элемента, обеспечивая отработку всех заданных точек с последовательным выходом подвижного элемента в каждую точку, но без промежуточных перемещений в точку начала отсчета, не требуя при этом привлечения программного (внешнего) управления для отработки простых перемещений объекта от точки к точке в пределах заданного диапазона, реализуемых в устройстве в режиме местного управления с помощью достаточно простых аппаратурных средств.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее шину останова, первый, второй и третий элементы И. подключенную к первому входу первого элемента И тактовую шину, инвертор, одновибратор, первый, второй и третий элементы ИЛИ, первый, второй и третий триггеры, первый счетчик, коммутатор и реверсивный распределитель импульсов, входы направления которых подключены к выходам коммутатора, с первого по шестой входы которого соединены соответственно с шинами Направление. Режим, выходом первого элемента И. выходами датчи11 • 1663739 ков предельных положений объекта и выходом первого элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу первого триггера, установочные входы которого соединены с выходами датчиков предельных 5 положений объекта, один из которых связан своим выходом с входом установки в единичное состояние второго триггера, прямой ... и инверсный выходы которого подключены соответственно к второму входу первого 10 элемента ИЛИ и первому входу второго элемента И, а вход установки в нулевое состояние объединен с тактовым входом третьего триггера, информационный вход которого связан с общей шиной, отличающее- 15 с я тем, что, с целью повышения быстродействия при многократных перемещениях небольшой длины, введены шины пуска и начальной установки, четвертый, пятый и шестой элементы И, второй и третий счетчй- 20 ки, четвертый элемент ИЛИ и четвертый триггер, информационный вход которого связан с общей шиной, вход установки в единичное состояние объединен с тактовым входом третьего триггера и подключен к вы- 25 ходу четвертого элемента И, прямой и инверсный выходы соединены с входами разрешения Счета первого и второго счетчиков, счетные входы которых подключены к выходу второго элемента И, связанного сво- 30 им вторым входом с тактовым выходом реверсивного распределителя импульсов, выход первого счетчика соединен с первым входом четвертого элемента или и счетным входом третьего счетчика, связанного своим выходом со счетным входом первого триггера, первый выход второго счетчика подключен к тактовому входу четвертогд триггера и Второму входу четвертого элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом шестого элемента И, первый вход которого объединен с первым входом третьего элемента И и подключен к второму выходу второго счетчика, второй вход соединен с выходом одновибратора, вход которого связан с входом установки в единичное состояние второго триггера и вторым входом третьего элемента И, выход которого подключен к первому входу пятого элемента И и через инвертор соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к шине начальной установки и объединен с вторым входом пятого элемента И, выход которого соединен с четвертым входом четвертого элемента ИЛИ, связанного своим выходом с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с шиной останова, выход подключен к входу установки в единичное состояние третьего триггера, вход установки в нулевое состояние которого соединен с шиной пуска, выход связан с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к шине Режим, а выход соединен с вторым входом первого элемента И.