SU1741099A1 - Устройство дл управлени шаговым двигателем - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к системам дискретного электропривода станков с числовым программным управлением и может быть использовано дл  разнопол рного многорежимного управлени  шаговым двигателем с активным ротором и четным числом фаз Цель изобретени  - упрощение и повышение надежности, а также расширение области применени . Устройство содержит два источника питани  силовой части с разной пол рностью, две группы усилителей мощности, m-канальный распределитель импульсов, состо щий из двоичного реверсивного счетчика импульсов. Дл  достижени  цели устройства дополнительно содержит две шины управлени  режимом коммутации, а в m-канальный распределитель импульсов введены первый элемент ИЛИ, демультиплексор, каждый из нечетных каналов распределител  содержит мультиплексор 2 на 1, а каждый из четных каналов - два мультиплексора 2 на 1 и второй элемент ИЛИ 7 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к системам дискретного электропривода станков с числовым программным управлением и может быть использовано дл  разнопол рного многорежимного управлени  шаговых двигателей с активным ротором и с четным числом фаз m 4, 6, 8,

Известно устройство дл  управлени  шаговым двигателем, содержащее первую и вторую группы усилителей мощности со средними точками, образующие полумостовые усилители мощности, два источника питани  силовой части с противоположными пол рност ми, четырехразр дный двоичный счетчик, инвертор, два трехпозицион- ных переключател , логические элементы 2 И-НЕ, 2И, 2ИЛИ. ЗИ, три элемента неравнозначности , первую и вторую группы мультиплексоров 4 на 1, шины управлени  режимом , два мультиплексора 2 на 1.

Недостатками этого устройства  вл ютс  сложность, обусловленна  содержанием большого числа элементов, а также ограниченна  область применени , обусловленна  возможностью управлени  только трех- и четырехфазными шаговыми двигател ми.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство дл  управлени  шаговым двигателем, содержащее первой и второй источники питани  силовой части противоположных пол рностей, соединенные между ними полумостовые усилители мощности с двум  группами усилителей, коммутируюч

о о о

щих фазные токи двигател , общую шину источников питани , m-канальный распределитель импульсов, состо щий из мультиплексоров и двоичного реверсивного счетчика импульсов, имеющего входные шины тактировани  реверса и установки в исходное состо ние Кроме того, оно содержит элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ, дватрехпози- ционных переключател 

Недостатками этого устройства также  вл ютс  сложность (большой объем аппаратуры ) и ограниченные функциональные возможности (обеспечивает управление только трехфазным двигателем).

Целью изобретени   вл етс  упрощение устройства и повышение надежности путем сокращени  числа элементов и рас- шиоение области применени  путем обеспечени  всех возможных разнопол рных режимов управлени  любым шаговым двигателем с четным числом фаз (т 4, 6, 8,, .,)

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  управлени  шаговым двигателем , содержащее первый и второй источни- питани  силовой части противоположных пол , остей, две группы усилителей мощно- сн1, ..иловые входы усилителей мощности первой группы соединены с первым источником питани  силовой части, силовые вхо- ды усилителей мощности второй группы -с вторым источником питани  силовой части, а их выходы объединены попарно между собой, m-канальный распределитель импульсов , состо щий из двоичного реверсивного счетчика импульсов, имеющего входные шины тактировани , реверса и установки в исходное состо ние,  вл ющимис  входными шинами устройства, дополнительно содержи г первую и вторую шины управлени  режи- мом коммутации, в m-канальный распределитель импульсов введены первый элемент ИЛИ демультиплексор, каждый из нечетных каналов распределител  содержит мультиплексор 2 на 1 на каждый из четных каналов - два мультиплексора 2 на 1 и второй элементы ИЛИ, выходы которого соединены с выходами мультиплексоров 2 на 1 данного канала, первые информационные входы мультиплексоров всех нечетных ка- налов и вторые информационные входы первых мультиплексоров всех четных каналов соединены с выходом первого элемента ИЛИ, вторые информационные входы мультиплексоров всех нечетных каналов и пер- вые информационные входы вторых мультиплексоров всех четных каналов соединены с первой шиной управлени  режимом , первые информационные входы первых мультиплексоров и вторые информационные входы вторых мультиплексоров всех четных каналов соединены с общей шиной источников питани , первый вход первого элемента ИЛИ соединен с второй шиной управлени  режимом, а второй вход - с выходом первого разр да двоичного реверсивного счетчика, адресные входы де- мультиплексора соединены соответственно с выходами с третьего по последний разр ды двоичного реверсивного счетчика, а информационный вход - с общей шиной источников питани , адресные аходы зсех мультиплексоров соединены с выходом второго разр да двоичного реверсивного счетчика , входы стробировани  мультиплексоров 1-го, 3-го,.. ,(m-3)-ro, (m-1)-го нечетных каналов подключены к входам стробировани  вых мультиплексоров 2-го, 4-го, ,(т 2)-го, т-го четных каналов и соединены соответственное 2-ым, 3-игл ,у-ым 1-ым выходами демультиплексора, а входы стробироваии  вторых мулыиплексороз 2- го, 4-го, . ,(т-2) го, m-ro четных каналов соединены соогветсгвенно с 3-им,

4-ым, ,.,- - ым , 1-ым, 2-ым выводами демультиплексора , с первою по f} -ый , выходы

распределител  соединены соответственно с управл ющими входами усилителей мощности первой группы с (-П)-го по m-й выходы распределител  соединены cooiве1Ственно с управл ющими входами усилителей мощности второй фуппы, а противолежащие фазные обмотки двигател  попарно-встречно, параллельно или последовательно соединены соответственно между объединенными выходами соответствующих усилителей мощности первой и второй групп и общей шиной источников питани .

На фиг. i представлена функциональна  схема предлагаемого устройства дл  управлени  шаговым двигателем с четным числом фаз т; на фиг.2, 3 и 4 - функциональные схемы устройства дл  конкретных случаев управлени  соответственно 4-, б-, 8-фазны- ми шаговыми двигател ми, на фиг 5, 6 и 7 - соответствующие им номограммы векторов моментов.

В общем случае, когда число фаз равно т, предлагаемое устройство (фиг.i) содержит

первую 1.1-1 у и вторую 2.1-2. у группы

усилителей, соединенные между собой и corn ставл ющие полумостовых схем усилителей мощности, подключенных к источникам питани  3 и 4 противоположных пол рностей и коммутирующих токи попарно-встречно , параллельно или последовательно соединенных противолежащих фаз 5..т двигател , реверсивный двоичный счетчик 6 с шинами тактировани , реверса и установки в нулевое исходное состо ние, первый логический элемент ИЛИ 7, первый вход которого соединен с выходом первого раз- р да счетчика 6, демультиплексора 8, информационный вход которого соединен с общей (нулевой) шиной 9 источников питани , а адресные входы - с выходами с третьего по последний разр дов счетчика 6. В нечетных каналах распределител  содерm

жатс  мультиплексоры 10,1-10. у со структурой 2 на 1, а в четных каналах - по два

m

m

мультиплексора 11.1-11.у , 12.1-12. у - со структурой 2 на 1 и логические элементы ИЛИ 13.1-13, -у , входы которых соединены с выходами мультиплексоров этих же каналов. Устройство содержит также первую 14 и вторую 15 шины управлени  режимом , Причем первые информационные

m

входы мультиплексоров 10.1-10. нечетных каналов и вторые входы первых мультиm

плексоров 11..-rf четных каналов

соединены с выходом первого элемента ИЛИ 7, второй вход которого соединен с второй шиной 15 управлени  режимом, вторые входы мультиплексоров 10.1-10. нечетных каналов и первые входы вторых мультиплексоров 12.1-12. у четных каналов соединены с первой шиной 14 управлени  режимом, первые входы первых

мультиплексоров 11.1-11.-7Г и вторые вхо-

i

ды вторых мультиплексоров 12.1-12.у четных каналов соединены с общей шиной

источников питани . С первого по -п- выхо

ды распределител  соединены соответственно с управл ющими входами усилителей мощности первой группы 1.11 .у , а С (у +1)-го по m-й выходы распреде-

лител  - соответственно с управл ющими входами усилителей мощности второй группы 2.1-2.у .

5 0 5

0

5

0

5

b

0

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Перед созданием любого из возможных режимов коммутации фаз к шине Уст.О подаетс  сигнал обнулени  счетчика 6, а к шине Реверс в зависимости от требуемого направлени  вращени  прикладываетс  нулевой или единичный логический потенциал , Задание определенного режима коммутации осуществл етс  путем приложени  к шинам 14 и 15 требуемой комбинации нулевых и единичных логических потенциалов.

При подаче к шине Т тактирующих импульсов на выходах разр дов счетчика 6 поочередно формируютс  двоичные коды. Счетчик 6 производит подсчет тактовых импульсов до своего коэффициента пересчета Кпер после чего автоматически обнул етс .

При приложении к шине 14 нулевого логического потенциала, а к шине 15 - единичного логического потенциала на выходе элемента ИЛИ 17 устанавливаетс  посто нный единичный логический потенциал. В результате этого в процессе переключени  выходных каналов распределител  первый разр д счетчика 6 не участвует. В такт поступлени  импульсов на вход Т счетчика 6 на его выходах поочередно формируютс  двоичные коды, которые привод т к поочередному возникновению нулевого потенциала на одном из выходов демультиплексора 8 (при единичных потенциалах на остальных выходах) и соответствующим переключени м мультиплексоров 10-12, Благодар  этому на выходах распределител  через один такт поступлени  импульсов формируютс  коды 1 из т (т.е. с одной единицей и т-1 нул ми). Это приводит к созданию такого разнопол рного режима коммутации фаз двигател , при котором ротор принимает основные дискретные положени  (фиг.5а, 6а, 7а). В этом режиме суммарный вектор момента двигател  в каждом такте переключени  фаз равен удвоенному значению номинального его момента при однопол рном управлении.

Если к обеим шинам 14 и 15 приложить единичный логический потенциал, то, через один такт поступлени  импульсов к входу Т счетчика 6 на выходах распределител  формируютс  коды 2 из т (т.е. с двум  единицами и пл-2 нул ми). Это приводит к созданию такого разнопол рного режима коммутации фаз двигател , при котором ротор двигател  принимает промежуточные положени  между основными (фиг.5б, 66, 76). При этом режиме суммарный вектор момента двигател  в каждом также переключени  фаз равен геометрической сумме удвоенных значений номинальных моментов двух соседних основных положений при однопол рном управлении.

В отличие от описанных первых двух режимов в третьем режиме работы устройства к шинам 14 прикладываетс  единичный потенциал, а к шине 15 - нулевой потенциал В результате этого в процессе переключени  мультиплексоров 10-12 и фазных обмоток двигател  принимает участие также первый разр д счетчика 6. Благодар  этому через каждый так г поступлени  импульсов на вход Т счетчика 6 на выходах распределител  поочередно формируютс  коды с одной и двум  единицами из т. В итоге вал двигател  поочередно принимает все возможные основные и промежуточные положени  (фиг.Бв, бв, 7в).

Реверсирование устройства производитс  путем изменени  логического потенциала на входе Реверс счетчика 6 на обратное и, таким образом, перевода счетчика 6 из режима суммировани  на режим вычитани .

В бщем случае, когда число фаз двигател  равно т, коэффициент пересчета счетчика 6 выбираетс  равным КПер. 2т, Он строитс  по известным обобщенным поинципам с произвольным модулем пер е- счета.

Выбор между встречно параллельным или последовательным соединением противолежащих фаз двигател  осуществл етс  исход  из конструкции выводом двигател  и используемых усилителей мощности.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет более простую структуру и высокую надежность, поскольку содержит меньшее число полумостовых усилителей мощности и логических элементов и более прост в управлении. Кроме того, оно имеет более широкую область применени , поскольку позвол ет управл ть любым шаговым двигателем с четным числом фаз.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  управлени  шаговым двигателем, содержащее первый и второй источники питани  силовой части противоположных пол рностей, две группы усилителей мощности, силовые входы усилителей мощности первой группы соединены с первым источником питани  силовой части, силовые входы усилителей мощности второй группы - с вторым источником питани  силовой части, а их выходы объединены попарно между собой, т-канальный

   распределитель импульсов, состо щий из двоичного реверсивного счетчика импульсов , имеющего входные шины тактировани , реверса и установки в исходное

   состо ние,  вл ющеес  выходными шинами устройства, отличающеес  тем, что, с целью упрощени  и повышени  надежности , а также расширени  области применени  путем обеспечени  всех возможных

   разнопол рных режимов коммутации фаз любого m-фазного шагового двигател , где m 4, б, 8дополнительно содержит первую и вторую шины управлени  режимом коммутации, в m-канальный распределитель импульсов введены первый элемент , демультиплексор, каждый из нечетных каналов распределител  содержит мультиплексор 2 на 1, а каждый из четных каналов - два мультиплексора 2 на 1 и

   второй элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами мультиплексоров 2 на 1 данного канала, первые информационные входы мультиплексоров всех нечетных каналов и вторые информационные входы первых мультиплексоров всех четных каналов соединены с выходом первого элемента ИЛИ, вторые информационные входы мультиплексоров всех нечетных каналов и первые информационные входы вторых

   мультиплексоров всех четьых каналов соединены с первой шиной управлени  режимом , первые информационные входы первых мультиплексоров и первые информационные входы вторых мультиплексоров

   всех четных каналов соединены с общей шиной источников питани , первый вход первого элемента ИЛИ соединен с второй шиной управлени  режимом, а второй вход - с выходом первого двоичного разр да двоичного реверсивного счетчика, адресные входы демультиплексора соединены соответственно с выходами с третьего по последний разр ды двоичного реверсивного счетчика, а информационный вход-с общей

   шиной источников питани , адресные входы всех мультиплексоров соединены с выходом второго разр да двоичного реверсивного счетчика, входы стробирова- ни  мультиплексоров 1-го, 3-го(т-З)-го,

   ()-го нечетных каналов подключены к входам стробировани  первых мультиплексоров 2-го, 4-го,...,(m-2}-ro, m-ro четных каналов и соединены соответственно с 2-м,

   „гп ,

   o-M,..,,-rj-м , 1-м выходами демультиплексора , а входы стробировани  вторых мультиплексоров 2-го, 4-го,,..,(т-4)-го, (т-2)-го, т-го четных каналов соединены соответственно

   с 3-м, 4-м , 1-м, 2-м выходами демультиплексора , с первого по у выходы

   распределител  соединены соответственно с управл ющими входами усилителей мощности первой группы, с (-у +1)-го по пл-й

   выходы распределител  соединены соответственно с управл ющими входами усилителей мощности второй группы, а противолежащие фазные обмотки двигател  попарно-встречно , параллельно или последовательно соединены соответственно между объединенными выходами соответствующих усилителей мощности первой и второй групп и общей шиной источников питани .

   ад

   f 14 .

   ттт

   Уст О

   (-Ј)

   75

   ТУТ

   Т PeS ИстО

   Фие

   Фиг.3

   660i ш

   -fc- Di

   of-i-J

   Ч

   «35

   .

   +

   I

   CM

   f

   ff

   1 Nj

   tQ

   I

   «у

   t.

   tVl

   it