Устройство для управления шаговым двигателем

Устройство для управления шаговым двигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистииеских

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

««663058

1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

«» (22) Заявлено 04.04.77 (21) 2468699/24 — 07

Н 02 P 8/00 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 621.313.13-133.3 (088.8) Опубликовано 15.05.79. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 20.05.79

В. И. Редченко, В. Г. Палем, В. В. Куванов, Г. А. Кузьмин и В. М. Миролюбский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ

ДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к области автоматики и предназначено для использования в системах автоматического управления и регулирования с шаговыми двигателями.

Известны устройства для управления шаговым двигателем, содержащие усилители мощности и распределитель импульсов, образующие коммутатор обмоток шагового двигателя, регистр числа, подключенный к входам счетчика, входной ключ, блоки совпадения и генератор (1). Однако указанные устройства нельзя использовать в резервированных системах управления, так как они недостаточно надежны и имеют низкую помехозащищенность за счет неподтверждения исходных данных перед отработкой информации„что приводит к накапливанию сбоев и потере работоспособности.

Такие устройства нельзя применять также в диетанционных системах управления, так как в этом случае они теряют работоспособность за счет временных разбросов в линиях связи. Кроме того, устройства имеют больн ое количество связей, определяемое разрядностью входного кода.

Наиболее близким к изобретению по технической суllIHocTH является устройство для управления шаговым двигателем, содержащее многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого подключен к вы5 ходу блока преобразования управляющего сигнала, состоящего из входного ключа, задающего генератора, регистра ввода числа, входного ключа делителя частоты, счетчика, коммутирующего триггера со счетным о входом, входных и выходных ключей формирователя записи, инвертора, триггера сигнала «Сброс», дешифратора, входного счетчика с входным ключом, трансформаторных гальванических развязок, индикатора нулевого кода и распределителя импульсов (2).

Недостатком этого устройства является невозможность использования его в резервированных системах управления, в частности трехканальных. В этом случае каналы управления (распределители импульсов) на2о капливают сбои, возникающие в самом канале или в системе — датчике входной информации, что приводит к неправильной отработке шагов шаговым двигателем. Аналогичное явление возникает при отработке

6 каналами устройства входной информации, отличной друг от друга для каждого из каналов. Тогда в следующем такте работы возникает неправильная отработка импульсов. Устанавливать в исходное состояние выходные триггеры распределителя импульсов подачей сигнала «Сброс» невозможно, так как число комбинаций состояний на выходах распределителей равно числу фаз управления шаговым двигателем (2 ) . Таким образом, любая начальная установка коммутаторов обмоток без анализа состояний соседних каналов также приводит к неправильной отработке шагов в такте работы устройства. Кроме того в распределителях импульсов может произойти сбой в статическом режиме до начала отработки, так как сигналом «Сброс» подтверждается толь,ко условие «прямого хода», а все остальные элементы не стоят под сигналом «Сброс»

Это также приводит к ложной отработке информации шаговым двигателем, снижает надежность, помехозащищенность и точ- z ность преобразования и сужает функциональные возможности известного устройства.

Целью изобретения является повышение надежности, помехозащищенности и точности преобразования информации и расширение функциональных возможностей устройства для управления шаговым двигателем. Это достигается тем, что в каждый из каналов управления предлагаемого уст- з ройства введены триггер опроса с разделительными входами, служащий для выработки сигнала опроса элементов памяти распределителя импульсов, ячейки И†HE синхронизации, предназначенные для анализа состояний выходов распределителей импульов соседних каналов и для коррекции з сбившегося канала, ячейка запрета, предназначенная для отключения ячеек И вЂ” HE синхронизации при отработке входной информации, и инверторы, необходимые для срабатывания соответствующих ячеек И-НЕ синхронизации при нулевых уровнях на выходах распределителей импульсов соседних каналов; выходы инверторов соединены соответственно с первыми и вторыми входами нечетных ячеек И вЂ” НЕ синхронизации, а входы — с первыми и вторыми входами 4s соседних четных ячеек И вЂ” НЕ синхронизации, при этом третьи входы всех ячеек И†HE, синхронизации объединены и подключены к выходу ячейки запрета, запрещающий вход которой через соответствующую шину соединен с выходом входного ключа блока преобразования управляющего сигнала, а второй вход —, с единичным выходом триггера опроса с разделительными входами, единичный и нулевой входы которого соответственно подключены к еди- И ничному выходу триггера сигнала «Сброс» и выходу выходного ключа формирователя записи блока преобразования управляю63058

4 щего сигнала, причем выходы ячеек И вЂ” НЕ синхронизации через соответствующие шины соединены с входами элементов памяти распределителя импульсов блока преобра- . зования управляющего сигнала, а выходы распределителей импульсов блока преобразования управляющего сигнала каждого ка нала управления попарно соединены с первыми и вторыми входами соответствующих четных ячеек И вЂ” НЕ синхронизации соседних каналов и с входами соответствующих усилителей мощности.

Таким образом, введение ячеек И вЂ” НЕ сипхронизации и инверторов позволяет осуществлять начальную установку элементов памяти распределителей импульсов в конечное состояние, которое они должны занимать после отработки любой пачки входного кода, как в положениях, соответствующих возбужденным обмоткам двигателя, так и в положениях, соответствующих их обесточенному состоянию. Это позволяет применять устройство для управления шаговым двигателем с использованием в качесте усилителя мощности можоритарного элемента, полностью устраняет последствия сбоев в каналах управления, обеспечивает нормальную работу устройства при отработке различного численного значения входной информации и препятствует накоплению сбоев в устройстве. Кроме того, такое выполнение устройства расширяет его функциональные овозможности,,позволяет использовать его в надежных резервированных трехканальных структурах и повышает надежность схемы.

На фиг. 1 приведена функциональная схема описываемого устройства; на фиг. 2— функциональная схема блока преобразования управляющего сигнала; на фиг. 3 временные диаграммы работы устройства. устройство (см. фиг. 1) содержит шаговый двигатель 1, усилители 2 мощности, каналы 3 — 5 управления и в каждом канале блок 6 преооразования управляющего сигнала, триггер 7 опроса с раздельными входами, выход которого соединен с первым входом ячейки 8 запрета, подключенной своим выходом к третьим входам ячеек И вЂ” НЕ

9 — 12 синхронизации. Первые и вторые входы нечетных ячеек И вЂ” HE 9 и 11 синхронизации соединены соответственно с выходами инверторов 13, 14, и 5, 16.

Блок 6 преобразования управляющего сигнала содержит шины «Адрес» !7, «Выходная информация» 18, «Вход синхроимпульсов» 19, «Сброс» 20, «Запись» 21, «Выход унитарного кода» 22, «Входы распределителя импульсов» 23. Кроме того, в состав блока 6 преобразовайия управляющего сигнала (см. фиг. 2) входят входной ключ 24 задающий генератор 25, регистр 26 ввода числа, делитель 27 частоты с выходíbDI K;Iþчом 28, счетчик 29, коммутирующий триггер 30 со счетным входом, ключи 31 — 34

5 о

1S о

40

$5

» ввода информации, входной 35 и выход ной 36 ключи формирователя записи, счет ные триггеры 37 и 39 формирователя записи, инвертор 39, триггер 40 сигнала «Сброс», дешифратор 41, входной счетчик 42 с ключом 43, трансформаторные гальванические развязки 44 — 46, соединенные своими входами с шинами «Адрес» 17, «Входная информация» 18 и «Вход синхроимпульсов» 19, и индикатор 47 нулевого кода, который содержит входную ячейку ИЛИ 48, ключ 49, триггер 50 с разделительными входами и выходной ключ 51. Единичный выход триггера 40 сигнала «Сброс» подключен к шине «Сброс» 20, выход выходного ключа 36 формирователя записи — к шине «3ались» 21, выход входного ключа 24 — к шине «Выход унитарного кода» 22, а входы элементов памяти распределителя 52 импульсов соединены с шинами «Входы распределителя импульсов» 23.

Устройство работает следующим образом.

Входные сигналы в каждом из каналов . управления поступают на трансформаторные гальванические развязки 44 — 46 в последовательности, указанной на фиг. 3. Сигнал, поступающий по шине, «Адрес» 17; через гальваническую развязку 46 устанавливает оконечный триггер входного счетчика 42 в состояние «1», вследствие чего на вход ключа 43 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с шины «Вход синхроимпульсов» 19 через гальваническую развязку 45 и ключ 43 на вход входного счетчика 42. В данном устройстве для передачи цифровой информации на большие расстояния используется парафазный код или же число представляется динамическим способом, что обеспечивает высокую помехозащищенность устройства. Таким образом, после прохождения сигнала по шине «Адрес» 17 сопровождающие входную информацию синхроимпульсы поступают на входной счетчик

42, а сама информация вместе с синхроимпульсами — на регистр 26 ввода числа. После поступления определенного числа синхроимпульсов дешифратор 41 формирует сигнал «Сброс», который устанавливает в состояние «!» триггер 40 сигнала «Сброс». 3атем через некоторое время определяемое структурой дешифратора 41 и количеством импульсов входной информации, триггер 40 сигнала «Сброс» устанавливается в состояние «О», т. е. элементы схемы устанавливаются в исходное состояние по связям, указанным на фиг. 2.

Передний фронт импульсов сигнала

«Сброс», поступая на шину «Сброс» 20 каналов 3 — 5 управления, устанавливает в состояние «1» триггеры 7 опроса всех каналов управления и, поскольку импульсы управления на входах распределителей 52 импульсов, а значит, и на шине «Выход унитарного кода» 22 отсутствуют, т.е. сигнал запрета на запрещающих входах яче663058 б ек 8 запрета всех. каналов управления отсутствует, то сигнал единичного уровня с выходов триггеров опроса, проходя через ячейку 8, открываеу ячейки 9 в 12 синхронизации каждого из каналов 3 — 5 управления по связям, приведенным на фиг. l.

В зависимости от состояний выходов распределителей 52 импульсов на выходах ячеек 9 — 12 синхронизации появляются сигналы установки элементов памяти распределителей импульсов так, что в случае совпадения уровней на входах ячеек 9 в 12 сигналы вырабатываются или же отсутствуют в случае несовпадения указанных уровней.

Так, например, если на соответствующих первой обмотке (Вых. 1) выходах распределителей 52 импульсов каналов 4 и 5 управления находится сигнал высокого уровня, а на соответствующем выходе распределителя импульсов канала 3 управления — сигl нал низкого уровня (обмотка двигателя обесточена), то сигналы высокого уровня, проходя через ячейку 12 синхронизации, устанавливают высокий уровень на соответствующих этой обмотке двигателя элементах памяти распределителя импульсов канала 3 управления. Ячейка 11 синхронизации в этом случае закрыта низкими уровнями, поступающими с выходов инверторов 15 и 16.

После установки высокого уровня на

Вых. 1 распределителя 52 импульсов в канале 3 управления на выходах соответствующих ячеек 12 синхронизации каналов 4 и 5 управления также вырабатываются установочные сигналы, подтверждающие высокий уровень на соответствующем первой обмотке элементе памяти распределителя импульсов канала 3 управления.

Таким образом происходит коррекция состояния распределителей импульсов.

До коррекции распределителя 52 импуль сов канала 3 управления ячейки синхронизации каналов 4 и 5 управления закрыты низким уровнем, поступающим с выхода распределителя импульсов (Вых. 1) канала 3, и открываются после коррекции выходов канала 3 управления.

Соответствующим образом работает устройство в том случае, когда на выходах распределителей 52 импульсов каналов 4 и 5 управления находится сигнал низкого уровня, а на выходе распределителя импульсов канала 3 управления — сигнал высокого уровня. В этом случае сигналы низкого уровня, пройдя через инверторы 15 и 16, открывают ячейку 11 синхронизации и устанавливают низкий уровень на соответствующих первой обмотке элементах памяти распределителя 52 импульсов канала 3 управления. Ячейка 12 синхронизации закрыта низкими уровнями. Далее происходит подтверждение низких уровнеи распределителей 52 импульсов каналов 4 и 5 управления. При других комбинациях состояний выходов распределителей импульсов ка663058

15

Зо

Формула изобретения

7 налов 3 — 5 управления коррекции элементов памяти производится аналогично, в том числе и по другим выходам (Вых. m) .

После поступления последнего импульса последовательного входного кода в регистре 26 ввода числа записывается вся цифровая информация, а последний, сопровождающий входной код синхроимпульс переполняет входной счетчик 42, с импульсного выхода которого сигнал переполнения поступает на установочный вход последнего счетного триггера 38 формирователя записи, устанавливая его в состояние «1» и закрывая при этом ключ 43. В этом случае разрешается прохождение импульсов с задающего генератора 25 через входной ключ 35 на счетный вход первого счетного триггера 37 формирователя записи. После переполнения счетных триггеров 37 и 38 формирователей записи на элементы схемы устройства и шину «Запись» 21 подается сигнал «Запись». При этом информация с регистра 26 переписывается через ключи 31- g0

34 в счетчик 29, а триггеры 7 опроса устанавливаются в состояние «О», снимая с элементов памяти распределителей 52 импульсов сигналы начальной установки. Одновременно в случае наличия информации, отличной от нулевой, устанавливается в состояние «1» коммутирующий триггер 30, разрешаюшии прохождение импульсов на вход счетчика 29 и вход делителя 27 частоты.

Время задержки сигнала «Запись» выбирают таким, чтобы оно гарантировало перезапись информации с регистра 26 после окончания всех переходных процессов на элементах схемы устройства, возникающих после ввода входной информации с шины

«Входная информация» 18. В зависимости от того, какого знака входная информация поступила на распределитель 52, условия прямого хода, подтвержденные сигналом

«Сброс» с триггера 40 сигнала «Сброс», остаются или же при наличии единичного уровня в знаковых разрядах записываются условия реверса.

Далее частота с задающего генератора 25 проходя через ключ 28, поступает на вход лелителя 27 частоты на котором ранее сигналом с выхода триггера 40 сигнала «Сброс» были записаны начальные условия, обеспечивающие появление импульсов на выходе делителя частоты с задержкой на определенное этими начальными условиями время, что гарантирует схему от ложных срабатываний за счет сколов и увеличивает быстродействие устройства. Импульсы упра влсния прохолят на счетчик 29, пину «Выход унитарного кола» 22 и распределитель 52 импульсов ло того времени, пока счетчик 29 не переполнится. Одновременно импульсы управления на все время их лействия полают запрещающий сигнал на запрещающие входы ячеек 8 запрета всех каналов, что

8 повышает помехозашищенность схемы и ее надежность при выходе из строя триггеров опроса. После переполнения счетчика 29 коммутирующий триггер 30 устанавливается в состояние «О» и закрывает ключи 24 и 28.

После окончания указанного цикла схема готова к отработке следуюшей посылки входной информации.

Как следует из фиг. 2, отработка информации возможна в том случае, когда на регистре 26 записан двоичный код, отличный от нулевого. Тогда входная ячейка ИЛИ 48 индикатора 47 нулевого кода вырабатывает на своем выходе сигнал высокого уровня, который разрешает прохождение сигнала «Запись» на триггер 50, устанавливая его в состояние «1». В случае поступления нулевой информации по шине «Входная информация» 18 триггер 50 остается в состоянии «О», т. е. в том состоянии, в какое установил его сигнал с триггера 40, и управляющий сигнал через выходной ключ 51 и не проходит.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позвоЛяет на порядок повысить надежность схемы, увеличить ее помехозашишенность на величину, определяемую отношением

t н.у где t n.ñõ — время подготовки схемы к работе;

t н.у — время воздействия начальных условий; а также расширить функциональные возможности и повысить точность преобразования входного сигнала. Указанное соотношение зависит от частоты сигналов входной информации, быстродействия примененных элементов и других факторов. В общем случае это отношение может достигать значительной величины, на порядок и более увеличивая помехозашишенность предлагаемого устройства по сравнению с известной схемой.

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее многоканальный усилитель мощности, каждый канал которого подключен к выходу блока преобразования управляюшего сигнала, состоящего из входного ключа, задающего генератора, регистра ввода числа, входного ключа делителя частоты, делителя частоты, счетчика, коммутирующего триггера со счетным avoдом, входных и выходных ключей формирователя записи, инвертора, триггера сигнала «Сбро », дешифратора, входного счетчика с входным ключом, трансформаторных гальванических развязок, индикатора нулевого кода и распределителя импульсов, отличаюи1ееся тем, что, с целью повышения надежности, помехозашишенности и точности преобразования информации и расши- . рения функциональнык возможностей, в

663058

10 каждый из каналов управления введены триггер опроса с раздельными входами, ячейка запрета, ячейки И вЂ” НЕ синхронизации и инверторы, выходы которых соединены соответственно с первыми и вторыми входами нечетных ячеек И вЂ” НЕ синхронизации, а входы — с первыми и вторыми входами соседних четных ячеек И вЂ” НЕ синхронизации, при этом третьи входы всех .. ячеек И вЂ” НЕ синхронизации объединены и подключены к выходу ячейки запрета, запрещающий вход которой соединен с выходом входного ключа блока преобразования управляющего сигнала, а второй вход— с единичным выходом триггера опроса, единичный и нулевой входы которого соответственно подключены к единичному выходу григгера сигнала «Сброс» и выходу выходного ключа формирователя записи блока преобразования управляющего сигнала,. причем выходы ячеек И вЂ” НЕ синхронизации соединены с входами распределителя импульсов, соединенного выходом каждого канала с первыми и вторыми входами соответствующих четных ячеек И вЂ” НЕ синхронизации соседних каналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дискретный электропривод с щаговыми двигателями, под общ. ред. М. Г. Чиликина. М., «Энергия», 1971, с. 559.

2. Авторское свиделельство СССР № 514441, кл. Н 02 P 7/62, 1975.

663058

1

1

1 ! ! ! !

1 !! ! ! ! !

1

/рьс!

1

1 !

Аис 2

„Яфке

„Вх.

uzi., й,т. сиилрсиид.

„Сррсс г

„зйпись" дьмсйы иидсрлюраЦ триггера ФО, 3ewaypomopo 41

Фиг. д

Корректор М. Вигула

Подписное

Г

1 !

I

In

I !

1

1 !

I !

I

1 !,раьи

1

I !

1 !

1

1 „c

Составитель 3. Горник

Редактор А. Пейсоченко Техред О. Луговая

Заказ 2723/57 Тираж 856

ЦН И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П П П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4