Устройство управления шаговым двигателем с замкнутым контуром регулирования

 

Изобретение относится к регулирующим и управляющим системам и предназначено для применения в роботизированных комплексах общего и специального назначения Цель изобретения - уменьшение времени,необходимого для остановки ша- iопого двигателя, и исключение выбегов, а следовательно, повышение надежности работы шагового двигателя. Устройство содержит коммутатор. ШД. датчик шагов, усилитель, блок задержки. Новым является введение блока запуска и торможения, представляющего собой соединение триггеров и логических ячеек И и ИЛИ, который запрещает по сигналу Выключить прохождение очередного командного импульса на коммутатор, вводя ротор ШД в отрицательную область моментной характеристики ШД и, следовательно, ускоряя процесс торможения и повышая надежность работы ШД. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИЛЛИС1ИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК

>спс G 05 В 19/10

ГОСУДЛРСТ8Е>Ф(ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРblTllHM

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4471444/24 (22) 09.08.88 (46) 30.01.91. Бюл. М 4 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро по криогенной технике с опытным производством Физико-технического института низких температур АН

УССР (72) А.В.Еварницкий и Е.М.Гусак (53) 621,503.55(088.8) (56) Арменский Е.В. и др. Автоматизированный электропривод. М.: Высшая школа.

1987, с. 127, рис, 140.

Дискретный злектропривод с шаговыми двигателями./Под ред. М.Г,Чиликина, М,;

Энергия, 1971, с, 562, рис. 15-18. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛEl1ИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ЗАМКНУТЫМ КОНТУРОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Изобретение относится к регулирующим и управляющим системам и предназначено для применения в электромеханических системах, в частности в роботизированных комплексах общего и специального назначения.

Целью изобретения является повышение стабильности работы шагового двигателя.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства управления шаговым двигателем с замкнутым контуром регулирования; на фиг, 2 — принципиальная схема блока запуска и торможения; на фиг. 3— временная диаграмма устройства; на фиг, 4принципиальная схема коммутатора; на

SU,» 1624407 А1 (57) Изобретение относится к регулирующим и управляющим системам и предназначе»о для применения в роботизированных комплексах общего и специального назначения. ((ель изобретения — уменьшение времени, необходимого для остановки шагового двигателя, и исключение выбе>QB, а следовательно, повышение надежности работы шагового дви>ателя. Устройство содержит коммутатор, ШД, датчик шагов, усилитель, блок задержки. 11овым является введение блока запуска и Tорможения, представляющего собой соединение триггеров и логических ячеек И и ИЛИ, который запрещает ио сигналу "Выключить" прохождение очередного командного импульса на коммутатор, вводя ротор ШД в отрица>ельную область моментной характеристики ШД и, следовательно, ускоряя процесс торможения и повышая надежность работы ШД. 1 з.п, ф-лы, 5 ил. фиг. 5- диаграмма работы сдвигового регистра коммутатора.

Устройство содержит коммутатор 1, шаговый двигатель 2, датчик 3 шагов, усилитель 4, блок 5 задержки и блок 6 запуска и торможения. Блок запуска и торможения содержит формирователь 7 импульсов, первый инвертор 8, элемент И 9, триггеры 10 и

11, элементы И 12-15, второй инвертор 16.

Коммутатор содержит распределитель импульсов 17 и усилители 18 — 20 мощности.

Распределитель 17 импульсов содержит формирователь 21, резистор 22, конденсатор 23, инверторы 24 и 25, сдвиговый регистр 26, инвертор 27 — 29, резисторы 30—

32, диод 33.

1624407

50

Устройство работает следующим образом.

В момент времени t1 (фиг. 3) на вход блока 6 подается сигнал "Включить". Формирователь 7 (фиг. 2) выдает импульс (фиг, 3 б), который череэ элемент И 12 поступает на вход коммутатора 1 (фиг. 3 и). Коммутатор, получив командный импульс, переключает сосТояние на. такт вперед и ШД начинает отрабатывать первый шаг.

В момент завершения шага tz (фиг. 3 е) датчик 3 шагов вырабатывает сигнал, ксторый через усилитель 4 поступает на блок 5, задающий скорость вращения двигателя.

Из блока 5 через элементы И 15 и 12 блока

6 (фиг. 2) сигнал поступает на коммутатор

1 в виде следу,ощего командного импульса (фиг. 3 и, tr). Далее процесс повторяется, При снятии с входа блока 6 сигнала

"Включить" второй триггер 11,фиг. 2) запрещает прохождение очередного импульса с датчика 3 шагов на вход комму гатара 1, Задним фронтом этого импульса (момент тз на фиг. Э е, в, г) сбра ывается в "0" три1гер

10 (фиг, 2), а триггер 11 переводи тся в прежнее состояние, тем самым вновь разрешается дальнейшее прохождение:1мпульсов с датчика 3 шагав. В устройстве блок 6 запуска и торможения включен в тракт прохождения управляющих импульсов (кс ммутатар

1, шаговый дви1атель 2, дат ик 3 ша;ов блок

5 задержки и блок 6 запуска и армс ;ения) и при снятии сигнала "Включить" запрещает прохождение одного очередного управляющего импульса.

Из-за запрещения прохажден11я на коммутатор 1 одного импульса ротор шагового двигателя по инерции попадает в зону атаицательных значений маментной характеристики шагового двигате 1я

ИМ = kFpFcmsln0l<, где k — конструктивный параметр;

Fp — постоянная по амплитуде МДС рс-,ора;

F<> — МДС статора;

0 — пространственный угол между векторами МДС ротора и статара.

Разрешение прохождения следующих командных импульсов позволяет ударч ивать ротор в этой зоне. Происходит тармг.— жение ШД (фиг, 3 и), Блок 6 запуска и тарможен..я (фиг. 1) работает следующим образом, В начале работы устройства на вход йтриггера 11 и элемента И 13 подаются соответственно прямой и инвессный сигналы начальной установки НУ и НУ. Па этим сигналам блск 6 приводится в исхаднае состояние — на выходе триггера 10

45 устанавливается "1" (фиг. 3 в), а на выходе триггера 11 устанавливается "0" (фиг. 3 г).

В момент времени t) (фиг. 3) на вход блока 6 подается сигнал "Включить". Формираватель 7 (фиг. 2) выдает импульс (фиг, Э б), который через элемент И 12 поступает на вход коммутатора 1 (фиг. 3 и), Однавре1.янно сигнал "Включить" через элемент .1 9 поступает на S-вход триггера 11 i .;. нав ивазт на ега выходе "1" (фиг, 3 г). Эта "1 разрешает г рсхаждение через элемент И 15 импульсов из блаха 5 заде 1кки, которые черезэлементИ12такжзпа тупают: а хад коммутатора 1.

Прг снятии с входа блока 6 сигнала

"Включит. " (фиг. 3 а) сигнал Ог (фиг, 3 д) на

S-входе триггера 1 I разрешает работу этагс триггера по тактовому С-входу. При этом очередной импульс из блока 5 задержки проходит на вход комм -атара 1 и одновременно заднйм фронтом устанавливает триггер 11 в "0" (фиг. 3 г), При этом запрещается прохождение импульсов из блока 5 задержки через элемент И 15 на вход коммутатора

1 и разрешается пр .хождение этик импульсов через элемент И 14 на тактовый С-вход триггера 10 (фиг. 3 з).

Очередной импуль из блока 5 задержки задним франтам,станавливает на выходе триггеаа 10 нулевой сигнал (фиг. 3 в). При этом н S-вход триггера .1 поступает "1" (фиг. 3 д) и устанавливает нэ его выходе сигн,. л "1", которая разрешает дальнейшее прохождение импульсов из блока 5 задержки через элемент И 15 на вход каммутатсра

1. Таким образом при с11ятии сигнала

"Включить" происходит грапуск одного из импульсов, поступающих 13 блока 5 задержки на вход коммутатора 1 (фиг. 3 и).

Сигнал "0", поступающий на D-вход три1герав 10 и 11, является общим (истачник и и та н и я) (фи г. 2).

Коммутатор рабата"-т следующим абр1зом.

При подаче питания на коммутатор 1 схема начальной установки, состоящая из конденсатора 23, резистора 22 и двух инверторов 24 и 25 (фиг, 4), вырабатывает прямой и инверсный импульсы начальной устанавки НУ и НУ, Импульс НУ па R-вхалу абнуляет сдвигавый регистр 26, а импульс НУ поступает на формирователь 21 (фиг. 4), ..атарый выра - 1тывает импульс предварительной установки сдвигавага регистра 26. Ilo зтам импульсу в сдвигавый регистр записы, ается информация, находящаяся на вха 1ах предварительной, станов: и (фиг, 5, t ), Прн приходе управляющих импульсов на С-вход сдвигавага рег стра и (фиг. 4) информация на вь.ходе сдси1авага,магистра 26 сдвигает1624407 ся (фиг. 5, 1г, u). Импульсы с выхода регистра

26 через инверторы 27-29 поступают на усилители 18 — 20 мощности, которые в зависимости от управляющего импульса подключают к источнику питания ту или иную обмотку двигателя.

Введение в устройство блока торможения и задержки позволяет при снятии сигнала "Включить" задержать очередной управляющий импульс, переводящий коммутатор на шаг вперед, При этом ротор, опережая по инерции вектор поля, попадает в область отрицательных моментов и тормозится. Это дает воэможность уменьшить выбег ротора и потерю информации, что в конечном итоге делает работу шагового двигателя более надежной.

Формула изобретения

1. Устройство управления шаговым двигателем с замкнутым контуром регулирования, содержащее шаговый двигатель, обмотки которого соединены с выходами коммутатора, а вал — с датчиком шагов, и блокэадержки,отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности работы, оно содержит блок запуска и торможения и усилитель, вход которого соединен с выходом датчика шагов, а выход — с входом блока задержки, выход которого подключен к первому входу блока запуска и торможения, второй вход которого является входом

"Включить" устройства, а выход блока запуска и торможения соединен с входом коммутатора, 2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок запуска и торможения

5 содержит два триггера, формирователь импульсов, пять элементов И и два инвертора, причем входы формирователя импульсов и первого инвертора подключены к второму входу блока, выход первого инвертора сое10 динен с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, выход формирователя соединен с первыми входами второго и третьего элементов И,инверсный выход вто15 рого элемента И является выходом блока, инверсный выход третьего элемента И подключен к S-входу первого триггера, С-вход которого соединен с инверсным выходом четвертого элемента И, первый вход которо20 ro подключен к инверсному выходу второго триггера, прямой выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, инверсный выход которого подключен к второму входу второго элемента И, вторые входы

25 четвертого и пятого элементов И и вход второго инвертора соединены с первым входом блока, выход второго инвертора подключен к С-входу второго триггера, R-вход второго триггера и второй вход третьего элемента И

30 соединены соответственно с выходами прямого и инверсного сигнала начальной установки, D-входы триггеров подключены к общей шине источника питания.

1624407 (УУГ 2

Фиг. Л

1624107

1624407 аг

Е

46

<и

Составитель А, Исправникова

Редактор Т.Парфенова Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская

Заказ 188 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101