Устройство для многорежимного управления трехфазным шаговым двигателем

1 Изобретение относится к области автоматики и электротехники и может быть использовано для управления трехфазными шаговыми двигателями с активными, пассивными и гибридными роторами в электрических приводах исполнительных механизмов роботов, станков с программным управлением и периферийных устройств вычислительных машин. Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее в случае управления трехфазным шаговым двигателем три мультиплексора, три усилителя мощности, источник сигналов управления, реверсивный двоичный счетчик импульсов, логический элемент 2 ИЛИ и шины задания режима коммутации фаз двигателя [1]. Недостатком этого устройства является ограниченность функциональных возможностей, заключающаяся в обеспечении только однополярных режимов коммутации фаз шагового двигателя. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления шаговым двигателем, содержащее первый и второй источники питания силовой части с противоположными полярностями, источник питания логической части, четырехразрядный реверсивный двоичный счетчик импульсов с входными шинами реверсирования,тактирования и установки в исходное состояние, первую группу из трех мультиплексоров,соединенных своими выходами с управляющими входами усилителей мощности первой группы, коммутирующих фазные обмотки шагового двигателя через источник питания положительной полярности, вторую группу из трех мультиплексоров, соединенных своими выходами с управляющими входами усилителей мощности второй группы, коммутирующих фазные обмотки шагового двигателя через источник питания отрицательной полярности, первую и вторую шины стробирования, соединенные соответственно со стробирующими входами первой и второй групп мультиплексоров, управляющие входы которых соединены соответственно с выходами третьего и четвертого разрядов двоичного счетчика. В нем фазные обмотки шагового двигателя подключены к средним точкам соединения соответствующих пар усилителей мощности первой и второй групп, образующих попарно полумосты. Кроме того, это устройство содержит логический элемент И-НЕ, выход которого соединен с первым, вторым и третьим информационными входами соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров первой группы, второй, третий и первый информационные входы которых подключены к нулевой шине источников питания устройства,логический элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с третьим, первым и вторым информационными входами соответственно первого,второго и третьего мультиплексоров второй 2 группы, первый, второй и третий информационные входы которых подключены к общей нулевой шине источников питания устройства [2]. Недостатками этого устройства являются низкая надежность, нетехнологичность при изготовлении в виде монолитной микросхемы средней или большой интеграции, узкие экcплуатационные возможности при работе от компьютера или же от любого логического блока управления. Эти недостатки обусловлены использованием в нем двух трехпозиционных механических переключателей для задания и изменения режимов коммутации фаз шагового двигателя. Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности работы, повышение технологичности изготовления и расширение эксплуатационных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для многорежимного управления трехфазным шаговым двигателем дополнительно введены первый и второй логические элементы 2 И-2 И-ИЛИ и четыре шины задания режима работы устройства. Причем первые входы первых элементов 2 И первого и второго элементов 2 И-2 И-ИЛИ подключены к шине питания источника логических элементов устройства, а вторые входы - соответственно к первой и второй шинам задания режима, первые входы вторых элементов 2 И первого и второго элементов 2 И-2 И-ИЛИ соединены соответственно с выходами первого и второго разрядов счетчика, а вторые входы - соответственно с третьей и четвертой шинами задания режима. Выход первого элемента 2 И-2 И-ИЛИ соединен с первыми входами элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ, выход второго элемента 2 И-2 И-ИЛИ соединен со вторыми входами элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ и одновременно с третьим, первым и вторым информационными входами соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров первой группы. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства для многорежимного управления трехфазным шаговым двигателем; на фиг. 2-5 - схемы соединения фаз двигателя к усилителям мощности соответственно в виде"звезды" с нулевой и без нулевой общей точки,а также в виде треугольника, соответствующие им номограммы электрических положений векторов результирующих моментов двигателя,таблицы управления и режимов коммутации фаз. Устройство содержит (фиг. 1) первый +V1 и второй -V2 источники питания силовой части с противоположными полярностями, источник питания Vcc логической части устройства, первую и вторую группы усилителей мощности 1.11.3 и 2.2-2.3, первую и вторую группы мультиплексоров 3.1-3.3 и 4.1-4.3, с соответствующими шинами стробирования Еn1 и Еn2, черырехразрядный двоичный реверсивный счетчик 5 с мо 3 дулем пересчета Кn=12, логический элемент ИНЕ 6, логический элемент ИЛИ-НЕ 7, первый и второй логические элементы 2 И-2 И-ИЛИ 8,9 и шины управления режимом коммутации фаз У 1 У 4. Устройство работает следующим образом. Перед созданием каждого из возможных режимов коммутации фаз трехфазного шагового двигателя двоичный счетчик 5 по входу R устанавливается в нулевое исходное логическое состояние. В зависимости от требуемого направления вращения двигателя к шине DIR счетчика 5 прикладывается нулевой или единичный логический уровень потенциала. В зависимости от требуемого режима коммутации фаз к шинам задания режима У 1-У 4 и к шинам стробирования Еn1 и Еn2 прикладываются соответствующие логические уровни потенциалов (см. табл. 1-4). Режимы однополярной коммутации фаз(фиг. 1, 2) создаются при приложении "1" уровня потенциала к шине стробирования одной из групп мультиплексоров и "0" уровня потенциала к шине стробирования другой группы мультиплексоров. При этом на выходах тех мультиплексоров, к входам стробирования которых приложены "1" потенциалы, возникают нулевые потенциалы, которые поддерживают соответствующие три усилителя мощности в постоянно запертых (отключенных) состояниях. Это приводит к работе остальных трех усилителей мощности только от одного из источников питания силовой части и в результате - к протеканию фазных токов через обмотки управления двигателя только в одном направлении. Режимы и поочередность переключения фаз при однополярном управлении создается, как видно из табл. 1, в зависимости от приложенных к шинам управления У 1-У 4 и En1, En2 соответствующих логических уровней потенциалов. Однополярные режимы переключения фаз возможны только лишь при включении фаз к усилителям мощности по схеме "звезды с нулевой общей точкой" (фиг. 2). По этой же схеме включения (но при других управляющих потенциалах на шинах У 1 У 4) возможны также двухполярные режимы коммутации фаз двигателя (фиг. 3 и табл. 2). Они создаются при приложении нулевых потенциалов к обеим стробирующим шинам En1 иEn2 мультиплексоров. Благодаря этому все мультиплексоры, а также все усилители мощности обеих групп и оба источника питания силовой части принимают участие в формировании двухполярных режимов коммутации фаз (фиг. 3, табл. 2). Двухполярные режимы коммутации фаз двигателя обеспечиваются предлагаемым устройством также при соединении фаз по схеме"звезды без нулевой общей точки" (фиг. 4 и табл. 3) и по схеме "треугольник" (фиг. 5, табл. 4). 4 Особенности двух последних групп двухполярных режимов заключаются в том, что коммутируемые фазы двигателя находятся под суммарным напряжением обеих источников питания силовой части +V1 и -V2. Это приводит к соответствующему увеличению фазных токов и, следовательно, модулей результирующих моментов (см. номограммы на фиг. 4 и 5). Во избежание повышения при этих режимах номинально допустимых фазных токов величины напряжений источников питания силовой части+V1 и -V2 должны быть соответствующим образом уменьшены или же один из них должен быть отключен, а соответствующая ему шина питания должна быть соединена с общей нулевой шиной устройства. В связи с тем, что мультиплексоры 3 и 4 управляются от 3-го и 4-го разрядов счетчика 5, а их определенные информационные входы через логические элементы 69 подключаются к постоянным (нулевым или единичным) уровням потенциалов или же к выходам 1-го и 2-го разрядов этого же счетчика 5,то смена их выходных потенциалов и соответствующие переключения усилителей мощности и фазных обмоток двигателя в 12-тактных режимах коммутации происходят при поступлении каждого тактирующего импульса на вход Т счетчика 5, в 6-тактных режимах - через один импульс, а в 3-тактных режимах - через три импульса. В каждом из этих режимов работы устройства после 12 тактов счетчик 5 благодаря своей внутренней логической структуре автоматически обнуляется. Обратные порядки коммутации фаз шагового двигателя обеспечиваются аналогично. Реверсирование производится изменением направления пересчета счетчиком 5 (с помощью изменения потенциала на его шине DIR). Таким образом, предлагаемое устройство для многорежимного управления трехфазным шаговым двигателем выгодно отличается от известных аналогичных устройств тем, что обеспечивает в общей сложности 27 различных режимов коммутации фаз (6 однополярных и 7 двуполярных - при включении фаз по схеме"звезда" с общей нулевой точкой, 7 двухполярных - по схеме "звезда" без общей нулевой точки и 7 двухполярных - по схеме "треугольник"). Кроме того, оно имеет высокую надежность работы, высокую технологичность при изготовлении и широкие эксплуатационные возможности. Источники информации 1. В.Ш. Арутюнян, А.З. Мурадян, С.О. Мкртчян и М.Х. Акопян. Устройство для многорежимного управления m-фазным шаговым электродвигателем. А.С. СССР 1083321, Н 02 Р 8/00,Б.И.12,1984 г. 2. В.Ш. Арутюнян, А.З. Мурадян, Г.Б. Мнацаканян и А.А. Абрамян. Устройство для управления шаговым двигателем. А.С. СССР 1374179, G05B 19/02, Б.И. 6, 1988 г. (прототип). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для многорежимного управления трехфазным шаговым двигателем, содержащее первый и второй источники питания силовой части с противоположными полярностями, источник питания логической части, четырехразрядный реверсивный двоичный счетчик импульсов со входными шинами тактирования,реверсирования и установки в исходное состояние, первую группу из трех мультиплексоров,соединенных своими выходами с управляющими входами усилителей мощности первой группы, коммутирующих фазные обмотки шагового двигателя через источник питания положительной полярности, вторую группу из трех мультиплексоров, соединенных своими выходами с управляющими входами усилителей мощности второй группы, коммутирующих фазные обмотки шагового двигателя через источник питания отрицательной полярности, первую и вторую шины стробирования, соединенные соответственно со стробирующими входами первой и второй групп мультиплексоров, управляющие входы которых соединены соответственно с выходами третьего и четвертого разрядов двоичного счетчика, фазные обмотки шагового двигателя подключены к средним точкам соединения соответствующих усилителей мощности первой и второй групп, образующих попарно полумосты, элемент И-НЕ, выход которого соединен с первым, вторым и третьим информационными входами соответственно первого,Таблица 1 Однополярные режимы 6 второго и третьего мультиплексоров первой группы, второй, третий и первый информационные входы которых подключены к общей нулевой шине источников питания устройства, логический элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с третьим, первым и вторым информационными входами соответственно первого,второго и третьего мультиплексоров второй группы, первый, второй и третий информационные входы которых подключены к общей нулевой шине источников питания устройства, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит первый и второй логические элементы 2 И 2 И-ИЛИ и четыре шины задания режима работы устройства, причем первые входы первых элементов 2 И первого и второго элементов 2 И-2 ИИЛИ подключены к шине питания логических элементов устройства, а вторые входы - соответственно к первой и второй шинам задания режима, первые входы вторых элементов 2 И первого и второго элементов 2 И-2 И-ИЛИ соединены соответственно с выходами первого и второго разрядов счетчика, а вторые входы соответственно с третьей и четвертой шинами задания режима, выход первого элемента 2 И 2 И-ИЛИ соединен с первыми входами элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ, а выход второго элемента 2 И-2 И-ИЛИ соединен со вторыми входами элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ и одновременно с третьим, первым и вторым информационными входами соответственно первого, второго и третьего мультиплексоров первой группы. Таблица 3 Двухполярные режимы (Еn1=0, Еn2=0)