УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
DEVICE FOR STEPPED MOTOR CONTROL

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в системах с дискретным электроприводом с автоматическим обнаружением одиночных отказов на базе трехфазных, четырехфазных и шестифазных шаговых двигателей.
Известно [1] устройство для обнаружения отказов в шаговом электроприводе, содержащее блок синхронизации, реверсивный кольцевой сдвиговый регистр, элемент сравнения кодов, пороговые датчики тока и напряжения, включенные в цепь каждой фазы, при этом выходы датчиков тока подключены к первым входам логических элементов 2И, выходы датчиков напряжения - ко вторым входам, а выходы элементов 2И подключены к разрядным входам кольцевого реверсивного сдвигового регистра и первым входам элемента сравнения, вторые входы которого соединены с разрядными выходами сдвигового регистра. Устройство обнаруживает обрыв или короткое замыкание обмоток четырехфазного шагового двигателя с симметричной парной коммутацией.
Недостатками устройства являются отсутствие указателя адреса неисправности, а также невозможность обеспечения работы шагового двигателя в режиме переменной тактности, управляемой по шинам выбора режима коммутации.
Наиболее близким к заявленному устройству является устройство для управления шаговым двигателем [2], содержащее первую, вторую, третью шины выбора режима коммутации, шину управления, тактовую шину, шину реверса, реверсивный 2/12 счетчик, первый, второй и третий входы которого соединены с шинами управления, тактовой, реверса соответственно, постоянное запоминающее устройство, шину разрешения чтения, при этом первый-четвертый выходы реверсивного счетчика соединены с одноименными входами постоянного запоминающего устройства, пятый, шестой, седьмой, восьмой входы которого соединены с третьей, второй, первой, седьмой шинами выбора режима коммутации и разрешения чтения соответственно, а выходы первый-шестой постоянного запоминающего устройства являются одноименными выходами устройства управления шаговым двигателем.
Это устройство реализует известные режимы коммутации и стоянки для двигателей с различным числом фазных обмоток и обеспечивает работу шагового двигателя в режиме переменной тактности, управляемой по шинам выбора режима коммутации.
Однако данное устройство не обнаруживает неисправности и не указывает их адреса.
Заявляемое изобретение направлено на расширение функциональных возможностей устройства. Это достигается тем, что в устройство дополнительно введены первая, вторая, третья схемы свертки, выходы 10, 11, 12 постоянного запоминающего устройства, представляющие эталонные контрольные разряды кода Хэмминга, индикатор, блок усилителей мощности с датчиками тока и напряжения, при этом входы 1, 2, 4 первой схемы свертки, входы 1, 3, 4 второй схемы свертки, входы 2, 3, 4 третьей схемы свертки соединены с одноименными (логическими) выходами 1, 2, 3, 4 блока усилителей мощности, силовые выходы а, b, с, d которых соединены с фазными обмотками А, В, С, D шагового двигателя, выходы постоянного запоминающего устройства 10, 11, 12 соединены с одноименными входами схем свертки, выходы которых первый, второй, третий соединены с одноименными входами индикатора.
На чертеже приведена блок-схема устройства.
Устройство содержит шины выбора режима коммутации 1-3, шину управления 4, тактовую шину 5, шину реверса 6, шину разрешения чтения 7, реверсивный 2/12 счетчик 8, постоянное запоминающее устройство 9, схемы свертки 14, 15, 16, индикатор 18, блок усилителей мощности 13.
Шины выбора режима коммутации 3, 2, 1 соединены со входами 5, 6, 7 постоянного запоминающего устройства соответственно, шина управления 4 подсоединена к первому входу реверсивного счетчика 8, тактовая шина 5 и шина реверса 6 подключены ко второму и третьему входам реверсивного счетчика соответственно, шина разрешения чтения 7 соединена с восьмым входом постоянного запоминающего устройства 9, выходы 1, 2, 3, 4 реверсивного счетчика соединены с одноименными входами постоянного запоминающего устройства 9, выходы которого 1-6 соединены с одноименными входами блока усилителей мощности 13, вторые (силовые) выходы которого а, b, с, d подключены к фазовым обмоткам А, В, С, D двигателя соответственно, а первые (логические) выходы блока усилителей мощности 1, 2, 3, 4 соединены соответственно со входами 1, 2, 4 первой схемы свертки 14, со входами 1, 3, 4 второй схемы свертки 15, а также со входами 2, 3, 4 третьей схемы свертки 16, выходы 1, 2, 3 которых подключены к одноименным входам индикатора 18, десятый вход первой схемы свертки 14, одиннадцатый вход второй схемы свертки 15, двенадцатый вход третьей схемы свертки 16 соединены соответственно с выходами 10, 11, 12 постоянного запоминающего устройства.
i
i
i
i
i
Усилители мощности блока 13 содержат по два канала с общим входом в логических уровнях постоянного запоминающего устройства 9, первый канал (логический) формирует логическую переменную α=DT∧DH, при этом DT=DH=1, если ток и напряжение в i фазе соответствуют номиналу, иначе ноль, второй канал (силовой) преобразует входной сигнал управления фазами (таблицы 1-3) до уровня, соответствующего требованиям технических условий на шаговый двигатель.
Устройство работает следующим образом.
При начальной установке устройства выполняется подключение фазных обмоток шагового двигателя к силовым выходам усилителей мощности. Например, выходы а, b, с усилителей мощности подключаются соответственно к обмоткам первой (А), второй (В), третьей (С) фазы трехфазного двигателя (таблица 1), что обеспечивает режимы коммутации трехтактной поочередной (таблица 1, код режима 111), шеститактной поочередной (таблица 2, код режима 011). При подключении четырехфазного двигателя его первая (А) - четвертая (D) обмотки соединяются с соответствующими выходами а, b, с, d усилителей мощности, обеспечивая режимы четырехтактной поочередной (код 101), либо четырехтактной парной (таблица 3, код 001) коммутации.
5
6
7
1
2
3
4
Коды режимов задаются старшими разрядами адреса aaа постоянного запоминающего устройства (чертеж), значение младших адресных разрядов которого а, а, а, а представлено кодом состояния реверсивного счетчика на его выходах 1-4, старшие разряды кода режима определяются значением логических переменных на первой-третьей шинах выбора режима коммутации.
Значение логической переменной V=1 шины 4 управления разрешает счет импульсов, поступающих по тактовой шине 5 на увеличение или уменьшение кода состояния реверсивного счетчика в зависимости от уровня на шине 6 реверса.
1
2
3
4
5
6
7
1
6
1
3
Значение Е=0 устанавливает на выходе постоянного запоминающего устройства нули, обеспечивая режим обесточенной стоянки, значение  задает режим стоянки под током, при Е=1 код содержимого постоянного запоминающего устройства по адресу ааааааа выводится на его выходные разряды b-b (код управления коммутацией фаз двигателя) и c-c (эталонный код контрольных разрядов по Хэммингу).
1
3
2
В таблицах 1-3 приведены примеры функционирования заявляемого устройства в режимах трехтактной поочередной (код режима 111), шеститактной поочередной (код режима 011), четырехтактной парной (код режима 001) коммутации. В таблице 1 строка 1 соответствует коду счетчика 1000, а слово, считанное из постоянного запоминающего устройства по адресу 1000111, равно 010101 (включение фазы В, фазы А, С обесточены, эталонные контрольные разряды c=c=1, c=0).
3
6
5
1
1
3
5
7
2
2
3
6
7
4
4
5
6
7
Если в устройстве нет неисправностей, то на логических выходах усилителей мощности появится код x=x=0, x=1, а первая-третья схемы свертки сформируют код адреса отказа (синдром) S=x⊕x⊕x⊕x=1⊕0⊕1⊕0=0, S=x⊕x⊕x⊕x=0⊕0⊕0⊕0=0, S=x⊕x⊕x⊕x=1⊕1⊕0⊕0=0, в соответствии с которым индикатор высветит цифру 0, указывающую на отсутствие отказов.
2
2
2
5
5
Пусть в фазе В произошел обрыв (DT=0) или короткое замыкание обмотки двигателя (DH=0) или замыкание на землю цепи b постоянного запоминающего устройства, т.е. x=0, тогда в соответствии со строкой 4 таблицы 1 код счетчика равен 0010, а слово, считанное из постоянного запоминающего устройства по адресу 0010111, равно 010101, при этом в пятом разряде (x) из-за отказа 1 заменена 0.
1
1
3
5
7
2
2
3
6
7
4
4
5
6
7
3
3
6
7
5
В этом случае код адреса неисправности определяется как S=x⊕x⊕x⊕x=1⊕0⊕0⊕0=1, S=x⊕x⊕x⊕x=0⊕0⊕0⊕0=0, S=x⊕x⊕x⊕x=1⊕0⊕0⊕0=1, в соответствии с которым индикатор высветит цифру 5, указывая адрес отказа. Аналогично срабатывает устройство при отказах x≡1 (строки 7, 8 таблицы 1), х≡0 (строки 7, 8, 12 таблицы 2), x≡1 (строки 13, 14, 15 таблицы 2), x≡0 (строки 6, 7 таблицы 3), x≡1 (строки 10, 11 таблицы 3).
Источники информации
1. Авторское свидетельство SU 1415401, H02Р 7/62, опубликованное от 07.08.88. Бюл. №29.
2. Патент RU 2417512, H02P 8/00, опубликован 27.04.2011. Бюл. №12.
5
6
7
РЕЖИМ ТРЕХТАКТНЫЙ ПООЧЕРЕДНЫЙ. КОД РЕЖИМА aаа=111
Таблица 1
№ строки
Код счетчика 1246
Код управления фазами ABCD x<sub>3</sub>x<sub>5</sub>x<sub>6</sub>x<sub>7</sub>
Эталонные контрольные разряды c<sub>1</sub>c<sub>2</sub>c<sub>3</sub>x<sub>1</sub>x<sub>2</sub>c<sub>4</sub>
Контрольные и управляющие разряды x<sub>1</sub>x<sub>2</sub>x<sub>3</sub>x<sub>4</sub>x<sub>5</sub>x<sub>6</sub>
Код адреса отказа S<sub>1</sub>S<sub>2</sub>S<sub>4</sub>
Примечание
0
0000
100
110
111000
000
1
1000
010
101
100110
000
отказов нет
2
0100
001
011
010101
000
3
1100
100
110
111000
000
4
0010
010
101
100100
101
отказ x<sub>5</sub>≡0
5
1010
001
011
010101
000
6
0001
100
110
111000
000
7
1001
010
101
101110
110
отказ x<sub>3</sub>≡1
8
0101
001
011
011101
110
5
6
7
РЕЖИМ ШЕСТИТАКТНЫЙ ПООЧЕРЕДНЫЙ. КОД РЕЖИМА aаа=011
Таблица 2
№ строки
Код счетчика 1246
Код управления фазами ABCD x<sub>3</sub>x<sub>5</sub>x<sub>6</sub>x<sub>7</sub>
Эталонные контрольные разряды c<sub>1</sub>c<sub>2</sub>c<sub>3</sub>x<sub>1</sub>x<sub>2</sub>x<sub>4</sub>
Контрольные и управляющие разряды x<sub>1</sub>x<sub>2</sub>x<sub>3</sub>x<sub>4</sub>x<sub>5</sub>x<sub>6</sub>
Код адреса отказа S<sub>1</sub>S<sub>2</sub>S<sub>4</sub>
Примечание
1
0000
100
110
111000
000
2
1000
110
011
011110
000
3
0100
010
101
100110
000
отказов нет
4
1100
011
110
110011
000
5
0010
001
011
010101
000
6
1010
101
101
101101
000
7
0001
100
110
110000
110
8
1001
110
011
010110
110
9
0101
010
101
100110
000
отказ х3≡0
10
1101
011
110
110011
000
11
0011
001
011
010101
000
12
1011
101
111
100101
110
13
0000
100
110
111001
011
14
1000
110
011
011111
011
15
0100
010
101
100111
011
отказ x6≡1
16
1100
011
110
110011
000
17
0010
001
011
010101
000
18
1010
101
101
101101
000
5
6
7
РЕЖИМ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ПАРНЫЙ. КОД РЕЖИМА ааа=001
Таблица 3
№ строки
Код счетчика 1246
Код управления фазами ABCD x<sub>3</sub>x<sub>5</sub>x<sub>6</sub>x<sub>7</sub>
Эталонные контрольные разряды c<sub>1</sub>c<sub>2</sub>c<sub>3</sub>x<sub>1</sub>x<sub>2</sub>x<sub>4</sub>
Контрольные и управляющие разряды x<sub>1</sub>x<sub>2</sub>x<sub>3</sub>x<sub>4</sub>x<sub>5</sub>x<sub>6</sub>
Код адреса отказа
Примечание
0
0000
1100
011
0111100
000
1
1000
0110
110
1100110
000
2
0100
0011
100
1000011
000
отказов нет
3
1100
1001
001
0011001
000
4
0000
1100
011
0111100
000
5
1000
0110
110
1100110
000
отказ x<sub>7</sub>≡0
6
0100
0011
100
1000010
111
7
1100
1001
001
0011000
111
8
0010
1100
011
0111100
000
9
1010
0110
110
1100110
000
отказ x<sub>5</sub>≡1
10
0001
0011
100
1000111
101
11
1001
1001
001
0011101
101