RU2125762C1

RU2125762C1 - Stepping motor control device

Info

Publication number: RU2125762C1
Application number: RU97112507A
Authority: RU
Inventors: В.В. Стоялов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 1999-01-27

Abstract

FIELD: automatic (by microcontroller), separate (by operator), and circular (by limit displacement transducers) step-by-step control of driven mechanisms with limited range of moving part displacement. SUBSTANCE: device has pulse distributor, multichannel amplifier, limit displacement transducers, first and second majority elements, first and second electronic switches, mode-of-operation control unit, pulse distributor interlocking unit, digital pulse shaping unit, delay element, single-shot multivibrator; device ensures shaping commands in all modes during step-by-step running of motor without de-energizing its phase windings upon termination of control pulse. This is attained due to shaping phase control pulses for stepping motor whose leading and trailing edges are timed with those of clock pulse arriving directly from clock bus and upon inversion through delay element at second write input and setting input of digital pulse shaping unit; by moment of shaping phase pulses, count enable input of pulse distributor is cut off through its interlocking unit in response to commands arriving from information outputs of digital pulse shaping unit. EFFECT: improved reliability, reduced power requirement, and enlarged functional capabilities of device. 6 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в дискретном электроприводе с ограниченным диапазоном перемещения подвижного элемента. The invention relates to electrical engineering and can be used in a discrete electric drive with a limited range of movement of the movable element.

Известен электропривод (ЭП), использующий бесконтактный моментный электродвигатель (БМЭД) постоянного тока [1], работающий в режиме шагового двигателя в соответствии с циклограммой фиг. 1, то есть в режиме четырехфазного двигателя с парной коммутацией. Высокий пусковой момент позволяет применять подобные БМЭД в составе ЭП без редукторов и без датчиков обратной связи (ОС) по положению в системах, где требуется очень высокая надежность в течение длительного срока эксплуатации, например, на долговременных орбитальных космических станциях в системах терморегулирования. Троированные датчики предельных перемещений ограничивают начальное и конечное положения подвижного элемента. Known electric drive (EP), using a contactless torque electric motor (BMED) DC [1], operating in the mode of a stepper motor in accordance with the sequence diagram of FIG. 1, i.e., in the mode of a four-phase motor with pair switching. The high starting moment allows the use of similar BMEDs as part of ES without gearboxes and without feedback sensors (OS) in position in systems where very high reliability is required for a long service life, for example, on long-term orbital space stations in temperature control systems. Trolled limit movement sensors limit the start and end positions of the movable element.

Известен ряд устройств, предназначенных для управления шаговыми двигателями (ШД) с ограниченным диапазоном перемещения подвижного элемента [2], [3] . Известные устройства обеспечивают реверс ШД при срабатывании датчиков предельных перемещений либо блокировку ШД при достижении подвижным элементом конечного положения. Однако в этих устройствах в случае останова ШД (блокировка тактовых сигналов) обмотки двигателя остаются под напряжением, так как распределитель импульсов подключен непосредственно к обмоткам ШД через усилители. При длительных остановках регулятора это вызывает дополнительный расход энергии, чрезмерный перегрев обмоток двигателя, что может привести к выходу его из строя. A number of devices are known for controlling stepper motors (ST) with a limited range of movement of the movable element [2], [3]. Known devices provide reverse stepping when triggered by sensors of maximum displacements or blocking stepping when the moving element reaches its final position. However, in these devices, in the event of a motor shutdown (blocking of clock signals), the motor windings remain energized, since the pulse distributor is connected directly to the motor windings through amplifiers. With prolonged shutdowns of the regulator, this causes additional energy consumption, excessive overheating of the motor windings, which can lead to its failure.

Известно также устройство [4], содержащее последовательно соединенные многоканальный усилитель и распределитель импульсов, устройство управления распределителем импульсов, включающее в себя два элемента НЕ, два вентиля, элемент ИЛИ, два триггера, два элемента И и элемент 3И-2ИЛИ-НЕ, счетчик, дешифратор, переключатель импульсов синхронизации, датчики предельных перемещений, элемент ИЛИ, одновибратор, соединенный выходом с первым входом устройства управления распределителем импульсов, а входом-одновременно со вторым входом устройства управления распределителем импульсов и через элемент ИЛИ с выходами датчиков предельных перемещений, при этом третий вход устройства управления распределителем импульсов соединен с шиной задания режима работы, а четвертый и пятый входы соединены с первым и вторым выходами переключателя импульсов синхронизации, первый и второй входы которого соединены с входными шинами устройства, третий вход через последовательно соединенные счетчик и дешифратор соединены с третьим и четверым выходами переключателя импульсов синхронизации. It is also known a device [4], containing a series-connected multi-channel amplifier and a pulse distributor, a control device for a pulse distributor, including two elements NOT, two valves, an OR element, two triggers, two AND elements and an element 3I-2 OR-NOT, a counter, decoder, synchronization pulse switch, limit motion sensors, OR element, one-shot connected to the output of the first input of the pulse distributor control device, and the input simultaneously with the second input of the control device the pulse distributor and through the OR element with the outputs of the sensors of maximum displacements, while the third input of the pulse distributor control device is connected to the bus for setting the operating mode, and the fourth and fifth inputs are connected to the first and second outputs of the synchronization pulse switch, the first and second inputs of which are connected to input buses of the device, the third input through a series-connected counter and decoder are connected to the third and fourth outputs of the synchronization pulse switch.

Из рассмотренных устройств устройство [4] наиболее близко по технической сути и принято за прототип. Недостатком известного решения является также повышенное энергопотребление и перегрев ЭД при длительных остановках в связи с постоянным протеканием тока через фазные обмотки БМЭД, что снижает надежность устройства, а также ограниченность применения, например, невозможность управления ШД в пошаговом режиме. Of the considered devices, the device [4] is the closest in technical essence and is taken as a prototype. A disadvantage of the known solution is also the increased power consumption and overheating of the ED during long shutdowns due to the constant flow of current through the phase windings of the BMED, which reduces the reliability of the device, as well as the limited application, for example, the impossibility of controlling the stepper motor in step-by-step mode.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы устройства при одновременном снижении энергопотребления (повышение КПД) и расширении функциональных возможностей устройства, так как согласно предлагаемому изобретению управление ЭП может производиться автоматически (от внешнего управляющего устройства (УУ)), автономно (с помощью оператора) и в циклическом режиме (от "упора" до "упора"). The technical result of the invention is to increase the reliability of the device while reducing energy consumption (increasing efficiency) and expanding the functionality of the device, since according to the invention, the electronic control can be performed automatically (from an external control device (UE)), autonomously (using an operator) and in cyclic mode (from "stop" to "stop").

Технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее многоканальный усилитель, распределитель импульсов, датчики предельных перемещений, введены первый и второй мажоритарный элементы, первый и второй электронные переключатели, блок управления режимами работы, блок блокировки распределителя импульсов, блок формирования дискретных импульсов, элемент задержки, ждущий мультивибратор, при этом датчики предельных перемещений через соответствующие мажоритарные элементы соединены с первым и вторым входами первого электронного переключателя, соединенного выходом с первым входом блока управления режимами работы, первый выход которого соединен с входом задания направления счета распределителя импульсов, выполненного на реверсивном счетчике, и четырех восьмиканальных мультиплексорах, причем первый, второй, пятый, шестой каналы первого мультиплексора, второй, третий, шестой, седьмой каналы второго мультиплексора, третий, четвертый, седьмой, восьмой каналы третьего мультиплексора, первый, четвертый, пятый, восьмой каналы четвертого мультиплексора соединены с плюсовой шиной питания, а третий, четвертый, седьмой, восьмой каналы первого мультиплексора, первый, четвертый, пятый, восьмой каналы второго мультиплексора, первый, второй, пятый, шестой каналы третьего мультиплексора, второй, третий, шестой, седьмой каналы четвертого мультиплексора и входы разрешения мультиплексоров соединены с минусовой шиной питания, адресные входы мультиплексоров соединены с выходами счетчика, имеющими вход задания направления счета распределителя импульсов, тактовый вход распределителя импульсов и вход разрешения счета распределителя импульсов, одновременно второй и третий выходы блока управления режимами соединены с первым и вторым входами второго электронного переключателя соответственно, соединенного инверсным выходом с первым входом записи блока формирования дискретных импульсов, а прямым выходом с тактовым входом распределителя импульсов, управляющие выходы которого через блок формирования дискретных импульсов соединены с соответствующими входами многоканального усилителя, при этом информационные выходы блока формирования дискретных импульсов соединены с входами блока блокировки распределителя импульсов, выход которого соединен с входом разрешения счета распределителя импульсов, шина тактовых импульсов одновременно соединена с входом предварительной установки блока формирования дискретных импульсов, входом ждущего мультивибратора, соединенного первым и вторым выходами со вторым и третьим входами соответственно блока управления режимами работы и через элемент задержки со вторым входом записи блока формирования дискретных импульсов. The technical result is achieved by the fact that the first and second majority elements, the first and second electronic switches, the operating mode control unit, the pulse distributor blocking unit, the discrete pulse generating unit, an element are introduced into the known device containing a multi-channel amplifier, pulse distributor, limit displacement sensors. delays, waiting for the multivibrator, while the sensors of maximum displacements through the corresponding majority elements are connected to the first and second inputs of the first an electronic switch connected to the output of the first input of the operating mode control unit, the first output of which is connected to the input of the direction of counting of the pulse distributor, made on a reversible counter, and four eight-channel multiplexers, the first, second, fifth, sixth channels of the first multiplexer, second, third , sixth, seventh channels of the second multiplexer, third, fourth, seventh, eighth channels of the third multiplexer, first, fourth, fifth, eighth channels of the fourth multiplexer with connected to the positive power bus, and the third, fourth, seventh, eighth channels of the first multiplexer, the first, fourth, fifth, eighth channels of the second multiplexer, the first, second, fifth, sixth channels of the third multiplexer, the second, third, sixth, seventh channels of the fourth multiplexer and the resolution inputs of the multiplexers are connected to the negative power bus, the address inputs of the multiplexers are connected to the outputs of the counter having an input for setting the direction of counting of the pulse distributor, the clock input of the pulse distributor and input enable the pulse distributor, simultaneously the second and third outputs of the mode control unit are connected to the first and second inputs of the second electronic switch, respectively, connected by an inverse output to the first input of the discrete pulse generator, and by a direct output to the clock input of the pulse distributor, the control outputs of which are via the block the formation of discrete pulses are connected to the corresponding inputs of the multichannel amplifier, while the information outputs of the block discrete pulses are connected to the inputs of the block of the pulse distributor, the output of which is connected to the resolution enable input of the pulse distributor, the clock bus is simultaneously connected to the preset input of the discrete pulse generator, the input of the standby multivibrator connected by the first and second outputs to the second and third inputs, respectively control unit operating modes and through the delay element with the second input of the recording unit of the formation of discrete pulses.

Такое решение позволяет с высокой достоверностью реализовывать пошаговый с парной коммутацией режим управления БМЭД с длительными возможными остановками в обесточенном состоянии в любой точке диапазона перемещений подвижного элемента в автономном режиме (операторный режим), режим циклической перекладки подвижного элемента внутри рабочего диапазона по командам от датчиков предельных перемещений, а также режим внешнего управления (от микропроцессорного устройства) без потери шага и при минимально необходимой подведенной мощности, при этом в любом режиме длительность формируемого управляющего импульса, подаваемого на обмотку ШД (t_и) выбирается заведомо большей механической постоянной времени ЭП (t_м): (t_и≥4t_м) и является величиной фиксированной. Следует отметить, что температура является довольно инерционным параметром, поэтому пошаговый режим управления ЭП не влияет на динамические характеристики контура управления температурой.This solution allows with high reliability to implement a step-by-step mode with pair switching of the BMED control with long possible stops in a de-energized state at any point in the range of movement of the moving element in the autonomous mode (operator mode), the mode of cyclic transfer of the moving element inside the operating range by commands from the limit displacement sensors , as well as the external control mode (from a microprocessor device) without loss of step and at the minimum required supplied power, p and this length in each mode generated driving pulse to the winding SM (t _s) is selected certainly greater mechanical time constant VC (t _m): (t ≥4t _and _m) is a fixed value. It should be noted that temperature is a rather inertial parameter; therefore, the step-by-step control mode of the electric drive does not affect the dynamic characteristics of the temperature control loop.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1 - циклограмма работы шагового двигателя с парной коммутацией, фиг. 2-структурная схема предлагаемого устройства, фиг. 3-циклограмма работы двигателя в пошаговом режиме, фиг. 4-циклограмма работы предлагаемого устройства в оперативном режиме, фиг. 5-схема ждущего мультивибратора, фиг.6-циклограмма работы устройства в режиме циклических перекладок. The essence of the invention is illustrated in FIG. 1 is a sequence diagram of the operation of a stepper motor with pair switching; FIG. 2-block diagram of the proposed device, FIG. 3-sequence diagram of engine operation in a step-by-step mode, FIG. 4-sequence diagram of the operation of the proposed device in online mode, FIG. 5-diagram of a waiting multivibrator; FIG. 6-sequence diagram of the operation of the device in the cyclic shift mode.

Структурная схема предлагаемого устройства на фиг. 2 содержит: 1- датчики предельных перемещений, 2,3- первый и второй мажоритарный элементы, 4 -первый электронный переключатель, 5-блок управления режимами работы. 6 - второй электронный переключатель, 7 - распределитель импульсов, 8 - блок блокировки распределителя импульсов, 9 - блок формирования дискретных импульсов, 10 - многоканальный усилитель, 11 - ждущий мультивибратор, 12 - элемент задержки, 13, 14, 15 - резисторы и триггер первого электронного переключателя, 16, 17, 18, 19 - переключатели, 20, 21, 22 - резисторы и триггер второго электронного переключателя, 23 - реверсивный счетчик, 24 - мультиплексоры, 25 и 26 - элементы 2ИЛИ-НЕ, 27, 28 - D-триггеры, 29 - элемент 4И-НЕ, при этом три выхода одной группы датчиков предельных перемещений (1.1) и три выхода другой (1.2) соединены с тремя входами первого (2) и тремя входами второго (3) мажоритарных элементов соответственно, соединенных своими выходами с прямым и инверсным входами триггера 15, являющимися первым и вторым входами первого электронного переключателя 4, входы которого через резисторы 13 и 14 соединены с минусовой шиной питания, при этом прямой выход триггера 15, он же выход первого электронного переключателя 4, соединен с первым входом блока управления режимами работы 5, соединенного в блоке 5 с ламелью "2" трехпозиционного переключателя 16, подвижный контакт которого, являющийся первым выходом блока 5, соединен с входом задания направления счета распределителя импульсов 7, ламель "3" переключателя 16 соединена с подвижным контактом двухпозиционного переключателя 18, один из двух неподвижных контактов которого соединен с минусовой шиной питания, а другой - с плюсовой, второй и третий входы блока 5 соединены с первым и вторым выходами соответственно ждущего мультивибратора 11 и в блоке 5 каждый с ламелями "1" двухпозиционного переключателя на два направления 17, каждая ламель "2" которого соединена с соответствующим неподвижным контактом двухпозиционного переключателя 19, подвижный контакт которого соединен с плюсовой шиной питания. Подвижные контакты переключателя 17, являющиеся вторым и третьим выходами блока 5, соединены с прямым и инверсным входами триггера 22 соответственно, являющимися первым и вторым входами второго электронного переключателя 6, входы которого через резисторы 20 и 21 соединены с минусовой шиной питания, при этом прямой выход триггера 22, он же прямой выход второго электронного переключателя 6, соединен с тактовым входом распределителя импульсов 7, инверсный же выход триггера 22, являющийся вторым выходом второго электронного переключателя 6, соединен с первым входом записи блока формирования дискретных импульсов 9, соединенного в блоке с C-входами триггеров 27, R-входы которых объединены и соединены с выходом элемента 4И-НЕ 29, входы которого одновременно соединены с соответствующими входами многоканального усилителя 10 и с инверсными выходами триггеров 28, S-входы которых соединены с минусовой шиной питания, R-входы также объединены и через вход предварительной установки блока формирования дискретных импульсов 9 соединены с тактовой шиной, с входами ждущего мультивибратора 11 и с входом элемента задержки 12, инверсный выход которого через второй вход записи блока формирования дискретных импульсов 9 соединен с C-входами триггеров 28, D-входы которых соединены с прямыми выходами соответствующих триггеров 27, S-входы которых соединены с минусовой шиной питания, а D-входы - с выходами соответствующих мультиплексоров 24, при этом первый, второй, пятый шестой каналы мультиплексора 24.1, второй, третий, шестой, седьмой каналы мультиплексора 24.2, третий, четвертый, седьмой, восьмой каналы мультиплексора 24.3, первый, четвертый, пятый, восьмой каналы мультиплексора 24.4 соединены с плюсовой шиной питания, а третий, четвертый, седьмой, восьмой каналы мультиплексора 24.1, первый, четвертый, пятый, восьмой каналы мультиплексора 24.2, первый, второй, пятый, шестой каналы мультиплексора 24,3, второй, третий, шестой, седьмой каналы мультиплексора 24.4 и входы разрешения (E) соединены с минусовой шиной питания, трехразрядные адресные входы мультиплексоров (A) соединены с выходом счетчика 23, вход разрешения счета распределителя импульсов 7 соединен с выходом блока блокировки распределителя импульсов 8, он же выход элемента 2ИЛИ-НЕ 25, соединенного входами через элемент 2ИЛИ-НЕ 26 с первым и вторым входами блока блокировки распределителя импульсов 8, каждый из которых, в свою очередь, соединен с выходом триггера 27.1 и 27.3, являющихся информационными выходами блока формирования дискретных импульсов 9. Дополнительно ламели "1" и "2" переключателя 16 блока 5 имеют входы для подключения внешнего управляющего устройства. При таком построении предлагаемое устройство реализует пошаговый режим управления ЭП в соответствии с циклограммой фиг. 3. The block diagram of the proposed device in FIG. 2 contains: 1 - maximum displacement sensors, 2,3 - first and second majority elements, 4 - first electronic switch, 5 - operating mode control unit. 6 - a second electronic switch, 7 - a pulse distributor, 8 - a block of a pulse distributor, 9 - a block for generating discrete pulses, 10 - a multi-channel amplifier, 11 - a standby multivibrator, 12 - a delay element, 13, 14, 15 - resistors and a trigger of the first electronic switch, 16, 17, 18, 19 - switches, 20, 21, 22 - resistors and trigger of the second electronic switch, 23 - reverse counter, 24 - multiplexers, 25 and 26 - elements 2 OR-NOT, 27, 28 - D- triggers, 29 - element 4I-NOT, while the three outputs of one group of limit sensors are moved (1.1) and three outputs of the other (1.2) are connected to three inputs of the first (2) and three inputs of the second (3) majority elements, respectively, connected by their outputs to the direct and inverse inputs of trigger 15, which are the first and second inputs of the first electronic switch 4 , the inputs of which are connected through the resistors 13 and 14 to the negative power bus, and the direct trigger output 15, the same as the output of the first electronic switch 4, is connected to the first input of the operating mode control unit 5, connected in unit 5 to the three-position lamella "2" switch 16, the movable contact of which, which is the first output of block 5, is connected to the input of the direction of counting of the pulse distributor 7, the lamella "3" of switch 16 is connected to the movable contact of the on-off switch 18, one of the two fixed contacts of which is connected to the negative power bus, and the other with a plus, the second and third inputs of block 5 are connected to the first and second outputs of the standby multivibrator 11 and, in block 5, each with lamellas "1" of the on / off switch in two directions 17, each I sipe "2" which is connected to the respective fixed contact toggle switch 19, the movable contact of which is connected with the positive power bus. The movable contacts of the switch 17, which are the second and third outputs of block 5, are connected to the direct and inverse inputs of the trigger 22, respectively, which are the first and second inputs of the second electronic switch 6, the inputs of which are connected through the resistors 20 and 21 to the negative power bus, with the direct output trigger 22, it is the direct output of the second electronic switch 6, connected to the clock input of the pulse distributor 7, the inverse output of the trigger 22, which is the second output of the second electronic switch 6, is connected with the first input of the recording unit of the formation of discrete pulses 9, connected in the block with the C-inputs of the triggers 27, the R-inputs of which are combined and connected to the output of the element 4I-NOT 29, the inputs of which are simultaneously connected to the corresponding inputs of the multi-channel amplifier 10 and with inverse outputs of the triggers 28, the S-inputs of which are connected to the negative power bus, the R-inputs are also combined and through the preset input of the discrete pulse generating unit 9 are connected to the clock bus, with the inputs of the standby multivibrator 11 and with the input of the electric delay element 12, whose inverse output through the second input of the discrete pulse generating unit 9 is connected to the C-inputs of the triggers 28, the D-inputs of which are connected to the direct outputs of the corresponding triggers 27, the S-inputs of which are connected to the negative power bus, and the D-inputs - with the outputs of the respective multiplexers 24, with the first, second, fifth sixth channels of the multiplexer 24.1, the second, third, sixth, seventh channels of the multiplexer 24.2, the third, fourth, seventh, eighth channels of the multiplexer 24.3, the first, fourth, fifth, eighth the channels of multiplexer 24.4 are connected to the positive power bus, and the third, fourth, seventh, eighth channels of multiplexer 24.1, the first, fourth, fifth, eighth channels of multiplexer 24.2, the first, second, fifth, sixth channels of multiplexer 24.3, second, third, sixth , the seventh channel of the multiplexer 24.4 and the resolution inputs (E) are connected to the negative power bus, the three-digit address inputs of the multiplexers (A) are connected to the output of the counter 23, the pulse resolution enable input of the pulse distributor 7 is connected to the output of the block of the pulse distributor 8, it is the output of element 2 OR NOT 25 connected by the inputs through element 2 OR NOT 26 with the first and second inputs of the block of the pulse distributor 8, each of which, in turn, is connected to the output of the trigger 27.1 and 27.3, which are information outputs of the block formation of discrete pulses 9. Additionally, the lamellas "1" and "2" of the switch 16 of block 5 have inputs for connecting an external control device. With this construction, the proposed device implements a step-by-step control mode of the electronic drive in accordance with the sequence diagram of FIG. 3.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В операторном режиме, применяемом в основном для проведения работ на контрольно-испытательной станции, регламентных работ, работ на технической позиции в составе изделия, проведения конструкторско-доводочных испытаний приводов, построенных на основе БМЭД, реализуется пошаговое управление с возможными длительными остановками в любой точке рабочего диапазона. В этом режиме на блоке управления режимами работы 5 оператор устанавливает переключатель 16 в положение "3", переключатель 17 в положение "2". С помощью переключателя 18 выбирается направление движения подвижного элемента "влево"-"вправо". На шине тактовых импульсов присутствует последовательность импульсов (меандр). Команда на перемещение подвижного элемента ЭП подается оператором посредством замыкания и размыкания переключателя 19. Работа схемы поясняется циклограммой на фиг. 4. Триггер 22 импульсов с прямого выхода (момент t1) изменяет на единицу состояние счетчика 23, который, в свою очередь, в соответствии с адресным кодом управляет подключением входных шин (управляющих кодов ШД) мультиплексоров 24 к их выходам. На выходе мультиплексоров появляется соответствующий код. Мультиплексор-микросхема 564КП2. In the operator mode, which is mainly used for work at a test station, routine maintenance, work at a technical position as part of the product, design and development tests of drives built on the basis of BMED, step-by-step control is implemented with possible long stops at any point of the worker range. In this mode, on the operating mode control unit 5, the operator sets the switch 16 to the "3" position, the switch 17 to the "2" position. Using the switch 18, the direction of movement of the movable element is "left" - "right". On the clock bus there is a pulse train (meander). The command to move the movable element of the electric actuator is provided by the operator by closing and opening the switch 19. The operation of the circuit is illustrated by the sequence diagram in FIG. 4. The trigger 22 pulses from the direct output (time t1) changes by one the state of the counter 23, which, in turn, in accordance with the address code controls the connection of the input buses (control codes ШД) of the multiplexers 24 to their outputs. The corresponding code appears at the output of the multiplexers. Multiplexer-chip 564KP2.

Известно [5] , что алгоритм работы распределителя импульсов зависит от выбранного способа управления электродвигателем, при этом схемные решения при реализации распределителя импульсов могут быть различными, например, на цифровых микросхемах средней степени интеграции [5], либо с использованием запоминающих устройств [6], [7]. Наиболее близким к решаемой задаче является устройство согласно [6], содержащее реверсивный счетчик и мультиплексоры, и обеспечивающее режим управления ШД с обесточиванием обмоток в случае его останова. Однако это происходит только при подаче на шину стробирования (вход разрешения счета) распределителя импульсов запрещающего сигнала, который необходимо еще каким-то образом сформировать, а затем и снять. При этом, судя по описанию, момент обесточивания обмоток не учитывает механическую постоянную времени ЭП, то есть обесточивание обмоток с одновременным запоминанием кода адреса команды может произойти, когда ШД только начал движение и еще не отработал команду управления, например, при срабатывании датчика предельных перемещений. В этом случае под действием электромагнитного поля, создаваемого постоянными магнитами ШД, привод возвращается в предыдущее состояние. Тогда в момент повторного включения может произойти потеря шага или кратковременный реверс ШД, так как нарушается порядок коммутации фаз ШД (см. фиг. 3). Кроме того, наличие нескольких входных шин согласно [6], как-то: строб, такт, управление, реверс предполагает наличие алгоритма, определяющего взаимосвязь сигналов на этих шинах, однако в описании алгоритм и устройство, его реализующее, не нашли отражения. В предлагаемом устройстве схема распределителя импульсов построена несколько иначе, причем с жесткой организацией и взаимосвязью сигналов, определяющих надежное формирование фазных импульсов в любой точке рабочего диапазона с обесточиванием фазных обмоток на каждом шаге. It is known [5] that the operation algorithm of the pulse distributor depends on the selected method of controlling the electric motor, while the circuit solutions for the implementation of the pulse distributor can be different, for example, on digital microcircuits of medium degree of integration [5], or using storage devices [6], [7]. Closest to the problem being solved is the device according to [6], containing a reversible counter and multiplexers, and providing a control mode of the motor stepping motor with de-energized windings in case of its stop. However, this only happens when a gating signal distributor is applied to the gating bus (counting input) of the pulse distributor, which must also be somehow formed and then removed. At the same time, judging by the description, the moment of de-energizing the windings does not take into account the mechanical time constant of the electric drive, that is, de-energizing the windings while storing the command address code can occur when the stepper motor has just started moving and has not yet completed the control command, for example, when the limit displacement sensor is triggered. In this case, under the influence of the electromagnetic field created by the permanent magnets of the motor drive, the drive returns to its previous state. Then, at the moment of repeated switching on, a step loss or short-term reverse of the motor step can occur, since the order of switching the phases of the motor step is violated (see Fig. 3). In addition, the presence of several input buses according to [6], such as: strobe, cycle, control, reverse assumes the presence of an algorithm that determines the relationship of signals on these buses, however, the algorithm and the device that implements it were not reflected in the description. In the proposed device, the pulse distributor circuit is constructed in a slightly different way, moreover, with a rigid organization and interconnection of signals that determine the reliable formation of phase pulses at any point in the operating range with de-energized phase windings at each step.

Код с выходов мультиплексоров 24 поступает на D-входы триггеров 27 в блоке формирования дискретных импульсов 9 и записывается в триггеры 27 задним фронтом пускового импульса, поступающего с инверсного выхода триггера 22 при размыкании переключателя 19 (момент t2), при этом резисторы 20 и 21 фиксируют состояние триггера 22 при переключениях, обеспечивая устранение дребезга контактов переключателя 19. При появлении на выходе триггеров 27 положительного перепада импульсов управляющего кода срабатывает блок блокировки распределителя импульсов 8, закрывая счетчик 23 по входу E и блокируя, таким образом, на момент формирования и до выдачи на обмотки ШД кодов как несанкционированные действия оператора, так и воздействие возможных помех. Из циклограммы фиг. 1 очевидна достаточность для подобного контроля наличия любых двух фаз БМЭД, смещенных на T_и. С выходов триггеров 27 коды поступают на D-входы триггеров 28 и записываются в них по C-входам первым же импульсом, поступающим с шины тактовых импульсов через элемент задержки с инверсией 12 (момент t4), реализованный на трех инверторах 564ЛН2. Элемент задержки 12 обеспечивает разнесение во времени (интервал t3-t4) моментов записи информации в триггеры 28 и их сброса. Перед записью триггеры 28 обнуляются по R-входам предыдущим импульсом последовательности тактовых импульсов. В момент появления одного из двух либо двух одновременно импульсов (двух логических нулей) на инверсных выходах двух из любых триггеров 28 элемент 4И-НЕ (29) подает команду на обнуление триггеров 27 и, соответственно, обнулению данных на D-шинах триггеров 28 и переводу счетчика 23 в режим приема информации. Триггеры 28 тут же обнуляются по R-входам следующим импульсом из последовательности импульсов, формируя задний фронт фазного импульса с длительностью, равной длительности импульса t_и (момент t5). Такое построение схемы позволяет исключить сбой импульса управления и нарушение его длительности на все время формирования, так как счетчик 23 и триггеры 27, 28 закрыты для приема информации на момент формирования фазных импульсов, а длительность фазного импульса определяется длительностью тактового импульса, параметры которого всегда регламентируются. С выходов триггеров 28 фазные импульсы через усилители 10 поступают на фазные обмотки БМЭД. Устройство имеет счетчик шагов (команд), автономную установку счетчика 23, телеметрический потенциометр перемещения подвижного элемента, а также светодиодную индикацию работы фазных обмоток и крайних положений подвижного элемента (не показаны).The code from the outputs of the multiplexers 24 is fed to the D-inputs of the triggers 27 in the discrete pulse generating unit 9 and is written to the triggers 27 by the trailing edge of the trigger pulse coming from the inverse output of the trigger 22 when the switch 19 is opened (moment t2), while the resistors 20 and 21 are fixed the state of the trigger 22 during switching, eliminating the bounce of the contacts of the switch 19. When a positive differential pulse of the control code appears at the output of the triggers 27, the block of the pulse distributor 8 is closed, closing Wai counter 23 at the input E and thus blocking at the time of formation until the issuance of the winding as the stepper motor codes unauthorized operator actions and effects of possible interference. From the sequence diagram of FIG. 1, the sufficiency for such a control of the presence of any two BMED phases shifted by T _and is obvious. From the outputs of flip-flops 27, the codes go to the D-inputs of flip-flops 28 and are written to them via C-inputs with the first pulse coming from the clock bus through a delay element with inversion 12 (moment t4), implemented on three 564LN2 inverters. The delay element 12 provides a time diversity (interval t3-t4) of the moments of recording information in the triggers 28 and their reset. Before recording, the triggers 28 are reset to zero on the R-inputs of the previous pulse of the sequence of clock pulses. At the moment of the appearance of one of two or two simultaneously pulses (two logical zeros) at the inverse outputs of two of any triggers 28, the 4I-NOT element (29) gives a command to reset the triggers 27 and, accordingly, zero the data on the D-buses of the triggers 28 and translate counter 23 to the information reception mode. Triggers 28 are immediately reset at the R inputs by the next pulse from the pulse sequence, forming a trailing edge of the phase pulse with a duration equal to the pulse duration t _and (moment t5). Such a construction of the circuit eliminates the failure of the control pulse and the violation of its duration for the entire formation time, since the counter 23 and the triggers 27, 28 are closed for receiving information at the time of the formation of phase pulses, and the duration of the phase pulse is determined by the duration of the clock pulse, the parameters of which are always regulated. From the outputs of the triggers 28 phase pulses through the amplifiers 10 are fed to the phase windings BMED. The device has a step counter (commands), an autonomous installation of the counter 23, a telemetric potentiometer for moving the movable element, as well as LED indication of the phase windings and the extreme positions of the movable element (not shown).

В циклическом режиме - основное назначение которого - испытания на ресурс, оператор, управляя ЭП, устанавливает подвижный элемент в одно из крайних положений до замыкания датчиков предельных перемещений, выключает генератор импульсов, устанавливает переключатели 16 и 17 в положения "2" и "1" соответственно и снова включает генератор. Команды управления перемещением подвижного элемента формируются ждущим несимметричным мультивибратором 11, схема которого приведена на фиг. 5, а циклограмма работы устройства в этом режиме приведена на фиг. 6. Мультивибратор 11 содержит 30, 31-триггеры, 32, 33-резисторы, 34-диод, 35-конденсатор: - элементы первой времязадающей цепи, 36, 37-резисторы, 38-диод, 39-конденсатор: - элементы второй времязадающей цепи, 40 - инвертор, 41-элемент 2ИЛИ-НЕ. При поступлении импульса на мультивибратор 11, одновибратор на триггере 30 формирует на первом выходе мультивибратора импульс длительностью ≈ 0,1t_и, который, заряжая конденсатор 35 по мере достижения напряжения срабатывания на R-входе, перебрасывает триггер 30 в исходное состояние, при этом передним фронтом импульса с инверсного выхода триггера 30 запускается одновибратор на триггере 31, формирующий на втором выходе мультивибратора импульс длительностью ≈ 1,8 t_и и работающий аналогично 30. Элементы 33, 35 и 37, 39, соответственно, служат для задания длительности импульсов, элементы 32, 34, 36, 38 для формирования фронтов и обеспечения режима работы выходов триггеров по току. Инвертор 40 и элемент 2ИЛИ-НЕ 41 обеспечивают запуск мультивибратора при поступлении тактового импульса на вход. Импульс с первого выхода мультивибратора (момент t1) изменяет состояние счетчика 23 на единицу, обеспечивая тем самым изменение кода адреса мультиплексоров 24 и подключая соответствующий вход мультиплексора на D-вход соответствующего триггера 27. (На фиг. 6 показано состояние D-входа триггера 27.1 для кодов мультиплексора 24.1 "000" и "001". Счетчик 23 обеспечивает циклический перебор адресов мультиплексоров 24 во всем диапазоне перемещений подвижного элемента). По переднему фронту импульса, поступающего со второго выхода мультивибратора 11 (момент t2) информация с D - входов записывается в триггеры 27, при этом срабатывает блок 8 и блокирует своим сигналом счетчик 23, запоминая адресные и управляющие коды, а информация с выходов триггеров 27 поступает на D - входы триггеров 28, в который она записывается передним фронтом импульса, поступающего на C - вход с выхода 12 (момент t3). Триггеры 28 предварительно обнуляются тактовым импульсом. При появлении на выходах триггеров 28 импульсов (двух логических нулей) тут же срабатывает элемент 29, обнуляя триггеры 27 и разрешая тем самым работу счетчика 23. В момент t4 импульсом с шины тактовых импульсов триггеры 28 обнулятся, формируя тем самым задний фронт фазного импульса. В моменты t5 и t6 последовательность формирования фазных импульсов повторяется. Длительность фазного импульса в этом режиме составляет 0,9t_и. При достижении крайнего положения по срабатыванию двух из трех датчиков предельных перемещений 1, мажоритарный элемент (схема голосования "два из трех"-микросхема 564ЛП13) 2 либо 3 формирует на своем выходе "1", изменяя таким образом состояние триггера 15 на противоположное, что ведет к изменению режима работ счетчика 23 (сложение либо вычитание), и, соответственно, к реверсу БМЭД. При отходе подвижного элемента от конечного положения, определенного установкой соответствующей группой датчиков предельных перемещений, датчики снова размыкаются, при этом триггер 15 "запоминает" информацию о направлении движения до срабатывания следующей группы датчиков предельных перемещений. Назначение резисторов 13 и 14 аналогично 20 и 21. При замыкании датчиков предельных перемещений в любой момент времени, блок формирования дискретных импульсов 9 обеспечивает формирование полного фазного импульса, а затем уже реализует реверс двигателя, что исключает возможную потерю шага и кратковременную потерю направления движения. Следует отметить, что в подобных системах датчики предельных перемещений ("электрический упор") устанавливаются как минимум за шаг до механического упора, чтобы исключить возможные конфликтные ситуации.In cyclic mode, the main purpose of which is to test the resource, the operator, controlling the electronic drive, sets the movable element to one of the extreme positions until the limit movement sensors are closed, turns off the pulse generator, sets the switches 16 and 17 to the "2" and "1" positions, respectively and turns on the generator again. Commands for controlling the movement of the movable element are formed by a waiting asymmetric multivibrator 11, the circuit of which is shown in FIG. 5, and the sequence diagram of the operation of the device in this mode is shown in FIG. 6. The multivibrator 11 contains 30, 31-triggers, 32, 33-resistors, 34-diode, 35-capacitor: - elements of the first timing circuit, 36, 37-resistors, 38-diode, 39-capacitor: - elements of the second timing circuit , 40 - inverter, 41-element 2 OR NOT. When a pulse arrives at the multivibrator 11, the single-vibrator on the trigger 30 generates a pulse with a duration of ≈ 0.1t at the first output of the multivibrator _and , which, charging the capacitor 35, as soon as the operating voltage at the R-input is reached, it flips the trigger 30 to its original state, with a leading edge inverted output pulse from the flip-flop 30 is triggered to trigger a monostable multivibrator 31, which forms the second output pulse of the multivibrator ≈ 1,8 t _and u working analogously 30. elements 33, 35 and 37, 39 respectively serve to define the Call duration pulse elements 32, 34, 36, 38 to form front and ensuring mode triggers current output. The inverter 40 and the element 2 OR NOT 41 provide the start of the multivibrator upon receipt of a clock pulse at the input. The pulse from the first output of the multivibrator (time t1) changes the state of the counter 23 by one, thereby changing the address code of the multiplexers 24 and connecting the corresponding input of the multiplexer to the D-input of the corresponding trigger 27. (Fig. 6 shows the state of the D-input of trigger 27.1 for the multiplexer codes 24.1 are “000” and “001". The counter 23 provides cyclic enumeration of the addresses of the multiplexers 24 in the entire range of movements of the moving element). On the leading edge of the pulse coming from the second output of the multivibrator 11 (time t2), information from the D inputs is recorded in the triggers 27, at the same time, the unit 8 is triggered and the counter 23 is blocked by its signal, remembering the address and control codes, and the information from the outputs of the triggers 27 is received on D - inputs of triggers 28, in which it is written by the leading edge of the pulse received at C - input from output 12 (moment t3). Triggers 28 are pre-zeroed by a clock pulse. When pulses 28 (two logical zeros) appear at the outputs of the triggers, element 29 immediately triggers, resetting the triggers 27 and thereby enabling the operation of the counter 23. At time t4, the triggers 28 are reset to zero by the pulse from the clock bus, thereby forming the trailing edge of the phase pulse. At times t5 and t6, the sequence of phase pulse formation is repeated. The duration of the phase pulse in this mode is 0.9 t _and . Upon reaching the extreme position for the triggering of two of the three maximum displacement sensors 1, the majority element (two-of-three voting scheme-microcircuit 564ЛП13) 2 or 3 forms “1” at its output, thereby changing the state of trigger 15 to the opposite, which leads to to change the operation mode of the counter 23 (addition or subtraction), and, accordingly, to reverse BMED. When the movable element moves away from the end position determined by the installation of the corresponding group of limit movement sensors, the sensors open again, and trigger 15 “remembers” the direction of motion information until the next group of limit movement sensors is triggered. The purpose of the resistors 13 and 14 is similar to 20 and 21. When the limit displacement sensors are closed at any time, the discrete pulse generating unit 9 provides the formation of a full phase pulse, and then implements a motor reverse, which eliminates the possible loss of step and short-term loss of direction of movement. It should be noted that in such systems, limit displacement sensors ("electric stop") are installed at least one step before the mechanical stop in order to exclude possible conflict situations.

В режиме управления от УУ устройство работает в составе контура управления температурой. В этом режиме (переключатели 16 и 17 в положении "1") УУ управляет БМЭД по командам от датчиков температуры (не показаны), команда на реверс БМЭД от датчиков предельных перемещений используется УУ как защитная функция системы. Генератор импульсов в этом случае в составе УУ. In the control mode from the control unit, the device operates as part of a temperature control loop. In this mode (switches 16 and 17 in position "1"), the control unit controls the BMED by commands from temperature sensors (not shown), the command to reverse the BMED from the limit sensors is used by the control unit as a protective function of the system. The pulse generator in this case is part of the UE.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным обладает более высокой надежностью, автономностью, универсальностью и экономичностью, что позволяет с успехом его применять при самых различных режимах работы ЭП в течение всего цикла разработки и эксплуатации электроприводов, построенных с использованием БМЭД. The proposed device, in comparison with the known one, has higher reliability, autonomy, versatility and economy, which allows it to be used with success under various operating modes of electric drives during the entire cycle of development and operation of electric drives built using BMED.

Литература
1. Беленький Ю.М., Зеленков Г.С., Микеров А.Г. Опыт разработки и применения бесконтактных моментных приводов.-Л.: ЛДНТП, 1987.Literature
1. Belenky Yu.M., Zelenkov G.S., Mikerov A.G. Experience in the development and application of contactless torque drives.-L .: LDNTP, 1987.

2. Авторское свидетельство СССР N 1439731, кл. H 02 P 8/00. 2. USSR author's certificate N 1439731, cl. H 02 P 8/00.

3. Авторское свидетельство СССР N 1458964, кл. H 02 P 8/00. 3. Copyright certificate of the USSR N 1458964, cl. H 02 P 8/00.

4. Авторское свидетельство СССР N 951622, кл. H 02 P 8/00. 4. Copyright certificate of the USSR N 951622, cl. H 02 P 8/00.

5. Герман-Галкин С. Г. и др. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями.-Л.: Энергоатомиздат, 1986, с. 55-68. 5. German-Galkin S.G. et al. Digital electric drives with transistor converters.-L.: Energoatomizdat, 1986, p. 55-68.

6. Авторское свидетельство СССР N 1474822, кл. H 02 P 8/00. 6. Copyright certificate of the USSR N 1474822, cl. H 02 P 8/00.

7. Авторское свидетельство СССР N 2041559, кл. H 02 P 8/00. 7. Copyright certificate of the USSR N 2041559, cl. H 02 P 8/00.

Claims

Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее многоканальный усилитель, распределитель импульсов, датчики предельных перемещений, отличающееся тем, что в него введены первый и второй мажоритарные элементы, первый и второй электронные переключатели, блок управления режимами работы, блок блокировки распределителя импульсов, блок формирования дискретных импульсов, элемент задержки, ждущий мультивибратор, при этом датчики предельных перемещений через соответствующие мажоритарные элементы соединены с первым и вторым входами первого электронного переключателя, соединенного выходом с первым входом блока управления режимами работы, первый выход которого соединен с входом задания направления счета распределителя импульсов, выполненного на реверсивном счетчике и четырех восьмиканальных мультиплексорах, причем первый, второй, пятый и шестой каналы первого мультиплексора, второй, третий, шестой и седьмой каналы второго мультиплексора, третий, четвертый, седьмой и восьмой каналы третьего мультиплексора, первый, четвертый, пятый и восьмой каналы четвертого мультиплексора соединены с плюсовой шиной питания, а третий, четвертый седьмой и восьмой каналы первого мультиплексора, первый, четвертый, пятый и восьмой каналы второго мультиплексора, первый, второй, пятый и шестой каналы третьего мультиплексора, второй, третий, шестой и седьмой каналы четвертого мультиплексора и входы разрешения мультиплексоров соединены с минусовой шиной питания, адресные входы мультиплексоров соединены с выходами счетчика, имеющего вход задания направления счета распределителя импульсов, тактовой вход распределителя импульсов и вход разрешения счета распределителя импульсов, одновременно второй и третий выходы блока управления режимами работы соединены с первым и вторым входами второго электронного переключателя соответственно, соединенного инверсным входом с первым входом записи блока формирования дискретных импульсов, а прямым выходом с тактовым входом распределителя импульсов, управляющие выходы которого через блок формирования дискретных импульсов соединены с соответствующими входами многоканального усилителя, при этом информационные выходы блока формирования дискретных импульсов соединены с выходами блока блокировки распределителя импульсов, выход которого соединен с выходом разрешения счета распределителя импульсов, шина тактовых импульсов одновременно соединена с входом предварительной установки блока формирования дискретных импульсов, входом ждущего мультивибратора, соединенного первым и вторым выходами с вторым и третьим входами соответственно блока управления режимами работы и через элемент задержки с вторым входом записи блока формирования дискретных импульсов. A device for controlling a stepper motor containing a multi-channel amplifier, a pulse distributor, limit movement sensors, characterized in that the first and second majority elements, the first and second electronic switches, the operating mode control unit, the pulse distributor blocking unit, the discrete pulse generating unit are introduced into it , a delay element, waiting for a multivibrator, while the sensors of maximum displacements through the corresponding majority elements are connected to the first and second inputs the first electronic switch connected by the output to the first input of the operating mode control unit, the first output of which is connected to the input of the direction of counting of the pulse distributor, made on a reversible counter and four eight-channel multiplexers, the first, second, fifth and sixth channels of the first multiplexer, second, third , the sixth and seventh channels of the second multiplexer, the third, fourth, seventh and eighth channels of the third multiplexer, the first, fourth, fifth and eighth channels of the fourth mult the multiplexer is connected to the positive power bus, and the third, fourth seventh and eighth channels of the first multiplexer, the first, fourth, fifth and eighth channels of the second multiplexer, the first, second, fifth and sixth channels of the third multiplexer, the second, third, sixth and seventh channels of the fourth multiplexer and the resolution inputs of the multiplexers are connected to the negative power bus, the address inputs of the multiplexers are connected to the outputs of a counter having an input for setting the direction of counting of the pulse distributor, clock input of the distributor pulses and the input of the resolution enable of the pulse distributor, simultaneously the second and third outputs of the operating mode control unit are connected to the first and second inputs of the second electronic switch, respectively, connected by an inverse input to the first recording input of the discrete pulse generator, and by a direct output to the clock input of the pulse distributor the outputs of which are connected through the block for generating discrete pulses to the corresponding inputs of a multi-channel amplifier, while the strokes of the discrete pulse generating unit are connected to the outputs of the blocking device of the pulse distributor, the output of which is connected to the output of the pulse resolution of the pulse distributor, the clock pulse bus is simultaneously connected to the input of the preset of the discrete pulse generating unit, the input of the standby multivibrator connected by the first and second outputs to the second and third the inputs, respectively, of the control unit of the operating modes and through the delay element with the second recording input of the discrete and pulses.