CH448241A - Einrichtung zum Verstärken des von einem elektrischen Schrittmotor abgegebenen Momentes - Google Patents

Description

      Einrichtung    zum Verstärken des von einem elektrischen Schrittmotor abgegebenen Momentes    Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ver  stärken des von einem elektrischen Schrittmotor abgege  benen Momentes.  



  Die bekannten durch elektrische Pulse     fortgeschalte-          ten    Schrittmotoren haben den Nachteil, dass die mögliche  Schrittfrequenz in hohen Masse von der anzutreibenden  Schwungmasse und dem benötigten Drehmoment abhän  gig ist.  



  Man hat daher elektrohydraulische Schrittmotoren,  sogenannte Pulsmotoren verwendet, bei denen das Mo  ment hydraulisch verstärkt wird.  



  Ein derartiger Pulsmotor hat aber den Nachteil, dass  eine nicht immer erwünschte hydraulische Einrichtung  an der Arbeitsmaschine vorhanden sein muss und dass  sich ausserdem die Regel- und     Verstärkereigenschaften     des Pulsmotors kaum verändern lassen.  



  Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, das  Moment eines elektrischen Schrittmotors mit elektrischen  Mitteln in einfacherer und betriebssicherer Weise zu ver  stärken. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch  gelöst, dass zwischen dem Schrittmotor und einem zwei  ten, zur Abgabe des verstärkten Drehmomentes bestimm  ten Elektromotor eine     Drehwinkeldifferenzmesseinrich-          tung    geschaltet ist, deren Ausgangssignal den zweiten  Elektromotor steuert. Da hierbei die vom Schrittmotor  angetriebene Schwungmasse der Winkelmesseinrichtung  äusserst klein gehalten werden kann, ist gewährleistet,  dass diese sofort den Eingangspulsen des Schrittmotors  entsprechende Befehle an den zweiten Elektromotor gibt.

    Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Gegen  standes der Erfindung ergibt sich dadurch, dass der  Schrittmotor mechanisch mit einem mit Wechselspan  nung gespeisten     Geberdrehmelder    und der zweite Elek  tromotor mechanisch mit einem     Empfängerdrehmelder     gekuppelt ist und das Ausgangssignal der aus Geber  und     Empfängerdrehmelder    bestehenden     Drehmelderkette     den zweiten Elektromotor steuert.

   Die Regeldynamik die  ser beschriebenen Einrichtung lässt sich noch dadurch  verbessern, dass dem     Winkelregelkreis    ein     Geschwindig-          keitsregelkreis    zugeordnet ist, der seine Führungsgrösse    aus einem     Puls-Spannungsumsetzer    erhält, der mit dem  Eingang des Schrittmotors zusammengeschaltet ist, und  wobei dann das Ausgangssignal des     Winkelregelkreises     als Korrektursignal für den     Geschwindigkeitsregelkreis     dient.

   Eine wesentliche Vereinfachung des Anmeldungs  gegenstandes, die für viele Aufgaben ausreicht, lässt sich  noch dadurch erreichen, dass der Schrittmotor mecha  nisch mit einem mit Wechselspannung gespeisten Phasen  schieber gekuppelt ist, dessen Ausgang mit dem Eingang  eines mechanisch mit dem zweiten Elektromotor     gekup-          pelten    Phasenschiebers verbunden ist, dessen Ausgangs  signal seinerseits den Steuersatz einer den zweiten Elek  tromotor speisenden     Stromtorschaltung    steuert, die an  der gleichen Wechselspannung wie der erstgenannte Pha  senschieber liegt.

   Auch hierbei lässt sich die Schnellig  keit der Regelung dadurch verbessern, dass der Steuer  satz eine durch     Differentiation    der Eingangspulse des  Schrittmotors gewonnene zusätzliche Steuergrösse erhält.  



  Das Verständnis der Erfindung ergibt sich anhand  eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei  spiels:  Bei der in     Fig.    1 gezeigten Schaltung, die     z.B.    zum  Steuern des Schlittens einer Werkzeugmaschine dient,  wird der elektrische Schrittmotor 1 mit Pulsen gespeist,  die     z.B.    von einem     Interpolator    einer Bahnsteuerung  stammen. Der Rotor des Schrittmotors 1 ist mechanisch,       evtl.    über ein Getriebe, mit dem Rotor 5 eines Geber  drehmelders 2 gekuppelt.

   Dieser Rotor 5 trägt eine ein  phasige Wicklung, die mit einer hochfrequenten Wechsel  spannung von     z.B.    10     kHz    gespeist wird; der     Stator    6  besitzt drei um je 120  gegeneinander versetzte Wick  lungen, die in Stern geschaltet sind. In diesen     Stator-          wicklungen    werden Spannungen induziert, deren Grösse  ausser von der speisenden Wechselspannung noch von  der geometrischen Lage,     d.h.    von dem Drehwinkel des  Rotors, abhängt. Die Wicklungsenden des Geberdreh  melders 2 sind mit drei Wicklungen im     Stator    7 des  gleichartig aufgebauten     Empfängerdrehmelders    3 ver  bunden.

   Im Rotor 8 wird dadurch eine Fehlerspannung  induziert, die von seinem Drehwinkel abhängt. Der Ro-           tor    8 ist über ein Getriebe 9 mit der Welle eines Gleich  strommotors 4 gekuppelt, der eine Spindel eines Werk  zeugschlittens oder dergleichen antreibt.  



  Durch phasenrichtige Gleichrichtung erhält man aus  der Fehlerspannung unmittelbar Richtung und Grösse  der Abweichung des     Winkelistwertes    (Winkellage des  Rotors 8) vom vorgegebenen     Winkelsollwert    (Winkellage  des Rotors 5). Die aus dem     Empfängerdrehmelder    3 ent  nommene Fehlerspannung wird zu diesem Zweck über  einen Verstärker 11 und Demodulator 12 einem Winkel  regler 13 als phasenrichtiges     Gleichspannungssignal    zu  geführt. Stimmt die Winkellage des Rotors 5 mit der  Winkellage des Rotors 8 überein, so ist die Fehlerspan  nung Null und der Winkelregler 13 erhält kein Signal.  Durch den Winkelregler 13 könnte nun der Gleichstrom  motor 4 stets derart gesteuert werden, dass die Fehler  spannung stets gegen Null geht.  



  Zum Verbessern der Regeldynamik ist dem geschil  derten     Winkelregelkreis    jedoch noch ein     Geschwindig-          keitsregelkreis        unterlagert.    Der Geschwindigkeitsregler 14  des     Geschwindigkeitsregelkreises    erhält seine     Führungs-          grösse    vorzeichenrichtig aus einem     Frequenz-Spannungs-          umsetzer    20, in dem die gleichen Pulse, die dem Schritt  motor 1 zugeführt werden, eingeleitet werden.

   Diese     Füh-          rungsgrösse    wird mit einem     Istwertsignal    verglichen, wel  ches von einer mit dem Gleichstrommotor 4 gekuppelten       Tachometermaschine    10 geliefert wird. Das vom Win  kelregler 13 kommende Signal dient dabei als Korrek  turwert für den Geschwindigkeitsregler 14 wird der an  ein     Wechselspannungsnetz    angeschlossene Gleichrichter  satz 15, der     z.B.    mit gesteuerten     Siliziumgleichrichtern     aufgebaut sein kann, ausgesteuert, der seinerseits den  Ankerkreis des konstant erregten Gleichstrommotors 4  speist.  



  Vorteilhaft hat bei der hier geschilderten Einrichtung  der Geschwindigkeitsregler 14     JPD-Verhalten    und der  Winkelregler 13     JP-Verhalten.     



  Der in     Fig.    1 gezeigte dynamisch optimale Regelkreis,  bei dem die Ausgangsgrösse fast     trägheitslos    der     Ein-          gangsgrösse    folgt, kann für viele Aufgaben wesentlich  vereinfacht werden, wenn ein reines     Proportionalverhal-          ten,    wie dies auch bei dem     hydraulischen    Momentver  stärker vorhanden ist, ausreicht, oder wenn ein reines       PD-Verhalten    genügt.     Fig.    2 zeigt den Aufbau dieser  Schaltung. Mit dem Schrittmotor 1 ist ein Phasenschieber  16, der     z.B.    dreiphasig aufgebaut sein kann, gekuppelt.

    Am     Phasenschiebereingang    liegt die Netzspannung       U,    = U"     sin    w t. Der Phasenschieber, der     z.B.    aus einem  geeigneten Drehmelder bestehen kann, speist mit seiner  Ausgangsspannung U, =     U"        sin        (w    t     +    a 1) wobei a 1  dem Drehwinkel des Phasenschiebers 1 entspricht, einen  weiteren     Phasenschieber    17. Dieser Phasenschieber ist  mechanisch über ein Getriebe 22 mit einem Gleichstrom  motor 4 gekuppelt.

   Die Ausgangsspannung dieses Pha  senschiebers     U=    =     U"        sin        (w    t +     a    1 -     a    2), wobei     cc    2  der Drehwinkel des Phasenschiebers 17 ist, liegt am Git  tersteuersatz 18 der     Stromtorschaltung    21. Stimmt die  Phasenlage der Phasenschieber 16 und 17 überein, ist  also x 1 = x 2, so ist die Ausgangsspannung des Phasen  schiebers 17 phasengleich mit der die Stromtore speisen  den Wechselspannung. Bei geeigneter     Beschaltung    des  Gittersteuersatzes 18 ist dann das Ausgangssignal 0.

   Liegt  eine Abweichung vor, x 1     *    a 2, so wird der Zündwinkel    für die Zündung der Stromtore je nach Abweichung mehr  oder weniger so verschoben, dass die Abweichung wieder  zu 0 wird.  



  Durch Einblenden eines Differentialanteils in den  Steuersatz, der     z.B.    durch     Differentiation    der Pulse in  einem     Differenzierglied    19 gewonnen werden kann, lässt  sich die Dynamik dieser Einrichtung noch wesentlich ver  bessern.  



  Die gezeigte Schaltung lässt sich in den verschieden  sten Einzelheiten abwandeln;     z.B.    kann jeder Phasen  schieber für sich an das Netz gelegt werden und mit der  Differenz der     Phasenschieberausgangsspannungen    ge  steuert werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Einrichtung zum Verstärken des von einem elektri schen Schrittmotor abgegebenen Momentes, dadurch ge kennzeichnet, dass zwischen dem Schrittmotor (1) und einem weiteren, zur Abgabe des verstärkten Drehmo mentes bestimmten Elektromotor (4) eine Drehwinkel- differenzmesseinrichtung (2, 3) geschaltet ist, deren Aus gangssignal den zweiten Elektromotor (4) steuert. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass der Schrittmotor (1) mechanisch mit einem mit Wechselspannung gespeisten Geberdrehmelder (2) und der Elektromotor (4) mechanisch mit einem Emp- fängerdrehmelder (3) gekuppelt ist und das Ausgangs signal der aus Geber- und Empfängerdrehmelder be stehenden Drehmelderkette den Elektromotor steuert (Fig. 1). 2.

   Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass der Schrittmotor (1) mechanisch mit einem mit Wechselspannung gespeisten Phasenschieber (16) ge kuppelt ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines me chanisch mit dem zweiten Elektromotor (4) gekuppelten Phasenschiebers (17) verbunden ist, dessen Ausgangs signal seinerseits den Steuersatz (18) einer den zweiten Elektromotor (4) speisenden Stromtorschaltung (21) steuert, die an der gleichen Wechselspannung wie der erstgenannte Phasenschieber (16) liegt. (Fig. 2). 3. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelregel kreis einem Geschwindigkeitsregelkreis zugeordnet ist. 4.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteran spruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Geschwindig- keitsregelkreis die Führungsgrösse aus einem Puls-Span- nungsumsetzer (20) erhält, der mit dem Eingang des Schrittmotors (1) zusammengeschaltet ist und das Aus gangssignal des Winkelregelkreises als Korrektursignal für den Geschwindigkeitsregelkreis dient. 5. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteran spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuersatz (18) eine durch Differentiation der Eingangspulse des Schrittmotors (1) gewonnene zusätzlichen Steuergrösse erhält.