CH663701A5

CH663701A5 - Verfahren und einrichtung zur steuerung eines von einer gleichspannung gespeisten schrittmotors.

Info

Publication number: CH663701A5
Application number: CH1796/84A
Authority: CH
Inventors: Pierre Boillat
Original assignee: Sodeco Compteurs De Geneve
Priority date: 1984-04-10
Filing date: 1984-04-10
Publication date: 1987-12-31
Also published as: GB8508597D0; GB2157513A; DE3416980A1; FR2562737A1; JPS60220000A; US4672282A; IT1184396B; GB2157513B; IT8520259A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Steuerung eines von einer Gleichspannung gespeisten Schrittmotors gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 19.

Eine derartige Einrichtung dient z.B. dazu, die Differenz zwischen der mechanischen Winkelstellung des Rotors eines Schrittmotors und dem elektrischen Phasenwinkel des den Schrittmotor steuernden Steuersignals zu ermitteln. Sie kann z.B. zu einem der folgenden Zwecke verwendet werden:

— Anhalten oder Drehrichtung-Umkehrung von Schrittmotoren, die mechanische Anschläge besitzen,

— Drehmoment-Begrenzung bei Verwendung von Schrittmotoren in Systemen, die einen bestimmten Druck erzeugen müssen, oder

— Detektion von Unregelmässigkeiten im Lauf von Schrittmotoren zwecks Korrektur dieser Unregelmässigkeiten.

Aus dem Buch «Proceedings of the third international MO-TORCON ' 82 conférence, Sept. 28-30, 1982, Geneva, Switzer-land» Seite 158 sind verschiedene Beschaltungsarten von Schrittmotoren bekannt.

Aus dem Datenbuch «Linear Integrated Circuits», 1980, Seiten 6-129 bis 6-134, der Firma Motorola, Phoenix, Arizona ist ein «Stepper Motor Driver» vom Typ SAA 1042 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, möglichst aufwandsökonomisch ein Verfahren und eine Schaltung zur Detektion des Drehmomentes eines Schrittmotors zu realisieren, die bei Grossserien verwendet werden kann. Durch Benutzung derartiger Schaltungen in Systemen zum Anhalten von Schrittmotoren, die mechanische Anschläge besitzen, können z.B. bei der Verwendung von mechanisch starren Systemen Schwingungen vom Typ «zwei Schritt vorwärts, zwei Schritt rückwärts» sowie zusätzlicher Lärm vermieden werden. Auch bei mechanisch elastischen Systemen können bedeutende Schwingungen vermieden werden, die durch die Akkumulation potentieller Energie in elastischen Elementen des Systems verursacht werden und die dazu führen können, dass der Schrittmotor abwechselnd zwischen Synchronismus und Nichtsynchronismus hin und her pendelt, so dass der Schrittmotor seine wichtigste Eigenschaft verliert, nämlich ein Digital/Analog-Wandler zu sein.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im

Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. 19 angegebenen Merkmale gelöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung mit einem vierphasigen, einpolig geschalteten Schrittmotor,

Fig. 2 ein zur Schaltung der Fig. 1 zugehöriges Zeitdiagramm verwendeter Impulsfolgen,

Fig. 3 ein vergrösserter Ausschnitt eines Teils des in der Fig. 2 dargestellten Zeitdiagramms,

Fig. 4 eine Auswerteschaltung,

Fig. 5 ein zur Auswerteschaltung zugehöriges Zeitdia-gramm,

Fig. 6 eine weitere Schaltung mit einem vierphasigen, einpolig geschalteten Schrittmotor,

Fig. 7 ein zur Schaltung der Fig. 6 zugehöriges Zeitdiagramm verwendeter Impulsfolgen,

Fig. 8 eine Schaltung mit einem zweiphasigen, zweipolig geschalteten Schrittmotor und

Fig. 9 ein Zeitdiagramm des Spannungsabfalls über einen steuerbaren Schalter.

Gleiche Bezugszahlen bezeichnen in allen Figuren der Zeichnung gleiche Teile.

Die nachfolgend erwähnten Schalter sind z.B. Halbleiterschalter. Diese sind dann im Falle von steuerbaren Schaltern vorzugsweise Transistoren und im Falle von nichtsteuerbaren Schaltern vorzugsweise Dioden. In den Figuren 1, 6 und 8 sind steuerbare erste Schalter Tl, T2, T3 und T4 sowie in der Fig. 8 steuerbare zweite Schalter T5, T6, T7 und T8 als NPN-Transi-storen dargestellt. Es können natürlich auch unter gleichzeitiger Umkehrung der Spannungs- und Dioden-Polaritäten PNP-Transistoren verwendet werden. In den Figuren 1 und 6 sind nichsteuerbare erste Schalter Dl, D2, D3 und D4 als Dioden dargestellt, die als Rückflussdioden wirken.

Der Schrittmotor kann an sich eine beliebige Anzahl Phasen besitzen. Nachfolgend wird das Vorhandensein eines vier- oder zweiphasigen Schrittmotors angenommen.

Die in der Fig. 1 dargestellte Schaltung besteht aus einem Sequenzgeber 1, einem vierphasigen Schrittmotor, der je eine Spule LI, L2, L3 bzw. L4 pro Phase besitzt, vier steuerbaren ersten Schaltern Tl, T2, T3 und T4, vier nichsteuerbaren zweiten Schaltern Dl, D2, D3 und D4, einer Zenerdiode ZD, einem Widerstand R und einer Diode D. Der Sequenzgeber 1 ist an sich bekannt und z.B. vom Typ SAA 1042 der Firma Motorola. Er besitzt einen Takteingang 2, der von einem Taktsignal U2 gespeist ist. Ein erster Pol einer jeden Spule LI, L2, L3 und L4 ist einerseits mit Hilfe je eines steuerbaren ersten Schalters TI, T2, T3 bzw. T4 direkt auf einen ersten, in diesem Fall negativen und an Masse liegenden Pol einer Gleichspannung U3 geschaltet. Der erste Pol einer jeden Spule LI, L2, L3 und L4 ist anderseits noch zusätzlich mit Hilfe je eines nichtsteuerbaren zweiten Schalters Dl, D2, D3 bzw. D4 über einen für alle Phasen gemeinsamen Strompfad auf den gleichen ersten Pol der Gleichspannung U3 geschaltet. Der zweite Pol einer jeden Spule LI, L2, L3 und L4 besitzt keine Schalter. Die Gleichspannung U3 speist den Schrittmotor, indem ihr zweiter, im Falle der Zeichnung positiver Pol über einen Speisepol 3 der in der Fig. 1 dargestellten Schaltung auf die miteinander verbundenen zweiten Pole der vier Spulen LI, L2, L3, L4 geführt ist. Der für alle Phasen gemeinsame Strompfad besteht, beginnend beim zweiten Schalter Dl, D2, D3 bzw. D4, aus einer Zenerdiode ZD, die mit einem nachfolgenden Widerstand R in Reihe geschaltet ist. Bei einer positiven Gleichspannung U3 ist die Anode der Zenerdiode ZD mit einem Pol des Widerstandes R verbunden. Dem Widerstand R ist z.B. eine in Durchlassrichtung gepolte Diode D parallel geschaltet. Der Sequenzgeber 1 besitzt vier Steueraus-gänge 4, 5, 6 und 7, die je auf einen Steuereingang der steuer5

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baren ersten Schalter Tl, T2, T3 bzw. T4 geführt sind. Einer der beiden Pole des Widerstandes R bildet den Ausgang 8 der in der Fig. 1 dargestellten Schaltung.

Auf der ersten Zeile der Fig. 2 ist das Taktsignal U2, auf der zweiten bis fünften Zeile je eines der Steuersignale U4, U5, Ue bzw. U7 der Steuerausgänge 4, 5, 6 bzw. 7 des Sequenzgebers 1 und auf der sechsten Zeile das Ausgangssignal Us am Ausgang

8 der in der Fig. 1 dargestellten Schaltung wiedergegeben.

Das Taktsignal U2 besteht aus sehr kurzen, rechteckförmi-gen und positivgehenden Impulsen. Seine Frequenz ist viermal so hoch wie diejenige der Steuersignale U4, U5, Uö und IJ7, die alle vier die gleiche Frequenz besitzen. Die Steuersignale U4, U5, Uß und U7 bestehen ebenfalls alle aus rechteckförmigen positivgehenden Impulsen, die allerdings einen «duty cycle» von 50% besitzen. Ein Steuersignal U4, U5, Uö bzw. U7 ist jeweils gegenüber dem vorhergehenden um eine Viertelperiode zeitverschoben. Das Ausgangssignal Us besteht aus sehr kurzen, nicht-rechteckförmigen und positivgehenden Impulsen, deren sehr steile Vorderflanke jeweils mit der Vorderflanke des zugehörigen Impulses des Taktsignals U2 zeitlich übereinstimmt.

In der Fig. 3 ist ein vergrösserter, annähernd eine Periode dauernder Zeitabschnitt des Taktsignals U2 und des Ausgangssignals Us dargestellt. Das Ausgangssignal Us ist für drei Fälle wiedergegeben:

— Als voll durchgezogene Kennlinie A, wenn der Schrittmotor im Leerlauf betrieben ist. In diesem Fall ist die Dauer des Ausgangsimpulses an der Basis gemessen gleich t.

— Als gestrichelte Kennlinie B, wenn der Schrittmotor belastet ist.

— Als gestrichelt-punktierte Kennlinie C, wenn der Schrittmotor mitgezogen wird, d.h. wenn er als Bremse wirksam ist.

Die in der Fig. 4 dargestellte Auswerteschaltung 9; 10; 11 besteht in der angegebenen Reihenfolge aus der Kaskadenschaltung eines Komparators 9, eines Multivibrators 10 und eines zwei Eingänge aufweisenden Gatters 11, wobei ein erster Eingang des Gatters 11 direkt mit dem Ausgang des Komparators 9 verbunden ist, während der andere zweite Eingang der Bildung der Kaskadenschaltung dient. Die Auswerteschaltung 9; 10; 11 wird z.B. am Ausgang 8 der in der Fig. 1 dargestellten Schaltung angeschlossen, indem der Ausgang 8 mit dem invertierenden Eingang des Komparators 9 verbunden wird. Der nichtin-vertierende Eingang des Komparators 9 liegt an einer Spannung mit einem vorgegebenen positiven Pegel URef. Der Komparator

9 besitzt z.B. als Speisespannung die Gleichspannung U3. Der Multivibrator 10 ist z.B. ein monostabiler Multivibrator und das Gatter 11 ein Und-Gatter, wenn positivgehende Ausgangsimpulse, bzw. ein Nand-Gatter, wenn negativgehende Ausgangsimpulse erzeugt werden sollen. Der Multivibrator 10 kann auch ein astabiler Multivibrator und das Gatter 11 ein Und-Gatter mit einem nachgeschalteten, nicht dargestellten Zähler sein.

In der Fig. 5 ist auf der Zeile 1 das Ausgangssignal Us der in der Fig. 1 dargestellten Schaltung, auf der Zeile 2 die Ausgangsspannung U9 des Komparators 9, auf der Zeile 3 die Ausgangsspannung Uio eines monostabilen Multivibrators 10 und auf der Zeile 4 die Ausgangsspannung Un eines Nand-Gatters 11 dargestellt. Auf der Zeile 1 wurde beim ersten Impuls angenommen, dass der Schrittmotor ein Drehmoment M besitzt, das kleiner als ein positiver Referenzwert Ml ist, und er z.B. entsprechend der Kennlinie C der Fig. 3 als Bremse wirksam ist, und beim zweiten Impuls, dass er ein Drehmoment M besitzt, das grösser als der positive Referenzwert Ml ist, und er somit entsprechend der Kennlinie B der Fig. 3 als belasteter Motor arbeitet. Mit andern Worten: Der erste dargestellte Impuls des Ausgangssignals Ug ist breiter als der zweite dargestellte Impuls. Um Zeitdiagramm des Ausgangssignals Us wurde ausserdem noch als gestrichelte Horizontale der vorgegebene Pegel URef dargestellt. Die Ausgangsspannung U9 und Un bestehen aus rechteckförmigen negativgehenden und die Ausgangsspannung Uio aus rechteckförmigen positivgehenden Impulsen.

Die in der Fig. 6 dargestellte Schaltung ist ähnlich aufgebaut wie die in der Fig. 1 dargestellte Schaltung. Nur hier ist der erste Pol einer jeden Spule LI, L2, L3 und L4 mit Hilfe seiner beiden Schalter Tl, Dl, T2, D2, T3, D3 bzw. T4, D4 auf unterschiedliche Pole der Gleichspannung U3 geschaltet. Der in der Fig. 1 mit einem Pol des Widerstandes R verbundene Pol der Zenerdiode ZD ist nicht mehr auf den Widerstand R, sondern auf den in der Darstellung der Fig. 6 positiven Pol der Gleichspannung U3 geführt, so dass der zweite Schalter Dl, D2, D3 bzw. D4 einer jeden Phase jeweils über den für alle Phasen gemeinsamen Strompfad, nämlich die Zenerdiode ZD, mit dem ihm zugehörigen Pol der Gleichspannung U3 verbunden ist. Der erste Schalter Tl, T2, T3 bzw. T4 einer jeden Spule LI, L2, L3 bzw. L4 ist dagegen seinerseits jeweils über den für alle Phasen gemeinsamen Widerstand R mit dem ihm zugehörigen, an Masse liegenden Pol der Gleichspannung U3 verbunden. Einer der beiden Pole des Widerstandes R bildet diesmal den Ausgang 12 der dargestellten Schaltung. Auch hier kann dem Widerstand R eine nicht dargestellte, in Durchlassrichtung gepolte Diode parallel geschaltet werden. Das Ausgangssignal am Ausgang 12 ist mit U12 bezeichnet.

Das in der Fig. 7 dargestellte Zeitdiagramm entspricht annähernd dem in der Fig. 3 dargestellten Zeitdiagramm, nur dass das auf der zweiten Zeile dargestellte Ausgangssignal U12 diesmal negativgehende Impulse besitzt.

Die in der Fig. 8 dargestellte Schaltung besteht aus dem Sequenzgeber 1, einem zweiphasigen Schrittmotor mit je einer Spule LI bzw. L2 pro Phase, vier steuerbaren ersten Schaltern TI bis T4, vier steuerbaren zweiten Schaltern T5 bis T8, acht Rückflussdioden Dl bis D8 und einem Ausgangswiderstand R. Jeder der beiden Pole einer jeden Spule LI und L2 besitzt je zwei steuerbare Schalter Tl, T5 bzw. T3, T7 bzw. T2, T6 bzw. T4, T8 und je zwei Rückflussdioden Dl, D5 bzw. D3, D7 bzw. D2, D6 bzw. D4, D8, wovon die eine Hälfte jeweils den betreffenden Pol der Spule direkt mit einem Pol der Gleichspannung U3 und die andere Hälfte jeweils den betreffenden Pol der Spule über den-für alle Phasen gemeinsamen Widerstand R mit dem anderen Pol der Gleichspannung U3 verbindet. Einer der beiden Pole des Widerstandes R bildet auch hier den Ausgang 12 der Schaltung. Der Sequenzgeber 1 besitzt diesmal neben seinem Takteingang 2 acht Steuerausgänge, die mit je einem Steuereingang der acht steuerbaren Schalter TI bis T8 verbunden sind. Auch hier kann dem Widerstand R eine nicht dargestellte, in Durchlassrichtung gepolte Diode parallel geschaltet werden.

Auch am Ausgang 12 der in den Figuren 6 und 8 dargestellten Schaltungen kann die in der Fig. 4 dargestellte Auswerteschaltung angeschlossen werden. Der Ausgang 12 ist allerdings dann mit dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators 9 zu verbinden, während diesmal der invertierende Eingang des Komparators 9 an der Referenzspannung URef liegt.

Das in der Fig. 9 dargestellte Zeitdiagramm der Spannungen

Utì, mit i = 1, 2, 3 8, entspricht annähernd dem in der

Fig. 7 dargestellten Zeitdiagramm des Ausgangssignals U12 , nur dass jeder negativgehende Impuls hier auch negative Werte annimmt. Die Auswertung der Ausgangsspannungen Utì erfolgt gleich wie diejenige des in der Fig. 7 dargestellten Ausgangssignals U12. Die Spannungen Utì stellen jeweils den Spannungsabfall über einem der steuerbaren Schalter TI bis T8 dar.

Das Verfahren zur Steuerung des Schrittmotors besteht darin, dass Schaltimpulse ermittelt werden, deren Dauer eine Funktion des Drehmomentes M des Schrittmotors sind, und dass anschliessend die Dauer eines jeden Schaltimpulses bei einem vorgegebenen Pegel URef ermittelt wird zur anschliessenden Erzeugung von mindestens einem Ausgangsimpuls pro Schaltimpuls am Ausgang des Gatters 11 (siehe Fig. 4). Die Schalt-

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impulse werden durch das Umschalten der Spulen LI, L2, L3 und L4 des Schrittmotors erzeugt. Sie sind z.B. in der Fig. 1 Impulse eines Stromes, der mindestens in einer Rückflussdiode Dl, D2, D3 bzw. D4 fliesst, und in den Figuren 6 und 8 Impulse eines Differenzstromes, der gleich ist der Differenz zwischen dem in einer Spule LI, L2, L3 bzw. L4 und dem in der spulenzugeordneten Rückflussdiode Dl, D2, D3 bzw. D4 fliessenden Strom. Im Fall der Fig. 1 ist den Strömen in den Rückflussdioden Dl, D2, D3 und D4 ein für alle Phasen gemeinsamer Strompfad zugeordnet, der mindestens aus einer Zenerdiode ZD und einem mit dieser in Reihe geschalteten Widerstand R besteht. In den Figuren 6 und 8 ist den Differenzströmen alle Phasen ein für alle Phasen gemeinsamer Strompfad zugeordnet, der mindestens aus dem Widerstand R besteht. Die Speisung der Phasen des Schrittmotors mit der Gleichspannung U3 erfolgt in diesem Fall über den für alle Phasen gemeinsamen Widerstand R. Die Schaltimpulse können auch als Spannungen Utì an einem oder an den beiden Polen von mindestens einem der steuerbaren Schalter TI bis T8 abgegriffen werden. In diesem Fall stellt mindestens einer der beiden Pole von mindestens einem der steuerbaren Schalter TI bis T8 einen Ausgang der Schaltung zur Ermittlung der Schaltimpulse dar. Die Schaltung zur Ermittlung der Dauer eines jeden Schaltimpulses bei einem vorgegebenen Pegel URef und zur anschliessenden jeweiligen Erzeugung von mindestens einem Ausgangsimpuls ist die Auswerteschaltung 9; 10; 11. In der Fig. 1 ist der Ausgang 8 und in den Figuren 6 und 8 der Ausgang 12 ein weiterer jeweils möglicher Ausgang der Schaltung zur Ermittlung der Schaltimpulse.

Die in der Fig. 1 dargestellte Schaltung arbeitet folgender-massen: Das Taktsignal U2 wird im Sequenzgeber 1 auf an sich bekannte Weise in vier Steuersignale U4, U5, Uö und U7 umgewandelt, deren zeitlicher Verlauf aus der Fig. 2 ersichtlich ist. Besitzen diese Steuersignale den Logik wert «1», so werden die zugehörigen steuerbaren ersten Schalter Tl, T2, T3 bzw. T4 leitend und nehmen die zugehörigen Spulen LI, L2, L3 bzw. L4 in Betrieb. Es sind jeweils immer nur zwei Spulen gleichzeitig in Betrieb. Nach Ablauf einer Periode des Taktsignals wird eine der beiden Spulen ausser Betrieb gesetzt und gleichzeitig eine andere in Betrieb genommen. Durch die Ausserbetriebsetzung der einen Spule fliesst deren Strom im ersten Augenblick voll über die zugehörige Rückflussdiode, d.h. über den zugehörigen zweiten Schalter Dl, D2, D3 bzw. D4, und über die Zenerdiode ZD sowie den Widerstand R ab gegen Masse, um dann anschliessend mit einer Zeitkonstante abzuklingen. Der Spannungsabfall dieses Stromes im Widerstand R ist gleich dem Ausgangssignal Us und wird durch die leitende Diode D, falls vorhanden, auf einen Wert von annähernd 0,7 V begrenzt. Das Ausgangssignal Us besteht somit aus einer Reihe nichtrechteck-förmiger positivgehender Impulse.

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, stimmt die vordere Flanke dieser Impulse mit der vorderen Flanke des zugehörigen Impulses des Taktsignals U2 überein. Die zeitliche Breite der Ausgangsimpulse ist abhängig von der Last des Schrittmotors und kann daher dazu benutzt werden, das wirksame: Drehmoment M des Schrittmotors zu ermitteln oder mit einem Grenzwert Ml zu vergleichen. Das letztere geschieht mit Hilfe der in der Fig. 4 dargestellten Auswerteschaltung 9; 10; 11. Im Komparator 9 der Auswerteschaltung 9; 10; 11 wird das Ausgangssignal Ug mit einem vorgegebenen Pegel URef verglichen, die z.B. dem Grenzwert Ml entspricht. URef hat einen Wert kleiner 0,7 V, z.B. gleich 0,2 V. Überschreitet das Ausgangssignal Us nun die Referenzspannung URef, so erscheint, wie aus der Fig. 5 ersichtlich, für die Dauer dieser Überschreitung am Ausgang des Komparators 9 ein digitaler negativgehender Impuls der Dauer Tb. Die Dauer Tb ist von der Breite der Impulse des Ausgangssignals Us und damit vom wirksamen Drehmoment M abhängig. Die Dauer Tb ist somit unterschiedlich für die beiden in der Fig. 5 dargestellten Impulse der Ausgangsspannung U9 des

Komparators 9. Die negativgehende vordere Flanke der Impulse der Ausgangsspannung U9 starten jeweils den Multivibrator 10 (siehe Fig. 4), dessen Ausgangsspannung Uio aus positivgehenden digitalen Impulsen konstanter Zeitdauer tc besteht, die bei Verwendung eines monostabilen Multivibrators als Referenzzeitwert dient. Die positivgehenden Flanken von Uio stimmen zeitlich mit den negativgehenden Flanken von U9 überein.

Ist Tb & Tc, wie dies beim ersten Impuls in der Fig. 5 der Fall ist, dann besitzen die beiden Eingänge des Gatters 11 nie gleichzeitig den Logikwert «1», so dass die Ausgangsspannung Un des Gatters 11 bei Verwendung eines Nand-Gatters konstant gleich dem Logikwert «1» ist.

Ist dagegen Tb < tc, so besitzen nach Ablauf der Dauer Tb und vor Beendigung der Dauer tc die beiden Eingänge des Gatters 11 kurzzeitig gleichzeitig einen Logikwert «1», so dass für diese Zeit tx = tc - Tb die Ausgangsspannung Un des Nand-Gatters auf den Logikwert «0» heruntergeht. Un besitzt somit während dieser Zeit einen kurzen negativgehenden Impuls der Dauer tx (siehe vierte Zeile der Fig. 5, zweiter Impuls).

Ist der Multivibrator 10 ein monostabiler Multivibrator,

wird somit die Dauer eines jeden Schaltimpulses beim vorgegebenen Pegel URef mit dem Referenzzeitwert tc verglichen und für jeden Schaltimpuls ein einziger Ausgangsimpuls erzeugt, wenn die Dauer des Schaltimpulses den Referenzzeitwert tc erreicht.

Ist dagegen der Multivibrator 10 ein astabiler Multivibrator, so wird die Dauer eines jeden Schaltimpulses dadurch ermittelt, dass das Gatter 11 die vom astabilen Multivibrator erzeugten Taktimpulse während der Dauer des Schaltimpulses freigibt, so dass die freigegebenen Taktimpulse anschliessend vom Zähler gezählt werden können.

Durch eine Regelung der Dauer tx kann der Pegel des Drehmomentes M vorbestimmt werden, bei dem ein Signal am Ausgang der Auswerteschaltung 9; 10; 11 erscheint, und so z.B. der Schrittmotor angehalten werden, bevor er ausser Synchronismus gerät. Diese Regelung und damit auch das ganze Verfahren können z.B. mit Hilfe eines Mikrocomputers realisiert werden. Dann ist der Multivibrator 10, das Gatter 11, der Sequenzgeber

I und falls vorhanden der Zähler in der Regel ein Teil dieses Mikrocomputers und es wird für die Auswerteschaltung 9; 10;

II nur mehr der Komparator 9 benötigt, der z.B. vom Typ LM 393 der Firma National Semiconductor ist.

Die in der Fig. 6 dargestellte Schaltung arbeitet ähnlich wie diejenige, die in der Fig. 1 dargestellt ist. Die zweiten Schalter Dl, D2, D3 und D4, sowie die gemeinsame Zenerdiode ZD arbeiten hier als einfache Rückflussdioden. Der Motorstrom, der wie bereits erwähnt immer nur durch zwei der vier Spulen LI, L2, L3 und L4 fliesst, durchfliesst normalerweise den Widerstand R, in dem er einen Spannungsabfall erzeugt, der z.B. durch eine Diode D auf 0,7 V begrenzt wird, so dass die Ausgangsspannung U12 einen hohen Wert besitzt. Wird jetzt zu beginn eines Impulses des Taktsignals U2 eine der beiden leitenden Spulen ausser Betrieb gesetzt, so fliesst deren Strom direkt über die Rückflussdioden ab, so dass die Spannung über dem Widerstand R kurzzeitig abnimmt und auf einen Wert von z.B. 0,4 V reduziert wird. Da gleichzeitig aber eine andere zweite Spule wieder in Betrieb genommen wird, steigt der Strom im Widerstand R anschliessend wieder mit einer Zeitkonstante an, so dass die Ausgangsspannung U]2 wieder ihren ursprünglichen Wert von 0,7 V annimmt. Mit anderen Worten: Die Ausgangsspannung U12 ähnelt der Ausgangsspannung Us, nur dass ihre Impulse von 0,7 V bis 0,4 V negativgehend und diejenigen der Ausgangsspannung Us von 0 V bis 0,7 V positivgehend sind. Auch hier sind die Breiten der Impulse des Ausgangssignals U12 vom wirksamen Drehmoment M des Schrittmotors abhängig-

Die in der Fig. 8 dargestellte Schaltung arbeitet ähnlich wie diejenige, die in der Fig. 6 dargestellt ist. Ihr Ausgangssignal

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Ui2 ist annähernd gleich dem in der Fig. 7 dargestellten Ausgangssignal UI2.

Wird mit einer der in den Figuren 6 oder 8 dargestellten Schaltungen die in der Fig. 4 dargestellte Auswerteschaltung verwendet, so muss der vorgegebene Pegel URef einen Wert zwischen 0,4 V und 0,7 V besitzen, dies unter der Voraussetzung, dass eine Diode D parallel zum Widerstand R geschaltet ist.

Bisher wurde der vorgegebene Pegel URef als konstant angenommen. Soll die Dauer rx = tc - Tt, temperato- oder speisespannungsunabhängig sein, so ist dies leicht zu realisieren, indem der Pegel URef temperatur- bzw. speisespannungs-abhängig erzeugt wird. Um der Auswerteschaltung 9; 10; 11 in diesem Fall eine grössere Empfindlichkeit gegenüber Schwankungen des Pegels URef zu geben, ist es von Vorteil, zwischen der in der s Fig. 1, der Fig. 6 oder der Fig. 8 dargestellten Schaltung zur Ermittlung von Schaltimpulsen und der nachfolgenden Auswerteschaltung 9; 10; 11 zur Ermittlung der Dauer eines jeden Schaltimpulses einen nicht dargestellten Integrator zu schalten, um die Flanken der Ausgangssignale Us bzw. U12 weniger steil 10 zu machen.'

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3 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Steuerung eines von einer Gleichspannung (U3) gespeisten Schrittmotors, der eine Spule (LI, L2, L3, L4) pro Phase besitzt und dem pro Spule (LI, L2, L3, L4) mindestens eine Rückflussdiode (Dl, D2, D3, D4) und mindestens ein steuerbarer Schalter (Tl, T2, T3, T4) zugeordnet sind, wobei alle steuerbaren Schalter (Tl, T2, T3, T4) von einem Sequenzgeber (1) gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltimpulse ermittelt werden, deren Dauer eine Funktion des Drehmomentes (M) des Schrittmotors sind, und dass die Dauer eines jeden Schaltimpulses bei einem vorgegebenen Pegel (URef) ermittelt wird zur anschliessenden jeweiligen Erzeugung von mindestens einem Ausgangsimpuls, der Steuerzwecken dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer eines jeden Schaltimpulses bei einem vorgegebenen Pegel (URef) dadurch ermittelt wird, dass die Dauer mit einem Referenzzeitwert (rc) verglichen wird, und dass für jeden Schaltimpuls ein einziger Ausgangsimpuls erzeugt wird, wenn die Dauer des Schaltimpulses den Referenzzeitwert (tc) erreicht.

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PATENTANSPRÜCHE

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer eines jeden Schaltimpulses bei einem vorgegebenen Pegel (URef) dadurch ermittelt wird, dass während der Dauer des Schaltimpulses Taktimpulse freigegeben und die freigegebenen Taktimpulse anschliessend gezählt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltimpulse durch das Umschalten der Spulen (LI, L2, L3, L4) des Schrittmotors erzeugt werden.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltimpulse Impulse sind eines Stromes, der mindestens in einer Rückflussdiode (Dl, D2, D3, D4) fliesst.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Strömen in den Rückflussdioden (Dl, D2, D3, D4) ein für alle Phasen gemeinsamer Strompfad zugeordnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung des gemeinsamen Strompfades mindestens eine Zenerdiode (ZD) mit einem Widerstand (R) in Reihe geschaltet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Widerstand (R) des gemeinsamen Strompfades noch eine Diode (D) in Durchlassrichtung parallel geschaltet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltimpulse Impulse sind eines Differenzstromes zwischen dem in einer Spule (LI, L2, L3, L4) und dem in der spulenzugeordneten Rückflussdiode (Dl, D2, D3, D4) fliessenden Strom.

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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass den Differenzströmen aller Phasen ein für alle Phasen gemeinsamer Strompfad zugeordnet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Strompfad mindestens aus einem Widerstand (R) besteht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Widerstand (R) des gemeinsamen Strompfades noch eine Diode (D) in Durchlassrichtung parallel geschaltet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass den Strömen in den Rückflussdioden (Dl, D2, D3, D4) ein für alle Phasen gemeinsamer Strompfad zugeordnet wird, der mindestens aus einer Zenerdiode (ZD) besteht.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltimpulse mindestens an einem der beiden Pole von mindestens einem der steuerbaren Schalter (Tl, T2, T3, T4) abgegriffen werden.

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15. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltimpulse mindestens an einem der beiden Pole des Widerstandes (R) abgegriffen werden.

16. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltimpulse mindestens an einem der beiden Pole des Widerstandes (R) abgegriffen werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Pol einer jeden Spule (LI, L2) des Schrittmotors mindestens je zwei steuerbare Schalter (TI, T5; T3, T7; T2, T6; T4, T8) und mindestens je zwei Rückflussdioden (Dl, D5; D3, D7; D2, D6; D4, D8) zugeordnet werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es mit Hilfe eines Mikrocomputers realisiert wird.

19. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Schaltung zur Ermittlung von Schaltimpulsen enthält, deren Dauer eine Funktion des Drehmomentes (M) des Schrittmotors sind, und dass die Einrichtung eine Schaltung besitzt zur Ermittlung der Dauer eines jeden Schaltimpulses bei einem vorgegebenen Pegel (URef) und zur anschliessenden jeweiligen Erzeugung von mindestens einem Ausgangsimpuls, der Steuerzwecken dient.

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20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zur Ermittlung der Dauer eines jeden Schaltimpulses bei einem vorgegebenen Pegel (URef) und zur anschliessend jeweiligen Erzeugung von mindestens einem Ausgangsimpuls einen Komparator (9) enthält, von dem ein Eingang am vorgegebenen Pegel (URef) liegt und dessen Ausgang einerseits direkt mit einem ersten Eingang eines Gatters (11) sowie anderseits über einen Multivibrator (10) mit einem zweiten Eingang des Gatters (11) verbunden ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Multivibrator (10) ein monostabiler Multivibrator ist und das Gatter (11) ein Und-Gatter ist bei der Erzeugung positivgehender Ausgangsimpulse bzw. ein Nand-Gatter ist bei der Erzeugung negativgehender Ausgangsimpulse.

22. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Multivibrator (10) ein astabiler Multivibrator ist und das Gatter (11) ein Und-Gatter ist, dem ein Zahler nachgeschaltet ist.

23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückflussdioden (Dl, D2, D3, D4) aller Phasen über einen für alle Phasen gemeinsamen Strompfad mt einem Pol der speisenden Gleichspannung (U3) verbunden sind.

24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Strompfad eine Zenerdiode (ZD) enthält, die mit einem Widerstand (R) in Reihe geschaltet ist.

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25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass dem Widerstand (R) des gemeinsamen Strompfades noch eine Diode (D) in Durchlassrichtung parallel geschaltet ist.

26. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Strompfad mindestens eine Zenerdiode (ZD) enthält.

27. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisung der Phasen des Schrittmotors mit der Gleichspannung (U3) über einen für alle Phasen gemeinsamen Widerstand (R) realisiert ist.

28. Einrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisung aller Phasen des Schrittmotors mit der Gleichspannung (U3) über einen für alle Phasen gemeinsamen Widerstand (R) realisiert ist und dass jedem Pol einer jeden Spule (LI, L2) des Schrittmotors mindestens je zwei steuerbare Schalter (Tl, T5; T3, T7; T2, T6; T4, T8) und mindestens je zwei Rückflussdioden (Dl, D5; D3, D7; D2, D6; D4, D8) zugeordnet sind, wovon die eine Hälfte jeweils den betreffenden Pol der Spule direkt mit einem Pol der Gleichspannung (U3) und die andere Hälfte jeweils den betreffenden Pol der Spule über den für alle Phasen gemeinsamen Widerstand (R) mit dem anderen Pol der Gleichspannung (U3) verbindet.

29. Einrichtung nach einem der Ansprüche 24, 25, 27 bzw. 28, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Pole des Widerstandes (R) den Ausgang der Schaltung zur Ermittlung der Schaltimpulse darstellt.

30. Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass dem Widerstand (R) eine Diode (D) in Durchlassrichtung parallel geschaltet ist.

30

35

40

45

50

55

60

65

31. Einrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Pole von mindestens einem der steuerbaren Schalter (TI bis T8) einen Ausgang der Schaltung zur Ermittlung der Schaltimpulse darstellt.

32. Einrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Sequenzgeber (1), der Multivibrator (10) und das Gatter (11) ein Teil eines Mikrocomputers ist.

33. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Sequenzgeber (1), der Multivibrator (10), das Gatter (11) und der Zähler ein Teil eines Mikrocomputers ist.

34. Einrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schaltung zur Ermittlung von Schaltimpulsen und der Schaltung zur Ermittlung der Dauer eines jeden Schaltimpulses ein Integrator zwischengeschaltet ist.