CZ9602002A3 - Method of setting micro-steps of a stepping motor - Google Patents

Description

Oblast techniky »,

Vynález se týká způsobu nastavení mikrokroků krokového motoru, zejména krokového motoru s drápkovými póly, s řídicí jednotkou, která vysílá do krokového motoru proudové, popřípadě napěťové, impulsy jako sled impulsů s průběhem podobným sinusoidě, čímž se rotor krokového motoru otáčí v mikrokrocích, přičemž mechanický úhel natočení krokového motoru se zjišťuje prostřednictvím snímače úhlového natočení (kodéru), a přičemž řídicí jednotka vytvoří rozdíl mezi elektrickým fázovým úhlem a mechanickým úhlem natočení krokového motoru, a přičemž řídicí jednotka vytvoří z tohoto rozdílu podle předem stanoveného algoritmu korigovaný signál pro krokový motor.

přístrojů, neboli přístrojů vozidlech., se doposud vedle bimetalových přístrojů

Dosavadní stav techniky

Pro pohon ručkových s ukazatelem, .zejména ve mechanických tachometrů, a magnetoelektrických přístrojů používají převážně poměrová měřicí ústrojí s otočným magnetem (DQM). v poslední době se však pro pohon ruček, zvláště v Evropě, stále více prosazují krokové motory (dvoufázové). Takové krokové motory se používají jednak jako přímé pohony (NMB) a jednak, s výhodou, jako převodové motory (výrobce Switec und VDO).

Pro přímý pohon se z úsporných důvodů a z hlediska kroutícího momentu doposud používají výlučně krokové motory s drápkovými. póly (Tin-Can-). Tyto motory-však u kroků,- jejichž

I úhlová velikost je obvykle od 7,5’ do 15’, vyžadují pro potřebné rozlišení o velikosti asi 0,1 ovládání v mikrokrokovém provozu. Standardní typy krokových motoru, které se v současné době vyrábějí ve velkých sériích, však mají silně nelineární závislost mezi elektrickým fázovým úhlem a mechanickým výstupním úhlem, .takže klasické sinusové ovládání způsobuje zcela neoddiskutovatelný trhavý pohyb ruček. Příčinou tohoto jevu je, kromě jiného, okamžik klidu mezi mechanickým pohybem motorů.

V současné době existují speciální optimalizované typy, které mají vlastnosti rovnoměrného chodu přijatelné i pro sinusové ovládáni. Tyto motory však mají při zvýšených konstrukčních nárocích horší mechanické charakteristické údaje než odpovídající standardní typy. Přesto vsak není činnost těchto motorů v požadovaném rozsahu teplot a napětí zcela uspokojivá. Kromě toho tyto motory vyžadují pro nastavení nuly, respektive kontrolu polohy, použití přídavných čidel, například Hallova čidla IC.

Podstata vynálezu . odstraňuje zejména jednotkou, způsob nastavení krokového motoru která vysílá do

Výše uvedené nedos.tatky mikrokroků krokového .motoru, s drápkovými póly, s řídicí krokového motoru proudové, popřípadě napěťově, ' impulsy jakosled impulsů s průběhem podobným sinusoidě, čímž se_v rotor krokového motoru otáčí v mikrokrocích, přičemž mechanický úhel 1 natočení krokového motoru se zjišúuje prostřednictvím snímače úhlového natočení (kodéru), a přičemž řídicí jednotka vytvoří, rozdíl mezi elektrickým fázovým úhlem a mechanickým úhlem natočení krokového motoru, a přičemž řídicí jednotka vytvoří z tohoto rozdílu podle předem stanoveného algoritmu korigovaný signál pro krokový motor, podle vynálezu, jehož podstatou je, že řídicí jednotka nejprve vytvoří korekční koeficienty,_t přičemž se zobrazí alespoň jedna periodicita rozdílu korekčních koeficientů a řídicí jednotka potom při zahrnutí těchto korekčních koeficientů vytvoří korigovaný signál pro krokový motor, který se použije pro další činnost krokového motoru.

Výhodou způsobu nastavení mikrokroků krokového motoru podle vynálezu je, že korekcí hnacích impulsů může být použit zvlᚍ jednoduchý kodér (digitální snímač úhlu natočení), který je velmi levný, takže není dražší než čidlo, kterým se zjišťuje nulová poloha krokového motoru. Vedle nulové polohy je proto možno zjišťovat i pohyb krokového motoru a především je možno způsob podle vynálezu použit rovněž pro korekci činnosti krokového motoru v mikrokrocích, přičemž potřebné rozlišení je daleko přesnější než u klasických regulačních způsobů. Tím je možno pohánět krokový motor, například ' . ?

s rozlišením 0,1’ , i když použitý snímač úhlu natočení nemůže $ toto vysoké rozlišení přeměřit. 7 '

Výhodná provedení způsobu podle vynálezu jsou uvedena v závislých patentových nárocích. M · 'fr

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr, 1 znázorňuje první blokové schéma podle dosavadního stavu techniky, obr. 2 první graf, obr. 3 druhý graf, obr. 4 druhé blokové schéma, obr. 5 třetí blokové schéma, obr. 6a a 6b vždy druhý graf, obr. 7 čtvrté blokové schéma, obr. 8 páté blokové schéma, obr. 9 třetí graf, obr. 10 čtvrtý graf a obr. 11 pátý graf.

Příkladv provedeni vynálezu _______________První „blokové-..schéma - podle -obr.--l- představuje-·- známý..........

t krokový motor 2, na jehož hřídeli je upevněn kodér neboli snímač 4. úhlu natočení. Snímač 4 úhlu natočeni má pevnou světelnou závoru 6, kterou procházejí značky kódového kotouče

7,* který je pevně spojen s hřídelem kotvy krokového motoru 2·

Na hřídeli je upevněn například ještě ukazatel 8 ve formě ručky zobrazovacího přístroje, který je přiřazen nehybnému kotouči 5 se stupnicí. Zobrazovacím přístrojem může být například přístrojová deska motorového vozidla. Do krokového motoru 3 jsou z koncového stupně 2 přiváděny proudové impulsy, které jsou vytvářeny předřazenou řídicí jednotkou 1. Známá řídicí jednotka 1 porovnává v součtovém bodu 10 požadovanou hodnotu 11 s hodnotou změřenou snímačem 4 úhlu natočení a řídí, neboli reguluje, proud do koncového stupně 2. Toto blokové ' schéma odpovídá známému způsobu- regulace· pro ^pohon.....* krokového motoru v mikrokrocích.

Na obr. 2 je znázorněn první graf, v němž je vynesen, rozdíl. Ar_m mezi skutečným a ideálním mechanickým, úhlem. Γ ve formě relativních kroku v závislosti na elektrickém fázovém úhlu. r_el. U nekorigované křivky 20 je patrné, že rozdíl jednotlivých elektrických fázových úhlu je relativně velký. U korigované křivky 21,, u níž byla provedena korekce -pr-os-tř-edn-ic-tv-ím. čtyř .až. .p.ét.i. Fourjerových koeficientů, nastává jen velmi malý rozdíl.

Na obr. 3 je znázorněn druhý gráf,'na němž' se změřená - - — charakteristika 30 pro úhlovou chybu neboli rozdíl, AX_m porovnává s rekonstruovanou charakteristikou 21, která byla zjištěna podle čtyř Fourierových koeficientů a₂, b₂, a₄, b₄. >

Na obr. 4 je znázorněno jako první příklad vynálezu druhé blokové schéma pro krokový motor 2; ^u něhož je řídicí jednotka opatřena korekčním stupněm 40'. V korekčním stupni 40 jsou zjištěné Fourierovy koeficienty vytvořeny podle zjednodušené

Fourierovy syntézy, jejichž vytvoření bude ještě později blíže objasněno.

Na obr. 5 je znázorněno třetí blokové schéma, u něhož je blokové schéma podle obr. 4 doplněno o adaptivní přizpůsobeni 41 koeficientů. V součtovém bodě 10 se signály snímače 4 úhlu natočení porovnávají s požadovanými hodnotami 11. Podle výsledku se ž paměti koeficientů stále zjišťují aktuální hodnoty, které se přivádějí pro korekci do korekčního stupně

40.

Obr. 6a znázorňuje druhý graf, u něhož je zobrazeno tvoření korekčních hodnot. Horní křivka odpovídá úhlové rozteči na kódovém kotouči 7 snímače 4 úhlu natočení. Přitom snímač 4. úhlu natočení vydává ideální, respektive reálné, signály, které odpovídají oběma níže znázorněným křivkám. U sousední křivky se ze změřených signálů snímače £ úhlu natočení vytvoří korekční hodnoty, které budou později blíže objasněny. Tyto korekční hodnoty se potom prostřednictvím reálných signálů mění konečně na korekční hodnoty, které jsou znázorněny v dolní křivce.

Nyní bude objasněn způsob korekce.

Způsob podle vynálezu vychází z předpokladu, že jednoduchý (popřípadě jednokanálový) kodér (digitální snímač úhlu natočení) není o mnoho dražší než obvyklé čidlo nulové polohy. Kodér může být kromě nastaveni nulové polohy použit ještě ke kontrole pohybu (vlastní diagnóza) a především rovněž ke korekci činnosti v mikrokrocích, přičemž potřebné rozlišení je daleko jemnější než rozlišení nutné u klasických způsobů regulace (viz základní konstrukce podle obr. 1).

Z malého rozlišení úhlů levných kodérů nutně vyplývá to, že při pomalé činnosti krokových motorů mají impulsy _______kodérů v podstatě..příliš.._ve.lkou periodu, . než aby...mohl signál

6' o úhlovém natočení sloužit pro klasickou regulaci. Aby tomu tak nebylo, používají se následující způsoby.

A. Zvýšení rozlišení analogovým vyhodnocením signálů z kodéru podle dosavadního stavu techniky u vysoce kvalitních skleněných měřítek. Toto zvýšení vyžaduje analogově digitální přeměnu signálů a navíc buď použití relativně přesnějšího snímače nebo náročnější (digitální) korekci signálů.

Signál z kodéru přitom slouží pouze k adaptivnímu sledování parametrů, které ovlivňují způsob korekce, a je proto z hlediska časového a úhlového rozlišení . velmi nepodstatný. Pro takový postup (na rozdíl od A a B) rovněž postačí popřípadě“ jeden kodér s pouze— jediným·-kanálem. Nevýhoda však spočívá, v tom, že poruchy regulační dráhy mohou být vyrovnány jen- do.· té . míry, jak mohou, být z korekčních parametrů zjištěny. To platí sice relativně dobře'.pro

- v úvodu zmíněné nelinearity, podmíněné elektromagneticky,

-úhlové odchylky podmíněné nevyvážeností, avšak nikoli pro

- stochastické poruchy (například trhavý posuv),

- místn.í-.po.r.uchy....(.u.v.á.z.nutí). ..............

Předložený vynález odpovídá způsobu c. Podle dosavadních zkušeností s přímým pohonem krokovéhomotoru převážně dominují’ periodické nelinearity oproti všem ostatním rušivým vlivům, takže od regulace ostatních poruch je možno zcela upustit.

Podle jednoho příkladu provedení se předpokládá, že chyba jediného pohonu může být dostatečně přesně popsána jen. se 4 až 5 Fourierovými koeficienty, takže pro tyto koeficienty je zapotřebí jen velmi malé paměti (RAM).

1. Nejprve byla prováděna .měřeni skutečně vzniklých úhlových odchylek dvoufázových krokových motoru s drápkovými póly s navazující Fourierovou analýzou. Výsledkem toho bylo zjištění, že u těchto odchylek silně dominuje 4. harmonická ovládači frekvence (vztaženo náelektrické cykly, takže 4. harmonická tedy odpovídá frekvenci kroků). Tyto odchylky odpovídají průběhu spouštěcího momentu. Další měřitelná odchylka odpovídá frekvenci cyklů 2. harmonické (poloviční frekvenci kroků) a je pravděpodobné způsobena nesymetriemi mezi oběma magnetickými obvody.

Ke korekci takto zjištěných periodických odchylek jsou proto zapotřebí pouze čtyři Fourierovy koeficienty (a₂, b₂, a₄, b₄).

Na obr. 3 je znázorněna například změřená charakteristika (úhlová chyba neboli rozdíl Δ nad absolutním úhlem F_e^)’ a — .Λ rekonstruovaná charakteristika podle zjištěných 4 Fourierových ' $ koeficientů. i J

2. Harmonická korekce jako klasické řízení

Tyto koeficienty mohou být nyní určeny jedině například . jf při montáži, popřípadě kontrole elektromechanického systému a naprogramovány do řízení (obr. 4). Výhodou tohoto způsobu je, že zjišťování úhlu nemusí být nutně zabudováno do každého vyrobeného systému, nýbrž z hlediska nákladů s výhodou jedině ve zkušebním zařízení. Nevýhodou tohoto způsobu však je to, že posuny ve skutečných koeficientech (teplota, napájecí napětí, stárnutí) nemusí být zjišťovány.

3. Harmonická korekce jako adaptivní řízení

U adaptivního neboli přizpůsobivého provedení pro každý jednotlivý systém je zapotřebí alespoň jednoho jednoduchého kodéru (obr ..„5).__ Systém .je potom s ..vhodným ..softwarem, schopen.___________j sám přizpůsobit koeficienty, k čemuž je v praxi zapotřebí maximálně jedné otáčky ručky. Veškeré posuny periodických poruch se potom zjišťují stále a korekční koeficienty se příslušně přizpůsobí. Tím vznikne, korekce..,, která ..je.,..optimální., z hlediska životnosti. Pro vyhodnocení stále zjišťovaných

odchylek je možno s výhodou použít určité systému.	vlastní	diagnózy
Kodér může být současně využit pro bodu, například ve spojení s dorazem.	zj istění	nulového
4. Korekce hystereze
Popsaný typ. krokového motoru má z	principu	určitou

hysterezi, obvykle asi 1’. Tato hystereze může být zohledněna u obou. korekčních . principů, přičemž případná nadměrná kompenzace vede u klasického řízení k extrémně neklidnému chodu ručky. U adaptivního řízení je rovněž možno hysterezi stále dodatečně měřit a vhodným způsobem korigovat.

V každém případě by mohlo být výhodným to, když se napodobí skutečná závislost hystereze.na. reverzovaném úhlu, což je podmíněno magnetickou hysterezi, jednoduchým matematickým modelem.

^- ”5.” Praktické-možnosti--uskutečnění. ..........

Popsané způsoby korekce byly naprogramovány pro mikroovladač a ve spojeni s modulací šířkou impulsů (PWM) použity pro ovládání krokového motoru. Pro provedení způsobů levnými procesory s omezeným výpočetním výkonem se doporučují některá opatřeni týkající se softwaru:

- zobrazení odchylek a korekčních koeficientů jako celočíselných veličin s maximální šířkou slova 8 bitů vhodnou změnou měřítka,

- výpočet úhlových funkcí pomocí příslušných tabulek,

- výpočet Fourierových koeficientů a z nich korekčních hodnot pro úplný elektrický cyklus pouze ve větších časových, popřípadě úhlových, intervalech (například 100 ms nebo Í5’), vynesení korekčních hodnot do tabulky,

- případná lineární interpolace uvnitř určitých úhlových rozsahů,

- u velkých úhlových rychlostí je možno adaptivní komponentu deaktivovat. Tím se za ¹ prvé uspoří doba výpočtu, která je se vzrůstající úhlovou rychlostí stále více kritická, a za druhé se platnost statické korekční charakteristiky při vysokých úhlových rychlostech již neosvědčila jako dostatečná.

- U velmi velkých úhlových zrychlení by měla být adaptivní komponenta rovněž deaktivována, protože je opět ohrožena platnost charakteristiky.

Doplňující úvahy ϋ jednoduchých kodérů existuje principiálně ješté problém v tom, že rovněž jejich signály jsou zatíženy systematickými chybami, které se navíc s teplotou a stárnutím silně posunují. Pro kompenzaci těchto chyb je možno použít následující způsoby:

A. Použití středních hodnot dvou sousedních spínacích bodů SP jednoho kanálu A kodéru místo spínacích bodů samotných. Tím se jednoduchým způsoben eliminuje (obr. 6a) největší část (symetrických!) posunů. Tento způsob by však nebyl použitelný u klasické regulace, protože korigovaná změřená hodnota (střední hodnota jednoho minulého a jednoho budoucího měření) může být zjištěna teprve s časovým •posunutím. Jako úhlový základ- pro sdělení může být použit například elektrický úhel r_c|, jehož rozlišeni je ve smyslu vynálezu podstatně větší než rozlišeni kodéru. Použití- tohoto způsobu předpokládá, že rozteč__kodéru... neodpovídá... periodě.

odchylky nebo jejímu násobku.

B. Tento způsob může být modifikován do té míry, . že ze zjištěné délky--horních, - popřípadě .dolních, period signálu z kodéru se určí korekční hodnota pro čela impulsů, která se vždy zohlední při vyhodnocení (obr. 6b).

C. Jako zevšeobecnění těchto obou jednoduchých způsobů by mohl být při vhodném určení rozteče kodéru použit způsob korelace na úhly kroků krokového motoru, který z překročeného úhlového rozsahu vypočítá jak chybu krokového motoru, tak . i chybu kodéru.

Teoretické úvahy k přikladu provedení. „ t

V následujícím budou uvedeny všeobecné teoretické základy kompenzace periodických odchylek.u regulačních drah.

Regulační dráha s přenosovou funkcí Fg se v tomto případě skládá z krokového motoru 3. s koncovým stupněm 2 a z mechanického systému, sestávajícího z hřídele, ukazatele 8 a kódového kotouče 7 (viz obr. 1). Přitom nelinearity, které mají být kompenzovány, pocházejí prakticky výlučně z přenosové funkce krokového motoru 3.·

Známe-li dostatečně přesně přenosovou funkci Fg dráhy., .je.. možno teoreticky předřazením inverzní přenosové funkce Fg^-1 vytvořit požadovaný celkový přenos Γ_η/Γ'_θ1 = 1. (Pokud není udáno nic jiného, jsou úhly £_el, Γ1 *_cl vyjádřeny v jednotkách mechanického úhlu r_m (krocích). Za výše uvedených předpokladů tedy regulace není v mezním případě nutná.

Avšak

- přenos po dráze nemůže být zjištěn libovolné přesně,

- nezávisle na tom není možno inverzní přenosovou funkci

F_s ^-1 analyticky určit, popřípadě ji lze sice určit, avšak nikoli přesně uskutečnit, a vlastnosti přenosové funkce F_s, a proto i. inverzní přenosové funkce F_s ^-1 se mohou v čase měnit (například teplotními- vlivy, stárnutím), takže je v praktickém použití nutná zpětná vazba, která muže být v nejširším smyslu označena jako regulace (obr, 8):

Z toho je možno odvodit následující schéma dění:

1) snímání vlastností dráhy,

2) (přibližný) výpočet inverzní přenosové funkce Fg“¹,

3) sledování parametrů přenosové funkce Eg”¹ podle regulační odchylky ^r'_e]_ “ při činností prostřednictvím vhodného algoritmu.

Pro uvažovaný rozsah dynamiky postačí dostatečně přesné zjištění statické úhlové odchylky. Tato charakteristika musí tedy být zjištěna a z ní se vypočítá modifikované ovládání a algoritmus pro změnu této modifikace je dán způsobem činnosti.

Důležitou mezní podmínkou přitom je to, že modifikovaná inverzní přenosová funkce F_s ^_1 je dostatečné vyhlazenou funkci, takže je možno zjistit náhodné chyby, protože chod ručky by jinak byl neklidný (obr. 8), což je nežádoucí.

Pro splněni těchto podmínek se vypočítá Fourierova transformovaná veličina úhlové odchylky podle obr. 12. Protože délka periody základního kmitání a harmonických je známá, postačí rozvoj odchylky, neboli rozdílu Δ F_m, ^ve Fourierově řadě. Pro rozvoj až k K-té harmonické je zapotřebí snímaných hodnot (2K + 1). Ve výpočetním programu se sejme N = 64 hodnot na elektrickou periodu, ačkoli Fourierova řada se rozvine jen až do páté harmonické. Tím se dosáhne aproximace křivky_ve smyslu metody nejmenších čtverců (sdělení). Další důvod pro

N = 64 spočívá ve snížení potřebných násobeni/dělení v průběhu provádění programu. Chyba se· přitom udává v jednotkách kroky. Ze snímání elektrické—periody byla zjištěna například následující sada snímaných hodnot:

ΑΓ n

ΑΓ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

12 10 8 6 6 7 7 8 9 11 12 13 13 11 10

17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 23 29 30 31

5 320 0 1 3 5 8 9 11 13 14 15 15

33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

14 12 10 8 7 7 8 10 11 12 14 14 14 13 10

49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 .62 63

7 3 1 0 0 1 2 5 7 9 12 14 15 15 14 (Pro oba -směry otáčení krokového motoru se zjistí vždy jedna sada snímaných hodnot.)

Výpočet. Fourierových koeficientů a_k, analýza):

b_k (= Fourierova

Γθι (n) = n.* 32. (Γ_&1 v krocích, sinové rozlišení: 2048 kroků)

N-l - - a_k = 2/N * Σ Ar_m(n) * cos(k*r_el(n)) pro k = 0,1.. K n=0

N-l b_k = 2/N * Σ ΑΓ_η(η) * sin(k*r_el(n)) pro k = 1..K n=0

N: počet snímaných hodnot K: maximální index harmonických

Z příkladné sady snímaných hodnot proto vyplývá:

k	0 1	2 3	4
ak	17,63 -0,3880	2,871 0,2139	2,250
bR	0,0 -0,3914	2,337 -0,1496	-4,675
k	5 6	7 8	9
ak	-0,1199 0,2904	-0,1558 0,2225	-0,07786
bk	-0,1392 0,4147	-0,1018 0,1547	-0,03751

Pro znázornění je na obr. 9 vynesena amplituda C_k = T(a²K + b²k).

Rekonstrukce periodické funkce ^rm^^rel) umožňuje rovnici (4.2.1) (- Fourierova syntéza):

r_m(^rel ^ao/^{2 +} + Σ a_k * cos (k*r_el) + Σ b_v * sin(k*r_ol ) k=l k=i el· (4.2.1)

Pro dostatečně přesnou rekonstrukci přitom postačí koeficienty pro hodnoty k, rovnající se 0, 2, 4, jak ukazuje srovnání původní odchylky s takto rekonstruovanou odchylkou (obr. 3): celá informace o odchylce je obsažena v 5 koeficientech, které při uskutečnění ve formě programu potřebují odpovídající menší místo v paměti RAM (5 bytů při uloženi do paměti pod označením char).

Z odchylky je možno nyní vytvořit modifikované ovládání (Fg’¹): vyjádří-li se podle předpokladů elektrický úhel v krocích, vznikne rovnice (4.2.2):

^rm “ ^rel ⁺ ^^rm <^reP (4.2.2)

Je požadována veškerá činnost motoru, která múze být popsána vztahem tedy přímou úměrnosti mezi (předem daným) úhlem Γ'_θ]_ a výsledným úhlem Γ .

el el ^{+ Ar}m<^rel>

(4.2.4)

Z předem daného úhlu ^r’el by tedy musela být z rovnice (4.2.4) zjištěna skutečná přenosová funkce F_e|, přičemž potom by byla splněna rovnice (4.2.3). To.vyžaduje výpočet inverzní funkce k rovnici (4.2.4).

el = f(r_el) ->

el el

UF sice existuje, (jednoznačnost), avšak nemůže být analyticky určena.

Přibližné řešení by sice mohlo být vypočítáno například iteračním způsobem, s ohledem na uskutečnění je však tento výpočetní., a tudíž časové náročný, způsob' málo vhodný. Vhodnějším .s<^. zdá. _být proto_ přibližné_ řešení, u něhož se stanoví:

Δ r.

el·

........(4:275) proto vyplývá z rovnice (4.2.4) el el + A-r_m (f el (4.2.6)

Při daném r'_el je možno proto vypočítat jednoduchým způsobem ovládací hodnotu přenosové funkce ^rep Protože pro toto ovládání však není vypočítáno UF, vytvoří tento způsob principiální trvalou chybu:

Rovnice (4.2.2):

^rm ~ ^rel ⁺ r_m (Γ_θ1)

Použitím rovnice (4.2.6) vznikne:

^rm = ^r’el - ^^rmf^r'el) + ^m^el ’ Γ_η(Γ'_6ΐ)) (4.2.7a) tedy:

^rm = ^r'el ^{+ rf}<^r'el> (4.2.7b) vedle požadovaného přímo úměrného výrazu Γ'_θ^ tedy vznikne na pravé straně rovnice (4.2.7) ještě trvalá chyba rf(r'_el):

rf(r-_el) = -ΑΓ,(Γ'_β1) + ΔΓ„,(Γ·_β1 - 4Γ_η(Γ'_β1)) • -ί rf(r'ei) vznikne tedy tím, že chybová funkce zl r_m(r_gl) je vyhodnocena jednak na místě a jednak na modifikovaném místě Γ'_θ1 - ΑΓ^ίΓ'θ^) a vytvoří se rozdíl obou funkčních hodnot.

-> rf(r'_el) « ΔΓ_Π( Γ'_θ1), čímž je doložena principiální schopnost tohoto způsobu. Informace o kvalitě tohoto způsobu mohou být získány pomocí simulace. Na obr. 10 a 11 jsou znázorněny výsledky maticové simulace pro úhlovou chybu a pro úhlovou rychlost (W_son = o,5rad/s) při korigovaném a nekorigovaném ovládání.

Adaptivní komponenta:

Poslední popisovaný způsob vychází z předpokladu, že charakteristická křivka úhlové chyby zůstává konstantní i v

delších časových úsecích. U skutečného krokového motoru však existuje možnost, že křivka se v důsledku různých vlivů {například teploty, stárnutí) méni. Aby bylo ovládání vády optimální, musí být tyto změny zohledněny. Za tím účelem se nabízejí principiálně dvě možnosti.

1) Řízené sledování koeficientů a^, b^.

Jsou-li známé všechny relevantní vlivy, jakož i závislost křivky chyb způsobených těmito vlivy, je možno provádět řízené sledování koeficientů aj,,, b^ údaji z čidla (například teplotního čidla), které jsou tak jako tak k dispozici.

2) Zjišťování a zpracování v reálném čase setrvalé křivky chyb, která vznikne při ovládání prostřednictvím korigovaných hodnot, čímž dochází ke stálé modifikaci koeficientů a^, b^.

Návrh 2) odpovídá předloženému vynálezu podle obr. 5, přičemž regulační schéma je znázorněno na obr. 8. Při uskutečnění je nutno zohlednit různé aspekty:

1) Při činnosti není možné provádět periodicky nové snímání charakteristiky chyb, protože by to znamenalo.ovládání pomocí nekorigovaných hodnot.

2) -Při činnosti je neustále, možné, obrácení směru otáčení, to znamená, že i u korigovaného ovládání není možné vyjít z toho, že elektrické periody proběhnou úplně a z toho je možno vypočítat celkovou korekci. Spíše je nutno zpracovat jednotlivé izolované změřené hodnoty regulační odchylky tak, že vznikne sledování ovládací korekce. Za tím účelem je navržen následující způsob: Když je při činnosti ovládán elektrický úhel, u něhož byla při původním snímání křivky chyb vytvořena snímaná hodnota, vytvoří se nejprve regulační odchylka diff = Γ'_θ| “ (v krocích). Je-li n indexem snímané hodnoty, 1 řídicí proměnná pro stav po první změně, potom platí:

ΑΓ_τη(η)¹⁺¹·« ár^n)¹ + diff(n) což odpovídá výše uvedeným úvahám. Z toho vyplývá modifikace k-tého koeficientu n-tou snímanou hodnotou:

3]ζ¹⁺¹ = ak¹+2/N*(-A rm(h)¹*cos{k*rel(n) )+Arm(n)^]-⁺¹*cos(k*rel(n)) aj^+í/N* diff(n) * cos(k*r_e|(n)) (4.2.8a), podobně platí pro b_k

1+1.

bi bj^ + 2/N diff(n)*sin(k*r_el(n)) (4.2.8b).

Znalost poslední hodnoty chyb Δ r_m(n)tedy není nutná. Proto byly nalezeny jednoduché způsoby k modifikaci koeficientů a_k, b^. Vhodnou volbou parametrů a faktorů’pro stanovení měřítka je možno v programu ADAP ušetřit dvě ze tří násobení a dělení uvedených v rovnici (4.2.8a, 8b). Jako důkaz použitelnosti tohoto způsobu mohou, být v programu předem všechny koeficienty a_k, b_k, jakož i všechny snímané hodnoty, opatřeny 0, čímž z počátku vznikne ovládání s nekorigovanou křivkou. V průběhu způsobu se při některých elektrických periodách programem automaticky zjistí koeficienty a_k, b_k, a proto i modifikované ovládání inverzní přenosovou funkcí F_s ^_1. Chod ručky je potom stejný jako při provádění původního způsobu, při němž se nejprve celkové zjistila a provedla se u ní Fourierova transformace, způsob adaptace účinný teprve při ovládání korigovaných hodnot.

křivka chyb a tím byl pomocí již

Závěrem je nutno poukázat ještě na to, že v zásadě je uvažovaný způsob adaptace použitelný i pro nižší rozsah dynamiky, nabývají motoru a rozsah by

Je-li motor provozován ve vyšším rozsahu dynamiky, dynamické momenty stále většího vlivu na činnost nesmějí být proto již více zohledňovány. Pro tento proto měla být adaptivní část způsobu vyřazena.

Claims (11)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob nastavení mikrokroků krokového motoru (3), zejména krokového motoru s drápkovými póly, s řídicí jednotkou (1), která vysílá do krokového motoru (3) proudové, popřípadě napětové, impulsy jako sled impulsů s průběhem· podobným sinusoidě, čímž se rotor krokového motoru (3) otáčí v mikrokrocích, přičemž mechanický úhel (F_m) natočení krokového motoru (3) se zjistuje prostřednictvím snímače (4) úhlového natočení (kodéru), a přičemž řídicí jednotka (1) vytvoří rozdíl {Δr_m) mezi elektrickým fázovým úhlem (F_ej) a mechanickým úhlem (r_m) natočení krokového motoru (3), a přičemž řídicí jednotka (1) vytvoří z tohoto rozdílu ( Δ. r_m) podle předem stanoveného algoritmu korigovaný signál pro krokový motor (3), vyznačující se tím, že řídicí jednotka (l) nejprve vytvoří korekční koeficienty, přičemž se zobrazí alespoň jedna periodicita rozdílu (Δ r_m) korekčních koeficientů a řídicí jednotka (1) potom při zahrnutí těchto korekčních koeficientů, vytvoří korigovaný signál pro krokový motor (3), který se použije pro další činnost krokového motoru (3).
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozdíly (A.r_m) několika elektrických cyklů krokového motoru (3) slouží ke zjištění korekčních koeficientů pro elektrický cyklus krokového motoru (3).
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj ící se tím, že korekční koeficienty zahrnují Fourierovy koeficienty rozdílu (ΔΓ^).
4. 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se vytvoří Fourierovy koeficienty pro druhou a čtvrtou harmonickou rozdílu (Δr_m).

   *^··* * ¹ i
5. 5. Způsob podle jednoho z nároků l až 4,vyznačující se tím, že řídicí jednotka (1) zapisuje korekční koeficienty do paměti (41).
6. 6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že korekční koeficienty se určí jednorázově a uloží do paměti (41) řídicí jednotky (1).
7. 7. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že snímač (4) úhlu natočení zjišťuje nulový bod krokového motoru (3).
8. 8. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující sě tím, že řídicí jednotka (1) tvoří přídavně korekční koeficienty pro kompenzaci hysťereze krokového motoru (3) .
9. 9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že korekční koeficienty pro kompenzaci hystereze s použitím změřených údajů, ze snímače (4) úhlu natočení se při činnosti mění.
10. 10. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačuj' í^—č^—í' s^_e----1 í^—myže—způsOb-se—pou-ž-i-je—pro—k-rokov-ý-motor.

    (3) pro zobrazovací přístroj, zejména v motorovém vozidle.

    2/6 δ Tm kroky-Η -?
11. 12 změřené hodnoty rekonstruované hodnoty