DD235534A1 - ARRANGEMENT FOR THE FAST POSITIONING OF A STEPPER MOTOR - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Lageregelkreis fuer dynamisch anspruchsvolle Positionieraufgaben, vorzugsweise mit Permanentmagnet-Schrittmotoren mit an der Rotorwelle angekoppeltem zyklisch-absolutem Positionsgeber, mit dem eine Vervielfachung des Aufloesungsvermoegens durch Teilung des konstruktiven Schrittwinkels des Schrittmotors durch grosse Teilerwerte moeglich ist. Der Positionsgeber wird eingangsseitig an ein erstes Zweiphasensystem angeschlossen. In der Phasenlage seiner Ausgangsspannung wird die Istposition des Motors abgebildet. Weiter ist ein zweites Zweiphasensystem vorhanden, dessen Phasenlage entsprechend dem geforderten Drehwinkel gegenueber dem ersten Zweiphasensystem verschoben ist. Durch Phasenvergleich der Geberausgangsspannung mit dem ersten Zweiphasensystem werden die Kommutierungssignale fuer die Motorwicklungen und durch Phasenvergleich mit dem zweiten Zweiphasensystem wird die Soll-Ist-Differenz in Form eines digitalen Signals mit stetig veraenderbarem Tastverhaeltnis gebildet. Dieses digitale Signal wird direkt oder nach Modifizierung durch einen Regler als Strom- oder Spannungssteuersignal der Treiberschaltung des Schrittmotors zugefuehrt. Diese Anordnung kann als integrierter Schaltkreis ausgefuehrt und in der Druck- und Schreibtechnik sowie in der Automatisierungs- und Robotertechnik angewendet werden. Fig. 1The invention relates to a position control loop for dynamically demanding positioning tasks, preferably with permanent magnet stepper motors coupled to the rotor shaft cyclic absolute position transmitter, with a multiplication of the resolution by dividing the constructional step angle of the stepping motor by large divisors is possible. The position sensor is connected on the input side to a first two-phase system. The phase position of its output voltage shows the actual position of the motor. Further, a second two-phase system is present, the phase position is shifted in accordance with the required rotation angle with respect to the first two-phase system. By phase comparison of the encoder output voltage with the first two-phase system, the commutation signals for the motor windings and phase comparison with the second two-phase system, the target-actual difference in the form of a digital signal is formed with constantly veraenderbarem Tastverhaeltnis. This digital signal is fed directly or after modification by a controller as a current or voltage control signal of the driver circuit of the stepper motor. This arrangement can be implemented as an integrated circuit and used in printing and writing technology as well as in automation and robotics. Fig. 1
Description
Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings
Die Erfindung betrifft einen Lageregelkreis für dynamisch anspruchsvolle Positionieraufgaben, vorzugsweise mit Permanentmagnet-Schrittmotoren mit an der Rotorwelle angekoppelten Positionsgeber, mit dem eine Vervielfachung des Auflösungsvermögens durch Teilung des konstruktiven Schrittwinkels des Schrittmotors durch große Teilerwerte möglich ist. Solche Positionierprobleme treten in der Druck- und Schreibtechnik, besonders bei der Positionierung von Typenrädern und Druckwagen bzw. Druckköpfen, sowie in der Automatisierungs- und Robotertechnik auf.The invention relates to a position control loop for dynamic demanding positioning tasks, preferably with permanent magnet stepper motors with coupled to the rotor shaft position sensor, with a multiplication of the resolution by dividing the constructive step angle of the stepping motor by large divisors is possible. Such positioning problems occur in the printing and writing technology, especially in the positioning of type wheels and print carriage or printheads, as well as in automation and robotics.
In der DE-OS 3008289 wird eine Positioniereinrichtung für die Typenscheibe mit einem Schrittmotor beschrieben, bei der der konstruktive Schrittwinkel des Schrittmotors mit Hilfe eines Positionsgebers in mehrere Schritte unterteilt wird. Dies wird erreicht, indem vom Positionsgeber ein zyklisch-absolutes Positions-Istwertsignal geliefert wird, welches in einem analogen Feinregelkreis mit der Sollposition verglichen wird und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs die Motorwicklungen so bestromt werden, daß Soll- und Istposition in Übereinstimmung gebracht werden. Es ist bei diesem beschriebenen Stand der Technik jedoch nur möglich, pro Teilung des zyklisch-absoluten Positionsgebers eine Position anzufahren. Dadurch ist die Zahl der pro Motorumdrehung zu realisierenden Positionen aufwerte begrenzt, die mit den Schrittzahlen pro Umdrehung von feingeteilten Schrittmotoren, im beschriebenen Ausführungsbeispiel 108, vergleichbar sind.In DE-OS 3008289 a positioning device for the type plate is described with a stepper motor, in which the constructional step angle of the stepping motor is divided by means of a position sensor in several steps. This is achieved by the encoder a cyclic-absolute position feedback signal is supplied, which is compared in an analog fine-control loop with the desired position and depending on the result of the comparison, the motor windings are energized so that the setpoint and actual position are brought into line. However, it is only possible in this described prior art to approach a position per division of the cyclic-absolute position encoder. As a result, the number of positions to be realized per motor revolution is limited to values which are comparable to the number of steps per revolution of finely divided stepping motors, in the exemplary embodiment 108 described.
Weiterhin ist zur Realisierung des in der DE-OS 3008289 beschriebenen Verfahrens ein hoher schaltungstechnischer Aufwand erforderlich, weil die Positionierung über größere Schrittzahlen zuerst über einen digitalen Grobregelkreis erfolgt und erst in der Nähe der Zielposition eine Umschaltung auf einen analogen Feinregelkreis vorgenommen wird. Dieser analoge Feinregelkreis muß ausschließlich mit Mitteln der Analogtechnik realisiert werden, wodurch eine Umsetzung der gesamten, für das Verfahren notwendigen, Schaltung in einen oder einige wenige integrierte Schaltkreise behindert, wenn nicht unmöglich, wird.Furthermore, a high circuit complexity is required for the realization of the method described in DE-OS 3008289, because the positioning over larger numbers of steps first takes place via a digital coarse control loop and only in the vicinity of the target position a switchover to an analog fine-control loop is made. This analog fine-tuning loop must be realized exclusively by means of analogue technology, which hampers, if not impossible, implementation of all the circuitry necessary for the process into one or a few integrated circuits.
In der DD-PS 211263 wird eine Positioniereinrichtung mit einem Schrittmotor und einem Positionsgeber beschrieben, bei der der konstruktive Schrittwinkel des Motors vielstufig unterteilt werden kann. Nachteilig ist bei dieser Lösung jedoch, daß im Bereich der Zielposition keine analoge Ausregelung bis zum endgültigen Stillstand des Motors erfolgt, so daß das Auftreten von Dauerschwingungen mit der Amplitude einer Digitalisierungsstufe der Positionsinformation nicht immer vermeidbar ist. Außerdem ist die Stellung des Motors innerhalb einer Digitalisierungsstufe der Positionsinformation unbestimmt. Weiterhin sind bei dieser Lösung der ebenfalls hohe schaltungstechnische Aufwand und die hohe Stromaufnahme des Schrittmotors, auch bei Stillstand, nachteilig.In DD-PS 211263 a positioning device with a stepper motor and a position sensor is described, in which the constructive step angle of the engine can be divided in many stages. A disadvantage of this solution, however, is that in the range of the target position no analog compensation until the final stop of the engine, so that the occurrence of persistent vibrations with the amplitude of a digitization level of the position information is not always avoidable. In addition, the position of the motor within a digitization stage of the position information is indefinite. Furthermore, in this solution, the equally high circuit complexity and the high current consumption of the stepping motor, even at standstill, disadvantageous.
Ziel der Erfindung ist es, einen Lageregelkreis für dynamisch anspruchsvolle Positionieraufgaben, vorzugsweise mit Permanentmagnetschrittmotoren mit an der Rotorwelle angekoppeltem Positionsgeber, zu entwickeln, der bei vergleichbarem Aufwand und unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Lösungen, durch eine Vervielfältigung des Auflösungsvermögens hochwertigen Positionieraufgaben in der Druck- und Schreibtechnik, der Automatisierungs- und Robotertechnik genügt. Der Positionsgeber soll sowohl die Schaltsignale für die Schrittmotorwicklungen bereitstellen wie auch die für den Lageregelkreis notwendigen Informationen liefern. Dabei sollten der Lageregelkreis mit minimalen schaltungstechnischen Aufwand und der informationsverarbeitende Teil durch einen integrierten Schaltkreis mit geringer äußerer Beschaltung realisiert werden.The aim of the invention is to develop a position control loop for dynamically demanding positioning tasks, preferably with permanent magnet stepper motors with position sensors coupled to the rotor shaft, which, with comparable effort and avoiding the disadvantages of the known solutions, by a multiplication of the resolution high-quality positioning tasks in the printing and writing technology that satisfies automation and robotics. The position transmitter is intended to provide both the switching signals for the stepper motor windings and to provide the information necessary for the position control loop. In this case, the position control loop with minimal circuit complexity and the information processing part should be realized by an integrated circuit with low external wiring.
Die technische Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Positioniereinrichtung mit einem Schrittmotor mit an der Rotorwelle angekoppelten Positionsgeber, bei dem eine vielfache Unterteilung der konstruktiven Schrittzahl des Motors und der Teilungszahl des Positionsgebers möglich ist und die eine dynamisch hochwertige Positionierung erreicht. Die gestellte Aufgabe ist mit minimalen Schaltungsäufwand so zu lösen, daß der gesamte informationsverarbeitende Teil der Schaltung durch einen integrierten Schaltkreis mit geringer äußerer Beschaltung realisiert werden kann. -The technical object of the invention is to provide a positioning device with a stepper motor coupled to the rotor shaft position sensor, in which a multiple subdivision of the constructive step number of the motor and the pitch of the position encoder is possible and achieves a dynamic high-quality positioning. The stated object is to be solved with minimal Schaltungsäufwand so that the entire information-processing part of the circuit can be realized by an integrated circuit with low external circuitry. -
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird der Schrittmotor als elektronisch kommutierter Gleichstrommotor betrieben und über einen Regler mit geeignetem Zeitverhalten eine Strom- oder Spannungsstellung in Abhängigkeit von der Abweichung von der Sollposition vorgenommen. Zur Erfassung der Motor-Ist-Position ist mit der Motorwelle ein Positionsgeber verbunden. Als Geber wird ein zyklisch-absoluter kapazitiver oder induktiver Geber (z.B. Induktosyn) verwendet, dessen Teilung identisch mit der Zahnteilung des Schrittmotors ist, so daß dieser Geber sowohl für die Positionsmessung als auch für die Kommutierung des Motors verwendet werden kann. Der Geber wird mit vier um jeweils eine Viertelperiode gegeneinander phasenverschobenen Rechteckspannungen gespeist, die Grundwelle des Geberausgangssignals Uc^er bildet den Drehwinkel des Motors im Phasenwinkel ab gemäßIn the solution according to the invention, the stepping motor is operated as an electronically commutated direct current motor and a current or voltage position is made in dependence on the deviation from the desired position via a controller with suitable time behavior. To detect the motor-actual position, a position sensor is connected to the motor shaft. The encoder used is a cyclic-absolute capacitive or inductive transmitter (e.g., inductor) whose pitch is identical to the pitch of the stepper motor, so that this encoder can be used for both position sensing and motor commutation. The encoder is supplied with four square-wave voltages phase-shifted by a quarter-period each time, the fundamental wave of the encoder output signal Uc ^ forms the angle of rotation of the motor in the phase angle in accordance with
Uceber = Uosin(wot + ζφ) (1)Uceber = U o sin (w o t + ζφ) (1)
wobei U0 die Amplitude der Geberspannungwhere U 0 is the amplitude of the encoder voltage
ζ die Teilungszahl des Positionsgebers,ζ the division number of the position encoder,
ω0 die Trägerfrequenz und φ den Drehwinkel des Rotors des Gebers, der identisch mit dem Drehwinkel der Motorwelle ist, darstellen.ω 0 represent the carrier frequency and φ the rotation angle of the rotor of the encoder, which is identical to the rotation angle of the motor shaft represent.
Da die Positionsinformation allein im Phasenwinkel der Geberausgangsspannung liegt, kann die weitere Verarbeitung der Positionsinformation in digital arbeitenden Baustufen erfolgen, was Voraussetzung für eine integrationsfähige Lösung ist.Since the position information is solely in the phase angle of the encoder output voltage, the further processing of the position information can be done in digital working stages, which is a prerequisite for a solution capable of integration.
Die Motorsollposition wird in der Weise vorgegeben, daß ein zweites Zweiphasensystem gegenüber dem Speisespannungssystem des Positionsgebers um den Phasenwinkel verschoben wird, der der geforderten Motorbewegung entspricht. Damit kann die Soll-Ist-Differenz des Rotorpositionswinkels durch Phasenvergleich zwischen der Geberausgangsspannung und dem Sollpositionssystem festgestellt werden. Dieser Phasenvergleich kann ebenfalls mit Mitteln der Digitaltechnik vorgenommen werden (z.B. Exklusiv — ODER, D-FF).The motor target position is set in such a way that a second two-phase system is shifted relative to the supply voltage system of the position sensor by the phase angle corresponding to the required motor movement. Thus, the target-actual difference of the rotor position angle can be determined by phase comparison between the encoder output voltage and the target position system. This phase comparison can also be done with digital techniques (e.g., exclusive OR, D-FF).
Am Ausgang des Phasenvergleichers entsteht ein logisches Signal, in dessen Tastverhältnis die Soll-Ist-Differenz abgebildet ist.At the output of the phase comparator, a logic signal is produced in whose duty cycle the desired-actual difference is mapped.
Erfindungsgemäß wird dieses logische Signal entweder unmittelbar als Spannungs- oder Stromsteuersignal für die Motortreiberstufen verwendet oder es wird zur Verbesserung der Dynamik über einen Regler mit PID-Verhalten und ein nichtriggerbares Monoflop oder eine äquivalente Baustufe im Zeitverhalten beeinflußt, um nach dieser Beeinflussung in der gleichen Weise als Spannungs- oder Stromsteuersignal für die Motortreiberstufen genutzt zu werden.According to the invention, this logic signal is either used directly as a voltage or current control signal for the motor driver stages or it is influenced to improve the dynamics of a controller with PID behavior and a non-triggerable monoflop or an equivalent construction stage in the time behavior, after this influence in the same way to be used as a voltage or current control signal for the motor driver stages.
Die Zeichnungen 1 bis 6 stellen dar:The drawings 1 to 6 represent:
Fig. 1: Gesamtschaltplan — BlockschaltbildFig. 1: Overall circuit diagram - block diagram
Fig.2: Soll-Ist-PositionsvergleichFig.2: Target-actual position comparison
Fig.3: Darstellung der Soll-Ist-Differenz für Positionsabweichungen, die eine Zahnteilung überschreiten3 shows the target-actual difference for position deviations that exceed a tooth pitch
Fig.4: Modifizierung des GebersignalsFig.4: Modification of the encoder signal
Fig. 5: Phasenfrequenzgang des PhasenschiebersFig. 5: phase response of the phase shifter
Fig.6: Schaltung für die Justage der Symmetrie der Kommutierung und die Justage der Motor-NullpositionFig.6: Circuit for the adjustment of the symmetry of the commutation and the adjustment of the motor zero position
-3- 741 08-3- 741 08
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung soll nachstehend anhand des Blockschaltbildes Fig. 1, in seiner Wirkungsweise näher erläutert werden.An embodiment of the solution according to the invention will be explained in more detail below with reference to the block diagram Fig. 1, in its operation.
Durch einen Frequenzteiler wird zunächst die Taktfrequenz in einem Verhältnis geteilt, welches identisch mit der zu realisierenden Schrittunterteilung, im Beispiel 64 Schritte pro Zahnteilung ist. Der heruntergeteilte Takt wird einem zweistufigenBy a frequency divider, the clock frequency is first divided in a ratio which is identical to the step division to be realized, in the example 64 steps per tooth pitch. The divided clock becomes a two-stage
rückgekoppelten Schieberegister zugeführt, welches zwei um eine Viertelperiode,— ,gegeneinander verschobenefed back feedback shift register, which two shifted by a quarter period, -, against each other
Ausgangsspannungen liefert (Zweiphasensystem I).Output voltages supplies (two-phase system I).
Diese Spannungen werden einschließlich ihrer Negationen dem zyklisch-absoluten Positionsgeber, z. B. einem kapazitiven Geber, zugeführt.These voltages, including their negations, are assigned to the cyclic-absolute position encoder, e.g. B. a capacitive encoder supplied.
In der Kommutierungsschaltung wird mit einer festgelegten Flanke der Geberausgangsspannung der momentane Zustand des Zweiphasensystems I in die Kommutierungs-FF's übernommen. Der logische Zustand dieser Kommutierungs-FF's entspricht damit der Ist-Position des Motors innerhalb einer Zahnteilung. Die Kommutierungs-FF's steuern den Leistungstreiber so, daß je nach dem logischen Zustand des vom Regler ausgegebenen Spannungssteuersignals jede Wicklung des Motors dann eingeschaltet wird, wenn sich der Motor im Bereich der ihr zugeordneten positiven oder negativen Halbwelle der M (φ) — Kennlinie befindet. Damit ist gewährleistet, daß der Motor sein maximales Drehmoment in der durch das Spannungssignal definierten Drehrichtung abgibt. Durch Umschaltung des Spannungssteuersignals mit einer Frequenz von ca. 20 KHz kann durch Verstellung des Tastverhältnisses die Motorspannung und damit das Drehmoment zwischen beiden Extremwerten beliebigIn the commutation circuit, the instantaneous state of the two-phase system I is transferred to the commutation FFs with a fixed edge of the transmitter output voltage. The logical state of these commutation FF's thus corresponds to the actual position of the engine within a tooth pitch. The commutation FF's control the power driver so that, depending on the logic state of the voltage control signal output by the controller, each winding of the motor is turned on when the motor is in the range of its associated positive or negative half wave of the M (φ) characteristic. This ensures that the motor emits its maximum torque in the direction of rotation defined by the voltage signal. By switching the voltage control signal with a frequency of about 20 KHz, the motor voltage and thus the torque between the two extreme values can be arbitrarily adjusted by adjusting the duty cycle
geregelt werden^ . - "be regulated ^. - "
Auf diese Weise wird auch erreicht, daß der Motor im Stillstand nur noch einen sehr kleinen Strom aufnimmt.In this way it is also achieved that the engine only takes a very small current at standstill.
Ein weiteres Zweiphasensystem Il wird von dem die Sollposition vorgebenden Mikrorechnersystem so gesteuert, daß seine Phasenlage gegenüber dem Zweiphasensystem I um den Phasenwinkel verschoben wird, der der geforderten Motorbewegung entspricht (Sollpositionsvorgabe). Der kleinstmögliche Wert der Phasenverschiebung ist identisch mit der Periodendauer der ungeteilten Taktfrequenz und bestimmt den kleinstmöglichen Motorschritt.Another two-phase system II is controlled by the microcomputer system predetermining the desired position such that its phase position is shifted relative to the two-phase system I by the phase angle which corresponds to the required motor movement (nominal position specification). The smallest possible value of the phase shift is identical to the period of the undivided clock frequency and determines the smallest possible motor step.
Das Zweiphasensystem Il muß gegenüber dem Zweiphasensystem I eine Phasenverschiebung zulassen, die der im Positioniervorgang maximal auftretenden Differenz zwischen Soll- und Istwert der Motorposition entspricht.The two-phase system Il must allow a phase shift compared to the two-phase system I, which corresponds to the maximum occurring in the positioning process difference between the setpoint and actual value of the motor position.
Zur eindeutigen Bestimmung der Phasenlage des Zweiphasensystems Il müssen bei Vorgabe größerer momentaner Phasendifferenzen als ±it, bezogen auf die Periodendauer T der Ausgangsspannungen des Zweiphasensystems I τη\Χμο1 = 2π die Überläufe über die Periodengrenzen vorzeichenrichtig mitgezählt werden. Die Anzahl der Überläufe entspricht dem digitalen Anteil der Soli-Ist-Differenz. Im Bereich einer Periode des Zweiphasensystems Il wird ein analoges Soli-Ist-Differenzsignal in Form eines Tastverhältnisses eines logischen Signals in der in Fig. 2 dargestellten Weise gebildet.For unambiguous determination of the phase position of the two-phase system II, given larger instantaneous phase differences than ± it, with respect to the period T of the output voltages of the two-phase system I τη \ Χμ ο 1 = 2π, the overflows over the period boundaries must be counted with correct sign. The number of overflows corresponds to the digital component of the soli-actual difference. In the range of one period of the two-phase system II, an analogue difference-actual-difference signal is formed in the form of a duty cycle of a logical signal in the manner shown in FIG.
Zu Beginn jeder Periode des Zweiphasensystems Il wird durch den Setzimpuls ein D-FF gesetzt und mit der positiven Flanke des Gebersignals zurückgesetzt. Auf diese Art und Weise entsteht an dem genannten FF eine Ausgangsspannung, deren Tastverhältnis von der Phasenlage des Gebersignals abhängig ist. Eine Phasenverschiebung des Gebersignals von einem Setzimpuls zum nächsten entspricht dabei der Drehung des Motors und des Gebers um eine Teilung. Innerhalb dieser Teilung steigt das Tastverhältnis von Null beginnend linear an. Bei Überschreitung einer Teilung, sowohl durch Drehung des Motors als auch durch Verschiebung der gegenseitigen Phasenlage der Zweiphasensysteme I und II, wird der digitale Teil der Soll-Ist-Differenz richtungsabhängig weitergezählt. Das FF wird dann in einerseiner beiden stabilen Phasen festgehalten, je nachdem, ob die Differenz positiv oder negativ ist. Insgesamt entsteht durch das Zusammenwirken von Differenzzähler und FF der in Fig.3 dargestellte Verlauf des die Soli-Ist-Differenz abbildenden Tastverhältnisses.At the beginning of each period of the two-phase system Il, a set D-FF is set by the set pulse and reset with the positive edge of the encoder signal. In this way, an output voltage is produced at said FF, the duty cycle of which depends on the phase position of the transmitter signal. A phase shift of the encoder signal from one set pulse to the next corresponds to the rotation of the motor and the encoder by one pitch. Within this division, the duty cycle increases from zero starting linearly. When a division is exceeded, both by rotation of the motor and by shifting the mutual phase position of the two-phase systems I and II, the digital part of the target-actual difference is counted depending on the direction. The FF is then recorded in one of its two stable phases, depending on whether the difference is positive or negative. Overall, the interaction of the difference counter and FF results in the course of the duty cycle representing the actual-actual difference shown in FIG.
Zur Anpassung an die jeweils gestellte Positionieraufgabe kann prinzipiell auch eine andere Aufteilung von digitalen und analogen Anteil der Positionsdifferenz vorgenommen werden.In principle, another division of the digital and analog components of the position difference can be made to adapt to the respective positioning task.
Bei geringen Ansprüchen an die Dynamikdes Antriebes kann die Soll-Ist-Differenz direkt als Richtungssignal für die Ansteuerung der Leistungsverstärker verwendet werden.For low demands on the dynamics of the drive, the target-actual difference can be used directly as a direction signal for the control of the power amplifier.
Damit entsteht für den Antrieb eine statische M(cp)-Kennlinie nach Fig. 3. Bei höheren Ansprüchen an die Dynamik ist noch eine Modifizierung des Tastverhältnisses durch einen Regler mit angepaßtem Zeitverhalten notwendig. Dieser Regler wird im Ausführungsbeispiel durch einen nachtriggerbaren spannungsgesteuerten Univibrator und einen OPV mit entsprechender äußerer Beschaltung realisiert, siehe Gesamtschaltplan Fig. 1. Es ist die Rationalisierung der Reglertypen PD und PID möglich.This results in a static M (cp) characteristic curve for the drive according to FIG. 3. For higher dynamic demands, a modification of the duty cycle by a controller with adapted time behavior is still necessary. This controller is realized in the embodiment by a retriggerable voltage-controlled univibrator and an OPV with corresponding external circuitry, see overall circuit diagram Fig. 1. It is the rationalization of the controller types PD and PID possible.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird das Geberausgangssignal entsprechend Bild 4 modifiziert.In a further embodiment of the invention, the encoder output signal is modified according to Figure 4.
Da sich die Frequenz des Geberausgangssignals nach der GleichungSince the frequency of the encoder output signal according to the equation
(cüot + φ) = / (ωρ + Ζφ) dt (2)(cü o t + φ) = / (ω ρ + Ζφ) dt (2)
WQeber = ωο + Z (j) (3)WQeber = ω ο + Z (j) (3)
z: Teilungszahl des Positionsgebers ergibt, wird durch den frequenzabhängigen Phasenschieber die Ausgangsspannung des VCO, deren Frequenz identisch mit der Frequenz der Geberausgangsspannung ist, verzögert. Durch Nachregelung der Phasendifferenz zur Geberspannung (PLL-Schleife) entsteht so am Ausgang des VCO eine Spannung, die gegenüber der Geberspannung voreilend ist. Diese Spannung kann einmal zur Übernahme der Zustände des Zweiphasensystems I in die Kommutierungs-FF's benutzt werden. Dadurch können die Anstiegszeiten der Wicklungsströme kompensiert werden und so die Drehzahlgrenze des Motors nach wesentlich höheren Drehzahlen hin verschoben werden. Zum anderen kann diese Spannung zur Bildung der Soll-Ist-Differenz benutzt werden. Ihr Phasenwinkel ergibt sich zu:z: Number of division of the position sensor results, the frequency-dependent phase shifter, the output voltage of the VCO whose frequency is identical to the frequency of the encoder output voltage, delayed. By adjusting the phase difference to the encoder voltage (PLL loop), a voltage arises at the output of the VCO that leads the encoder voltage. This voltage can be used once to take over the states of the two-phase system I in the commutation FF's. As a result, the rise times of the winding currents can be compensated and thus the speed limit of the motor can be shifted to much higher speeds. On the other hand, this voltage can be used to form the target-actual difference. Its phase angle results in:
'. ^^Lj^iilv^nt-ii^^^i^JijttS-*'. ^^ Lj ^ ^ nt IIAA ii ^^^ i ^ JijttS- *
dabei bedeuten:where:
cpPU_: Phasenwinkel der Ausgangsspannung des VCOcp PU _: phase angle of the output voltage of the VCO
(prot: Phasenwinkel der Geberausgangsspannung, Drehwinkel des Rotors(p red : phase angle of the encoder output voltage, rotation angle of the rotor
f (φ): Phasenfrequenzgang des Phasenschiebers (Bild 5)f (φ): Phase response of the phase shifter (Figure 5)
In der Soll-Ist-DifferenzIn the target / actual difference
cpsoll — cpPLLcpsoll - cpPLL
ist damit ein geschwindigkeitsproportionaler Anteil enthalten, so daß bei Benutzung der so gebildeten Soli-Ist-Differenz als Spannungs- oder Stromsteuersignal für die Motorendstufen bereits ein PD-Verhalten realisiert wird, ohne daß dem Soll-Ist-Differenzsignal noch durch eine Regler modifiziert werden muß.Thus, a speed proportional proportion is included, so that when using the soli-actual difference thus formed as voltage or current control signal for the motor output stages already a PD behavior is realized without the target-actual difference signal must be modified by a controller ,
Weiterhin kann durch Phasenvergleich von cprot und cppu. ein geschwindigkeitsproportionales Signal in Form eines logischen Signals mit geschwindigkeitsabhängigem Tastverhältnis gewonnen werden, welches in gleicherweise wie das Soll-Ist-Differenzsignal als Eingangsgröße für den Regler zur Verbesserung der Dynamik genutzt werden kann (unterlagerte Geschwindigkeitsregelung).Furthermore, by phase comparison of cp red and cppu. a speed-proportional signal in the form of a logic signal with speed-dependent duty cycle are obtained, which can be used in the same way as the target-actual difference signal as input to the controller to improve the dynamics (lower velocity control).
Weiter können gemäß Figur 6 einstellbare Verzögerungsglieder in die Zuleitungen zur Kommutierungsschaltung und zur Soll-Ist-Differenzbildung eingefügt werden. Mit der einstellbaren Verzögerung I kann eine Justage der Symmetrie der Kommutierung erfolgen, d. h. Korrektur der mechanischen Zuordnung des Gebers zu den Motorwicklungen. Mit der einstellbaren Verzögerung Il erfolgt die Justage der Motor-Nullposition. Auf diese Weise können aufwendige mechanische Justagen durch wesentlich leichter auszuführende Einstellungen an den Verzögerungsgliedern ersetzt werden.Furthermore, according to FIG. 6, adjustable delay elements can be inserted into the supply lines to the commutation circuit and to the desired-actual difference formation. With the adjustable delay I, an adjustment of the symmetry of the commutation can take place, i. H. Correction of the mechanical assignment of the encoder to the motor windings. With the adjustable delay Il the adjustment of the motor zero position takes place. In this way, complex mechanical adjustments can be replaced by much easier to be performed settings on the delay elements.
Claims (8)
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| DD27410885A DD235534A1 (en) | 1985-03-14 | 1985-03-14 | ARRANGEMENT FOR THE FAST POSITIONING OF A STEPPER MOTOR |
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Applications Claiming Priority (1)
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| DD27410885A DD235534A1 (en) | 1985-03-14 | 1985-03-14 | ARRANGEMENT FOR THE FAST POSITIONING OF A STEPPER MOTOR |
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Family Applications (1)
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| DD27410885A DD235534A1 (en) | 1985-03-14 | 1985-03-14 | ARRANGEMENT FOR THE FAST POSITIONING OF A STEPPER MOTOR |
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