DE102012218658A1

DE102012218658A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Schrittmotors

Info

Publication number: DE102012218658A1
Application number: DE201210218658
Authority: DE
Inventors: Joachim Müller; Claus Kaiser
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-04-17

Abstract

Zur Steuerung eines Schrittmotors für ein Gasventil werden Stromanstiegszeiten für den Schrittmotor sequenzbezogen über einen bestimmten Zeitraum vor und nach Erreichen einer Blockierung an einem mechanischen Anschlag als Referenzposition zunächst abgespeichert, und anschließend wird durch ein spezielles Ermittlungsverfahren die Änderung der Stromanstiegszeit sequenzbezogen extrahiert. Aus den dadurch ermittelten Werten wird die Ansteuerungssequenz für den letzten Sektor vor der Blockierung an dem mechanischen Anschlag bestimmt. Durch anschließendes Anfahren mit der so ermittelten Ansteuersequenz wird der Schrittmotor unmittelbar vor dem mechanischen Anschlag positioniert, wobei die ermittelte Ansteuersequenz der Referenzposition zugewiesen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Schrittmotors, wobei mit deren Hilfe die Position eines Rotors des Schrittmotors beim Anfahren eines festen mechanischen Anschlages mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann.
Aus der EP 131772 A1 ist es bekannt, die Betriebstromanstiegszeit in den Wicklungen eines Schrittmotors zu messen und den gemessenen Wert mit einem fixen Referenzwert zu vergleichen. Ist die gemessene Betriebstromanstiegszeit länger als die vorgegebene Vergleichszeit wird daraus geschlossen, dass der Schrittmotor den angesteuerten Schritt ausgeführt hat. Ist dagegen die Anstiegszeit kürzer als die fixe Vergleichszeit, wird daraus auf ein Blockieren des Schrittmotors geschlossen. Ursache für die Veränderung der Stromanstiegszeit ist vor allem die unterschiedliche BEMF (Gegenspannung) welche abhängig von der Drehbewegung und Drehrichtung des Rotors ist. Diese wird der angelegten, konstanten Betriebsspannung überlagert und führt damit zu einer Veränderung der Stromanstiegszeit.
Das genannte Verfahren wird in der DE 102006021418 A1 um eine Möglichkeit zur automatischen Kalibrierung der Vergleichszeit durch Ermittlung derselben im nicht blockierten Betrieb erweitert. Mit dem in DE 102006021418 A1 beschriebenen Verfahren sollen insbesondere Schwankungen und Toleranzen der Stromanstiegszeiten durch Änderung der Betriebsbedingungen, vor allem der Betriebsspannung und der Temperatur, sowie Bauteiltoleranzen der Schrittmotore, vor allem ohmscher Widerstand und Induktivität kompensiert werden.
Aufgabe und Lösung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein eingangs genanntes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, mit denen die exakte Bestimmung der Ansteuersequenz des Schrittmotors für die letzte erreichbare Position ohne Blockieren und damit eine Erhöhung der Genauigkeit der Positionierung möglich ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für das Verfahren oder nur für die Vorrichtung genannt. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für das Verfahren als auch für die Vorrichtung selbstständig gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Erfindungsgemäß werden die genannten Verfahren dahingehend erweitert, dass die Stromanstiegszeiten sequenzbezogen über einen bestimmten Zeitraum vor und nach Erreichen der Blockierung zunächst abgespeichert werden. Anschließend wird durch ein spezielles Mittelungsverfahren die Änderung der Stromanstiegszeit sequenzbezogen extrahiert. Aus den dadurch ermittelten Werten kann die Ansteuersequenz für den letzten Sektor vor der mechanischen Blockierung bestimmt werden. Durch anschließendes Anfahren der so ermittelten Sequenz wird der Schrittmotor unmittelbar vor dem mechanischen Anschlag positioniert. Die ermittelte Ansteuersequenz wird der Referenzposition zugewiesen.
Dieses Verfahren soll insbesondere in Verbindung mit schrittmotorgesteuerten Gasventilen zum Einsatz kommen, wie sie vorteilhaft für Gasbrenner bzw. Gaskochfelder oder -backöfen verwendet werden. Dazu wird auf die DE 102009047914 A1 und die DE 102011005511 A1 verwiesen. Mit der Erfindung soll vor allem die Genauigkeit der Ventileinstellung verbessert werden, insbesondere kann die kleinste Leistungsstufe vor allem bei Brennstoffen mit höherer Leistungsdichte mit kleinen Toleranzen eingestellt werden. Es ist also eine Erhöhung der Positioniergenauigkeit des Schrittmotors für das Gasventil möglich als genauere Einstellung der Gasmenge pro Zeiteinheit-Heizleistung.
Zur Ansteuerung von solchen Schrittmotoren für Gasventile wird eine bestimmte Ansteuersequenz verwendet, die sich zyklisch wiederholt. Für bipolare Schrittmotore mit 2 Phasen ergibt sich im Vollschrittbetrieb ein Zyklus von 4 Schrittsequenzen, im Halbschrittbetrieb ergibt sich dementsprechend ein Zyklus von 8 Schrittsequenzen. Für bestimmte Anwendungsfälle, z.B. die Ansteuerung eines schrittmotorgetriebenen Ventils, ist es erforderlich eine Referenzposition möglichst genau anzufahren. Die Referenzposition stellt meist einen festen mechanischen Anschlag am oberen oder unteren Ende des Verfahrbereichs dar. Die Positionierung in Bezug auf diese Referenzposition, z.B. die Einstellung eines bestimmten Ventilöffnungsgrades, erfolgt dann auf einfache Weise durch Verfahren mit definierten Schrittzahlen. Der Vorteil dieses kostengünstigen Verfahrens besteht darin, dass keine weiteren Sensoren zur Bestimmung der Position oder des Öffnungsgrades erforderlich sind. 1 zeigt schematisch das Verhalten eines 2-Phasen-Schrittmotors im Vollschrittbetrieb beim Fahren an einen Anschlag.
In der Sequenz A kann sich der Rotor frei über den gesamten Drehwinkel bewegen. Bei der Sequenz B ist der Drehwinkel bereits durch den Anschlag eingeschränkt. In der Sequenz C erfolgt keinerlei Bewegung des Rotors. Sequenz D führt zu einer Drehung entgegen dem eigentlichen Drehsinn an den Anschlag.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der 2 schematisch dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 das Verhalten eines 2-Phasen-Schrittmotors im Vollschrittbetrieb beim Fahren an einen Anschlag und
2 eine Änderung der sequenzmusterbezogenen Stromanstiegszeiten beim Fahren gegen einen festen mechanischen Anschlag.
Gemäß der Erfindung können die in 2 dargestellten Sequenzen über einen bestimmten Zeitraum vor und nach Erreichen einer Blockierung an dem mechanischen Anschlag als Referenzposition zunächst abgespeichert werden. Anschließend wird durch ein spezielles Ermittlungsverfahren die Änderung der Stromanstiegszeit sequenzbezogen extrahiert. Aus den dadurch ermittelten Werten wird die Ansteuerungssequenz für den letzten Sektor vor der Blockierung an dem mechanischen Anschlag bestimmt. Durch anschließendes Anfahren mit der so ermittelten Ansteuersequenz wird der Schrittmotor bzw. sein Rotor unmittelbar vor dem mechanischen Anschlag positioniert, wobei die ermittelte Ansteuersequenz der Referenzposition zugewiesen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 131772 A1 [0002]
DE 102006021418 A1 [0003, 0003]
DE 102009047914 A1 [0007]
DE 102011005511 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Schrittmotors für ein Gasventil, insbesondere ein Gasventil eines Gasbrenners für ein Gaskochgerät, wobei Stromanstiegszeiten für den Schrittmotor sequenzbezogen über einen bestimmten Zeitraum vor und nach Erreichen einer Blockierung an einem mechanischen Anschlag als Referenzposition zunächst abgespeichert werden, anschließend durch ein spezielles Ermittlungsverfahren die Änderung der Stromanstiegszeit sequenzbezogen extrahiert wird und aus den dadurch ermittelten Werten die Ansteuerungssequenz für den letzten Sektor vor der Blockierung an dem mechanischen Anschlag bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch anschließendes Anfahren mit der so ermittelten Ansteuersequenz der Schrittmotor unmittelbar vor dem mechanischen Anschlag positioniert wird, wobei vorzugsweise die ermittelte Ansteuersequenz der Referenzposition zugewiesen wird.
Vorrichtung zur Steuerung eines Schrittmotors, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 ausgebildet ist.