DE1513881B2 - Schaltung eines offenen regelkreises zur digitalen regelung der laufcharakteristik eines synchronen induktionsmotors - Google Patents

Description

1. Von einer Schaltung eines offenen Regelkreises zur digitalen Regelung eines Schrittmotors (USA.-Patentschrift 3 124 732), die eine die Reihenfolge der Erregung der Statorwicklungen bestimmende Schaltung und mit den Statorwicklun^en verbundene Treiber aufweist.

2. Von einer Schrittmotorsteuerung (britische Patentschrift 960 079), die bei Beginn der Beschleunigungsperiode den ersten Steuerimpuls zeitlich verlängert, um dem Motor die erforderliche Beschleunigung zu erteilen, wobei verschiedene Geschwindigkeitseinstellungen des Motors durch Einstellung der Impulsperiodendauer mittels der Kippfrequenz der Taktgeber erzielbar sind.

3. Von einer Schaltanordnung (österreichische Patentschrift 224 761), bei der die von einem Impulsgenerator über eine Stopp-Verriegelungseinrichtung für eine die Reihenfolge der Erregung der einzelnen Statorwicklungen des Elektromotors bestimmende Schaltung gelieferten Impulse bei entsprechendem Signal gesperrt oder freigegeben werden, wobei die durch Treiber verstärkten Impulse neben den Statorwicklungen auch einem Impulszähler zugeführt werden, der an eine für ein Stillsetzen bzw. Verzögern verantwortliche Bremsschaltung angeschlossen ist.

Die gestellte Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß eine für das Anlassen bzw. Laufen des Induktionsmotors verantwortliche logische Schaltung eine mit dem an den binären Impulszähler angeschlossenen Ausgang einer Torschaltung verbundene Inverterschaltung aufweist, deren Ausgang den Eingang einer UND-Schaltung bildet, deren zweiter Eingang mit der niedrigsten Zählstufe des Impulszählers und deren letzter Eingang mit dem AUS-Ausgang einer Verriegelungsschaltung verbunden ist, deren EIN-Ausgang mit einer anderen UND-Schaltung verbunden ist, deren anderer Eingang mit dem genannten Ausgang der Torschaltung verbunden ist, daß der EIN-Eingang der Verriegelungsschaltung an eine niedrige Zählstufe und der AUS-Eingang der Verriegelungsschaltung an die Löschleitung des Impulszählers angeschlossen ist und daß die Ausgänge der beiden UND-Schaltungen mit einer ODER-Schaltung verbunden sind, deren Ausgang an die die Reihenfolge der Erregung der Statorwicklungen des Induktionsmotors bestimmende Schaltung angeschlossen ist, wobei der Impulszähler so geschaltet ist, daß ab der zweiten Zählstufe vor dem Beaufschlagen der nächsthöheren Zählstufe jeweils ein Impuls die niedrigste Zählstufe beaufschlagt und daß die für das Stoppen bzw. Verzögern des Induktionsmotors verantwortliche logische Schaltung aus einer der Größe der Drehzahl bzw. des Trägheitsmoments entsprechenden Anzahl von der höchsten Zählstufe des Impulszählers nachgeschalteten, zueinander parallelliegenden Impulsverzögerungseinrichtungen besteht, von denen eine jede eine unterschiedliche Impulsverzögerung und einstellbare, erforderlichenfalls unterschiedliche Impulslängen erzeugt und daß diese parallelgeschalteten Verzögerungseinrichtungen die Eingänge der der für die Reihenfolge der Erregung der Statorwicklungen verantwortlichen logischen Schaltung vorgeschalteten ODER-Schaltung bilden. Die erfindungsgemäße Schaltung ermöglicht die Einhaltung genauer Translationsbewegungen und Rotationsbewegungen der zu bewegenden Elemente, ohne daß nach Erreichung der Synchrongeschwindigkeit irgendeine synchrone Schwingung auftritt, ^: nach dem Stillsetzen eine Vibration feststellbar ist und beim Ausführen einer intermittierenden Bewegung eine Vibration erzeugt wird. Außerdem weist die Erfindung einen relativ einfachen Schaltungsaufbau auf, so daß die Funktionssicherheit groß ist. Ferner ermöglicht die Erfindung ein Betreiben des Motors mit einer Synchrongeschwindigkeit, die über seiner Überlastfrequenz liegt, indem die Zeitperiode zwischen den ersten beiden Ausgangsimpulsen der ODER-Schaltung so eingestellt wird, daß die Wiederholungsfrequenz dazwischen unter der Überlastfrequenz liegt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Ansprüchen zu entnehmen.

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend an Hand von in Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild für die Start-Stopp-Regelung eines Induktionsmotors,

Fig. la Einzelheiten der in dem Blockschaltbild nach F i g. 1 verwendeten Start-Stopp-Torschaltung, Fig. 2a ein Schema eines Schrittmotors,
F i g. 2 b einen Schnitt durch den in F i g. 2 a gezeigten Motor,

F i g. 3 a Einzelheiten der in dem Blockschaltbild nach Fig. 1 verwendeten Reihenfolgegeneratortreiberschalrung,

Fig. 3b ein Impulsdiagramm der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 a,

F i g. 4 ein Blockschaltbild mit Einzelheiten der in dem Blockschaltbild der F i g. 1 verwendeten Anlaß- und Lauflogik,

F i g. 5 ein Impulsdiagramm der Schaltungsanordnung nach Fig. 4,

Fig. 6 ein Blockschaltbild mit Einzelheiten der in dem Blockschaltbild nach F i g. 1 verwendeten Stopplogik,

F i g. 7 ein Impulsdiagramm der Schaltungsanordnung nach F i g. 6,

F i g. 8 ein Blockschaltbild mit Einzelheiten einer anders ausgeführten Stoppschaltung,

F i g. 9 ein Impulsdiagramm der Schaltungsanordnung nach F i g. 8,

Fig. 10 ein Blockschaltbild für den Schrittantrieb eines Induktionsmotors,

Fig. 11 ein Impulsdiagramm der Schaltungsanordnung nach Fig. 10 und

Fig. 12 ein anderes Blockschaltbild für den Schrittantrieb eines Induktionsmotors.

Der Impulsgenerator 20 erzeugt ohne Unterbrechung eine Reihe von Impulsen mit relativ konstanter Wiederholungsfrequenz, und jeder Impuls stellt potentiell eine Bewegung des Schrittschaltmotors dar. Wenn der Motor in Gang gesetzt werden soll, wird ein Startsignal der Stopp-Start-Torschaltung 21 zugeführt, die die Zuführung von Impulsen sowohl zu dem binären Impulszähler 22 als auch zu der logischen Anlaß- und Laufschaltung 24 gestattet. Der Impulszähler 22 besitzt mehrere Zählstufen, von denen eine der höheren Zählstufen so gekoppelt ist, daß sie die Torschaltung 21 abschaltet durch Anlegen eines Stoppsignals, wodurch außerdem der Impulszähler selbst zurückgestellt wird. Eine relativ niedrige Zählerstufe des Impulszählers 22 ist so geschaltet, daß sie die logische Schaltung 24 in Betrieb setzt, während eine relativ hohe Zähl- ! stufe so geschaltet ist, daß sie die logische Stopp-. schaltung 25 betätigt.
^: F i g. 1 a zeigt eine von mehreren möglichen Start-

Stopp-Synchronisations- oder Torschaltungen, die als Torschaltung21 in Fig. 1 oder bei den anderen nachstehend im einzelnen zu beschreibenden Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendbar ist. Um sicherzustellen, daß die erfindungsgemäßen Steuerschaltungen richtig arbeiten, kann es sich häufig als wichtig erweisen, die weitergeleiteten Impulse präzise zu synchronisieren, und zwar insbesondere dann, wenn durch die Vorderflanke der weitergeleiteten Impulse der Zeitpunkt definiert werden soll, zu dem eine spätere Operation stattfindet. Die in F i g. 1 a gezeigte Schaltung leitet auf ein Startsignal an Klemme 60 hin die aus dem Impulsgenerator zur Klemme 61 gelangenden Taktsignale zum Ausgang 62 weiter ohne Rücksicht auf die zeitliche Lage des Startsignals. Ihre Übertragung eines Zuges vollständiger Taktimpulse beginnt mit dem ersten Taktimpuls, der nach dem Auftreten des Signals an Klemme 60 beginnt, und endet mit dem letzten Impuls, der vor dem Abfall des Startsignals beginnt. Das heißt, das Ausgangssignal an Klemme 62 steigt an, wenn der Taktimpuls an Klemme 61 und der ι Startimpuls an Klemme 60 beide einen hohen Signalpegel haben, jedoch nur, wenn das Startsignal als erstes angestiegen war. Daher kann das Ausgangssignal an Klemme 62 nur zu Beginn eines Taktimpulses ansteigen und fällt erst dann ab, wenn der Taktimpuls an Klemme 61 abfällt, wodurch sichergestellt wird, daß ganze Taktimpulse hinausgeleitet werden. Natürlich werden nach Abfall des Startsignals an Klemme 60 keine weiteren Impulse erzeugt. An Klemme 68 wird ein umgekehrtes Ausgangssignal erzeugt. Die Ingangsetzung der Schaltung von Fig. la erfolgt durch eine Schaltung vom Verriegelungstyp (nicht gezeigt), die den Anstieg des Startsignals an Klemme 60 auf ein Kippsignal hin bewirkt und die das Startsignal an Klemme 60 bei dem oben für den Zähler 22 genannten hohen Zählstand abfallen läßt. Die Synchronisations- oder Torschaltungsanordnung von Fig. la stellt lediglich ein Beispiel für eine Anordnung zur Ausführung der Start-Stopp-Operation dar.

Nachdem die logische Schaltungsanordnung 24 von F i g. 1 durch den Impulszähler 22 erregt worden ist und Impulse aus der Torschaltung 21 empfängt, ermöglicht sie das Anlegen eines ersten Impulses an die ODER-Schaltung 27, die diesen Impuls zu der Reihenfolge-Treiberschaltung 28 weiterleitet, welche ihrerseits den Wicklungen des Motors 29 Schrittschaltströme zuführt. Dann läßt die logische Schaltungsänordnung 24 während einer kurzen Dauer keine weiteren Impulse von der Torschaltung 21 mehr zum Motor 29 gelangen, wonach die Impulse mit derselben Wiederholungsfrequenz, mit der sie vom Generator 20 erzeugt werden, angelegt werden können. Statt dessen können auch Zeichenimpulse von der logischen Schaltungsanordnung 24 aus in der Weise erzeugt werden, daß die Treiber für den Motor 29 durch Impulse mit zunehmenden Wiederholungsfrequenzen erregt werden, bis die Frequenz der Impulse aus dem Impulsgenerator 20 erreicht ist. Durch diese Anordnung wird der Motor 29 mit einer Anfangsgeschwindigkeit beschleunigt, die unter der Geschwindigkeit liegt, welche der Wiederholungsfrequenz der von dem Generator 20 erzeugten Im- pulse entspricht, läuft aber schließlich mit einer Geschwindigkeit, die den vom Generator 20 erzeugten Impulsen entspricht. Nachdem der Motor 29 die gewünschte Synchronisationsgeschwindigkeit erreicht hat, hat die Schaltungsanordnung 24 ihre Aufgabe erfüllt und leitet einfach die Impulse aus dem Generator 20 direkt der ODER-Schaltung 27 zu. Dieses Merkmal der Erfindung wird besser verständlich an Hand der nachstehenden genaueren Beschreibung der Fig. 4 und 5.

Die logische Stoppschaltungsanordnung 25 wird durch eine relativ hohe Zählstufe des Impulszählers 22 betätigt, und zwar könnte diese Stufe gleich hoch oder etwas niedriger sein als die Zählstufe, die der Torschaltung 21 das Stoppsignal zugeführt hat. Die Schaltungsanordnung 25 hat den Zweck, zeitlich entsprechend gesteuerte Impulse am Ende des Impulszuges einzuführen, der durch Ein- und Ausschalten der Torschaltung 21 erzeugt worden ist, so daß der Rotor des Motors 29 nahezu die Drehzahl Null erreicht hat, wenn seine physikalische Orientierung der gewünschten Schrittstellung entspricht. Mehrere mögliche Anordnungen zur Realisierung der Schaltungsanordnung 25 werden nachstehend in Verbindung mit der Beschreibung für Fig. 6 bis 12 besprochen.

Fig. 2 zeigt einfach und symbolisch eine Motorausführungsform, die dutch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung steuerbar ist. Zunächst sei darauf hingewiesen, daß sowohl der in F i g. 2 gezeigte Motor als auch die Reihenfolge-Treiberschaltung von Fdg. 3 nur als Beispiele zum Zwecke des Verstehens der Erfindung dargestellt sind.

Der in F i g. 2 a dargestellte Motor ist ein Motor mit Dauermagrietläufer und synchronem Induktor, der gekennzeichnet ist durch einen gezahnten Läufer mit ausgeprägtem Pol in Form eines Dauermagneten und einen gezahnten Stator mit ausgeprägtem Pol, um den stationäre Spulen gewickelt sind. Ein tatsächlich zusammen mit der Erfindung verwendeter Motor hatte einen Läufer 30 mit 50 Zähnen, während in die Pole 32 bis 39 auf dem Stator 48 Zähne eingefräst Waren. Auf den Statorpolen des Motors befanden sich Zweidrahtwicklurigen, die hier nur für die Pole 32, 34* 36 und 38 dargestellt sind; ebensolche Wicklungen befinden sich aber auch auf den Polen 33, 35, 37 und 39. Eine an die Klemmen 40 und 41 gelegte Spannung fließt durch die innersten Spulen der Pole 32, 34, 36 und 38, die so gewickelt sind, daß die Pole abwechselnd Nord- und Südpole sind, d. h., durch ein in die Klemmen 40 und 41 eingegebenes Signal könnten die Pole 32 und 36 für den Läufer 30 zu Nordpolen und die Pole 34 und 38 zu Südpolen gemacht werden oder umgekehrt.

Die Klemmen 42 und 43 sind mit einer weiteren Reihe von untereinander verbundenen Spulen verbunden, die sich auf denselben Polen befinden wie die an die Klemmen 40 und 41 angeschlossenen. Aus der symbolischen Darstellung von Fig. 2a ist zu ersehen, daß die an die Klemmen 42 und 43 angeschlossenen Spulen so gewickelt sind, daß sie den Polen eine den mit den Klemmen 40 und 41 verbundenen Spulen entgegengesetzte Magnetisierung geben. Wird also ein Signal zuerst den Klemmen 40 und 41 zugeführt, so daß der Pol 32 als Nordpol erscheint, und dann abgetrennt und den Klemmen 42 und 43 mit derselben Polarität zugeführt, erscheint der Pol 32 dem Läufer 30 als Südpol. Tatsächlich sind die beiden Spulensätze auf jedem Pol zusammengewickelt, werden aber an entgegengesetz-

209 582/65

1 513 88 i

ten Enden erregt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß in einer Richtung wirksame Stromleiter, wie z. B. Transistoren, zur direkten Erregung der Spulen verwendet werden können, ohne daß eine Umschaltung nötig ist. Solche Spulenanordnungen werden Bifilarwicklungen genannt. Der hier gezeigte Motor wird als zweiphasiger Motor betrachtet, da die an die Klemmen 40 bis 43 angeschlossenen Spulen als erste Phase bezeichnet werden, während ebensolche Spulen, die bezüglich der Pole 33, 35, 37 und 39 mit den Klemmen 44, 45, 46 und 47 verbunden sind. als zweite Phase bezeichnet werden.

Der in Fig. 2a dargestellte Motor ist in Fig. 2b im Schnitt gezeigt. Dort sieht man, daß der Läufer aus einem Dauermagneten 48 besteht, auf dessen Enden Kappen 49 und 50 aufgesetzt sind. In den Kappen 49 und 50 sind die Läuferzähne geformt, und zwar jeweils mit genau derselben Zahl von Zähnen, aber mit einer derartigen Aufbringung der Kappen auf den Magneten 48, daß die Zähne auf einer Kappe bezüglich der auf der anderen Kappe axial versetzt sind. Für jede gegebene Kombination von erregten Spulen auf dem Stator nimmt also der Läufer 30 eine stabile Lage ein. Wenn z. B. die Klemmen 41, 43, 45 und 47 von F i g. 2 a geerdet wären und ein Signal an die Klemmen 40 und 44 gelegt würde, würde der Läufer eine Lage einnehmen. Durch Aberregung der Klemme 40 und Erregung der Klemme 42 würden die wirksamen Magnetkreise um den Stator herum verschoben, und der Läufer 30 würde dadurch in eine neue stabile Lage gebracht. Durch fortgesetzte Manipulation der den Spulen des Stators zugeführten Erregersignale kann bewirkt werden, daß das Magnetfeld sich einmal um den Stator dreht, was zum Ergebnis hat, daß der Läufer um eine Zahnteilung weiterbewegt wird. Wie aus Fig. 2b hervorgeht, wäre die Kappe 49 zur Gänze effektiv ein Nordpol und die Kappe 50 zur Gänze effektiv ein Südpol.

F i g. 3 a zeigt eine einfache Reihenfolge-Treiberschaltung für die Steuerung des Betriebs eines Motors der in F i g. 2 gezeigten Art. Eine Serie von in regelmäßigen Abständen auftretenden Impulsen P wird der bistabilen Kippstufe 51 zugeführt, wodurch diese beim Anstieg jedes Impulses in dem Zug P aus dem einen leitenden Zustand in den anderen gekippt wird. Die bistabilen Kippstufen 52 und 53 wiederum ändern jeweils ihren leitenden Zustand auf Anstiege in den jeweiligen leitenden Zuständen der Kippstufe 51 hin. Anschließend sprechen Treiber 54 bis 57, die in der gezeigten Wise an Klemmen für den Motor von Fig. 2a angeschlossen sind, auf die leitenden Zustände der Kippstufen 52 und 53 an. Aus F i g. 3 b ist daher zu entnehmen, daß für jeweils vier Impulse in dem Impulszug P die Treiber einen vollständigen Zyklus von Kombinationen durchlaufen haben und in ihren ursprünglichen Leitungszustand zurückgekehrt sind und dadurch der Läufer 30 des Motors von Fig. 2a um einen Zahnabstand weiterbewegt worden ist. Der in F i g. 2 gezeigte Motor und die in F i g. 3 a gezeigte Reihenfolge-Treiberschaltung sind nur als Beispiele veranschaulicht.

Die Impulsdiagramme, die die Beschreibung der Schaltungsoperation unterstützen, geben allgemein Ausgangsspannungspegel für die Blöcke oder Leitungen an, deren Bezugsziffern entlang des linken Randes der Diagramme stehen.

Ein detailliertes Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt F i g. 4, und das Impulsdiagramm für die Schaltungsanordnung von Fig. 4 ist in F i g. 5 dargestellt. Zunächst ist dem binären Impulszähler 71 ein Löschsignal zugeführt worden, durch das alle seine Zählstufen gelöscht werden und durch das außerdem die Verriegelungsschaltung 72 unwirksam gemacht wird, deren Wirkung in einer Senkung der Spannung auf Leitung 73 und einer Erhöhung der Spannung auf Leitung 74 besteht. Der Impulsgenerator 70 erzeugt eine ununterbrochene Folge von Impulsen in regelmäßigen Abständen, die der Torschaltung 75 zugeführt werden, durch die sie aber erst gelangen, nachdem ein Startsignal auf Leitung 76 gegeben worden ist. Wenn die Leitung 76 erregt ist, erscheinen die Impulse aus dem Generator 70 am Ausgang der Torschaltung 75 und werden dem Impulszähler 71, dem Inverter 77 und der UND-Schaltung 78 zugeleitet. Der erste von der Torschaltung 75 durchgelassene Impuls gelangt nicht bis zum Motor 84. da die Leitung 73 nicht erregt und daher die UND-Schaltung 78 nicht vorbereitet ist. Wie aus dem Impulsdiagramm von F i g. 5 zu ersehen ist, bewirkt jedoch der Abfall des ersten Impulses aus der Torschaltung 75, daß die erste Stufe des Impulszählers (Stufe 80) erregt wird, wodurch die UND-Schaltung 79 vorbereitet wird, die ihrerseits durch den erregten Zustand der Leitung 74 vorbereitet worden ist. Daher veranlaßt der umgekehrte Impuls aus der Schaltung 77 die Erzeugung eines Impulses durch die UND-Schaltung 79, der seinerseits durch die ODER-Schaltung 81 gelangt und die Reihenfolge-Treiberschaltung 82 und schließlich den Motor 84 erregt. Der erste Impuls aus der ODER-Schaltung 81 (gemäß Fig. 5) wird also dem Motor zugeführt.

Beim Auftreten des nächsten Ausgangsimpulses aus der Schaltung 75 werden die Stufe 80 abgeschaltet und die Stufe 85 erregt, wodurch der Durchgang des nächsten umgekehrten Impulses durch die UND-Schaltung 79 verhindert wird. Der dritte Impuls erregt jedoch die Stufe 80 erneut, wodurch die UND-Schaltung 79 wieder vorbereitet wird und daher die Erzeugung des zweiten Erregerimpulses am Ausgang der ODER-Schaltung 81 gestattet. Damit ist nun eine Periode abgelaufen, die doppelt so lang ist wie die Periode der vom Impulsgenerator 70 erzeugten Impulse. Das Auftreten des vierten Ausgangsimpulses der Torschaltung 75 wird von der Zählerstufe 86 abgefühlt, die die Verriegelungsschaltung 72 einstellt und dadurch die UND-Schaltung 79 abschaltet und die UND-Schaltung 78 vorbereitet. Daher kann der nächste Ausgangsimpuls der Torschaltung75 durch die UND-Schaltung 78 hindurch zu der ODER-Schaltung 81 gelangen, und zwar in einer Zeitperiode, die das Anderthalbfache der Zeitperiode der Impulse aus dem Generator 70 darstellt. Danach bleibt die Verriegelungsschaltung 72 eingestellt, so daß die UND-Schaltung 78 vorbereitet und die UND-Schaltung 79 abgeschaltet sind und die Impulse aus der Torschaltung 75 ununterbrochen durch die ODER-Schaltung 81 hindurch in die Reihenfolge-Treiberschaltung des Motors strömen. Diese Anordnung ermöglicht es, einen Schrittschaltmotor auf die gcwünschte Gsechwindigkeit zu beschleunigen (die der Zeitperiode der durch den Generator 70 erzeugten Impulse entspricht), ohne daß nach Erreichung der Synchrongeschwindigkeit irgendeine synchrone Schwingung auftritt. Außerdem ist es möglich, den

Motor 84 mit einer Synchrongeschwindigkeit (entsprechend P) zu betreiben, die über seiner Uberlastfrequenz liegt, indem einfach die Zeitperiode zwischen den ersten beiden Ausgangsimpulsen der ODER-Schaltung 81 so eingestellt wird, daß die Wiederholungsfrequenz dazwischen unter der Überlastfrequenz liegt.

Natürlich gibt es mehrere verschiedene Anordnungen zum Erreichen des gleichen Resultats innerhalb des in dem Ausführungsbeispiel von F i g. 4 beschriebenen Rahmens der Erfindung. Wenn z. B. eine relativ große Last mit dem Motor gekoppelt ist, sich aber mit der Zwei-Impuls-Beschleunigungsanordnung gemäß F i g. 4 nicht zufriedenstellend beschleunigen läßt, kann die Beschleunigungsimpulsperiode, die dem Motor zugeführt wird, verlängert werden, und die Zahl der Impulse und Impulsperioden vor dem Erreichen der Betriebsgeschwindigkeit kann erhöht werden, um eine glatte Beschleunigung auf die Synchrongeschwindigkeit zu gewährleisten. Das kann durch verschiedene Mittel erreicht werden, wie z. B. durch die Verwendung von zusätzlichen Kanälen entsprechend dem in der UND-Schaltung 79 beinhalteten oder durch die Verwendung von torgesteuerten monostabilen Kippschaltungen oder torgesteuerten Kombinationen von UND-Schaltungen od. dgl.

Die Gesamtwirkungsweise der Schaltung nach F i g. 4 kann man als binär gesteuerten Impulsgenerator mit veränderlicher Frequenz beschreiben, der die Fähigkeit hat, eine nichtlineare Beschleunigung des Motors und seiner Last auf die Synchrongeschwindigkeit herbeizuführen. Daher sind einige· mögliche Alternativen zu der in F i g. 4 gezeigten Anordnung z. B. durch veränderliche Spannungen gesteuerte Multivibratoren, Zeitverzögerungseinrichtungen mit Reihenfolgesteuerung u. dgl. mit geeigneten Torsteueranordnungen. Weiter könnten der Impulsgenerator und die Treiber 82 in direkter Beziehung zu der in F i g. 3 gezeigten Schaltungsanordnung stehen, und der eigentlich angetriebene Motor 84 könnte direkt in Beziehung zu dem in Fig. 2 gezeigten Motor gesetzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Stillsetzen eines Schrittschaltmotors ohne Schwingung nach Ausführung einer vorherbestimmten Zahl von Schritten ist in F i g. 6 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind Impulse mit regelmäßiger Wiederholungsfrequenz aus einem Oszillator oder Impulsgenerator durch die Start-Stop-Torschaltung 90 geleitet worden, um von dem binären Impulszähler 91 gezählt zu werden, und sind außerdem durch die ODER-Schaltung 92 hindurch der Reihenfolge-Treiberschaltung 94 zugeführt worden, um die Spulen des Motors 95 zu erregen. Nachdem der Impulszähler 91 genug Impulse gezählt hat, entsteht ein Impuls an seinem Ausgang, der die Torschaltung 90 sperrt und die monostabile Kippschaltung 96 in Betrieb setzt. In dem in F i g. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Impulszähler 91 so angeordnet, daß die Torschaltung 90 zwei Impulse vor der letzten gewünschten Schrittstellung abgeschaltet wird. Wenn der letzte dem Motor zugeführte Impuls der letzte für die Torschaltung 90 in dem Impulsdiagramm von F i g. 7 gezeigte Impuls wäre, würde im besten Falle der Läufer des Motors 95 infolge der Trägheit heftig um die gewünschte letzte Schrittstellung herum vibrieren und könnte selbst zu der nächsten stabilen Schrittstellung weiterlaufen, was äußerst unerwünscht wäre.

Wenn jedoch die Schaltungsanordnung von F i g. 6 verwendet wird, um die letzten beiden Impulse des zum Weiterschalten des Motors nötigen Impulszuges zu erzeugen, kann der Motor an der gewünschten Stelle ohne Vibration stillgesetzt werden. Im einzelnen verhält es sich so: Durch den Abfall des Ausgangssignals des Impulszählers 91 wird die monostabile Kippschaltung 96 erregt, so daß sie einen einzelnen Ausgangsimpuls erzeugt, der in der Breite veränderlich ist, was durch den doppelköpfigen Pfeil 96 im Impulsdiagramm von F i g. 7 dargestellt wird. Das Ende des Impulses aus der monostabilen Kippschaltung 96 betätigt sowohl die monostabile Kippschaltung 96 als auch die monostabile Kippschaltung 98.

t5 Der Ausgang der monostabilen Kippschaltung 96 ist direkt an die ODER-Schaltung 92 angeschlossen, um die Spulen des Motors mit einem Impuls zu erregen, der gegenüber der Wiederholungsfrequenz des vorausgegangenen Impulszuges verzögert ist. Der von

so der Schaltung 97 erzeugte Impuls bewirkt also ein Abbremsen des Läufers des Motors 95. Nach einer Zeitdauer, die der Impuls am Ausgang der monostabilen Kippschaltung 98 zum Abfallen braucht (die ebenfalls veränderbar ist, wie durch einen weiteren doppelköpfigen Pfeil angedeutet wird), wird die monostabile Kippschaltung 99 erregt, um der ODER-Schaltung 92 und damit dem Motor 95 den letzten Schrittschaltimpuls zuzuführen. Der letzte so durch die Schaltung 99 zugeleitete Impuls entspricht der gewünschten Schrittstellung. Indem also lediglich der Lauf des Rotors des Motors 95 mit einem Oszilloskop beobachtet wird, lassen sich die monostabilen Kippschaltungen 96 und 98 in der Breite so justieren, daß von der monostabilen Kippschaltung 97 ein Abbremsimpuls angelegt wird, der ausreicht, um den Läufer genau dann zum Stillstand zu bringen, wenn er die gewünschte Schrittstellung erreicht, zu welchem Zeitpunkt die monostabile Kippschaltung 99 dem Motor den letzten Impuls genau in der gewünschten Stellung ohne Vibration zuführt. Falls also 100 Impulse einer vorherbestimmten Schrittschaltoperation entsprächen und die Anordnung von F i g. 6 verwendet werden sollte, würde der Impulszähler 91 bis zu 98 Impulse zählen und dann die Torschaltung 90 sperren. Danach würden dann die monostabilen Kippschaltungen 96 und 97 den 99. Impuls und die monostabilen Kippschaltungen 98 und 99 in Verbindung mit der monostabilen Kippschaltung 96 den 100. oder letzten Impuls erzeugen.

Die in F i g. 6 gezeigte Schaltungsanordnung könnte auch mit einem einzigen Paar von monostabilen Kippschaltungen, wie z. B. 96 und 97, betriebsfähig sein, falls die Motorvibration beim Stillsetzen gering genug ist, um eine solche Anordnung zuzulassen, und für einen Motor mit größerer Trägheit zusätzliche Stufen von verzögerten Impulsen erforderlich sein können. Der Motor kann also aus einem relativ schnellen Lauf heraus in kürzestmöglicher Zeit ohne Vibration stillgesetzt und in relativ einfacher Weise zum Maximalbetrieb eingestellt werden.

Weiter eignet sich die Schaltungsanordnung von Fig. 6 besonders gut zur Kombination mit der in Fig. 4 gezeigten Schaltungsanordnung, um eine nahezu vollständige Steuerung eines mit hoher Geschwindigkeit laufenden Schrittschaltmotors zu gewährleisten. Tatsächlich könnten verschiedene Teile der beiden Systeme nahezu identisch sein. Weiter ließen sich die Operationen der monostabilen Schaltung in

dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 und die in F i g. 4 veranschaulichten Operationen sowie die von F i g. 8, 10 und 12 alle unter Verwendung von UND-Schaltungen mit mehreren Eingängen und Taktgebern oder Zählern in die Praxis umsetzen.

F i g. 8 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Stillsetzen eines Schrittschaltmotors am Ende eines Schrittschaltvorganges dar. Wie in den anderen Anordnungen erzeugt der Impulsgenerator 100 Impulse mit regelmäßiger Wiederholungsfrequenz, die unter normalen Betriebsbedingungen durch die Torschaltung 101 gelangen und vom Impulszähler 102 gezählt werden.

Außerdem erregen die Ausgangsimpulse der Torschaltung 101 die Reihenfolge-Generatorschaltung 104, wodurch wiederum verschiedene Kombinationen der Treiberschaltungen 108 bis 111 ein- und ausgeschaltet werden. Bei Erregung einer oder mehrerer relativ hoher Zählerstufen im Impulszähler 102 wird die monostabile Kippschaltung 105 betätigt. Aus dem Impulsdiagramm von F i g. 9 ist zu ersehen, daß beim Auftreten des zweitletzten Impulses vor der gewünschten Schrittschaltstellung durch den Impulszähler 102 die monostabile Kippschaltung 105 in Betrieb gesetzt wird.

Wenn der Ausgangsimpuls der monostabilen Kippschaltung 105 abfällt, wird die monostabile Kippschaltung 106 angestoßen und sendet gleichzeitig einen Impuls zu allen Treiberstufen 108, 109, 110 und 111. Da diese Treiber auf die in F i g. 2 gezeigten Bifilarwicklungen arbeiten, entstehen dadurch einander entgegengerichtete magnetische Kräfte zwischen je zwei Spulen auf jedem beliebigen Pol, wodurch die Spulen effektiv an Erde gelegt werden, wie es vom Läufer des Motors gesehen wird. Der Dauermagnetläufer des Motors 114, der bisher als Motor angetrieben worden ist, ist also plötzlich bezüglich der Feldspulen als Generator wirksam und wird einer verzögernden oder abbremsenden Drehkraft unterworfen. Während die monostabile Kippschaltung 106 die Treiberschaltungen erregt, hat der Impulsfolge-Generator 104, der in keiner Weise durch den Betrieb der monostabilen Kippschaltungen 105 und 106 beeinflußt worden ist, den letzten Ausgangsimpuls der Torschaltung 101, um diese abzuschalten. Der Reihenfolge-Generator speichert also den letzten Impuls aus der Torschaltung 101, um die Treiberkombination entsprechend zu erregen, die der letzten Schrittstellung nach dem Abfall des Ausgangsimpulses aus der monostabilen Kippschaltung 106 entspricht.

Durch Beobachtung des Motorbetriebs mittels eines Oszilloskops können die monostabilen Kippschaltungen 105 und 106 so eingestellt werden, daß durch die obenerwähnte Generatoraktion der Läufer des Motors 114 auf die Geschwindigkeit Null abgebremst wird, wenn er die letzte Schrittstellung erreicht, und an dieser Stelle ist der Generator 104 wieder wirksam, so daß der Läufer ohne Vibration in der gewünschten Schrittstellung verriegelt wird. Indem man die Breite der Impulse aus den monostabilen Kippschaltungen 105 und 106 einstellbar macht, erreicht man den besten Steuerbereich zur Erleichterung des Oszilloskopausrichtvorganges, aber jede dieser Impulsbreiten könnte auch je nach den Umständen festgelegt werden.

Dieses Ausführungsbeispiel ist eine vorteilhafte Verbesserung gegenüber dem bekannten Verfahren zum Anhalten eines Motorläufers, bei dem dessen Spulen kurzgeschlossen werden und als Generator wirksam sind. Eine solche Operation ist mit den bekannten Verfahren manuell oder durch analoge Servosysteme (mit geschlossenem Regelkreis) ausgeführt worden, die mit digitalem Betrieb nicht vereinbar sind. Durch die Erregung aller Treiber 108 bis 111 werden die Spulen aller Statorwicklungen über eine niedrige Impedanz miteinander kurzgeschlossen, und daher entsteht eine dynamische Bremswirkung nach

ίο Art eines durch Dauermagnet erregten Generators, da die einander entgegengerichtete Erregung der Zweidrahtspulen ein Nettodrehmoment Null am Läufer erzeugt. Im Vergleich zur Stoppschaltung von F i g. 6 eignet sich die Schaltungsanordnung von F i g. 8 besonders für einen relativ langsamen Schrittschaltmotorbetrieb, z. B. dann, wenn die maximale ungesteuerte oder ungedämpfte Vibration kleiner als ein Motorschritt ist.

Fig. 10 zeigt ein System zum Betreiben eines synchronen Induktionsmotors ähnlich dem in F i g. 2 gezeigten in Schrittschaltweise, um eine intermittierende Bewegung ohne Vibration zu erzeugen. Das System kann den Motor um jeweils einen Schritt weiterschalten oder auch eine Folge von einzelnen Schritten des Motors bewirken. Das in Fig. 10 gezeigte System bewirkt die Schrittbewegung des Motors dadurch, daß zunächst ein erster Beschleunigungsimpuls, dann ein kurzzeitiger Umkehr- oder Bremsimpuls und schließlich erneut der Vorwärtsimpuls genau zu dem Zeitpunkt angelegt werden, wenn der Motor die Schrittstellung erreicht hat, und zwar derart, daß der Motor augenblicklich mindestens an der jedem Eingangsimpuls entsprechenden Schrittposition ohne Vibration eingehalten werden kann. Weiter ist jeder Schritt im wesentlichen unabhängig von dem vorausgegangenen und späteren Betriebsablauf. Es ist nur nötig, daß die nächstfolgende Operation nicht auftritt, bevor die zeitliche Folge von Vorgängen für die unmittelbar auftretende Schrittschaltbewegung einen Schrittschaltzyklus hat abschließen können.

Die nachstehende Beschreibung der Schaltungsanordnung von Fig. 10 ist auf das Impulsdiagramm von Fig. 11 bezogen, um das Verständnis der Wirkungsweise zu erleichtern. Für die Bauelemente sind willkürliche Spannungspegel zur Zeit Γ0 angenommen worden. Die Inverterschaltungen von Fig. 10, wie z. B. 121, 125, 132 und 133, werden nur gezeigt, weil das Diagramm eine Schaltung veranschaulicht, die so ausgelegt ist, daß sie mit monostabilen Kippschaltungen arbeitet, welche zeitlich gesteuerte negative Impulse auf negative Eingangsimpulse hin erzeugen. Bei der Verwendung von monostabilen Kippschaltungen, die aus negativen Eingangsimpulsen positive Ausgangsimpulse erzeugen, wären die Inverter nicht erforderlich.

Ein der monostabilen Kippschaltung 120 zugeführter negativer Eingangsimpuls P setzt das System in Gang. Der von 120 erzeugte Ausgangsimpuls wird durch den Inverter 121 umgekehrt und von dort aus der bistabilen Kippstufe 122 und zwei monostabilen Kippschaltungen 123, 124 zugeführt. Beim Beginn des Impulses aus der monostabilen Kippschaltung 120 und dem Inverter 121 ändert die bistabile Kippstufe 122 ihren Leitungszustand, so daß der Spannungspegel der Leitung 127 steigt und der der Leitung 128 abfällt. Dieser wird durch die negative ODER-Schaltung 130 und den Inverter 132 weitergeleitet und veranlaßt die bistabile Kippstufe 134 zur

Änderung ihres Leitungszustandes, so daß die Spannung auf Leitung 136 steigt und die von Leitung 137 fällt. Hierdurch werden der Treiber 140 abgeschaltet und der Treiber 141 eingeschaltet und der Beginn der Zeitperiode Tl markiert. Beim Abfall des Impulses am Ausgang des Inverters 121 erzeugt die monostabile Kippschaltung 123 einen Impuls, der dem einen Eingang der ODER-Schaltungen 130 und 131 zugeführt wird. Da jetzt die Leitung 127 eine hohe und die Leitung 128 eine ,niedrige Spannung haben, gelangt der Impuls aus der monostabilen Kippschaltung 123 durch die ODER-Schaltung 130, aber nicht durch die ODER-Schaltung 131. Der Impuls aus 123 wird daher durch die ODER-Schaltung 130 und den Inverter 132 weitergeleitet und veranlaßt die bistabile Kippstufe 134 zur Änderung ihres Leitungszustandes, wodurch die Spannung auf Leitung 136 abfällt und die auf Leitung 137 steigt. Hierdurch werden die Treiberschaltung 140 ein- und die Treiberschaltung 141 ausgeschaltet und das Ende der Zeitperiode Tl und der Beginn von T 2 markiert.

Durch die Hinterflanke des Ausgangsimpulses des Inverters 121 ist nicht nur die monostabile Kippschaltung 123 betätigt worden, sondern auch die monostabile Kippschaltung 124. Der Ausgangsimpuls aus 124 hat nach dem Durchgang durch den Inverter 125 die monostabile Kippschaltung 126 betätigt. Da die ODER-Schaltung 130 den Ausgangsimpuls von 126 durchlassen kann, gelangt dieser zu der bistabilen Kippstufe 134, die das Ende der Zeit Tl signalisiert und unter erneuter Umschaltung ihres Leitungszustandes die Spannung auf Leitung 136 erhöht und die auf Leitung 137 senkt. Während der Zeit Tl ist also ein Beschleunigungsimpuls an den Läufer des Motors gelegt worden und hat ihn veranlaßt, seine Bewegung zu beginnen. Während der Zeit Tl ist dem Motor eine umgekehrte Drehkraft zugeführt worden und hat ihn bei seiner Annäherung an die gewünschte Schrittstellung abgebremst oder verlangsamt. Zu Beginn der Zeit T 3 befand sich der Läufer etwa in der gewünschten Schrittstellung und wurde durch die Leitungsimpulspegel, die die erste Beschleunigung bewirkt hatten, verriegelt. Zur Zeit T 3 befindet sich daher der Läufer in einer stabilen, nichtvibrierenden Schrittschaltstellung.

Beim Anlegen eines zweiten negativen Impulses P, der den Beginn der Periode T 4 markiert, wird die bistabile Kippstufe 122 umgeschaltet, wodurch der Spannungspegel der Leitung 127 gesenkt und der von Leitung 128 erhöht wird. Infolgedessen können keine weiteren negativen Signale durch die ODER-Schaltung 130 gelangen, aber die ODER-Schaltung 131 kann alle folgenden Impulse durchlassen. Außerdem fühlt die bistabile Kippstufe 135 die Änderung des Leitungszustandes ab und ändert ihren eigenen Leitungszustand, so daß die Spannung auf Leitung 138 steigt und die auf Leitung 139 fällt und daher der Treiber 143 leitend wird und der Treiber 142 abgeschaltet wird. Während der Zeitperioden T 4, Γ 5 und T 6 gleicht der Betrieb der aus den Elementen 131, 133, 135, 142 und 143 bestehenden Schaltungsanordnung im wesentlichen dem Betrieb der an die ODER-Schaltung 130 angeschlossenen Elemente, wie er vorstehend beschrieben ist.

Der dritte negative Übergang in dem Impulszug P bewirkt den Beginn des dritten Zyklus, der wirkungsmäßig den Zeitperioden Tl, T2 und Γ3 entspricht, abgesehen davon, daß die Leitungsspannungen aus den Treibern 140 und 141 (gesteuert durch die Leitungsspannungen 136 und 137) umgekehrt sind. Dieser dritte Zyklus umfaßt die Zeitperioden Tl, Γ8 und T9. Es sei darauf hingewiesen, daß stabile Schrittstellungen während der Zeiten T3, Γ6 und T9 erreicht werden und in der Zeit TIl erreicht würden, zu welchem Zeitpunkt ein vollständiger Zyklus abgeschlossen wäre. Außerdem entsprechen die Zeiten T 3, T 6, T 9 und Γ12 direkt jedem dem System zugeführten Impuls.

Es folgt nun eine Tabelle, aus der die oben beschriebene Wirkungsweise von Fig. 10 hervorgeht und die das jeweilige Drehmoment angibt, das dem Läufer des Motors 145 für jede der angegebenen Perioden erteilt wird. Die Tabelle zeigt einen vollständigen Schrittzyklus für den Motor.

Zeit	Schritt	Rotor Drehmoment	140	Trei 141	ber 142	143
TO Tl Tl	0	Stillstand Vorwärts Rückwärts	EIN AUS EIN	AUS EIN AUS	EIN EIN EIN	AUS AUS AUS
Γ3 T4 T5	1	Stillstand Vorwärts Rückwärts	AUS AUS AUS	EIN EIN EIN	EIN AUS EIN	AUS EIN AUS
T6 Tl Γ8	2	Stillstand Vorwärts Rückwärts	AUS EIN AUS	EIN AUS EIN	AUS AUS AUS	EIN EIN EIN
T9 TlO TU	3	Stillstand Vorwärts Rückwärts	EIN EIN EIN	AUS AUS AUS	AUS EIN AUS	EIN AUS EIN
TU	4	Stillstand	EIN	AUS	EIN	AUS

Durch die Einstellung der monostabilen Kipp- zeitliche Steuerung für die vibrationslose Schrittschaltungen 120, 123 und/oder 124 bei der Beobach- 65 schaltung des Motors 145 erreicht wird. Die Eintung der Reaktion des Motors auf einem Oszillogra- gangsimpulse P könnten eine willkürliche oder eine phenschirm wird die Schaltung von Fig. 10 leicht zyklische Wiederholungsfolge haben je nach der gedaraufhin anpassungsfähig gemacht, daß die richtige wünschten Anwendung bis zu einer maximalen Im-

209 582/05

pulswiederholungsfrequenz, die durch die Zeit bestimmt wird, welche nötig ist, um die oben besprochene Zeitsteuerungsfolge abzuschließen. Diese Zeitsteuerungsfolge für ein bestimmtes System ist eine Funktion der beteiligten Parameter, z. B. der Systemträgheit, der Reibung, des Motorstroms und der Motorenenergie, der Belastung und so fort.

Die in Fig. 10 gezeigte Schaltungsanordnung ist so angeordnet, daß die Reaktion der Zeitsteuerungsschaltung und der logischen Steuerschaltung relativ unabhängig ist von dem jeweiligen Satz von Spulen, der geschaltet wird. Das heißt, die Ausgangsimpulse der monostabilen Kippschaltungen 123 und 126 haben dieselbe zeitliche Steuerung, unabhängig davon, ob die Statorspulen, die an die Treiber 140 und 141 angeschlossen sind, oder die an die Treiber 142 und 143 angeschlossenen geschaltet worden sind. In praktischen Anwendungen sind die Spulenschaltungsparameter selten genau gleich, und gelegentlich könnten die Differenzen so groß werden, daß geringfügige Vibrationen beim Erreichen der Schrittschaltstellung für eine bestimmte Spule oder bestimmte Spulen bewirkt werden.

Falls die durch fehlende Einheitlichkeit der Spulenschaltung bedingten Vibrationen nicht zulässig sind, kann ein System verwendet werden, das dem in F i g. 12 gezeigten ähnelt. Falls der gesteuerte Schrittschaltmotor Zweidrahtwicklungen verwendet, würde in den Magnetkreisen eine Einheitlichkeit in bezug auf jeden einzelnen Statorpol bestehen. Aber selbst in zweidrähtig gewickelten Motoren gibt es verschiedene andere Faktoren, die das Fehlen von Einheitlichkeit in der Motorschaltung bedingen könnten, wie z. B. eine oder mehrere fehlende Windungen auf einer oder mehreren Spulen oder Schwankungen im Drahtwiderstand innerhalb jeder Wicklung oder Unterschiede in den Charakteristiken der Magnetkreise od. dgl. Wenn die Einheitlichkeitsmängel kein bedeutsamer Faktor sind, genügt das in Fig. 10 gezeigte System. Sonst muß man das in Fig. 12 dargestellte System verwenden. Da die in Fig. 12 gezeigte Schaltungsanordnung, abgesehen davon, daß für jeden Satz von Zweidrahtwicklungen zwei verschiedene Zeitsteuerungsschaltungen eingeschlossen sind, ebenso arbeitet wie die in Fig. 10 dargestellte Schaltung, wird Fig. 12 hier nicht beschrieben. Es genügt zu sagen, daß man die Wirkungsweise des Motors auf einem Oszillographenschirm beobachten kann, während die monostabilen Kippschaltungen 155, 157, 165 und/ oder 167, die durch die erste bistabile Kippstufe 150 betätigt werden, so eingestellt sind, daß sie bei jeder Schrittschaltung jede Vibration beseitigen.

Die Erfindung läßt mehrere Anordnungen zu, um die erforderlichen Zeitsteuerungsoperationen zur Steuerung eines Schrittschaltmotors auszuführen. Zum Beispiel können Kombinationen oder Anordnungen von Zählern benutzt werden, um die durch die monostabilen Kippschaltungen erreichte zeitliche

ίο Steuerung zu erreichen, oder auch verschiedene Kombinationen von Taktgebern, Impulszählern, UND-Schaltungen, ODER-Schaltungen, Verriegelungsschaltungen u. dgl. Die oben gezeigten und beschriebenen einzelnen oder kombinierten Steuersysteme sind mit wesentlich geringerem Aufwand herzustellen als andere Steuersysteme für den Betrieb von Schrittschaltmotoren. Außerdem haben die hier besprochenen Steuersysteme den großen Vorteil, daß sie für durch Digitalrechner gesteuerte Anwendungen geeignet sind, da sie digital aufgebaut sind und nach Art eines offenen Regelkreises arbeiten.

Ein durch die Erfindung gesteuerter Schrittschaltmotor kann in relativ einfacher Weise umgeschaltet werden (d. h. in entgegengesetzter Richtung gedreht werden). Zum Beispiel könnten (F i g. 3 a) die Ausgangsleitungen aus der bistabilen Kippstufe 52 so umgeschaltet werden, daß sie die Treiber 56 und 57 steuern, während die Ausgangsleitungen der bistabilen Kippstufe 53 die Treiber 54 und 55 steuern könnten; dies könnte ziemlich leicht durch ein Relais oder eine einfache Umschaltanordnung erreicht werden, wodurch man die Drehung des Schrittschaltmotors in jeder von beiden Richtungen ermöglichen würde. Eine andere Anordnung, die in vorteilhafter Weise zur Umkehrung der Drehrichtung dienen könnte, besteht darin, daß ein zweipoliger Wechselschalter in die Ausgangsleitungen der bistabilen Kippstufe 51 (F i g. 3 a) eingesetzt wird, um die Ausgänge der Kippstufe 51 je nach der gewünschten Drehrichtung entsprechend mit den bistabilen Kippstufen 52 und 53 zu verbinden. Die Umschaltung würde vorzugsweise durch logische UND- und ODER-Schaltungen erfolgen, um eine hohe Betriebsgeschwindigkeit zu erreichen. Obwohl der in Verbindung mit der Erfindung beschriebene Schrittschaltmotor ein zweiphasiger Motor ist, ist die Erfindung natürlich nicht auf einen solchen Betrieb beschränkt, sondern kann auch zur Steuerung jedes mehrphasigen Motors dienen. Der Beschreibung liegt die NOR-Logik zugrunde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltung eines offenen Regelkreises zur digitalen Regelung der Laufcharakteristik eines synchronen Induktionsmotors der Schrittmotorbauart mit einer die Reihenfolge der Erregung der Statorwicklungen bestimmenden Schaltung, die mit den Statorwicklungen verbundene Treiber aufweist, mit weiteren digitalen Schaltelementen zur zeitlichen Beeinflussung der Impulse für die Erregung der Statorwicklungen und mit einem Impulsgenerator, der über eine Stopp-Verriegelungseinrichtung der die Reihenfolge der Erregung der einzelnen Statorwicklungen des Induktionsmotors bestimmenden Schaltung Impulse liefert, die bei entsprechendem Signal gesperrt oder freigegeben werden, wobei die durch die Treiber verstärkten Impulse neben den Statorwicklungen auch einem Impulszähler zugeführt werden, der an eine für das Stoppen bzw. Verzögern verantwortliche Bremsschaltung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine für das Anlassen bzw. Laufen des Induktionsmotors verantwortliche logische Schaltung (24) eine mit dem an den binären Impulszähler (71) angeschlossenen Ausgang einer Torschaltung (75) verbundene Inverterschaltung (77) aufweist, deren Ausgang den Eingang einer UND-Schaltung (79) bildet, deren zweiter Eingang mit der niedrigsten Zählstufe (80) des Impulszählers (71) und deren letzter Eingang mit dem AUS-Ausgang (74) einer Verriegelungsschaltung (72) verbunden ist, deren EIN-Ausgang (73) mit einer anderen UND-Schaltung (78) verbunden ist, deren anderer Eingang mit dem genannten Ausgang der Torschaltung (75) verbunden ist, daß der EIN-Eingang der Verriegelungsschaltung (72) an eine niedrige Zählstufe (86) und der AUS-Eingang der Verriegelungsschaltung (72) an die Löschleitung des Impulszählers (71) angeschlossen ist und daß die Ausgänge der beiden UND-Schaltungen (75, 79) mit einer ODER-Schaltung (81) verbunden sind, deren Ausgang an die die Reihenfolge der Erregung der Statorwicklungen des Induktionsmotors bestimmende Schaltung (82) angeschlossen ist, wobei der Impulszähler (71) so geschaltet ist, daß ab der zweiten Zählstufe (85) vor dem Beaufschlagen der nächst höheren Zählstufe jeweils ein Impuls die niedrigste Zählstufe (80) beaufschlagt und daß die für das Stoppen bzw. Verzögern des Induktionsmotors verantwortliche logische Schaltung (25) aus einer der Größe der Drehzahl bzw. des Trägheitsmoments entsprechenden Anzahl von der höchsten Zählstufe des Impulszählers (91) nachgeschalteten, zueinander parallelliegenden Impulsverzögerungseinrichtungen (96 bis 99) besteht, von denen eine jede eine unterschiedliche Impulsverzögerung und einstellbare, erforderlichenfalls unterschiedliche Impulslängen erzeugt und daß diese parallelgeschalteten Verzögerungseinrichtungen die Eingänge der der für die Reihenfolge der Erregung der Statorwicklungen verantwortlichen logischen Schaltung (94) vorgeschalteten ODER-Schaltung (92) bilden.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsverzögerungseinrichtungen aus einer an der höchsten Stufe des Impulszählers (91) angeschlossenen ersten monostabilen Kippschaltung (96) mit einstellbarer Impulsdauer bestehen, deren Ausgang mit zwei weiteren parallelgeschalteten monostabilen Kippschaltungen (97, 98) verbunden ist, von denen die eine (97) direkt mit der genannten ODER-Schaltung (92) und die andere (98), deren Impulslänge einstellbar ist, über eine vierte monostabile Kippschaltung (99) mit der genannten ODER-Schaltung (92) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 mit einem zweiphasigen Induktionsmotor, auf dessen Statorspulen jeweils zwei in ihrem Erregungszustand entgegengesetzte Polarität erzeugende Wicklungen angeordnet sind, dessen benachbarte Polstücke jeweils einer anderen Phase angehören und bei dem jede der beiden Wicklungen der aufeinanderfolgenden Polstücke jeweils einer Phase abwechselnd entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen und die die Reihenfolge der Erregung der Wicklungsgruppen der Phasen bestimmende Schaltung eine bistabile Kippstufe ist, deren Ausgänge unmittelbar oder über logische Schaltelemente mit je einer Treiberstufe verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der höchsten Zählstufe des Impulszählers (102) zwei monostabile Kippschaltungen (105,106) in Reihe nachgeschaltet sind, daß der Ausgang der zweiten Kippschaltung an alle mit der die Reihenfolge der Erregung der Statorwicklungen des Induktionsmotors bestimmenden logischen Schaltung (104) verbundenen Treiber (108 bis 111) angeschlossen ist und daß die Impulslängen der genannten monostabilen Kippschaltungen so eingestellt sind, daß der Impuls der letzten der beiden genannten monostabilen Kippschaltungen abgefallen ist, bevor der die höchste Zählstufe beaufschlagende und auch der Schaltung (104) zugeführte Impuls den entsprechenden Treiber erregt.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden den Treibern direkt vorgeschalteten bistabilen Kippstufen (134, 135) über je eine negative ODER- bzw. NOR-Schaltung (130 bzw. 131) an die beiden Ausgänge der die Steuerimpulse empfangenden weiteren bistabilen Kippstufe (122) angeschlossen ist, daß je ein weiterer Eingang der beiden negativen ODER-Schaltungen (130, 131) gemeinsam an eine weitere monostabile Kippschaltung (123) angeschlossen ist, die die gleichen Steuerimpulse wie die zuletzt genannte bistabile Kippstufe (122) erhält und das Ende der Beschleunigungsperiode bestimmt, und daß je ein weiterer Eingang der beiden genannten negativen ODER-Schaltungen (130, 131) gemeinsam an zwei in Reihe geschaltete vierte und fünfte monostabüe Kippschaltungen (124, 126) angeschlossen ist, von denen die erste (124) den gleichen Steuerimpuls wie die zuletzt genannte bistabile Kippstufe (122) erhält und daß die letzte (126) der beiden in Reihe geschalteten monostabilen Kippschaltungen (124, 126) das Ende der Verzögerungsperiode bestimmt.

5. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Treiber der Wicklungsgruppen der einen Phase an je eine ODER-

Schaltung angeschlossen ist, daß die beiden Eingänge einer jeden der beiden ODER-Schaltungen an je eine UND-Schaltung angeschlossen sind, daß je ein Eingang zweier dieser vier UND-Schaltungen an eine gemeinsame Inverterschaltung angeschlossen ist und daß der zweite Eingang der einen der beiden genannten UND-Schaltungen an den einen Ausgang einer weiteren bistabilen Kippstufe (151) und der zweite Eingang der anderen der beiden genannten UND-Schaltungen an den anderen Ausgang der genannten bistabilen Kippstufe (151) angeschlossen ist, daß je ein Eingang der beiden anderen UND-Schaltungen an dem zur genannten Inverterschaltung führenden Ausgang einer weiteren monostabilen Kippschaltung (157) angeschlossen ist, daß der andere Eingang der einen der beiden zuletzt genannten UND-Schaltungen mit dem einen Ausgang der genannten bistabilen Kippstufe (151) und der andere Eingang der anderen der beiden zuletzt genannten UND-Schaltungen mit dem anderen Ausgang der genannten bistabilen Kippstufe (151) verbunden ist, daß die genannte monostabile Kippschaltung (157) in Reihe mit einer Inverterschaltung (156) und einer vierten monostabilen Kippschaltung (155) an dem Ausgang einer die Steuerimpulse (P) empfangenden vierten bistabilen Kippstufe (150) liegt, deren anderer Ausgang mit dem Eingang der zuerst genannten bistabilen Kippstufe (151) verbunden ist und daß die beiden Treiber der zweiten Phase an eine gleichartig aufgebaute Schaltungsanordnung angeschlossen sind, deren beide Eingänge mit der der die Steuerimpulse (P) empfangenden vierten bistabilen Kippstufe (150) spiegelbildlich gegenüber den gleichen Eingängen der ersten Phase zugeordneten Schaltungsanordnung verbunden sind.

40

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung eines offenen Regelkreises zur digitalen Regelung der Laufcharakteristik eines synchronen Induktionsmotors der Schrittmotorbauart mit einer die Reihenfolge der Erregung der Statorwicklungen bestimmenden Schaltung, die mit den Statorwicklungen verbundene Treiber aufweist, mit weiteren digitalen Schaltelementen zur zeitlichen Beeinflussung der Impulse für die Erregung der Statorwicklungen und mit einem Impulsgenerator, der über eine Stopp-Verriegelungseinrichtung der die Reihenfolge der Erregung der einzelnen Statorwicklungen des Induktionsmotors bestimmenden Schaltung Impulse liefert, die bei entsprechendem Signal gesperrt oder freigegeben werden, wobei die durch die Treiber verstärkten Impulse neben den Statorwicklungen auch einem Impulszähler zugeführt werden, der an eine für das Stoppen bzw. Verzögern verantwortliche Bremsschaltung angeschlossen ist.

Schrittmotoren erzeugen eine von der Anzahl von Steuerimpulsen, die einen Wechsel der jeweils stromdurchflossenen Wicklungen des Motors hervorrufen, abhängige Bewegung. Derartige Motoren werden in immer größer werdendem Umfang verwendet. Eines ihrer Anwendungsgebiete bildet der Transport eines Filmstreifens, bei dem durch Antrieb eines Bandantriebsrades in Abhängigkeit von der Anzahl von Steuerimpulsen der Film um eine bestimmte Strecke weiterbewegt wird. Solche Schrittmotoren werden auch weitgehend für den Antrieb von Magnetbändern, Karten, Papierbändern u. ä. verwendet.

Bei dem Bau derartiger Schrittmotoren für den Antrieb rotierender Elemente ergeben sich jedoch Schwierigkeiten. Eine dieser Schwierigkeiten ist die Tendenz des Rotors dieses Motors, nach seinem Stillsetzen zu vibrieren. Dieses Einschwingen in den Ruhezustand rufen die Rotor- und die Lastträgheitskräfte hervor. Bei Anwendungen für die genaue Weiterbewegung eines Bandes bzw. einer Karte ist jedoch dieses Einschwingen in den Ruhezustand nicht zulässig, und ebenso ist die für die Erzielung des völligen Stillstandes erforderliche Zeit untragbar.

Ferner ist es des öfteren schwierig, Schrittmotoren mit relativ hohen Geschwindigkeiten zu betreiben. Synchrone Induktionsmotoren können mit relativ hohen Geschwindigkeiten als Schrittmotoren verwendet werden, jedoch liegt die günstige Geschwindigkeit unter dem Maximum der Motorgeschwindigkeit, bei der ein Absacken für gegebene Lasten zu beobachten ist. In Drehmoment-Geschwindigkeitsdiagrammen für eine bestimmte Last wird diese Unzulänglichkeit mit Abfallpunkt bezeichnet, das ist der Punkt, an dem der Motor außer Tritt fällt. An diesem Abfallpunkt besitzt der Synchronmotor eine Geschwindigkeit, unter welcher derselbe bei keiner äußeren Last für gegebene Strom-Feldzeitkonstanten wieder anläuft, wenn der Motor stillgesetzt ist und mit Impulsen von einer Frequenz gleich oder größer der Abfallfrequenz wieder erregt wird.

Eine Begrenzung der Abfallfrequenz ist möglich durch Hinzufügen von Widerständen zur Statorwicklung, wodurch die Motorzeitkonstante geändert wird und sich dabei eine unerwünschte Senkung der Motorleistung ergibt. So hatte man, um dies zu umgehen, den Motor unter der Abfallfrequenz betrieben oder man hatte die Folgefrequenz der dem Motor zugeführten Impulse von unterhalb der Abfallfrequenz bis darüber hinaus vergrößert, wobei jedoch manuelle oder selbsttätige elektromechanische Steuerelemente notwendig sind. Unerwünschtes Vibrieren wurde bei bekannten Anordnungen durch mechanische Dämpfungsvorrichtungen und geschlossene Regelkreise vermieden. Jedoch sind die bekannten Schrittmotoren für eine Verwendung in Verbindung mit Digitalrechnern, bei denen besondere Präzision für die Einhaltung vorgegebener Stellungen erforderlich ist und auf keinen Fall ein Vibrieren im Stillstand auftreten darf, unverwendbar.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein funktionssicheres Steuerungssystem für Schrittmotoren mit geringem technischem Aufwand zu schaffen, das trotz hoher Motordrehzahl es erlaubt, den Motor in vorgegebenen Winkelstellungen mit kleinster Winkeltoleranz in kürzester Zeit in einen vibrationsfreien Stillstand zu bringen. Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von folgenden bekannten Anordnungen aus: