DE1956857A1 - Logische Einrichtung fuer die Steuerung von Schrittschaltmotoren - Google Patents

Description

Dlpl.-Inc«. *. Bsetiu. 530-15.113p 12.11.1969 Dip!.-!r:. '·. spracht Manchen 22. Steinsdorf·». t·

Opytno-Konstruktorskoe bjuro Vsesojuznogo Nauehno-Issledovatelskogo Instituta Kriogennogo Mashinostroenia

ODESSA (UdSSR) {

Logisch· Einrichtung für dl· Steuerung von Schrittschaltmotor^

Di· Erfindung besieht sich auf «in· logisoh· Einrichtung für di· Steuerung von «l«ktrisoh«n Sohrittaohaltsotortn, insbeaondere für di· Steuerung von M«tall1»«arbeitungssiaschinen, wie Oasbrennsohneideaaaohinen.

Bekannt aind logisohe linrlohtungen für di· Steuerung elektrischer Sohrittsohaltaotoren, w«leh· üb«r eine di· Reihenfolge der Einschaltung der Phaaenvicklungen d·· Motors bestiBBiende Speiohereinheit and di· Phaaenatrösi· koBsratierende Ausgangsverstärker verfügen (UdSSR-Urheberschein Nr. 188.756 Kl· kZm, iJ»)·

530-(P. 25 ^29/i)-Hd-r (7)

1 09821/0984

Solch· Einrichtungen gewährleisten keinen gleichmäßigen Lauf der Schrittsohaltmotoren, vas deren Betriebs- -rerhalten verschlechtert· Die Erhöhung der Laufruhe eines Schrittschaltmotor* wird durch die Verminderung des Sohrittwertes alt Hilfe stufenweiser Änderung der Phasen-•tröme des Schrittschaltmotors erreicht·

Bekannt sind auch Einrichtungen für die Steuerung von Sehrittsohaltmotoren mit einer künstlichen Teilung des Verstellschrittes, welche mit Hilfe eines Geberschritt schaltmotors erreioht wird, der einen Drehtransformator dreht. Von diesem gelangen die Steuersignale an die Eingänge von Verstarkern, die die Phasenwicklungen des Schrittschaltmotor* speisen. Nachteilig ist es, daß eine solche Einrichtung eine geringe Drehzahl des Schrittschal tantriebmotors, welche durch den Frequenzbereich des Sohrittschaltgebermotors begrenzt ist, und eine verminderte Betriebssicherheit hat.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine logische Einrichtung für die Steuerung von Schrittschalt-A motoren zu schaffen, die durch stufenweise Änderung jedes Phasenstroms mit Hilfe der Umsetzung der Stellenwerte des Binärοode* in die Analogwerte der Phasenströme und durch ihre entsprechende Kommutierung die Laufruhe des Schrittschaltmotor* gewährleistet und betriebssicher ist·

Diese Aufgabe wird daduroh gelöst, daß Digital-Analog-Umsetzer des Binärcodes in elektrischen Strom, deren Ausgänge an die Phasenwioklungen des Schrittschaltmotor angeschlossen sind und bei denen jeweils die Stellenwerteingänge mit den entsprechenden Stellenwertausgängen eines entsprechenden umsteuerbaren Binärzählers des Speioher-

109821/0964

blocke verbunden sind, wobei die Binärsanier so luiunianwirken, daß gleichseitig swel Phasenwicklungen kommutiert werden, in deren einer der Strom stufenweise zunimmt und
in deren anderer stufenweise abnimmt, während die übrigen Wicklungen abgeschaltet bleiben.

Es ist zweckmäßig, daß gleichnamigen Stellen der Binärzähler duroh ein Element mit mehreren stabilen Zuständen gebildet sind, deren Anzahl der Phasenzahl des Sohritt- j schaltmotors gleich ist, daß Elemente einen geschlossenen Zählerblook bilden, dessen Stellenwertauegänge jeweils den Ausgang eines NUR-Glieds der Elemente darstellen und dessen gleichnamige Stellenwertausgänge su Gruppen -vereinigt sind, die an die entsprechenden Eingänge der Digital-Analog-Umsetzer angeschlossen sind, und daß für eine stufenweise Zunahme des Stroms in der einen Phasenwicklung und
der Abnahme des Stromes in der anderen der Trigger an jeder Stelle duroh die NUR-Glieder der Elemente gebildet
wird, die zu den genannten Wicklungen gehören, und die
übrigen Ausgänge dieser Elemente durch eine Sperreinheit
gesperrt sind.

Die Erfindung kann dadurch weitergebildet werden,
daß die Sperreinheit ein umsteuerbares Ringregister sur
Verschiebung einer logischen Eins enthält, dessen Steile ns ahl gleich der Phasen«ahl des Schrittschaltmotorβ
ist und das über getrennte Nulleingänge verfügt, die über UND-Schaltungen an die Stellenwertausgänge des Zählerblocks angeschlossen sind, daß die Slnzelausgänga des
Registers an die Sperreingänge der NUR-Glieder der Elemente und an Schienen der Umsteuereinrichtung des Zähler» blocks so angeschlossen sind, daß sich bei Auftreten einer Eins am Ausgang des Registers ein eigener uasteuer-

109821/0984

barer Zähler au* den benachbarten NUR-Glledern jeder Stelle des Zahlerblocke bildet.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungs· beispielen und der beigelegten Zeichnung näher erläutert. Bs zeigern

Fig. 1 a, b, c den zeitlichen Verlauf der Phasenströme in den Phaaenwicklungen des Schrittschaltmotor« j

Fig. 2 das Blockachaltbild einer erfindungsgemäßen logischen Einrichtung für die Steuerung von Schrittschaltmotorenι

Fig. 3 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen logischen Einrichtung für die Steuerung von Schrittschaltmotoren, in der der Zählerblook aus Elementen mit mehreren stabilen Zuständen ausgeführt ist, und

Fig. h das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen logischen Einrichtung für die Steuerung von Schrittschaltmotoren mit als umsteuerbares Ringregister ausgeführter Sperreinheit·

Die erfindungsgemftße logische Einrichtung für die Steuerung von Sehritt schal tau» toren führt eine stufenweise Xnderung de« Phasenstromes und die Kommutierung der Phasenwloklungen der Sohrittsohaltmotoren durch· I« folgenden wird ein Dreiphasen-Blektromotor als Schrittschaltmotor be-

1 09821/0964

schrieben) sämtliche Erläuterungen gelten aber auch für Elektromotoren mit beliebiger Phasensahl.

Die logische Einrichtung arbeitet so, daß, wenn im Laufe eines Schrittes 1.. des Me tors in der ersten Phasenwicklung der Strom X₁ (Fig. la) stufenweise zunimmt und in der dritten Phasenwicklung der Strom X- (Fig· 1c) stufenweise abnimmt, die zweite Vieklung abgeschaltet und der Strom X_£ (Fig. Ib) gleich Null ist. Während des näohsten Schrittes 1„ des Motors nimmt der Strom X₁ (Fig. 1a) ™ stufenweise ab, der Strom X. (Fig. 1b) nimmt dabei stufenweise zu, und der Strom I„ (Fig. 1c) ist gleich Null, d. h., der Strom fließt gleichzeitig nur durch zwei Wicklungen des Motors, in allen übrigen Wicklungen ist er gleich Null.

Zur Einhaltung dieses Steuerablaufs hat die Einriohtung erfindungsgemäß Digital-Analog-Umsetzer 1,2 und 3 (Fig. 2) für die Umsetzung des Binärcodes in elektrischen Strom, deren Ausgänge an Phasenwicklungen k_t 5 und 6 des Motors angeschlossen sind, und eine Speichereinheit, die aus umsteuerbaren Binärzählern 71 & und 9 besteht, deren i Stellenwertauegänge 10, 11 bzw· 12 an die entsprechenden Stellenwerteingänge der Digital-Analog-Umsetzer 1,2 und angeschlossen sind. Die Zähler 7» 8 und 9 werden duroh einen Steuerblbck 13 »»«steuert.

Zur Vereinfachung der Schaltung und Erhöhung der Betriebssicherheit der Einrichtung sind deren Binärzähler aus Elementen mit mehreren stabilen Zuständen aufgebaut, jedes Element tk, 15* 16 und 17 (Fig. 3) bildet dabei eine gleichnamige Stelle aller Binärzähler gleichzeitig* * Die Zahl der stabilen Zustände Jedes Elementes ist so ge«

109821/0964

wählt, daß sie der Phasenzahl des Schrittschaltmotors gleich ist· Alle Elemente 14 - 17 bilden einen geschlossenen Zählerblock 18, dessen Stellenwertausgänge die Ausgänge von NUR-Gliedern (invertern) 19» 20 und 21 der Elemente darstellen« Xn Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Zählerblooks mit vier Stellen gezeigt. Die gleichnamigen Stellenwertausgänge des Zählerblocks 18 sind zu Gruppen 22, 23 und 24 vereinigt, von denen jede an den entsprechenden Digital-Analog-Umsetzer 1, 2 bzw. angeschlossen ist. An die entsprechenden Eingänge der Elemente 14 - 17 des Zählerblooks 18 ist eine Sperreinheit 25 angeschlossene

Die Sperreinheit 25 enthält ein umsteuerbares Ringregister zur Verschiebung einer logischen Eins, das ein Element mit mehreren stabilen Zuständen ist. Die Stellenzahl des Registers 1st der Zahl der Phasen des Motors gleich, im vorliegenden Fall also gleich 3. Das Register hat getrennte Nulleingänge, die mit den Stellenwertausgängen des Zählerblocks 18 verbunden sind·

In Fig. 4 ist die Stelle "1" des Zählerblocks mit NUR-Gliedern 19*, 20* und 21* dargestellt· Der Ausgang des NUR-GIiede 19* ist an den Eingang einer UND-Schaltung 26 angeschlossen, an deren übrige Eingänge die anderen Stellenwe*tausgänge der NUR-Gl ie der 19 (Flg. 3) angeschlossen sind. Der Ausgang der UND-Schaltung 26 (Fig. 4) ist an die Eingänge von UND-Schaltungen 27 und 28 angeschlossen, welche die Null-Eingänge des Registers darstellen, von deren erster der Ausgang mit dem Eingang einer ODER-Schaltung 30 des Registers und von deren zweiter der Ausgang mit dee Xingang 31 einer ODER-Schaltung des Registers verbunden sind« Ähnlich ist der Stellen-

109821/0964

wertausgang ^N1^M des NUR-Glieds 20* de· Zählerblock· mit einer UND-Schaltung 33 verbunden, deren Ausgang über UND«· Schaltungen 34 und 35 jeweils mit den Eingängen 36 und 37 von ODER-Schaltungen 32 und 38 verbunden ist, undder Auegang des NUR-Glieds 21 * ist an eine UND-Schaltung 39 angeschlossen, deren Ausgang über UND-Schaltungen 4o und 41 mit den Eingängen 42 bzw. '43 der ODER-Schaltungen 38 und 30 des Registers verbunden ist«

Die zweiten Eingänge der UND-Schaltungen 27, 28, 34, f

35» 40 und 41 sind an Schienen 44 und 45 der Umsteuereinrichtung des Registers angeschlossen, welche mit einer Speicherzelle 46 verbunden sind, die die Phasenfolge des Schrittschaltmotors vorgibt·

Die Ausgänge der ODER-Schaltungen 30, 32 und 38 sind mit den Sperreingängen 4?» 48 bsw. 49 der NUR-Glleder 19«, 20* und 21* sowie mit den Eingängen von NUR-Gliedern 50, 51 und 52 verbunden, der Ausgang der ODER-Sehaltung 30 ist dabei mit den Eingängen der NUR-Glieder 51 und 52, der Ausgang der Schaltung 32 mit den Eingängen der NUR-Glieder 52 und 50 und der Ausgang der Schaltung 38 mit , den Eingängen der NUR-Glieder 50 und 51 verbunden·

Der Ausgang des NUR-Glieds 50 des Register* 1st über UND-Schaltungen 53 und 54 und ODER-Schaltungen 55 und 56 an Schienen 57 und 58.der Umsteuereinrichtung des Zählerblocks, der Ausgang des NUR-Glieds 51 über UND-Schaltungen 59 und 60 und ODSR-Sohaltungen 55 und 61 an Schienen 57 und 62 der Umsteuereinrichtung des Zählerblooks_t und der Ausgang des NUS-Glleds 52 über UND-Schaltungen 63 und 64 und ODER-Schaltungen 6i und 56 an Schienen 62 und 58 der Umsteuereinrichtung des Zählerblook· angeschlossen»

109821/0904

Die aweiten Eingang· dar Schaltungen 53, 54, 59, όΟ, 63 und 6k sind an die Schienen kk und k$ der Umsteuereinrichtung d·· Register· angeschlossene -

Die logische Einrichtung arbeitet folgenderweiset

Für die Gewährleistung des kontinuierlichen Umlaufe des Schrittschaltmotor· in einer Richtung ist es notwendig, die Kommutierung seiner Phasenwioklungen entsprechend dem in Fig· 1a, b, o, dargestellten Zeitverlauf der Phasen·tröme durchzuführen. Hier aoll nur auf die Stromänderung in der einen Phase eingegangen werden. Xn dem Binärzähler 7 (Fig. 2) erfolgt die Summierung der binären Informationseinheiten je naoh der Speicherung der Dualsahl, wenn in einer gewissen Reihenfolge die Zweige des Umsetzers 1 eingeschaltet werden, d. h. Gatter 65 öffnen sich in Übereinstimmung mit dem Code, und der Strom in der Phasenwicklung k nimmt stufenweise zu, wie dies in Fig. la dargestellt ist.

Die Zahl der Takte, bei der die Stromsunahme bis auf den Maximalwert und die volle Einschaltung der Wicklung erfolgt» ist gleich 2ⁿ, wobei η die Stellensahl des Digital-Analog-Umsetzers (1, 2 oder 3) ist· Gleichseitig mit der Stromsunahme in der ersten Phaaenwioklung k erfolgt die atufenweiae Stromabnahme in der dritten Phasenwicklung 6, der Zähler 9 arbeitet dabei im Subtraktions-Bustand, Während einer vollen Stromsunahme in der ersten Phasenwicklung und der Stromabnahme in der dritten Phasenwicklung bleibt die Phasenwioklung 5 abgeschaltet.

Da die Umschaltung der Wicklungen in einem Abstand von 2^tt Takten erfelgt, 1st also der Hauptschritt des

109821/0964

Schrittschaltmotors In 2ⁿ kleiner· Schritte geteilte

Da gleichzeitig der eine Zähler im Additionssustand und der andere im Subtraktionszustand arbeitet, können für die zweite Wicklung die Nullausgänge desselben Zählers als Einerausgänge angenommen werden, was der Änderung der Zählrichtung (Addieren auf Substränieren) und der Verschiebung um einen Bit gleichkommt.

Betrachtet man nun, wie die Kommutierung der Phasenwicklungen bei der Verwendung des Rlngregisters in der logischen Einrichtung durchgeführt wird, so soll angenommen werden, daß in einem gewissen Zeitpunkt die Umschaltung der ersten Phasenwicklung auf die zweite erfolgt· In diesem Augenblick wird eine logische Eine von dem Ausgang der ODER-Schaltung 32 (Fig. k) des Registers an den Sperreingang 48 des NUR-GIiede 21· der dritten Phase gegeben.

Da in der zweiten Phasenwicklung der Strom zunehmen muß, treffen für die Zählauslösung der Trigger der nachfolgenden Stellenwerte, die zu dieser Phase gehören, die ( Signale von den Ausgängen der NUR-GlIeder ein, die zu dieser Phase gehören (nloht abgebildet)· Die Trigger werden dabei aus den NUR-Gliedern des Zählerblocke gebildet, die zu der ersten und zweiten Phase des Motors gehören« Der Gesamtetrore am Ausgang des Umsetzers 2 (Fig. 3)» der zu der zweiten Phase gehört, nimmt entsprechend zu, und der am Ausgang des Umsetzers 1, der zu der ersten Phase gehört, ab.

Am Ende des Schritts, wenn die logischen Einsen an allen Ausgängen der NUR-Glleder 20 auftreten, die zu der

109821/0964

zweiten Phase gehören, erfolgt in dem Ringregister die Verschiebung der logischen Eins, und am Ausgang der UND-Schaltung 33 tritt ein Signal auf. Hat der Motor Rechtslauf (die Reihenfolge der Phasenwicklungen "1-2-3"), dann gelangt ein Signal von der Speicherzelle 46 an den Eingang der UND-Schaltung 35» an deren zweiten Eingang auch ein Signal von der UND-Schaltung 33 gelangt. Die UND-Schaltung 35 spricht an, und von ihrem Ausgang gelangt ein Signal an den Eingang der ODER-Schaltung 38» von deren Ausgang die logische Eins an die Eingänge der NUR-Glieder 50 und 51» indem sie an diesen die logischen Einsen löscht» sowie an den Sperreingang 49 des NUR-Glieds 19* der ersten Phase und an die Sperreingänge ihrer übrigen NUR-Glieder 19 (Fig. 3) gelangt» wodurch deren Auegangszustand bestätigt wird. Der Zähler bildet sich dabei aus den NUR-Gliedern 20 und 21, welche zu der zweiten und der dritten Phase gehören» und ist für die zweite Phase substraktiv und die dritte additiv.

Die weitere Kommutierung der Phasenwicklungen erfolgt auf ähnliche Weise.

Die Umsteuerung des Schrittschaltmotors erfolgt bei Änderung der Riohtung der Verschiebung der logischen Eins in dem Ringregister, wodurch sich die Reihenfolge der Umschaltung der Phasenwicklungen des Schrittschaltmotors ändert.

Di· erfindungsgamäß· logisch· Einrichtung für die Steuerung von Schrittschaltmotoren gestattet «ine unbegrenzte Teilung des Haupt schritt·* des Motors»- was für Elektromotoren besonders wichtig ist, welche Massen mit besonders großem Trägheitsmoment drehen, da dadurch die

109821/0964

Anforderungen an die kinematischen Glieder des Antriebe wesentlich geringer werden· Eine derartige Steuerung weist gute Ergebnisse auch für die Antriebe von nicht starren Objekten, zum Beispiel in elektromechanischen Folgesystemen, sowie für die Beseitigung der Schwingungen im Antrieb auf.

Die Einrichtung ist leicht herzustellen und betriebssicher·

109821/0964

Claims (1)

1. Patentansprüche

   /1.jLogische Einrichtung für die Steuerung von Schrittschaltmotor en, mit einem Speicherblock, der die Reihenfolge der Zuschaltung der Fhasenwlcklungen dea Schrittschaltmotor« bestimmt, und Ausgangsverstärkern, die die Phaaenströme kommutieren, gekennzeichne t durch Digital-Analog-Umsetzer (i, 2, 3) dea Binärcodes in elektrischen Strom, deren Ausgänge an die Phasenwicklungen (4, 5» 6) des Schrittachaltmotora angeschlossen sind und bei denen jeweils die Stellenwerteingange mit den entsprechenden Stellenwertausgängen (iO_t 11, 12) eines entsprechenden umsteuerbaren Binärzahlerβ (7» 8» 9) des Speicherblocks verbunden sind» wobei die Binärzähler (7t 8, 9) so zusammenwirken, daß gleichzeitig zwei Phasenwicklungen kommutiert werden, in deren einer der Strom atufenweiae zunimmt und in deren anderer stufenweise abnimmt, während die übrigen Wicklungen abgeschaltet bleiben«

   2· Logische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t , daß gleichnamigen Stellen der Binärzahler (7, 8, 9) durch ein Element (Ik₉ 15, 16, 17) mit mehreren stabilen Zustanden gebildet sind, deren Anzahl der Phasenzahl des Schrittschaltmotor gleich ist, daß alle Elemente (i4 - 17) «inen geschlossenen Zählerblock (18) bilden, dessen Stellenwertauegänge jeweils den Ausgang eines NUR-GIied« (19, 20, 21) der Elemente (ik - 17) darstellen und dessen gleichnamige Stellenwertauegänge zu Gruppen (22, 23, Zh) vereinigt sind, die an die entsprechenden Eingänge der Digital-Analog-Umsetzer (T, 2, 3) Angeschlossen sind, und daß für eine stufenweise Zunahme des

   10982 1-/0966

   Stroms in der einen Phasenwicklung und der Abnahme de· Stromes in der anderen der Trigger an jeder Stelle durch die NUR-Glieder der Elemente gebildet wird, die zu den genannten Wicklungen gehören, und die übrigen Auegänge dieser Elemente durch eine Sperreinheit (25) gesperrt sind.

   3« Logische Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet j daß die Sperr- " einheit (25) ein umsteuerbares Ringregister zur Verschiebung einer logischen Eins enthält, dessen Stellenzahl gleich der Phasenzahl des Schrittschaltmotor ist und das über getrennte Nulleingänge verfügt, die über UND-Schaltungen (26, 33, 39) an die Stellenwertausgänge des Zählerblocks (18) angeschlossen sind, daß die Einzelausgänge des Registers an die Sperreingänge (47, 48, 49) der NUR-Glieder (19„ 20, 21) der Elemente (14 - 17) und an Schienen (57« 58, 6z) der Umsteuereinrichtung des Zählerblocks (18) so angeschlossen sind, daß sich bei Auftreten eineν Eins am Ausgang des Registers ein eigener umsteuerbarer Zähler aus den benachbarten NUR-Gliedern j

   jeder Stelle des Zählerblocks bildet.

   109821/0964

   Leerseite