DE2035983B2 - Steueranordnung für einen elektrischen Schrittmotor - Google Patents

Description

ein Signal abgibt, das die Schaltungsanordnung von der

Nulldrehmoment-Beschleunigungsdrehmoment-Betriebsart auf die Bremsdrehmoment-Beschleunigungsdrehmoment-Betriebsart umschaltet Dabei wird es insbesondere bei einer großen Anzahl zurückzulegender Schritte ermöglicht, einen Teil der Schritte in der schnelleren Betriebsart zurückzulegen und erst ab einer relativ geringen Anzahl noch verbleibender Schritte auf die langsamere Betriebsart umzuschalten.

Zweckmäßigerweise wird bei der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Zähler ein Stoppsignal erzeugt, wenn der Rotor nur noch einen Schritt von seiner Zielposition entfernt ist, und daß Schaltungsmittel vorgesehen sind, die auf das Stoppsignal in der Weise ansprechen, daß sie ein Bremsdrehmoment vorwählbarer Dauer erzeugen und darauf die Motorwicklungen entregen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zur Bemessung der Nullmomentdrehdauer bzw. der Bremsdrehmomentdauer je eine von den Steuerimpulsen gesteuerte, hinsichtlich ihrer Zeitkonstante einstellbare Triggerschaltung vorgesehen ist

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Rückkopplungszweig vorgesehen, dem ein die Motordrehzahl darstellendes Drehzahlsignal zuführbar ist und der die Zeitkonstante der Triggerschaltung nach Maßgabe der Abweichung des Drehzahlsignals von einem Sollwert steuert Hierdurch wird Drehzahländerungen entgegengewirkt, die sich ohne eine solche j<> Maßnahme auf Grund von Änderungen der Versorgungsspannung oder des Lastdrehmoments ergeben könnten.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den J5 Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Schrittmotors, auf dessen Rotorachse eine geschlitzte Scheibe sitzt,

F i g. 2 eine Schaltungsanordnung, die im Zusammenhang mit dem in F i g. 1 gezeigten Schrittmotor verwendet wird, um die Erregung der Ständerwicklungen zu steuern, und

F i g. 3 eine Anordnung zum Regeln der Drehzahl des Schrittmotors.

Der in F i g. 1 gezeigte Schrittmotor 10 weist einen Rotor 5 und vier im gleichen Abstand voneinander befindliche Ständerpole auf. Auf den Ständerpolen sind Wicklungen 1, 2, 3 und 4 angeordnet Die Wicklungen sind mit dem in F i g. 2 gezeigten Regelkreis verbunden und werden paarweise erregt. Die paarweise Erregung der Wicklungen ergibt eine höhere Maximaldrehzahl und größere Beschleunigungs- und Bremswerte als die Erregung der einzelnen Wicklung. Je nachdem, weiches Paar von Wicklungen erregt wird, kann sich der wirksame Nordpol des Ständers an einer der vier Positionen A, B, C und D befinden. Wenn z. B. die Wicklungen 1 und 2 erregt werden, befindet sich der wirksame Nordpol bei der Position A in Fig. 1. bo Entsprechend befindet sich der wirksame Nordpol bei Erregung der Wicklungen 2 und 3 bei der Position B. In gleicher Weise ergibt eine Erregung der Wicklungen 3 und 4 oder der Wicklungen 1 und 4 einen wirksamen Nordpol bei der Position Cbzw. bzw. D. b5

Der Rotor 5 ist in üblicher Weise als einzelner Südpol gezeigt, obwohl natürlich in der Praxis seine Struktur eine Anzahl von Polen aufweisen wird, z. B. fünf Pole, die in gleichem Abstand längs des Rotorumfanges angeordnet sind. Der Rotor kann im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn rotieren. Nimmt man an, daß sich der Rotor in der in F i g. 1 gezeigten Position befindet, so wird eine Drehung des Rotors im Uhrzeigersinn erfolgen, wenn die Wicklungen in der Weise sukzessive erregt werden, daß die effektiven Nordpole sich nacheinander bei den Positionen B, C, D und A befinden. Eine Drehung des Rotors im Gegenuhrzeigersinn wird durch Umkehrung der Reihenfolge der Erregung der Wicklungspaare erhalten. Nimmt man an, daß der Rotor sich in der in F i g. 1 gezeigten Position befindet so wird eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn erfolgen, wenn die Wicklungen in solcher Weise nacheinander erregt werden, daß der effektive Nordpol sich nacheinander bei den Positionen D, C, Bund A befindet

Um die geeignete Erregung der Wicklungen zu erreichen, ist der Schrittmotor 10 mit einer Kodier- oder Impulserzeugungsvorrichtung versehen, die eine auf der Rotorachse befestigte und sich mit dieser drehende Scheibe U enthält Die Scheibe 11 weist einen halbkreisförmigen Schlitz 12 auf. Mit dem Schlitz 12 arbeitet ein Paar photoempfindlicher Vorrichtungen P und Q zusammen, die einen Abstand voneinander aufweisen und bezüglich des Mittelpunktes der Scheibe 11 einen Winkel von 90° einschließen. Gegenüber jeder photoempfindlichen Vorrichtung auf der anderen Seite der Scheibe 11 befindet sich jeweils eine zugeordnete Lichtquelle (nicht gezeigt). Jede photoempfindliche Vorrichtung wird von der zugeordneten Lichtquelle beleuchtet, wenn der Schlitz 12 sich dazwischen befindet. Jede photoempfindliche Vorrichtung bleibt während einer Rotorbewegung um 180° »eingeschaltet«. Der Wechsel in dem Zustand der Vorrichtungen P und Q hat Impulse zur Folge, deren Dauer und Wiederholungsrate als Funktion der Rotorgeschwindigkeit variieren. Diese Impulse steuern mit Hilfe des in F i g. 2 gezeigten Schaltkreises die Erregung der Ständerwicklungen.

Die photoempfindlichen Vorrichtungen P und' Q erzeugen einen Stromfluß in den Leitungen 13 und 14 des in F i g. 2 gezeigten Regelkreises immer dann, wenn der Schlitz 12 so positioniert ist, daß Licht auf die photoempfindlichen Vorrichtungen fällt Die Signale auf den Leitungen 13 und 14 werden zu den Verstärkern 15 bzw. 16 geleitet. Der Verstärker 16 ist mit dem einen Eingang eines UND-Tores 17 verbunden, dessen anderer Eingang mit einer Leitung 118 verbunden ist die ein Signal führt, welches anzeigt, daß ein Drehmoment im Uhrzeigersinn an den Rotor angelegt werden soll. Der Ausgang des Verstärkers 16 ist ferner mit dem einen Eingang des UND-Tores 19 über ein Umkehrglied 20 verbunden, wobei der andere Eingang des UND-Tores 19 mit einer Leitung 21 verbunden ist, die ein Signal führt, welches anzeigt, daß ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn an den Rotor angelegt werden soll. Die Ausgänge der Tore 17 und 19 sind über ein ODER-Tor 22 und ein Umkehrglied 23 mit dem einen Eingang eines NAND-Gliedes 24 verbunden. Der Ausgang des NAND-Gliedes 24 ist über einen invertierenden Verstärker 25 mit der Wicklung 3 und über ein NAND-Glied 26 und einen invertierenden Verstärker 27 mit der Wicklung 1 verbunden. Die anderen Eingänge der NAND-Glieder 24 und 26 sind mit einer Leitung 28 verbunden, die bei Beaufschlagung mit einem Signal eine Erregung der Wicklungen 1 oder 3 ermöglicht. Aus der Anordnung des oben beschriebe-

nen logischen Schaltkreises folgt, daß, wenn ein Signal auf der Leitung 18 zwecks Hervorrufens eines an dem Rotor angreifenden Drehmoments im Uhrzeigersinn erscheint und sich die photoempfindliche Vorrichtung Q auf »ein« befindet, die Wicklung 1 erregt wird, und daß die Wicklung 3 erregt wird, wenn die photoempfindliche Vorrichtung Q sich auf »aus« befindet. Wenn ein Signal sich auf der Leitung 21 zur Hervorrufung eines auf den Rotor einwirkenden Drehmoments im Gegenuhrzeigersinn befindet, wird die Wicklung 3 erregt, wenn sich die photoempfindliche Vorrichtung Q auf »ein« befindet, und die Wicklung 1 wird erregt, wenn sich die photoempfindliche Vorrichtung Q auf »aus« befindet. Ein logischer Schaltkreis zur Erregung der Wicklung 2 oder der Wicklung 4 entsprechend den Zuständen »ein« bzw. »aus« der photoempfindlichen Vorrichtung P ist ähnlich ausgebildet wie die oben beschriebene logische Schaltung zur Erregung der Wicklung 1 oder der Wicklung 3 entsprechend dem Zustand »ein« bzw. »aus« der photoempfindlichen Vorrichtung Q. Wie man an dem mit der photoempfindlichen Vorrichtung P verbundenen logischen Schaltkreis sieht, wird bei Aktivierung der Leitung 28 und Aktivierung der Leitung 18 zwecks Erzeugung eines Rotordrehmoments im Uhrzeigersinn die Wicklung 4 erregt, wenn die photoempfindliche Vorrichtung P sich auf »ein« befindet, und die Wicklung 2 wird erregt, wenn sich die photoempfindliche Vorrichtung P auf »aus« befindet. Wenn ein Signal auf der Leitung 21 zwecks Erzeugung eines Rotordrehmoments im Gegenuhrzeigersinn erscheint und sich die photoempfindliche Vorrichtung P auf »ein« befindet, wird die Wicklung 2 erregt und die Wicklung 4 wird erregt, wenn sich die photoempfindliche Vorrichtung fauf »aus« befindet.

Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die oben beschriebenen Vorgänge, wobei die logische Größe fangibt, daß die photoempfindliche Vorrichtung P sich auf »ein« befindet, und die logische Größe P angibt, daß die photoempfindliche Vorrichtung P sich auf »aus« befindet, und fangibt, daß die entsprechende Wicklung erregt ist, usw.

Logische	Uhr	Wicklungen	Gegen-	Wicklungen
Zustände der	zeiger		uhr-
Vorrichtungen	sinn	12 3 4	zeiger-	12 3 4
P und Q			sinn

PQ	E	E	E	E	E	E	E	E
PQ		E	E	E	E	E		E
PQ
PQ \	E				E

Man sieht aus dieser Tabelle, daß jeweils nur zwei Wicklungen, nämlich eine der Wicklungen 1 und 3 und eine der Wicklungen 2 und 4, zur selben Zeit erregt werden.

Wenn eine Drehung des Rotors im Uhrzeigersinn erwünscht ist, wird eine Leitung 29 stromführend, und wenn eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn erwünscht ist, führt die Leiiung 29 keinen Strom. Die Leitung 29 ist mit einem UND-Tor 30 verbunden und über ein Umkehrglied 32 mit einem UND-Tor 31. Die Ausgänge der UND-Tore 30 und 31 sind über ein ODER-Tor 33 und ein Umkehrglied 34 mit der Leitung 18 und über das ODER-Tor 33 mit der Leitung 21 verbunden. Die anderen Eingänge der UND-Tore 30 und 31 sind mit den Leitungen 36 bzw. 37 verbunden. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Leitung 36 stromführend ist und die Leitung 37 keinen Strom führt; wie man sieht erscheint dann, wenn die Leitung 29 zwecks Erzeugung eines Rotordrehmoments im Uhrzeigersinn stromführend ist, ein Signal auf der Leitung 18, und wenn die Leitung 29 zwecks Erzeugung eines Rotordrehmoments im Gegenuhrzeigersinn nicht stromführend ist, erscheint ein Signal auf der Leitung 21.

Ein Rückwärtszähler Centhält die Zahl der Schritte um welche der Motor fortgeschaltet werden soll, und isl mit den Leitungen 38 und 44 verbunden. Der Zähler C wird durch ein Impulsnetzwerk 41 heruntergeschaltet welches auf einer Leitung 41a einen Impuls prc Schaltschritt bereitstellt.

Die Funktion des Netzwerkes 41 besteht darin, einer Impuls kurzer Dauer bereitzustellen, der zeitlich jeweils damit übereinstimmt, daß der Motor die Lokalisierung eines Schrittes durchläuft. Die Ausgänge der photoemp findlichen Vorrichtungen P und Q werden nach Verstärkung durch die Verstärker 15 und 16 zusammer

2() mit ihren Komplementen von den Umkehrgliedern 2( und 20a dem Netzwerk 41 zugeführt und dor differenziert, und die zum Negativen gerichteter Übergänge werden in der Weise verstärkt, daß zun Positiven gerichtete Impulse erzeugt werden. Di sowohl die Signale der photoempfindlichen Vorrichtung als auch ihre Komplemente differenziert werden, trit ein zum Negativen hin gerichteter Übergang jedesma dann auf, wenn irgendeine der beiden photoempfindli chen Vorrichtungen auf »ein« oder auf »aus« umschal

JO tet, und demzufolge wird auf der Leitung 41a bei jedei Änderung des Ausganges der Dekodiervorrichtung eir Impuls erzeugt.

Bei einer vorbestimmten Anzahl von Schritten voi Erreichen des gesetzten Ziels aktiviert der Zähler di< Leitung 38, um die Schrittrate herabzusetzen, wahrem sich der Motor weiterhin in dem Regelkreis befindet Die Schrittrate wird bei einer vorbestimmten Anzah von Schritten vor Erreichen des gesetzten Ziel: herabgesetzt um die Drehzahl des Motors herabzuset zen und eine geringere stabile Drehzahl zu erhalten, voi der aus der Motor in einem einzigen Schritt gebrems werden kann. Wenn der Motor in einer Richtung läufl die im folgenden als Vorwärtsrichtung bezeichnet wird und ein Drehmoment in Rückwärtsrichtung, also eil Bremsdrehmoment, erzeugt wird, wird die Drehzahl dei Motors herabgesetzt, wodurch die Schrittrate ebenfall: herabgesetzt wird. Wenn das Bremsdrehmomen während einer vorgegebenen Zeitspanne nach jedei Änderung des Ausgangssignals der Dekodiervorrich tung zur Einwirkung gebracht wird und dann wieder eil Vorwärtsdrehmoment, d.h. ein Beschleunigungsdreh moment, erzeugt wird, so wird das Verhältnis dei Beschleunigungsdrehmomentdauer zu der Bremsdreh momentdauer von der Drehzahl des Motors abhänger Wenn die ursprüngliche Drehzahl so hoch ist, daß dai Schrittintervall geringer ist als die vorgegeben! Bremsdrehmomentdauer, so wird lediglich ein Brems drehmoment während jedes Schrittes zur Einwirkunj kommen, bis das Schrittintervall größer wird als di<

fen vorgegebene Bremsdrehmomentdauer, und dann wire zunächst ein Bremsdrehmoment und darauf eil Beschleunigungsdrehmoment während jedes Schritte erfolgen, so daß die geringere stabile Drehzahl, von de aus der Motor in einem einzigen Schritt gestopp

h5 werden kann, aufrechterhalten wird. Wenn die Gesamt zahl der Schritte zwischen der Startposition und den Ziel geringer ist als die oben erwähnte vorbestimmti Anzahl von Schritten, dann wird die Betriebsweise mi

der geringeren stabilen Drehzahl von dem Start an eingehalten werden.

Die Leitung 38 ist mit dem einen Eingang eines UND-Tores 39 verbunden, dessen anderer Eingang mit einer Triggerschaltung 40 verbunden ist, der nach jedem Impuls auf der Leitung 41a einen Impuls vorbestimmter Dauer bereitstellt. Der Ausgang des UND-Tores 39 ist über ein ODER-Tor 42 mit der Leitung 37 und über ein Umkehrglied 43 mit der Leitung 36 verbunden. Aus der Logik dieser Schaltung ist zu erkennen, daß während einer Rotordrehung im Uhrzeigersinn, während der Zähler zu der genannten vorbestimmten Anzahl von Schritten herunterzählt, die Leitung 38 aktiviert wird, die wiederum die Leitungen 37 und 21 aktiviert, und ein Bremsdrehmoment wird auf den Motor während eines vorbestimmten Zeitintervalls ausgeübt, welches gleich der Dauer des von dem Trigger 40 gelieferten Impulses ist. Wenn das Schrittintervall größer ist als die Dauer des von der Triggerschaltung 40 gelieferten Impulses, wird wieder ein Beschleunigungsdrehmoment während des restlichen Schrittintervalls wirksam. Während jedes Schrittes wird somit zunächst ein Bremsdrehmoment und darauf ein Beschleunigungsdrchmoment erzeugt, so daß die geringere stabile Drehzahl aufrechterhalten wird. Wenn die ursprüngliche Drehzahl so hoch ist, daß das Schrittintervall geringer ist als die Dauer des von der Triggerschaltung 40 gelieferten Impulses, bleibt während jedes Schrittes ein Bremsdrehmoment wirksam, bis das Schrittintervall größer wird als das Bremsdrehmomentintervall; dann wird während jedes Schrittes zunächst ein Bremsdrehmoment erzeugt und danach ein Beschleunigungsdrehmoment, so daß die geringere stabile Drehzahl, von der aus der Motor in einem einzigen Schritt gestoppt werden kann, aufrechterhaltenwird.

Der Zähler Cist auch mit einer Leitung 44 verbunden, und wenn er bis auf den Zählstand Eins heruntergezählt hat, wird die Leitung 44, die mit dem ODER-Tor 42 verbunden ist, aktiviert.

Während einer Rotordrehung im Uhrzeigersinn werden über die Leitung 44 die Leitungen 37 und 21 aktiviert, wobei ein Bremsdrehmoment zur zielgerechten Stillsetzung des Schrittmotors erzeugt wird.

Die Leitung 44 ist mit einem Umkehrglied 45 verbunden, das eine Leitung 46 negativ werden läßt, wenn die Leitung 44 aktiviert wird, und dieser negative Übergang bereitet eine Verzögerungsschaltung 47 vor, wodurch eine Leitung 48 zunächst negativ wird und eine über das Umkehrglied 49 angeschlossene Leitung 50 positiv wird. Die Leitung 50 ist mit einem ODER-Tor 51 verbunden, und die Leitung 46 ist ebenfalls direkt mit dem ODER-Tor 51 verbunden. Eine Leitung 53, die mit dem Ausgang des Tores 51 verbunden ist, bleibt positiv, bevor die Leitung 44 aktiviert wird, nämlich auf Grund der direkten Verbindung der Leitung 46 mit dem ODER-Tor 51, und bleibt positiv, nachdem die Leitung 44 aktiviert wurde, und zwar für die Dauer der von der Vcrzögcrungsschaltung 47 erzeugten Verzögerung. Nach der Verzögerungsperiode wird die Leitung 53 negativ.

Die Leitung 53 ist mit dem einen Eingang des UND-Torcs 54 verbunden, dessen anderer Eingang mit einer Leitung 55 verbunden ist. Der Ausgang des IJND-Tores54 ist mit der Leitung 28 verbunden. Nimmt man im, daß die Leitung 55 positiv ist, so bleibt die Leitung 28 aktiviert, bevor der Zähler C auf den ZiihKtand Eins lierabgeschaltel ist, und bleibt aklivicrl wiiliiriicl einer weiteren Zeitspanne, die durch die Verzögerungsschaltung 47 bestimmt ist. Die Motorwicklungen bleiben beim letzten Schritt während einer durch die Verzögerungsschaltung 47 bestimmten Zeitspanne nach Beginn des letzten Schrittes erregt und -, werden dann entregt.

Ein invertierender Verstärker 56, der mit der Leitung 44 verbunden ist, erregt ein Sperrklinkensolenoid 52, wenn die Leitung 44 aktiviert ist. Die Bewegung der Sperrklinke (nicht gezeigt) erfolgt zu einem Zeitpunkt,

in während dem der letzte Schritt durch die Verzögerungsschaltung 47 gesteuert wird.

Faßt man die Ergebnisse der obigen Erläuterungen zusammen, so wird der Schrittmotor, wenn der Zähler C auf einen der vorbestimmten Anzahl von Schritten vor

I) dem gesetzten Ziel entsprechenden Zählstand herabgeschaltet ist, auf den niedrigeren stabilen Zustand durch den Steuerkreis, insbesondere durch die Triggerschaltung 40, abgebremst, und wenn der Zähler C auf den Zählstand Eins zurückgeschaltet ist, wird der Schrittmo-

J(I tor weiter verlangsamt während einer durch die Verzögerungsschallung 47 bestimmten Periode, an deren Ende die mechanische Rastklinke den Schrittmotor an der erwünschten Zielposition arretiert. Durch Einstellung der Zeitintervalle der Triggerschaltung 40

_'■> und der Verzögerungsschaltung 47 kann der Schrittmotor in der korrekten Position seine Bewegung beenden.

Wie oben beschrieben wurde, hält der Regelkreis die niedrige stabile Drehzahl dadurch aufrecht, daß während jedes Schrittes ein Bremsdrehmoment an den

in Rotor angelegt wird, wenn der Zähler C bis zu dem Zählstand zurückgeschaltet worden ist, der der vorbestimmten Anzahl von Schritten vor Erreichen der Zielposition des Rotors entspricht. Diese Schaltung ist für sich schon nützlich, und es besteht keine Notwendig-

i) keit für eine Steuerung, um die Drehzahl des Motors zu begrenzen, bevor der Zähler C auf den Zählstand zurückgeschaltet ist, der der vorbestimmten Anzahl von Schritten entspricht. Die im folgenden beschriebene Schaltungsanordnung dient in Verbindung mit der

4Ii vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung, dazu, die Drehzahl des Motors zu steuern, bevor der Zähler C auf den Zählstand zurückgeschaltet wird, der der vorbestimmten Anzahl von Schritten entspricht. Diese Schaltungsanordnung steuert die Erregung der Wick-'H lungen, um die Drehzahl des Motors zu begrenzen, so daß dieser bei einer stabilen Drehzahl läuft, welche höher ist als die stabile Drehzahl, die dadurch aufrechterhalten wird, daß während jedes Schrittintervalls ein Bremsdrehmoment erzeugt wird, dem ein

in Beschleunigungsdrehmoment folgt, wie oben beschrieben wurde. Während jedes Schrittes werden die Wicklungen während einer vorgegebenen Zeitspanne entregt, so daß der Motor frei laufen kann. Wenn das Schrittintervall größer ist als die vorgegebene Zeitspan-

■V) ne, so werden die Wicklungen während des restlichen Schrittintervalls erregt.

Vor Beginn der Bewegung des Rotors wird der Zähler C auf einen Zählstand gebracht, der der Anzahl von Schritten entspricht, die der Rotor ausführen soll. Die

mi Leitung 44 führt dann keine Spannung, vorausgeselzt, daß der im Zähler C gespeicherte Zählstand größer als Eins ist. Die Verzögerungsschallung 57, die mit der Leitung 44 verbunden ist, wird durch einen zum negativen gerichteten Übergang der Leitung 44, wenn

w< deren Aktivierung entfällt, vorbereitet und erzeugt ein negatives Ausgangssignal auf einer Leitung 62, was ein positives Signal auf der Ausgangslcitung 55 des NAND-Gliedes 57 zur Folge hat. Wie oben beschrieben

wurde, ist die Ausgangsleitung 28 aktiviert, wenn die Eingangsleitungen 55 und 53 des UND-Tores 54 positiv sind. Nach Ablauf der Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 57 wird ihr Ausgang positiv, und wenn eine Leitung 59 positiv ist, wird der Ausgang des NAND-Gliedes 58 vom Zustand einer Leitung 60 abhängig, die mit dem dritten Eingang des NAND-Gliedes 58 verbunden ist. Die Leitung 59 ist mit der Leitung 38 über Umkehrglied 61 verbunden und bleibt positiv, solange der Zählstand im Zähler C größer ist als die vorbestimmte Anzahl. Während der Zeit, in der die Leitungen 59 und 62 positiv sind, wird die Leitung 55 negativ, wenn die Leitung 60 ebenfalls positiv ist, wobei die Aktivierung der Leitung 28 entfällt. Die Ständerwicklungen werden sodann erregt, so daß der Motor frei laufen kann. Die Leitung 60 ist mit dem Ausgang einer Triggerschaltung 63 verbunden, die durch die von dem Impulsnetzwerk 41 gelieferten Impulse getriggert wird. Wenn das Schrittintervall kleiner ist als die Impulsperiode der Triggerschaltung 63, bleibt der Ausgang der Triggerschaltung 63 positiv, und die Motorwicklungen sind entregt. Wenn das Schrittintervall größer wird als die Periode der Triggerschaltung 63, dann wird die Leitung 60 für den restlichen Teil des Schrittintervalls negativ, und die Leitung 28 wird aktiviert.

Die Schaltungsanordnung zum periodischen Freilaufenlassen des Motors in der oben beschriebenen Weise hat die Vorteile, daß die entwickelte Wärme in den Ständerwicklungen des Motors während des freien Laufes reduziert wird, und durch Verwendung eines fest vorgegebenen Zählstandes im Zähler Ckann die Anzahl der Schritte zum Stoppen des Motors reduziert werden, wenn der Motor eine große Anzahl von Schritten durchlaufen soll. Die Laufzeit des Motors bei einer kleinen Anzahl von Schritten wird bei Verwendung dieser Schaltungsanordnung geringer.

Wie oben beschrieben wurde, werden während des Molorfreilaufs die Ständerwicklungen während jedes Schrittes eine vorgegebene, durch die Triggerschaltung 63 bestimmte Zeitspanne lang entregt, und wenn der Zähler C auf den Zählstand herabgeschaltet wird, der der vorbestimmten Anzahl von Schritten entspricht, wird ein Bremsdrehmoment während jedes Schrittes über eine Zeitspanne angelegt, die durch die Triggerschaltung 40 bestimmt ist. Die niedrige stabile Drehzahl oder die hohe stabile Drehzahl werden von der Länge der jeweils eingestellten Zeitkonstanten dieser Triggerschaltungen bestimmt; sie sind jedoch nicht unabhängig von Änderungen der Versorgungsspannung, des Lastdrehmoments oder der Motorparameter. Wenn die Dauer der genannten Zeitspannen nicht fest eingestellt wird, sondern mittels einer Rückkopplungsschleife von einem Drehzahlregler gesteuert wird, kann eine Servosteuerung der Motordrehzahl erreicht werden. Eine Ausführungsforni, die dieses Merkmal enthält, ist in F i g. 3 gezeigt.

In Fig.3 ist der Schrittmotor 71 fest mit einem Kodierer 72 und einem Tachometer 73 verbunden. Der Kodierer zur Erzeugung von Impulsen enthält eine geschlitzte Scheibe und Photoempfänger, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Der Tachogenerator 73 erzeugt eine Gleichspannung, die der Drehzahl des Rotors direkt proportional ist. Der Tachogenerator 73 ist mit dem einen Eingang eines Gleichstrom-Differentialverstärkers 74 verbunden, der die Differenz zwischen dem Ausgang des Tachogenerators 73 und einer Bezugsspannung, die an dem anderen Eingang anliegt, verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers 74 ist eine Gleichspannung, die proportional zur Differenz zwischen der tatsächlichen Drehzahl und der Solldrehzahl des Motors ist. Der Ausgang des Verstärkers wird dazu benutzt, die Zeitkonstante der Triggerschaltung 75 zu steuern. Die Triggerschaltung 75 wirkt ähnlich wie die Triggerschaltungen 40 und 63 von Fig. 2. Wenn die Drehzahl des Motors das gesetzte Limit überschreitet, überschreitet der Ausgang des Tachogenerators Ti den Wert der Bezugsspannung, wodurch die Zeitkonstante der Triggerschaltung 75 vergrößert und damit der Motor verlangsamt wird und die Drehzahl auf den durch die Bezugsspannung bestimmten Wert wieder eingestellt wird. Das Übertragungsglied 76 für die Treiber 77 entspricht der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung.

2 Hlatl

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Steueranordnung für einen elektrischen Schrittmotor, bei der aus der Rotorumdrehung abgeleitete Steuerimpulse über eine Schaltungsanordnung die Ständerwicklungen des Motors in der Weise steuern, daß in Abhängigkeit davon, wieviel Drehschritte zur Erreichung des Ziels jeweils noch erforderlich sind, anstatt von oder abwechselnd mit Beschleunigungsdrehmomenten auch Bremsdrehmomente zur Einwirkung auf den Rotor gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung so ausgebildet ist, daß während jedes Schrittintervalls entweder

a) durch ein erstes Schaltungsteil (Triggerschaltung 63) ein Nulldrehmoment vorwählbarer Dauer und während der restlichen Schrittintervalldauer ein Beschleunigungsdrehmoment für den Rotor (5) entsteht oder

b) durch ein zweites Schaltungsteil (Triggerschaltung 40) ein Bremsdrehmoment vorwählbarer Dauer und während der restlichen Schrittintervalldauer ein Beschleunigungsdrehmoment für den Rotor (5) entsteht

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsdrehmomentdauer so vorgewählt ist, daß der Motor (10) aus der sich bei abwechselndem Brems- und Beschleunigungsdrehmoment ergebenden Drehzahl in einem einzigen Schritt anhaltbar ist

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Zähler zur Registrierung der jeweils bereits zurückgelegten Schritte vorgesehen ist und zur Bestimmung der jeweiligen Betriebsart dient, dadurch gekennzeichnet daß der Zähler (Rückwärtszähler C) bei Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Schritten vor dem Ziel ein Signal abgibt, das die Schaltungsanordnung von der Mulldrehmoment-Beschleunigungsdrehmoment-Betriebsart auf die Bremsdrehmoment-Beschleunigungsdrehmoment-Betriebsart umschaltet.

4. Anordnung nach Anspruch. 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (Rückwärtszähler C) auf einer Leitung (44) ein Stoppsignal erzeugt, wenn der Rotor (5) nur noch einen Schritt von seiner Zielposition entfernt ist, und daß Schaltungsmittel (ODER-Tore 42,51, UND-Tor 5, Umkehrglieder 43, 4.5, 49, Verzögerungsschaltung 47) vorgesehen sind, die auf das Stoppsignal in der Weise ansprechen, daß sie ein Bremsdrehmoment vorwählbarer Dauer erzeugen und darauf die Motorwicklungen (1—4) entregen.

5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je eine von den Steuerimpulsen gesteuerte, hinsichtlich ihrer Zeitkonstante einstellbare Triggerschaltung (63 bzw. 40; 75) zur Bemessung der Nulldrehmomentdauer bzw. der Bremsdrehmomentdauer vorgesehen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückkopplungszweig (Tachogenerator 73, Differentialverstärker 74) vorgesehen ist, dem ein die Motordrehzahl darstellendes Drehzahlsignal zuführbar ist und der die Zeitkonstante der Triggerschaltung (75) nach Maßgabe der Abweichung des Drehzahlsignais von einem Sollwert steuert.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steueranordnung für einen elektrischen Schrittmotor, bei der aus der Rotorumdrehung abgeleitete Steuerimpulse Ober eine Schaltungsanordnung die Ständerwicklungen des Motors in der Weise steuern, daß in Abhängigkeit davon, wieviel Drehschritte zur Erreichung des Ziels jeweils noch erforderlich sind, anstatt von oder abwechselnd mit Beschleunigungsdrehmomenten auch Bremsdrehmomente zur Einwirkung auf den Rotor gelangen.

κι Eine derartige Steueranordnung für einen elektrischen Schrittmotor ist aus der GB-PS 10 68 972 bekannt Diese bekannte Anordnung arbeitet in der Weise, daß vom Start bis zu einem Zwischenpunkt, an dem die Hälfte der insgesamt gewünschten Schritte zurückgelegt worden ist, ständig Beschleunigungsdrehmomente auf den Rotor einwirken. Das Erreichen des Zwischenpunktes; wird durch einen Zähler festgestellt woraufhin auf Erzeugung von Bremsdrehmomenten umgeschaltet wird, die ohne Unterbrechung aufeinan derfolgend auf den Rotor einwirken. Falls in dieser Weise auf Grund von Reibungsverlusten der Motor vor seinem Ziel zur Ruhe kommt, wird auf eine weitere Betriebsart umgeschaltet bei der auf den Rotor abwechselnd Beschleunigungs- und Bremsdrehmomen te einwirken, und zwar in der Weise, daß während eines Schrittintervalls ein Beschleunigungsdrehmoment einwirkt, während des folgenden Schrittintervalls ein Bremsdrehmoment einwirkt usw. Bei Erreichung des Ziels werden die Ständerwicklungen so erregt daß der

jo Rotor in seiner Stellung festgehalten wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steueranordnung zu schaffen, mit der der Schrittmotor auf einer in gewissen Grenzen vorwählbaren stabilen Drehzahl gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaltungsanordnung so ausgebildet ist, daß während jedes Schrittintervalls entweder a) durch ein erstes Schaltungsteil ein Nulldrehmoment vorwählbarer Dauer und während der restlichen Schrittintervalldauer ein Beschleunigungsdrehmoment für den Rotor entsteht oder b) durch ein zweites Schaltungsteil ein Bremsdrehmoment vorwählbarer Dauer und während der restlichen Schrittintervalldauer ein Beschleunigungsdrehmoment für den Rotor entsteht

Bei der erfindungsgemäßen Steueranordnung ergibt sich eine Drehzahlstabilisierung dadurch, daß ζ. Β. beim Absinken der Drehzahl das dadurch verlängerte Schrittintervall auch ein längeres Einwirken des Beschleunigungsdrehmoments bedingt, während die

so Einwirkdauer des Nulldrehmoments bzw. des Bremsdrehmoments gleich bleibt, so daß im zeitlichen Mittel gesehen das auf den Rotor sich auswirkende Beschleunigungsdrehmoment sich erhöht Bei Erhöhung der Drehzahl wird dagegen die Einwirkdauer des Beschleu nigungsdrehmoments verringert.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremsdrehmomentdauer so vorgewählt, daß der Motor aus der sich bei abwechselndem Brems- und Beschleunigungsdrehmoment ergebenden Drehzahl in

bit einem einzigen Schritt anhaltbar ist Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders zeitökonomische Annäherung an die gewünschte Zielposition.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung, bei der ein Zähler zur Registrierung der jeweils

μ bereits zurückgelegten Schritte vorgesehen ist und zur Bestimmung der jeweiligen Betriebsart dient, kennzeichnet sich dadurch, daß der Zähler bei Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Schritten vor dem Ziel