DE2035983B2 - Steueranordnung für einen elektrischen Schrittmotor - Google Patents
Steueranordnung für einen elektrischen SchrittmotorInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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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)
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
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB3968769A GB1217809A (en) | 1969-08-08 | 1969-08-08 | A control system for a closed loop step motor |
Publications (3)
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Family
ID=10410926
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Country Status (4)
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FR (1) | FR2057696A5 (de) |
GB (1) | GB1217809A (de) |
Families Citing this family (4)
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JPS6420457U (de) * | 1987-07-28 | 1989-02-01 |
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- 1970-07-23 JP JP6399070A patent/JPS5145046B1/ja active Pending
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GB1217809A (en) | 1970-12-31 |
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