DE2035983C3 - 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
Nuüdrehmornent-Beschleunigungsdrehmornent-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.
Zweckmätigerweise 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 Maßnahme auf Grund von Änderungen der Versorgungsspannung
oder des Lastdrehmoments ergeben könnten.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den
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, welches Paar von Wicklungen erregt wird, kann sich der
wirksame Nordpol des Ständers an einer der vier Positionen A, B, G und D befinden. Wenn z. B. die
Wicklungen 1 und 2 erregt werden, befindet sich der wirksame Nordpol bei der Position A in F i g. 1.
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.
Der Rotor 5 ist in üblicher Weise als einzelner Südpol gezeigt, obwohl natürlich in der Praxis seine Struktur
eine. Anzahl von Polen aufweisen WJrH1 7, 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, QD
und A befinden. Eine Drehung des Rotors im
lu 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, Q 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 11 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
jo 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° »eingeschal-
r> tet«. 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 Fig.2 gezeigten Schaltkreises die Erregung der
4i) 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
ν·, 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 18 verbunden ist, die
■so 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
w) 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
b5 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 to
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 Wickjung 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 P auf »aus« befindet
Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die v> oben beschriebenen Vorgänge, wobei die logische
Größe P angibt, 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 | 2 | 3 | 4 | Gegen- | Wicklungen | 2 | 3 | 4 45 | 50 |
Zustände der | zeiger | uhr- | |||||||||
Vorrichtungen | sinn | 1 | E | zeiger- | 1 | E | E | ||||
P und Q | E | E | sinn | E | |||||||
PQ | E | E | E | E | |||||||
P ($ | E | E | E | E | |||||||
P Q | E | ||||||||||
PQ | E | ||||||||||
Man steht 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 Leitung 29 keinen Strom. Die Leitung 29 ist ω
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 2 i.
Ein Rückwärtszähler Centhält die Zahl der Schritte,
um welche der Motor fortgeschaltet werden soll, und ist mit den Leitungen 38 und 44 verbunden. Der Zähler C
wird durch ein Impulsnetzwerk 41 heruntergeschaltet, welches auf einer Leitung 41a einen Impuls pro
Schaltschritt bereitstellt.
Die Funktion des Netzwerkes 41 besteht darin, einen Impuls kurzer Dauer bereitzustellen, der zeitlich jeweils
damit übereinstimmt, daß der Motor die Lokalisierung eines Schrittes durchläuft. Die Ausgänge der photoempfindlichen
Vorrichtungen P und Q werden nach Verstärkung durch die Verstärker 15 und 16 zusammen
mit ihren Komplementen von den Umkehrgliedern 20 und 20a dem Netzwerk 41 zugeführt und dort
differenziert, und die zum Negativen gerichteten Übergänge werden in der Weise verstärkt, daß zum
Positiven gerichtete Impulse erzeugt werden. Da sowohl die Signale der photoempfindlichen Vorrichtung
als auch ihre Komplemente differenziert werden, tritt ein zum Negativen hin gerichteter Übergang jedesmal
dann auf, wenn irgendeine der beiden photoempfindlichen Vorrichtungen auf »ein« oder auf »aus« umschaltet,
und demzufolge wird auf der Leitung 41a bei jeder Änderung des Ausganges der Dekodiervorrichtung ein
Impuls erzeugt.
Bei einer vorbestimmten Anzahl von Schritten vor Erreichen des gesetzten Ziels aktiviert der Zähler die
Leitung 38, um die Schrittrate herabzusetzen, während sich der Motor weiterhin in dem Regelkreis befindet.
Die Schrittrate wird bei einer vorbestimmten Anzahl von Schritten vor Erreichen des gesetzten Ziels
herabgesetzt um die Drehzahl des Motors herabzusetzen und eine geringere stabile Drehzahl zu erhalten, von
der aus der Motor in einem einzigen Schritt gebremst werden kann. Wenn der Motor in einer Richtung läuft
die im folgenden als Vorwärtsrichtung bezeichnet wird, und ein Drehmoment in Rückwärtsrichtung, also ein
Bremsdrehmoment erzeugt wird, wird die Drehzahl des Motors herabgesetzt, wodurch die Schrittrate ebenfalls
herabgesetzt wird. Wenn das Bremsdrehmoment während einer vorgegebenen Zeitspanne nach jeder
Änderung des Ausgangssignals der Dekodiervorrichtung zur Einwirkung gebracht wird und dann wieder ein
Vorwärtsdrehmoment, d.h. ein Beschleunigungsdrehmoment erzeugt wird, so wird das Verhältnis der
Beschleunigungsdrehmomentdauer zu der Bremsdrehmomentdauer von der Drehzahl des Motors abhängen.
Wenn die ursprüngliche Drehzahl so hoch ist, daß das Schrittintervall geringer ist als die vorgegebene
Bremsdrehmomentdauer, so wird lediglich ein Bremsdrehmoment während jedes Schrittes zur Einwirkung
kommen, bis das Schrittintervall größer wird als die vorgegebene Bremsdrehmomentdauer, und dann wird
zunächst ein Bremsdrehmoment und darauf ein Beschleunigungsdrehmoment während jedes Schrittes
erfolgen, so daß die geringere stabile Drehzahl, von der
aus der Motor in einem einzigen Schritt gestoppt werden kann, aufrechterhalten wird. Wenn die Gesamtzahl
der Schritte zwischen der Startposition und dem Ziel geringer ist als die oben erwähnte vorbestimmte
Anzahl von Schritten, dann wird die Betriebsweise mit
der geringeren stabilen Drehzahl von dem Start an eingehalten werden.
Die Leitung 38 ist mit dem einen Eingang eines UN D-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
Schlitten 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 Beschleunigungsdrehmoment 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, aufrechterhalten wird.
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 Verzögerungsschaltung 47 erzeugten Verzögerung.
Nach der Verzögerungsperiode wird die Leitung 53 negativ.
Die Leitung 53 ist mit dem einen Eingang des UND-Tores 54 verbunden, dessen anderer Eingang mit
einer Leitung 55 verbunden ist Der Ausgang des UND-Tores 54 ist mit der Leitung 28 verbunden. Nimmt
man an, daß die Leitung 55 positiv ist, so bleibt die
Leitung 28 aktiviert, bevor der Zähler C auf den Zählstand Eins herabgeschaltet ist und bleibt aktiviert
während 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 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
tor weiter verlangsamt während einer durch die Verzögerungsschaltung 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
jn 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-
j) 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
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 Wicklungen, 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
so 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 Zeitspanne, 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 Leitung 44 führt dann keine Spannung, vorausgesetzt
daß der im Zähler C gespeicherte Zählstand größer als Eins ist Die Verzögerungsschaltung 57, die mit der
Leitung 44 verbunden ist wird durch einen zum negativen gerichteten Übergang der Leitung 44, wenn
deren Aktivierung entfällt vorbereitet und erzeugt ein negatives Ausgangssignal auf einer Leitung 62, was ein
positives Signal auf der Ausgangsleitung 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 Motorfreilaufs die Ständerwicklungen während jedes
Schrittes eine vorgegebene, durch die Triggerschaltung 63 bestimmte Zeitspanne lang entregt, und wenn der
Zähler C auf den Zählsland herabgeschaltet wird, der
der vorbestimmten Anzahl von Schritten entspricht, wird ein Bremsdrehrr.oment 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
κι wird, sondern mittels einer Rückkopplungsschleife von
einem Drehzahlregler gesteuert wird, kann eine Servosteuerung der Motordrehzahl erreicht werden.
Eine Ausführungsform, 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 F i g. 1
gezeigt ist. Der Tachogenerator 73 erzeugt eine
:o 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 Bezugs-
2> spannung, 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
jo 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 73 den
i) 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 F i g. I gezeigten Schaltungsanordnung.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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 Nulldrehmoment-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,
45, 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 Drehzahlsignals von einem Sollwert steuert.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steueranordnung für einen elektrischen Schrittmotor, bei der aus der
Rotorumdrehung abgeleitete Steuerimpulse aber 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.
ίο 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-
2» 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-
>Γ> te einwirken, und zwar in der Weise, daß während eines
Schrittintervalls ein Beschleunigungsdrehn.cment einwirkt während des folgenden Schrittintervalls ein
Bremsdrehmoment einwirkt, usw. Bei Erreichung des Ziels werden die Ständerwicklungen so erregt, daß der
so 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.
r> 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 Beschieunigungsdrehmoment 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.
4r> Bei der erfindungsgemäßen Steueranordnung ergibt
sich eine Drehzahlstabilisierung dadurch, daß z. B. beim Absinken der Drehzahl das dadurch verlängerte
Schrittintervall auch ein längeres Einwirken des Beschleunigungsdrehmoments bedingt, während die
κι 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-
T> 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
Mi 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
bs 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)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2035983A1 DE2035983A1 (de) | 1971-02-18 |
DE2035983B2 DE2035983B2 (de) | 1978-09-21 |
DE2035983C3 true DE2035983C3 (de) | 1979-05-10 |
Family
ID=10410926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19702035983 Expired DE2035983C3 (de) | 1969-08-08 | 1970-07-20 | Steueranordnung für einen elektrischen Schrittmotor |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5145046B1 (de) |
DE (1) | DE2035983C3 (de) |
FR (1) | FR2057696A5 (de) |
GB (1) | GB1217809A (de) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5122013A (ja) * | 1974-08-17 | 1976-02-21 | Hitachi Koki Kk | Teiichiteishodendokino gensokuseigyoho |
JPS5430574Y2 (de) * | 1975-11-18 | 1979-09-26 | ||
JPS6420457U (de) * | 1987-07-28 | 1989-02-01 |
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-
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- 1970-07-20 DE DE19702035983 patent/DE2035983C3/de not_active Expired
- 1970-07-23 JP JP6399070A patent/JPS5145046B1/ja active Pending
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DE2035983B2 (de) | 1978-09-21 |
GB1217809A (en) | 1970-12-31 |
FR2057696A5 (de) | 1971-05-21 |
DE2035983A1 (de) | 1971-02-18 |
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