DE2119352B2 - Verfahren und anordnung zur steuerung eines schrittmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung eines Schrittmotors, bei dem nach Inbetriebsetzen des Motors durch einen Startimpuls die Von einer auf der Motorwell befestigten Codierscheibe bei jedem Schritt erzeug ten Impulse die Motorsteuerung fortschalten. Ein Verfahren dieser Art, bei dem ein Schritt motor beschleunigt und abgebremst wird, ist bekann (deutsche Offenlegungsschrift 1945 808). Dabei is es unbeachtlich, in welcher Drehrichtung der Schrittmotor läuft, da die Drehrichtung durch eine entsprechende an sich bekannte Steuerung des Ringzählers bestimmt ist. Während bei diesem bekannter Verfahren ein Schrittmotor beschrieben ist, der aul eine solche Schrittgeschwindigkeit abgebremst werden soll, daß es innerhalb eines Schrittes angehalten werden kann, indem durch Einschalten eines Impulsverzögerungskreises zum Bremszeitpunkt eine feste Phasenverschiebung des Erregungszyklus eingeführt wird, wird die Änderung der Drehgeschwindigkeit bei anderen Verfahren in üblicher Weise mit Hilfe eines entsprechend gesteuerten Codierers oder einer

ao Codierscheibe mit Vielfach-Ausgabe vorgenommen. Bei solchen Systemen läßt sich die Motorgeschwindigkeit dadurch ändern, daß die Abtastmittel an der Codierscheibe, welche entsprechend verschiedenen Voreilwinkeln in unterschiedlichen Abständen am Umfang angebracht sind, im gewünschten Sinne umgeschaltet werden. Um nun den jeweils gewünschten Voreilwinkel einstellen zu können, ist natürlich eine entsprechende Anzahl von Codierer-Ausgängen erforderlich, welche sich dann noch verdoppelt, wenn der Motor in beiden Drehrichtungen betrieben werden soll.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, das Verfahren zur Steuerung eines Schrittmotors der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß mit geringem Aufwand eine schnelle Geschwindigkeitsänderung durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Beschleunigung des Motors einmalig zwischen zwei Schrittimpulsen ein zusätzlicher Impuls auf die Motorsteuerung gegeben wird, während bei der Verzögerung des Motors von der hohen auf die niedrigere Geschwindigkeit einmalig ein Schrittimpuls unterdrückt wird.

Die Beschleunigung beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt durch die durch den zusätzlich zugeführten Impuls verursachte schnellere Weiterschaltung des Drehfeldes, das den Rotor mitziehen kann, da dessen Massenträgheit im Verhältnis hierzu nicht ins Gewicht zu fallen vermag.

Gegenüber der mit der deutschen Offenlegungsschrift 1 945 808 bekanntgewordenen Anordnung, die zwar mit ihrer Steuerschaltung einen Schrittmotor abbremsen kann, ergibt sich mit dem Verfahren gemäß der Erfindung die vorteilhafte Möglichkeit, eine Beschleunigung von einer niedrigen auf eine hohe Geschwindigkeit, und umgekehrt, durchzuführen.

Gegenüber Anordnungen, bei denen beispielsweise mehrere Codierscheiben zur Ableitung der erforderlichen Betriebsimpulsfolgen für die entsprechenden Geschwindigkeitsstufen erforderlich sind, ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung nur eine einzige Codierscheibe notwendig und Umschaltungen sind nicht erforderlich.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung mit einem Schrittmotor, dessen am Umfang verteilte Wicklungen nacheinander durch einen die Umkehr der Drehrichtung gestattenden, als Impulsverteiler wirkenden Zwei-Richtungs-Zähler

erregt sind, und mit einer auf der MotorweUe befe- an den Zweirichtungszähler ZW.-R.-Z. eine Impulsstigten Codierscheibe, die bei jedem Schritt einen eingangsleitung JE angeschlossen, um hierüber das Impuls erzeugt, der über ein erstes UND-Glied mit Auftreten von Ausgangssignalen zu bestimmen. Der nachgeschaltetem ODER-Glied an den Zwei-Rich- Schrittmotor SM, der üblicher Bauart ist, treibt eine tungs-Zähier weitergeleitet ist, ist derart aufgebaut, 5 nicht weiter gezeigte Antriebswelle, mit der ein Rü.ckdaß zwei hintereinandergeschaltete bistabile Kipp- kopplungscodierer RC gekoppelt ist, der ebenfalls stufen vorgesehen sind, bei denen die Einstell- und von üblicher Bauart sein kann, wie z. B. eine photo-Rückstellausgänge der ersten mit den Einstell- und elektrische Einrichtung. Von diesem Rückkoppiungs-Rückstelleingängen der zweiten verbunden sind, daß codierer werden Rückkopplungssignale über die ferner die Schrittimpulse über eine Umkehrstufe ge- ίο Rückkopplungsleitung RL nach geeigneter Verstärführt sind, deren Ausgang einerseits auf die Rück- kung durch den Verstärker R V geleitet. Wie bereits Stellimpulseingänge und andererseits über eine erste gesagt, sind die vorstehend aufgezählten Einrichtunmonostabile Kippstufe auf die Einstellimpulsein- gen von üblicher Bauart, so daß sie nicht weiter im gänge der beiden bistabilen Kippstufen geht, daß einzelnen beschrieben zu werden brauchen,
weiterhin ein zweites UND-Glied vorgesehen ist, dem 15 Die den Zweirichtungszähler ZW.-R.-Z. steuernde Hoch- und Niedriggeschwindigkeitssignalr zugeführt Schaltung wird an Hand der Betriebsweise für versind und dessen Ausgang einerseits mit dem Ein- schiedene Steuerbedingungen beschrieben.
Stelleingang und andererseits über ein Umkehrglied So besteht die erste Steuerbedingung darin, daß mit dem Rückstelleingang der ersten bistabilen Kipp- der Schrittmotor gestartet und auf einen ersten stufe verbunden ist, daß ein drittes UND-Glied vor- 20 niedrigen Geschwindigkeitswert beschleunigt wird,
gesehen ist, an dessen Eingang der Rückstellausgang Der Start wird durch ein über die Sttuerleitung SL der ersten und der Einstellausgang der zweiten bi- zugeführtes Signal eingeleitet. Dieses Steuersignal stabilen Kippstufe liegen und dessen Ausgang über wird dem »Anlauf«-Flipflop RFF über diese Steuerein Umkehrglied an das erste UND-Glied, dem auch leitung zugeführt, so daß dieses Flipflop in den Eindie Schrittimpulse vorgegeben sind, geführt ist und 25 Zustand gelangt. Das dabei entstehende Ausgangsdaß letztlich der Einstellausgang der zweiten bista- signal schaltet die monostabile Kippschaltung 5 um, bilen Kippstufe über eine zweite monostabile Kipp- so daß ein Impuls über die ODER-Schaltung 7 und stufe mit dem ODER-Glied verbunden ist. deren Ausgangsleitung IE auf den Zweirichtungs-

Zur Formung der Betriebsimpulse bzw. zu deren zähler ZW.-R.-Z. übertragen wird. Hierdurch werden Entzerrung ist gemäß einer Ausgestaltung vorgese- 30 in üblicher Weise darin enthaltene Flipflops zur Einhen, daß zwischen dem Ausgang des ersten UND- stellung des Zählwertes umgeschaltet. Diese Ände-Gliedes und dem zugeordneten Eingang des ODER- rung des Zweirichtungszählers ZW.-R.-Z. verändert Gliedes eine dritte monostabile Kippschaltung ge- über die Verstärker M.-ST. das Feld des Schrittmoschaltet ist. Hierdurch wird sichergestellt, daß unab- tors, so daß sein Rotor in eine neue Winkellage enthängig von der Drehgeschwindigkeit die Betriebs- 35 sprechend der eingestellten Feldänderungsbedingung impulse immer von gleicher Länge sind, so daß die gebracht wird. Der Rückkopplungscodierer RC überKontrolle des Motors in allen Betriebszuständen ge- trägt über den Verstärker R V entsprechende Rückwährleistet ist. kopplungsimpulse auf die Rückkopplungsleitung RL,

Es erübrigt sich, nähere Ausführung über den Be- und zwar in Übereinstimmung mit der Drehung der

trieb bei unterschiedlichen Drehrichtungen zu brin- 40 MotorweUe.

gen, da außer der Umsteuerung auf die jeweils an- Wenn an der monostabilen Kippschaltung 5 ein

dere Drehrichtung offensichtlich hierbei kein Unter- Ausgangsimpuls auftritt, dann wird außerdem das

schied zum obengesagten gegeben ist. Verriegelungs-Flipfiop FFV in den Ein-Zustand ge-

Ein Ausführungabeispiel der Erfindung wird an schaltet, so daß ein Eingang des UND-Gliedes 9 auf

Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt 45 Potential liegt. Da zu diesem Zeitpunkt auch vom

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Inverter 11 ein Potential auf einer anderen Eingangs-

Schrittmotorsteuerung gemäß der Erfindung, leitung anliegt, können die Rückkopplungsimpulse

F i g. 2 Impuls-Zeitdiagramme zur Erläuterung der auf der Rückkopplungsleitung RL, die an einem drit-

Startphase einschließlich einer Geschwindigkeits- ten Eingang des UND-Gliedes 9 angeschlossen ist,

änderung von einer niedrigen Geschwindigkeit auf 50 auf den am Ausgang des UND-Gliedes 9 liegenden

eine hohe Geschwindigkeit, monostabilen Kippkreis 13 übertragen werden, der

F i g. 3 Impuls-Zeitdiagramme zur Erläuterung nun seinerseits Impulse über die ODER-Schaltung 7

einer Geschwindigkeitsänderung von einer hohen Ge- auf den Zweirichtungszähler ZW.-R.-Z. überträgt,

schwindigkeit auf eine niedrige Geschwindigkeit. Da damit auch über die Verstärker M.-ST. der Mo-

Das Prinzipschaltbild einer Steuerschaltung des 55 tor M entsprechend angesteuert wird, erreicht er zu Schrittmotors, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, stellt ein diesem Zeitpunkt infolge der entsprechenden Bebevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfin- schleunigung eine Sättigungsgeschwindigkeit, so daß dung dar. Diese Schaltung enthält wie üblich eine damit der Motor M in seiner ersten oder Niedrig-Anzahl von Verstärkern M.-ST., die so ausgelegt Geschwindigkeits-Bedingung betrieben wird,
sind, daß Hochleistungsimpulse ausreichender Größe 60 Es soll nun veranlaßt werden, daß der Schritt- und geeigneter Phasenlage den Wicklungen eines üb- motor unter einer zweiten oder Hoch-Geschwindiglichen Schrittmotors SM zugeführt werden können, keits-Bedingung betrieben wird. Die hierzu erfor- und zwar unter Steuerung von Ausgangssignalen derliche Beschleunigung soll von Geschwindigkeit eines Zweirichtungszählers ZW.-R.-Z. Dieser Zwei- null aus erfolgen. Die Folge der Betriebsabläufe für richtungszählerZtP.-Ä.-Z. liegt an einer Richtungs- 65 diese Betriebsweise unterscheidet sich von der oben Steuerleitung RSL, über die die Richtung der auf den beschriebenen Folge zur Beschleunigung auf den Ausgangssignalleitungen zu den Verstärkern M.-ST. Niedrig-Geschwindigkeits-Zustand nur durch die Tatauftretende Zählfolge festgelegt wird. Weiterhin ist sache, daß nach dem zweiten kWlik

ein einzelner zusätzlicher Impuls auf den Zweirich- Bedingung zu einer Niedrig-Geschwindigkeits-Bedintungszähler ZW.-R.-Z. übertragen wird. Wird also gung umgeschaltet wird, dann wird die bistabile Hoch-Geschwindigkeits-Betrieb verlangt, dann erhält Kippschaltung FF-I beim Auftreten der nächsten abdie Hoch-Geschwindigkeits-Steuerleitung HGSL ein fallenden Impulsflanke eines Rückkopplungsimpulses Signal. Dies läßt einen Flipflop FF-I beim Auftreten 5 als Ergebnis eines zugeführten Signals vom Inverter eines Ausgangsimpulses an der monostabilen Kipp- 17 in den Aus-Zustand zurückgeschaltet. Ist die bischaltung 15 in den Ein-Zustand gelangen. Die mo- stabile Kippschaltung FF-I zurückgeschaltet und die nostabile Kippschaltung 15 wird von der Rückkopp- bistabile Kippschaltung FF-2 in den Ein-Zustand lungsleitung RL über den Inverter 17 angesteuert. geschaltet, dann liegt an beiden Eingängen des UND-Das Signal der monostabilen Kippschaltung 15, das io Gliedes 12 ein Signal an, so daß sein Ausgang über die Abwesenheit eines Rückkopplungsimpulses an- den Inverter 11 eine weitere Impulsübertragung über zeigt, schaltet die bistabile Kippschaltung FF-I beim das UND-Glied 9 verhindert und damit der nächste Auftreten einer abfallenden Impulsflanke des ersten auf der Rückkopplungsleitung RL auftretende Rück-Rückkopplungsimpulses in den Ein-Zustand, so daß kopplungsimpuls nicht auf die ODER-Schaltung 7 eine zweite bistabile Kippschaltung FF-2 in den Ein- 15 gelangen kann. Damit bleibt dann auch der Zwei-Zustand gelangt, wenn die zweite abfallende Impuls- richtungszähler ZW.-R.-Z. und der Motor SM ohne flanke der auf der Rückkopplungsleitung RL er- Fortschalt- bzw. Antriebsimpuls. Die nächste auf der scheinenden Signale auftritt. Die bistabile Kippschal- Leitung/?!, auftretende abfallende Impulsflanke eines tung FF-2 löst bei ihrer Ein-Schaltung die Impuls- Rückkopplungsimpulses stellt dann auch die bistabile abgabe der monostabilen Kippschaltung 19 aus, die 20 Kippschaltung FF-2 in den Null-Zustand zurück. Dadann einen zusätzlichen Impuls über die ODER- mit wird dann auch das UND-Glied 12 gesperrt, so Schaltung 7 auf den Zweirichtungszähler ZW.-R.-Z. daß dann wieder über den Inverter 11 die über die überträgt. Die Wirkung dieses zusätzlichen »Vor- UND-Schaltung 9 zugeführten Rückkopplungsimpulse wärts«-Impulses zu diesem Zeitpunkt besteht darin, die monostabile Kippschaltung 13 auslösen können, daß das Feld des Schrittmotors SM auf eine vorge- 25 so daß der Zweirichtungszähler ZW.-R.-Z. über die rückte Position vorläuft, was dann der gleichen Wir- ODER-Schaltung 7 fortgeschaltet werden kann. Als kung entspricht, als wenn der mechanische Vorei- Ergebnis dieses Überschlagens eines Impulses in der lungswinkel des Rückkopplungscodierers RC um Betriebsabfolge kehrt das Feld in seine normale Lage einen Motorschritt geändert worden wäre. Unter die- zurück, so daß der Motor in den niedrigeren Ciesen Bedingungen wird der Schrittmotor SM zur Ein- 30 schwindigkeitszustand übergeht und bei dieser Genahme des zweiten oder Hoch-Geschwindigkeits-Zu- schwindigkeit weiterläuft.

Standes beschleunigt. Der zusätzliche Impuls braucht Eine gleiche Wirkung läßt sich erzielen, wenn in nicht notwendigerweise nach Auftreten der zweiten der Impulspause zwischen zwei Antriebsimpulsen abfallenden Flanke des Rückkopplungsimpulses zu- eine zusätzliche Impulsfolge von beispielsweise drei geführt zu werden, sondern kann vielmehr zu jedem 35 kurzen Impulsen auf den Motor übertragen wird, beliebigen Zeitpunkt erscheinen, der den Systempara- wie es zur Erlangung eines um eine einzige Schrittmetern gerecht wird. phase zurückgestellten Drehfeldzustandes bereits an

Als nächstes soll nun der Wechsel von einer nied- anderer Stelle (deutsche Offeniegungsschrift 2 063 274) rigen Geschwindigkeit zu einer hohen Geschwindig- vorgeschlagen worden ist. Praktisch wird die Impulskeit beschrieben werden. Grundsätzlich ist dabei der 40 auslösung und -einsetzung so durchgeführt, daß bei Betriebsablauf der gleiche wie der bei der direkten Rückstellen des Flipflops RFF mit Auftreten des Beschleunigung auf eine Hochgeschwindigkeit, mit ersten /?L-Impulses nach Erscheinen der Hinterder Ausnahme allerdings, daß sich der Motor bereits flanke des Steuerimpulses auf der Steuerleitung SL im Laufzustand befindet. Dieser Wechsel läßt sich zu der Impulsgenerator 21 zur Abgabe dieser zusätzeinem beliebigen Zeitpunkt durchführen; es braucht 45 liehen Impulsfolge ausgelöst wird, die dann über das nur wie vorhin ein Signal auf die Hoch-Geschwindig- ODER-Glied 7 auf den ZweirichtungszählerZ W.-Ä -Z. keits-Steuerleitung HGSL übertragen zu werden. Der übertragen wird. Der Impulsgenerator 21 selbst kann Vorlaufantriebsimpuls wird dabei dem Zweirich- z· B. aus einer geeigneten Ringschaltung bestehen, tungszähler ZW.-R.-Z. zwischen dem zweiten und Durch die zusätzliche Impulsfolge wird das Motordritten Rückkopplungsantriebsimpuls nach Einleiten 50 feld zum Voreilen gebracht, dem der Rotor auf des Steuervorganges für diese Geschwindigkeits- Grund seiner Massenträgheit nicht zu folgen vermag, änderung zugeführt Dieser zusätzliche Impuls Dies wirkt sich in einem kleineren voreilenden Winkönnte an sich sofort zum Zeitpunkt des nächsten kel des Drehfeldes aus, so daß der Motor SM in den Rückkopplungsimpulses zugeführt werden, jedoch niedrigen Geschwindigkeitszustand übergeht
wird durch die Verwendung der gleichen Steuer- 55 Die Steuerstufen 22 und 23 in Verbindung mit den schaltung, wie sie auch für die direkte Hoch-Ge- Stufen 25, 27 und 29 dienen einer Abbremsschalschwindigkeits-Beschleunigung benutzt wird, der er- tung, die nicht Gegenstand der Erfindung ist, wesforderliche Schaltungsaufwand wesentlich vereinfacht halb auf sie nicht eingegangen ist.

Weiterhin soll nun der Geschwindigkeitswechsel Mt Hilfe der Diagramme in den Fig. 2 und 3 von einer hohen auf eine niedrige Geschwindigkeit 60 sind für verschiedene Betriebsbedingungen die verbehandelt werden. Um diesen Wechsel durchzufüh- schiedenen Zeitabläufe dargestellt Die Impulse, die ren, muß das Betriebsfeld des Schrittmotors SM in zu den verschiedenen Zeitpunkten im System aufdie'normaie Lage zurückgestellt werden. Zur Durch- treten, sind bezeichnet; dies gilt ebenso für die Folge führung dieses Abbremsvorganges wird einer der von Impulsen, die den einzelnen Feldwicklungen zur Antriebsimpulse, die von dem Rückkopplungs- 65 Erregung in der Reihenfolge zugeführt werden, wie codiererRC ausgelöst werden, überschlagen. Wenn sie jeweils am unteren Ende der Fig. Z und 3 durch das Signal auf der Hoch-Geschwindigkeits- aufgezeichnet sind. Die Zahlen zeigen dabei die Feld-Steuerleitung HGSL von einer Hochgeschwindigkeits- wicklungen an, deren Anzahl 4 beträgt und die je-

weils durch einen Impuls erregt werden. Dies geschieht je gesondert über die vier Ausgangsleitungen des Zweirichtungszählers ZW.-R.-Z., die je nach den Schaltzuständen der beiden Zähler-Flipflops erregt werden, wie es sich mit Hilfe der beiden letzten Impulsdiagramme (Zähler-FF.-Impulse) in den Fig.2 und 3 ergibt. Die Feldwicklungserregung in F i g. 2 zeigt in der Zeile »Niedergeschwindigkeit« die zeitliche Aufeinanderfolge der impulsbeaufschlagten Feldwicklungen in ihrer Erregung, wie es sich bei normalem, d. h. unverändertem Bewegungsablauf ergibt; wohingegen die Zeile »Hochgeschwindigkeit«

den in der Zeit veränderten Erregungsablauf zeigt. Das gleiche gilt umgekehrt für die Feldwicklungserregung, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, da dort nämlich der normale Ablauf, d. h. der unveränderte Ablauf in der Zeile »Hochgeschwindigkeit« dargestellt ist und der Verzögerungsvorgang erregungsmäßig in der Zeile »Niedergeschwindigkeit« aufgeführt ist.

Im übrigen sprechen die Darstellungen in FigT~2

ίο und 3 unter Berücksichtigung der Erläuterungen in der vorangegangenen Beschreibung für sich, so daß hierauf nicht weiter eingegangen zu werden braucht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung eines Schrittmotors, bei dem nach Inbetriebsetzen des Motors durch einen Startimpuls die von einer auf der Motorwelle befestigten Codierscheibe bei jedem Schritt erzeugten Impulse die Motorsteuerung fortschalten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung des Motors von einer niedrigen auf eine höhere Geschwindigkeit einmalig zwischen zwei Schrittiinpülseh ein zusätzlicher Impuls auf die Motorsteuerung gegeben wird und daß bei der Verzögerung des Motors von der hohen auf die niedrigere Geschwindigkeit einmalig ein Schrittimpuls unterdrückt wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens flach Anspruch 1, mit einem Schrittmotor, dessen am Umfang verteilte Wicklungen nacheinander durch einen die Umkehr der Drehrichtung gestattenden, als Impulsverteiler wirkenden Zwei-Richtungs-Zähler erregt sind, und mit einer auf der Motorwelle befestigten Codierscheibe, die bei jedem Schritt einen Impuls erzeugt, der über ein erstes UND-Glied mit nachgeschaltetem ODER-Glied an den Zwei-Richtungs-Zähler weitergeleitet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei hintereinandergeschaltete bistabile Kippstufen (Fr-I, FF-2) vorgesehen sind, bei denen die Einstell- und Rückstellausgänge der ersten (FF-I) mit den Einsteli- und Rückstelleingängen der zweiten (FF-2) verbunden sind, daß ferner die Schrittinipulse über eine Umkehrstufe (17) geführt sind, deren Ausgang einerseits auf die Rückstellimpulseingänge und andererseits über eine erste monostabile Kippstufe (15) auf die Einstellimpulseingänge der beiden bistabilen Kippstufen (FF-I, FF-2) geht, daß weiterhin ein zweites UND-Glied (2) vorgesehen ist, dem Hoch- und Niedrig-Geschwindigkeits-Signale zugeführt sind und dessen Ausgang einerseits mit dem Einstelleingang und andererseits über ein Umkehrglied 3 mit dem Rückstelleingang der ersten bistabilen Kippstufe (FF-I) verbunden ist, daß ein drittes UND-Glied (12) vorgesehen ist, an dessen Eingang der Rückstellausgang der ersten (FF-I) und der Einstellausgang der zweiten bistabilen Kippstufe (FF-2) liegen und dessen Ausgang über ein Umkehrglied (11) an das erste UND-Glied (9), dem auch die Schrittimpulse vorgegeben sind, geführt ist und daß letztlich der Einstellausgang der zweiten bistabilen Kippstufe über eine zweite monostabile Kippstufe (19) mit dem ODER-Glied (7) verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des ersten UND-Gliedes (9) und dem zugeordneten Eingang des ODER-Gliedes (7) eine dritte monostabile Kippstufe (13) geschaltet ist.