DE2166089A1 - Verfahren zum Abbremsen eines impulsgesteuerten Schrittmotors. Ausscheidung aus: 2119352 - Google Patents

Description

Böblingen, 25. Juli 1972 bu-fr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Z us at ζ arme ldung zu P 20 63 274.0

Ausscheidungsanmeldung aus P 21 19 352.2

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket EN 969 035 B

Verfahren zum Abbremsen eines impulsgesteuerten Schrittmotors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines über Betriebsimpulse gesteuerten Schrittmotors, bei dem das Erregerfeld zum Abbremsen der Motorbewegung in eine, ein entgegen der Motordrehrichtung entwickelndes Drehmoment bewirkende Stellung geschaltet wird, indem, ausgelöst durch ein Haltesignal, von der Steuerschaltung eine Anzahl kurzer, schnell aufeinanderfolgender Fortschaltimpulse auf die Feldwicklungen des Schrittschaltmotors gegeben werden.

Ein Verfahren dieser Art ist im Hauptpatent (Patentanmeldung P 20 63 274) im einzelnen beschrieben, in dem auch die hierzu erforderliche Schaltungsanordnung angegeben ist. Bei Vorliegen nur einer Schrittgeschwindigkeit des Schrittschaltmotors ist zwar dieses Verfahren äußerst vorteilhaft und wirkungsvoll, jedoch zeigen sich Nachteile, wenn diese Schaltungsanordnung bei Geschwindigkeitsumschaltung Verwendung finden soll, da insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten der Rotor nicht, jedenfalls nicht ohne weiteres in der gewünschten Winkellage angehalten werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in Behebung dieser Schwierigkeit darin, ein Verfahren anzugeben, das auch bei Geschwindigkeitsum-

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schaltung unabhängig vom jeweiligen Geschwindigkeitszustand eine einwandfreie Bremsung in gewünschter Weise ermöglicht, wobei insbesondere die Kontrolle über die Motorbewegung während des BremsVorgangs unbedingt sichergestellt bleibt.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist in Verbesserung des Verfahrens nach Patent.... (Patentanmeldung P 20 6 3 274) vorgesehen, daß bei wählbarer Geschwindigkeitseinstellung zur Auslösung der kurzen, schnell aufeinanderfolgenden Fortschaltimpulse in von der jeweiligen Geschwindigkeit abhängigen Anzahl, nämlich bei hoher Geschwindigkeit kleinerer Anzahl als bei . niedriger Geschwindigkeit, neben dem Haltesignal ein jeweiliges * Geschwindigkeits-Zustandsignal der Steuerschaltung als Auslösekriterium dient.

Die Kontrolle der Motorbewegung beim Abbrems Vorgang läßt sich in vorteilhafter Weise noch dadurch verbessern, daß, ausgelöst durch das Haltesignal, in entsprechender Verzögerung zu den kurzen, schnell aufeinanderfolgenden Fortschaltimpulsen nach Zuführung des letzten Betriebsimpulses ein Einzelimpuls von der Steuerschaltung auf die Feldwicklung gegeben wird. Damit ist dann sichergestellt, daß die Motordrehung den Rotor ohne öberschwingen in die gewünschte Winkellage drehen kann.

) Eine vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung mit einem zur aufeinanderfolgenden Ansteuerung der Feldwicklungen durch Betriebsimpulse gesteuerten Zähler, der zusätzlich durch einen durch das Haltesignal ausgelösten Bremssignalefolgegenerator zur Abgabe der kurzen, schnell aufeinanderfolgenden Fortschaltimpulse ansteuerbar ist und mit einer bistabilen Verriegelungsschaltung, die im Ansprechen auf Haltesignale zur Unterbrechung der Betriebsimpulszufuhr auf den Zähler zurückstellbar ist, sieht vor, daß der Brems impuls folgegenerator mit einem an einer Geschwindigkeitszustands leitung liegenden und nur zusammen mit einem Haltesignal auf dem ersten Eingang wirksam werdenden zweiten Eingang versehen ist und daß der Rücksteilausgang der bistabilen Verriege lungs-

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Schaltung über eine monostabile Kippschaltung an den Zähler angeschlossen ist.

Die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung vorgesehene Schaltungsanordnung ist also denkbar einfach und ohne großen Aufwand zu verwirklichen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Das Prinzipschaltbild einer Geschwindigkeitssteuerschaltung des Schrittmotors SM ist in Fig. 1 gezeigt. Diese Schaltung enthält wie üblich eine Anzahl von Verstärkern M.-ST., die so ausgebildet sind, daß unter Steuerung von AusgangsSignalen eines Zweirichtungszählers ZW.-R.-Z. Hochleistungsimpulse ausreichender Größe und geeigneter Phasenlage den Wicklungen eines üblichen Schrittmotors SM zugeführt werden können. Weiterhin ist an den Zweirichtungszähler ZW.-R.-Z. eine Impulseingangsleitung IE angeschlossen, um hierüber das Auftreten von AusgangsSignalen zu bestimmen. Der Schrittmotor SM, der üblicher Bauart ist, treibt eine nicht weiter gezeigte Antriebswelle, mit der ein Rückkopplungs codierer RC gekoppelt ist, der ebenfalls von üblicher Bauart sein kann, wie z.B. eine photoelektrische Einrichtung. Von diesem Rückkopplungscodierer werden Rückkopplungssignale über die Rückkopplungsleitung RL nach geeigneter Verstärkung durch dden Verstärker RV geleitet. Vorstehend aufgezählte Einrichtungen sind von üblicher Bauart, so daß nicht weiter hierauf eingangen zu werden braucht.

Der Start des Schrittmotors wird durch ein über die Steuerleitung SL zugeführtes Signal eingeleitet. Dieses Steuersignal wird dem 'Anlauf"-Flip-Flop RFF über diese Steuerleitung zugeführt, so daß dieses Flip-Flop in den Ein-Zustand gelangt. Das dabei entstehende Ausgangssignal schaltet die monostabile Kippschaltung um, so daß ein Impuls über die ODER-Schaltung 7 und deren Ausgangsleitung IE auf den Zweirichtungszähler ZW.-R.Z. übertragen

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wird. Hierdurch werden darin enthaltene Flip-Flops in üblicher Weise zur Einstellung des Zählwertes umgeschaltet. Die hiermit verbundene Zählung des Zweirichtungszählers ZW.-R.-Z. verändert über den Verstärker M.-ST. das Feld des Schrittmotors, so daß sein Rotor in eine neue Winkellage entsprechend der jeweils eingestellten Feldänderungsbedingung gebracht wird. Der Rückkopplungscodierer RC überträgt in Übereinstimmung mit der Drehung der Motorwelle über den Verstärker RV entsprechende Rückkopplungsimpulse auf die Rückkopplungsleitung RL.

Wenn an der monostabilen Kippschaltung 5 ein Ausgangsimpuls auftritt, dann wird außerdem das Verriegelungs-Flip-Flop FFV in den Ein-Zustand geschaltet, so daß ein Eingang des UND-Gliedes 9 auf Umschaltpotential liegt. Da zu diesem Zeitpunkt auch vom Inverter 11 ein Umschaltpotential auf einer anderen Eingangsleitung anliegt, können die Rückkopplungsimpulse auf der Rückkopplungsleitung RL, die an einem dritten Eingang des UND-Gliedes 9 angeschlossen ist, auf den am Ausgang des UND-Gliedes 9 liegenden monostabilen Kippkreis 13 übertragen werden, der nun seinerseits Impulse über die ODER-Schaltung 7 auf den Zweirichtungszähler ZW.-R.-Z. überträgt. Da damit auch über die Verstärker M.-S.T. der Motor M entsprechend angesteuert wird, erreicht er zu diesem Zeitpunkt infolge der entsprechenden Beschleunigung eine Sättigungsgeschwindigkeit, so daß damit der Motor M in seiner ersten oder Niedrig-Geschwindigkeits-Bedingung betrieben wird. Bei Abbremsung hieraus ist, wie bereits vorgeschlagen, nur der untere Eingang des Impulsgenerators 21 wirksam, der am O-Ausgang des Anlauf-Flip-Flops RFF liegt.

Bei Hoch-Geschwindigkeits-Betrieb erhält die Hoch-Geschwindigkeits-Steuerleitung HGSL ein Signal. Dies läßt einen Flip-Flop FF-I beim Auftreten eines Ausgangsimpulses an der monostabilen Kippschaltung 15 in den Ein-Zustand gelangen. Die monostabile Kippschaltung 15 wird von der Rückkopplungsleitung RL über den Inverter 17 angesteuert. Das Signal der monostabilen Kippschaltung 15, das die Abwesenheit eines Rückkopplungsimpulses anzeigt,

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schaltet die bistabile Kippschaltung FF-I beim Auftreten einer abfallenden Impulsflanke des ersten Rückkopplungsimpulses in den Ein-Zustand, so daß eine zweite bistabile Kippschaltung FF-2 in den Ein-Zustand gelangt, wenn die zweite abfallende Impulsflanke der auf der Rückkopplungsleitung RL erscheinenden Signale auftritt. Die bistabile Kippschaltung FF-2 löst bei ihrer Elii-Schaltung die Impulsabgabe der monostabilen Kippschaltung 19 aus, die dann einen zusätzlichen Impuls über die ODER-Schaltung 7 auf den Zweirichtungszähler ZW.-R.-Z. überträgt.

Die Abbremsung läßt sich nun durch Einführen einer Impulsfolge mit drei rasch aufeinanderfolgenden kurzen Impulsen wie im Hauptpatent beschrieben so durchführen, daß bei Rückstellen des Flip-Flops Ri¹F mit Auftreten des ersten RL-Impulses nach Erscheinen der Hinterflanke des Steuerimpulses auf der Steuerleitung SL der Impulsgenerator 21 zu einer entsprechenden Impulsabgabe ausgelöst wird, die dann ebenfalls über die ODER-Schaltung 7 auf den Zweirichtungszähler ZW.-R.-Z. übertragen werden.

Der Impulsgenerator 21 kann beispielsweise aus einer geeigneten Ringschaltung bestehen, die bei Zuführen eines Anregungsimpulses eine Ausgangsimpulsfolge von drei Impulsen abgibt. Diese drei Impulse werden zu einer entsprechenden Rotordrehung ausgenützt, indem gleichzeitig das Motorfeld zum Voreilen gebracht wird, wobei die mechanische Trägheit des Systems den Rotor den auf ihn ausgeübten Kräften nicht folgen läßt. Dies führt zu einem entgegenwirkenden Drehmoment, das den Schrittmor SM abbremst. Diese Abbremsung bewirkt ihrerseits einen relativ großen Impulsabstand in der Impulsfolge, die vom Rückkopplungscodierer RC auf die Rückkopplungsleitung RL übertragen wird.

Um den Motor anzuhalten, ist es also erforderlich, das Motorfeld in eine solche Lage zu bringen, daß es in bezug auf den Rotor nacheilt, um so ein negatives Drehmoment hervorzubringen. Wie bereits ausgeführt, wird die bistabile Kippschaltung RFF beim Auftreten einer abfallenden Impulsflanke eines Signals auf der

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Steuerleitung SL mit dem nächsten Impuls auf der Rückkopplungsleitung RL in den Null-Zustand zurückgeschaltet. Wenn die bistabile Kippschaltung RFF in den Null-Zustand zurückgeschaltet wird, dann gelangt ein Signal auf den Impulsgenerator 21, der dann in rascher Abfolge die notwendige Anzahl von Impulsen auf die ODER-Schaltung 7 überträgt, um die gewünschte Abbremsung herbeizuführen. Die Anzahl der Impulse, die der Impulsgenerator 21 jeweils in rascher Folge abgibt, ergibt sich dabei aus dem Geschwindigkeitszustand des Systems, nämlich, ob ein Hochgeschwindigkeits- oder Niedriggeschwindigkeits-Zustand, wie durch ein entsprechendes Potential auf der Hochgeschwindigkeits-Steuerleitung HGSL angezeigt, vorliegt oder nicht. So werden im Niedriggeschwindigkeitszustand z.B. drei Impulse abgegeben, wohingegen für den Hochgeschwindigkeitszustand nur zwei Impulse vom Impulsgenerator 21 bereitgestellt werden. Hierzu ist ein zweiter Eingang am Impulsgenerator 21 vorgesehen, der mit der Hochgeschwindigkeitssteuerleitung HGSL in Verbindung steht. Dieser zweite Eingang ist so eingerichtet, daß er nur wirksam wird, wenn gleichzeitig ein Haltesignal auf der Steuerleitung SL auftritt, um so eine Abbremsung bei Geschwindigkeitsumschaltung von hoch auf niedrig zu verhindern.

Ein weiterer monostabiler Multivibrator 22 wird, wie ebenfalls im Hauptpatent beschrieben, durch die Rückkopplungsimpulse auf der Rückkopplungsleitung RL angesteuert. Diese monostabile Kippschaltung ist dabei so ausgelegt, daß sie den Zeitabstand zwischen den einzelnen Rückkopplungsimpulsen zu überwachen vermag, wenn das System unter dem Regelungseinfluß abgebremst: wird. Wenn so der Impulsabstand einen vorgegebenen Wert unterschreitet, dann fällt diese monostabile Kippschaltung 22 in ihren stabilen Zustand zurück, so daß das über den Inverter 23 invertierte Stufensignal ein Bereitstellungspotential an einen Eingang der UND-Schaltung 27 legt, dessen anderer Eingang über den Inverter 25 an der Steuerleitung SL liegt, so daß der Verriegelungs-Flip-Flop FFV rückgestellt wird, wenn kein Steuer-impuls auf der Leitung SL auftritt. Wird der Verriegelungs-Flip-Flop FFV zurückgeschaltet, dann wird über den Rückstellausgang (O) gleichzeitig eine weitere monostabile Kippschaltung

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29 umgeschaltet:, was in zeitlichem Zusammenhang mit der Umschaltung der monostabilen Kippschaltung 22 geschieht. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß ein letzter Impuls auf den Zweirichtungszähler ZW.-R.-Z. übertragen wird und der Einfluß von Störimpulsen im System vollständig unterdrückt wird, so daß sich ein stetiger AbbremsVorgang ergibt.

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Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Betrieb eines über Betriebsiinpulse gesteuerten Schrittmotors, bei dem das Erregerfeld zum Abbremsen der Motorbewegung in eine, ein entgegen der Motordrehrichtung entwickelndes Drehmoment bewirkende Stellung geschaltet wird, indem, ausgelöst durch ein Haltesignal, von der Steuerschaltung eine Anzahl kurzer, schnell aufeinanderfolgender Schaltimpulse auf die Feldwicklungen des Schrittschaltmotors gegeben werden nach Patent (Patentanmeldung P 20 63 274), dadurch gekennzeichnet, daß bei wählbarer Geschwindigkeitseinstellung zur Auslösung der kurzen, schnell aufeinanderfolgenden Fortschaltimpulse in von der jeweiligen Geschwindigkeit abhängigen Anzahl, nämlich bei hoher Geschwindigkeit kleinerer Anzahl als niedriger Geschwindigkeit, neben dem Haltesignal ein jeweiliges Geschwindigkeits-Zustandssignal der Steuerschaltung als Auslösekriterium dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, ausgelöst durch das Haltesignal, in entsprechender Verzögerung zu den kurzen, schnell aufeinanderfolgenden Fortschaltimpulsen nach Zuführen des letzten Betriebsimpulses ein Einzelimpuls von der Steuerschaltung auf die Feldwicklung gegeben wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 mit einem zur aufeinanderfolgenden Ansteuerung der Feldwicklungen durch Betriebsimpulse gesteuerten Zähler, der zusätzlich durch einen durch das Haltesignal ausgelösten Bremssignalfolgegenerator zur Abgabe der kurzen, schnell aufeinanderfolgenden Fortschaltimpulse ansteuerbar ist und mit einer bistabilen Verriegelungsschaltung, die im Ansprechen auf das Haltesignal zur Unterbrechung der Betriebsimpulszufuhr auf den Zähler rückstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsimpulsfolgegenerator (21) mit einem an einer Geschwindigkeits-

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zustandsleitung (HGSL) liegenden und nur zusammen mit einem Haltesignal auf dem ersten Eingang wirksam werdenden zweiten Eingang versehen ist und daß der Rückstellausgang (O) der bistabilen Verriegelungsschaltung (FFV) über eine monostabile Kippschaltung (29) an den Zähler (ZW.-R.-Z.) angeschlossen ist.

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