DE2166089B2 - Verfahren zum betrieb eines ueber impulse gesteuerten schrittmotors und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die F.rfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patent 63 274.0.

Ein Verfahren dieser Art ist im Hauptpatent im einzelnen beschrieben, in dem auch die hierzu erforderliche Schaltungsanordnung angegeben ist. Bei Vorliegen nur einer .Schrittgeschwindigkeit des Schrittachaltmotors ist zwar dieses Verfahren äußerst vorteilhaft und wirkungsvoll, jedoch /eigen sich Nachteile, wenn diese Schaltungsanordnung bei Geschwindigkeitsumschiiliung Verwendung finden soll, da insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten der Rotor nicht, jedenfalls nicht ohne weiteres in der gewünschten Winkellage angehalten werden kann.

Aus der französischen Patenschrift 15 33 626 ist ein Verfahren zum Betrieb einer über Impulse gesteuerten Schrittmotors bekannt, bei dem das Erregerfeld zum Verzögern der Motorbewegung in einer ein entgegen der Molorbewegung entwickelndes Drehmoment bewirkenden Stellung geschaltet wird. Weiterhin ist dieser Patentschrift ein Verfahren zum Abbremsen von Schrittmotoren beschrieben, wenn der Motor von einer Winkellage möglichst schwingungsfrei in die andere gedreht werden soll. Hierzu dient eine durch die Betriebsimpulse gesteuerte, nach Art eines Zählers aufgebaute Schaltungsanordnung, die die F.rregerfeldwicklungen aufeinanderfolgend ansteuert. Der vorwärts und rückwärts zählenden Schaltungsanordnung ist dabei eine besonders ausgebildete Verzögerungseinrichtung vorgeschaltet. Die hier verwendete Art der Impulssteuerung bringt es mit sich, daß die Gesamtperiode zur Drehung des Rotors von einer Winkellage in die vorgegebene nächste etwa drei Millisekunden beträgt. Durch diese Maßnahme wird zwar erreicht, daß der Rotor ziemlich vibrationsfrei von einer Winkellage in die andere gedreht werden kann, es ist jedoch der Nachteil hiermit verbunden, daß der erforderliche Zeitaufwand beträchtlich ist. da die Erregerfeldwicklungen in jeder Periode, d.h. bei jedem Schaltungsschritt. zweimal ummagnetisiert weiden müssen, wenn beim Vorw auszählen die entsprechend nächste Erregerfeldwickkmg, beim anschließenden Rückwärtszählcn die der Ausgangslage entsprechende Errcgerleldw-icklung wiederum und beim schließliehen Vorwärtszahlen wieder c'ie nächste Erregerfeldwicklung erregt w 11 ti.

Die deutsche Auslegeschrift 12 38 984 beschreibt ein Verfahi en. bei dem jeweils bei einer bestimmten Schrittanzahl vor Erreichen der neuen Haltestellung selbstätig zur Bremsung auf den Speisezyklus für die entgegengesetzte Drehrichtung umgeschaltet wird.

Auch hier wiederum ist es nachteilig, daß bei verhältnismäßig hohem Schaltungsaufwand die Drehung von einer Winkellage in die andere völlig schwingungsfrei nicht in denkbar kurzem Zeitintervall erfolgen kann, da der Schrittmotor nach dem hier verwendeten Bremsvcrfahren erst nach einem Schritt. um den der Motor dem hierbei eingestellten Feldzustand vorauseilt, in seine Ziel-Winkellage gedreht w ird

Unter diesen Umständen bleibt aber ein großes Anwendungsgebiet verschlossen, wie z. B. das der Schrittmotoren, die durch kontinuierlich /ugcführie Impulsfolgen eine größere Anzahl von Umdrehungen bei hohen Geschwindigkeiten ausführen sollen.

Nach einem älteren Vorschlag (DT-AS 16 38 091) wird zur Abbremsung eines Schrittschaltmotor durch ein Eingangssteuersignal die Abgabe von Schritisteuerimpulsen freigegeben, woran der letzte nach entsprechender Verzögerung in einer oder mehreren der Feldwicklungen das Gegendrehmoment in Abhängigkeit von der Länge der Eingangssteuersignale erzeugt.

Die Aufgabe der Erfindung besieht in Behebung dieser Schwierigkeit darin, ein Verfahren anzugeben, das auch bei Geschwindigkeitsumschaltung unabhängig vom jeweiligen Geschwindigkeitszustand eine einwandfreie Bremsung in gewünschter Weise ermöglicht, wobei insbesondere die Kontrolle über die Motorbewegung während des Bremsvorgangs unbedingt sichergestellt bleibt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Betrieb eines über Impulse gesteuerten Schrittmotors der eingangs genannten Art nach der Erfindung gelöst wie im Kenn/eichendes Patentanspruchs 1 angegeben.

In Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Schaltung lassen sich Schroitmotoren mit hoher Drehzahl betreiben und hieraus betriebssicher unter Kontrolle der Motordre-

lung während des Bremsvorgangs selbst abbremsen. Im Cinzelschrittbetrieb ergeben sich darüberhinaus auch kurze Schrittzeiten.

Die Kontrolle der Motorbewegung beim Abbremsvorgang Iä3i sich in vorteilhafter Weise noch dadurch »erbessern, daß nach den kurzen, schnell aufeinanderfolgenden Fortschaltimpulsen in einem größeren zeitlichen Abstand hierzu ein Einzelimpuls auf die Feldwicklung gegeben wird. Damit ist dann sichergestellt, daß die Motordrehung den Rotor schnell ohne Übe;schwingen in die gewünschte Winkellage drehen kann.

Eine vorteilhafte .Schaltunganordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Windung läßt sich dem Patentanspruch 3 entnehmen. ,₅

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

Nachstehend wird die Erfindung anband der Zeich- ia iiung näher erläutert.

Das Prinzipschallbild einer Geschw indigkeitssteuerschaltung des Schrittmotors SM zeigt die Zeichnung. Diese Schaltung enthalt wie üblich eine Anzahl von Treibern M.-ST.. die so ausgebildet sind, daß unter Steuerung von Ausgangssignalen eines Zweirichtungs-/iihlers ZW-R. Z. Hochleisuingsimpiilsc ausreichender Größe und geeigneter Phasenlage der. Wicklungen eines üblichen Schrittmotors .S^-A/ zugeführt werden können. Weiterhin ist an den Zwcintidiingszähler ZW.-R.-Z. eine PF- Leitung 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 Rückkopplungscodiercr RK gekoppelt ist. der ebenfalls von üblicher Bauart sein kann, wie z.B. eine photoelektrische Hinrichtung. Von diesem Rüekkopplungscodierer RK werden Rückkopplungssignale über die Rückkopplungslciumg RKI. nach geeigneter Verstärkung durch den Verstärker ft V geleitet. Vorstehend aufgezählte Einrichtungen sind von üblicher Bauart, so daß nicht weiter hierauf eingegangen zu werden braucht.

Der Start des Schrittmotors wird durch ein über die Steuerleitung »Laufen« zugeführtes Signal eingeleitet. Dieses Steuersignal wird der »Laufen«-Kippstufe 7 über einen Inverter 5 zugeführt, so daß sie in den Ein-Zustand gelangt. Das dabei entstehende Ausgangssignal schaltet die monostabile Kippschaltung 9 um, so daß ein Impuls über das ODER-Glied 11 und deren Ausgangslcitung PE auf den Zweirichtungszähler ZW.-R.-Z. übertragen 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 die Treiber M-ST. das Feld des Schrittmotors SM. so daß sein Rotor in eine neue Winkellage entsprechend der jeweils eingestellten Feldänderungsbedingung gebracht wird. Der Rückkopplungscodierer RK überträgt in Abhängigkeit von der Drehung der Motorwelle über den f,₀ Verstärker RV entsprechende Rückkopplungsimpiilso auf die Rückkopplungslcitung RKL.

Wenn an der monostabilen Kippschaltung 9 ein Ausgangsimpuls auftritt, dann wird außerdem der Vcrricgelungsschaltkreis 13 in den F.in-Zustand geschaltet. so daß ein Eingang des UND-Gliedes 15 auf Umschaltpotenlial liegt. Da zu diesem Zeitpunkt auch vom Inverter 111 ein llmschaltnotcntial auf einer anderen Eingangs'ieiiung anliegt, können die Rückkopplungsimpulse auf der Rückkoppiungsleitung RKL. die an einem dritten Eingang des UND-Gliedes 15 angeschlossen ist, auf die am Ausgang des UND-Gliedes 15 liegende monostabile Kippschaltung 130 übertragen weiden, die nun ihrerseits Impulse über das ODER-Glied 11 auf den Zweirichtungszähler ZQ.-R.-Z. überträgt. Da damit auch über die Treiber M.-ST. der Schrittmotor SM entsprechend angesteuert wird, erreicht er zu diesem Zeitpunkt infolge der entsprechenden Beschleunigung eine .Sättigungsgeschwindigkeit, so daß damit der Schrittmotor SM in seiner ersten oder Niedrig-Geschwindigkcits-Bedingung beirieben wird. Bei Abbremsung hieraus ist. wie bereits angeschlagen, nur der untere Eingang des Bremssignalgenerators 17 wirksam, der am O-Ausgang der »LAUFEN-« Kippstufe 7 liegt.

Bei Hoch-Gcschwindigkeits-Betrieb erhalt die Hoch-Geschwindigkeits-Sie-uerleiiung IKjSL ein Signal. Dies läßt einen Flip-Flop /-"/·"-) beim Auftreten eines Ausgangsimpulses an der monoslabilen Kippschaltung 150 in den Ein-Zustand gelangen. Die nionosiabile Kippschaltung 150 wird von der Rückkopplungsleuung RKI, über den Inverter 170 angesteuert. Das Signal der monostabilen Kippschaltung 150. daß die Abwesenheit eines Rückkopplungsimpulsex anzeigt, schaltet die bistabile Kippschaltung //-] beim Auhreten einer ablallenden Impulsflanke des ersten Rückkopplungsimpulses in den F.in-Zusiand. so daß eine zweite bistabile Kippschaltung /7.2 in den Ein-Zustand gelangt, wenn die zweite abfallende Impulsflanke der aiii der Rückkopplungslciumg RKL erscheinenden Signale auftritt. Die bistabile Kippschaltung 111 löst bei ihrer-Lin-Schaliung die Impulsabgabe der monoslabilen Kippschaltung 19 aus. die dann einen zusätzlichen Impuls über das ODER-Glied 11 auf den Zweiriehuingv zähler ZW.-R.-Z. überträgt.

Die Abbremsung läßt sich nun durch Einführen einer Impulsfolge mit drei rasch aufeinanderfolgenden kurzen Impulsen wie im Hauptpatent beschrieben, so tiurchfuhren, daß bei Rückstellen der »LAUFEN«-Kippsiul'e 7 mit Aultreien des ersten tfK/.-Impulses nach Erscheinen der Hinterflanke des Steuerimpulses auf der .Steuerleitung »LAUFEN« der Bremssignalgeneraior 17 zu einer entsprechenden Impulsabgabe ausgelöst wird, so daß dann ebenfalls Impulse über das ODER-Glied 11 auf den Zweirichtungszähler ZW.-R.-Z. übertragen werden.

Der Bremssignalgeneraior 17 kann beispielsweise aus einer geeigneten Ringschaltung bestehen, die bei Zuführen eines Anregungsimpulses eine AusgatUTsimpulsfolgc von drei Impulsen abgibt. Diese drei Impulse werden zu einer entsprechenden Roiordrchuns: ausgenützt, indem gleichzeitig das Motorfeld zum Voreilen gebracht wird, wobei die mechanische Trägheil des Systems den Rotorden auf ihn ausgeübten Kräften nicht folgen läßt. Dies fühlt zu einem entgegenwirkenden Drehmoment, da^ den Schrittmotor .S^-A/ abbremst. Diese Abbremsung bewirkt ihrerseits einen relativ großen Impulsabsiaml in der Impulsfolge, iv vom Ruckkopplunpscodiercr RK auf die Rüekkopp !ivlei Hing RKI. übertrag!, η w ird.

Um den .Schrittmotor .S^--V- ,mziihalien. ist ^K·- erforderlich, das Moiorfelii ή eine solche !.·.·..· /u bringen, daß es in beztif auf den Rotor Mache¹'·', um so ein negatives Drehmoment hcTvorzv'iriiig'.-n. Wi-bereits ausgeführt, wird die »I .Al )F^-EN«-KippMiit'e 7 beim Auftreten einer abfallenden lmpulsflaiikc eines

Signals auf der Stcucrleiiung »HAUI-ΈΝ« mit dem nächsten Impuls auf der Rückkopplungslcitung RKI. in den Null-Zustand zurückgeschaltet. Wenn die »l.AU-1^:HN«-Kippstufe 7 in den Null-Zusland zurückgeschaltet wird, dann gelangt ein Signal auf den Bremssignalgenerator 17, der dann in rascher Abfolge die notwendige Anzahl von Impulsen auf das ODHR-Glied 11 überträgt, um die gewünschte Abbremsung herbeizuführen. Die Anzahl der Impulse, die der Bremssignalgcnerator 17 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-Sleucrleitung IKiSL angezeigt, vorliegt oder nicht. So werden im Niedriggeschwindigkeitszustand /.. B. drei Impulse abgegeben, wohingegen für den Hochgeschwindigkcits/ustand nur zwei Impulse vom Brcmssignalgenerator 17 bereitgestellt zu werden brauchen. Hierzu ist ein zweiter Eingang am Bremssignalgenerator 17 vorgesehen. der mit der Hochgcschwindigkeilssieuerlcilung HGSI. in Verbindung steht. Dieser zweite Hingang ist so eingerichtet, daß er nur wirksam wird, wenn gleichzeitig ein Haltesignal auf der Sleuerleitung »ΠΛΙΙΙΈΝ« auftritt, um so eine Abbremsung bei Gescluvindigkeitsumschaltung von hoch auf niedrig zu verhindern.

Hinc weitere monostabile Kippschaltung 19 wird, wie ebenfalls im Hauptpalent beschreiben, durch die Rückkoppliingsimpulse auf der Kückkoppliingsleiiung RKI. angesteuert. Die monostabile Kippschaltung 19 isi dabei so ausgelegt, dall sie den /eiiabsiand zwischen den einzelnen Riickkopplungsimpulsen /u überwachen vermag, wenn das System unter dem Regelimgsunfhil.i abgebremst wird. Wenn so der Inipulsabsland einen vorgegebenen Wert unterschreitet, dann fällt diese monostabile Kippschaltung 19 in ihren stabilen Zustand zurück, so daß das über den Inverter 21 imertiene Stufensignal ein Bereitstellungspoleniial an einen Hingang des UND-Gliedes 23 legt, dessen anderer Hingang über Inverter 25 an der Sicuerleiiung »l.AUIT.N« auftritt. Wird der Vernegeluiigsschaltkieis 13 zurückgeschaltet, dann wild über den Rückstellung gang (0) gleichzeitig eine weitere monostabil Kippschaltung 29 umgeschaltet, was in zeillichem Zusammenhang mit der Umschaltung der monostabilcii Kippschaltung 19 geschieht. Auf diese Weise isi gewährleistet, daß ein letzter Impuls auf den Zweirieh· lungszähler /W-R.-/.. übertragen wird und der Hiiiflul: von Slörimpulsen im System vollständig unterdrück¹ wird, so daß sich ein stetiger Abbremsvorgang ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zcichnuneen

Claims (3)

Palentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb eines über Impulse gesteuerten Schrittmotors, bei dem das Erregerfeld »um Verzögern der Motorbeweguiig in einer ein entgegen der Motorbewegung entwickelndes Drehmoment bewirkenden Stellung geschaltet wird, indem durch überschnelles Fortschalten des Erregerfeldes die Verzögerungsstellung erreicht wird, wobei, ausgelöst durch ein Haltesignal, eine Anzahl kurzer, schnell aufeinanderfolgender Fortschaltimpulse auf die Feldwicklungen gegeben werden, nach Patent ?0 63 274,0 dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Schrittmotor mit wählbarer Geschwindigkeit in Abhängigkeit eines der gewählten Geschwindigkeit entsprechenden zusätzlichen Cesehwindigkeitszustandsignais bei höherer Geschwindigkeit eine kleinere Anzahl von Fortschaltimpulsen als bei niedriger Geschwindigkeit auf die Feldwicklungen gegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach den kurzen schnell aufeinander folgenden Fortschaltimpulsen in einem größeren zeitlichen Abstand hierzu ein Einzelimpuls auf die Feldwicklung gegeben wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 2. mit einem durch Betriebsimpulse gesteuerten Zahler zur aufeinanderfolgenden Ansteuerung der Erregerfcldwicklungen. welcher Zähler zusätzlich durch einen Bremssignalgeneralor ansteuerbar ist. der die bestimmte Anzahl kurzer, schnell aufeinanderfolgender Fort· schaltimpulse beim Ansprechen auf das Haltesignal erzeugt, und mit einem Verriegelungsschaltkreis, der zur Unterbrechung der Betriebsimpulszufuhr zu dem Zähler in Abhängigkeit von dem Haltesignal rückstcllbar ist. dadurch gekennzeichnet, daß der Bremssignalgcneralor (17) zusätzlich zu dem das Haltesignal führenden ersten Eingang einen das zusammen mit dem Haltesignal wirksam werdende Geschwindigkeits/ustandssignal führenden zweiten Eingang aufweist und daß der Rückstelleingang (0) des Verriegelungsschalikreises (13) über eine monostabile Kippschaltung (29) an den Zweirichtungszäh- \cr(SW. R. /.) angeschlossen ist.