DE2166089C3 - Verfahren zum Betrieb eines über Impulse gesteuerten Schrittmotors und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbe· griff des Patentanspruchs 1 und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patent 63 274.0.

Ein Verfahren dieser Art ist im Hauptpatent im einzelnen hesrhriehpn in dem anrh Hip hipr^n ** 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.

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 Motorbewegung 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 Erregerfeldwicklungen 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 werden müssen, wenn beim Vorwärtszählen die entsprechend nächste Erregerfeldwicklung, beim anschließenden Rückwärtszählen die der Ausgangslage entsprechende Erregerfeldwicklung wiederuir und beim schließlichen Vorwärtszählen wieder Hip r-^hste Erregerfeldwicklung erregt wird.

Die deutscne Auslegeschrift 12 38 984 beschreibt ein Verfahren, bei de..i 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 Bremsverfahren erst nach einem Schritt, um den der Motor dem hierbei eingestellten Feld/ustand vorauseilt, in seine Ziel-Winkellage gedreht wird.

Unter diesen Umständen bleibt aber ein großes Anwendungsgebiet verschlossen, wie z. B. das de·- Schrittmotoren, die duich kontinuierlich zugelührte Impulsfolgen eine größere Anzahl von Umdrehungen bei hohen Geschwindigkeiten ausführen sollen.

Nach einem älteren Vorschlag (DT-AS 16 38 091) wird zur Abbremsung eines Schrittschaltmotors durch ein Eingangssteuersignal die Abgabe von Schrittsteuerimpulsen 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 besteht in Behebung dieser Schwierigkeit darin, ein Verfahren anzugeben,

Hnc aiinh hpj C}psrh\ii'mri\a\cp\t<iiim<irhalumo iinahhänaia

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 Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben.

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

hung während des Bremsvorgangs selbst abbremsen. Im Einzelschrittbetrieb ergeben sich darüberhinaus auch kurze Schrittzeiten.

Die Kontrolle der Motorbewegung beim Abbrems,-vorgang läßt sich in vorteilhafter Weise noch dadurch verbessern, 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 Überschwingen in die gewünschte Winkellage drehen kann.

Eine vorteilhafte Schaltunganorc/.ung zur Durchführung des Verfahrens gemäß !e, '--rirtHimg läßt sich dem Patentanspruch 3 entnehm ,₅

Die zur Durchführu^ rdhrens nach der

Erfindung vorgesehene , ι .Ordnung ist also

denkbar einfach und unne großen Aufwand zu verwirklichen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Das Prinzipschaltbild einer Geschwindigkeitssteuerschaltung des Schrillmotors SM zeigt die Zeichnung. Diese Schaltung enthält wie üblich eine Anzahl von Treibern M.-ST, die so ausgebildet :»ind. daß unter Sieuerur.g von Ausgangssignalen eines Zweirichtungszählers ZW.-R.-Z. Hochleistungsimpulse ausreichender Große und geeigneter Phasenlage den Wicklungen eines üblichen Schrittmotors SM zugeführt werden können. Weiterhin ist an den Zweirichtungszähler 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 Ruckkopplungscodierer RK gekoppelt ist, der ebenfalls von üblicher Bauart sein kann, wie z. B. eine pholoelektrische Einrichtung. Von diesem Ruckkopplungscodierer RK werden Rückkopplungssignale über die Rückkopplungsleitung RKL nach geeigneter Verstä. Kung durch den Verstärker R 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 Steuerleitiing »Laufen« zugeführtes Signal eingeleitet. ^₅ Dieses Steuersignal wird der ^v>Laufen«-Kippstufe 7 über einen Inverter 5 zugeführt, so daß sie in den Fin-Zustand gelangt. Das dabei entstehende Ausgangssignal schaltet die monostabile Kippschaltung 9 um, so daß ein Impuls über das ODER-Glied 11 und deren Ausgangsleitung 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 Zweirich- *..— __ —XLI_n- "711/ O "7 ..»-»_n^j_n_« .".U_n- A'._n T~-_n:L_n.-

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M.-ST. das Feld des Schrittmotors SM, so daß sein Rotor in eine neue Winkellage entsprechend der jeweils eingestellten Feldänderungsbedingung gebracht wird. Der Ruckkopplungscodierer RK überträgt in Abhängigkeit von der Drehung der Motorwelle über den Verstärker RV entsprechende Rückkopplungsimpulse auf die Rückkopplungsleitung RKL

Wenn an der monostabilen Kippschaltung 9 ein Ausgangsinpuls auftritt, dann wird außerdem der Verriegelungsschahkreis !3 in den Fin-Zustanü geschaltet, so daß ein Eingang des UND-Gliedes 15 auf Umschaltpotentiai liegt. Da zu diesem Zeitpunkt auch vom Inverter ¹Il ein Umschaltpotentiai auf einer anderen Eingangsleilung anliegt, können die Rückkopplungsimpulse auf der Rückkopplungsieitung RKL, die an einem dritten Eingang des UND-Gliedes 15 angeschlossen ist, auf die am Ausgang des UND-Giiedes 15 liegende monostabile Kippschaltung 130 übertragen werden, 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 odtr Niedrig-Geschwindigkeits-Bedingung betrieben wird. Bei Abbrcrnsung hieraus ist, v-'ie bereits vorgeschlagen, nur der untere Eingang des Bremssignalgenerators 17 wirksam, der am O-Ausgang der »LAUFEN-« Kippstufe 7 liegt.

Bei Hoch-Geschwindigkeits-Betrieb erhält die Hoch-Geschwindigkeits-Steuerleitung HGSL ein Signal. Dies läßt einen Flip-Flop FFA beim Auftreten eines Ausgangsimpulses an djr monostabilen Kippschaltung 150 in den Ein-Zustana .dangen. Die monostabile Kippschaltung 150 wird von drr Rückkopplungsleitung RKL übe;· den Inverter 170 angesteuert. Das Signal der monostabilen Kippschaltung 150, daß die Abwesenheit eines Rückkopplungsimpulses anzeigt, schaltet die bistabile Kippschaltung FFA beim Auftreten einer abfallenden Impulsflanke des ersten Rückkopplungsimpulses in den Ein-Zustand, so daß eine zweite bistabile Kippschaltung FFl in den Ein^:Zustand gelangt, wenn die zweite abfallende Impulsflanke der auf der Rückkopplungsleitung RKL erscheinenden Signale auftritt. Die bistabile Kippschaltung FF-2 löst bei ihrer Ein-Schaltung die Impulsabgabe der monostabiien Kippschaltung 19 aus, die dann einen zusätzlichen Impuls über das ODER-Glied 11 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 der »LAUFEN«-Kippstufe 7 mit Auftreten des ersten ÄATL-Impulses nach Erscheinen der Hinterflanke des Steuerimpulses auf der Steuerleitung ^LAUFEN« der Brtmssignalgenerator 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 Bremssignalgenerator 17 kann beispielsweise aus einer geeigneten Ringschaltung bestehen, die bei Zuführen ::ines Anregungsimpulses eine Ausgangsimpulsfolge von drei Impulsen abgibt. Diese drei Impulse werden zu einer entsprechenden Rotordrehung ausgenützt, indem gleichzeitig das Motorfeld zum Voreilen

Systems den Rotorden auf ihn ausgeübten Kräften nicht folgen läßt. Dies führt zu einem entgegenwirkenden Di .nn.jme . das den Schrittmotor SM aDbremst. Diese Abbremsung bewirkt ihrerseits einen relativ gri ßen Impulsabstand in der Impulsfolge, die vom Ruckkopplungscodierer RK auf die Rückkopplungsleitung RKL übertragen wird.

Um den Schrittmotor SM 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 »LAUFEN«-Kippstufe 7 beim Auftreten einer abfallenden Impulsflanke eines

Signals auf der Steuerleitung »LAUFEN« mit dem nächsten Impuls auf der Rückkopplungsleitung RKL in den Null-Zustand zurückgeschaltet. Wenn die »LAU-FEN«-Kippstufe 7 in den Null-Zustand zurückgeschaltet wird, dann gelangt ein Signal auf den Bremssignalgenerator 17, der dann in rascher Abfolge die notwendige Anzahl von Impulsen auf das ODER-Glied 11 überträgt, um die gewünschte Abbremsung herbeizuführen. Die Anzahl der Impulse, die der Bremssignalgenerator 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-Steuerleitung HGSL angezeigt, vorliegt oder nicht. So werden im Niedriggeschwindigkcilszustand z. B. drei Impulse abgegeben, wohingegen für den Hochgeschwindigkeitszustand nur zwei Impulse vom Bremssignalgencrator 17 bereitgestellt zu werden brauchen. Hierzu ist ein zweiter Eingang am Bremssignalgencrator 17 vorgesehen, der mit der Hochgcschwindigkeitsstcuerleitung HGSL in Verbindung steht. Dieser zweite Eingang ist so eingerichtet, daß er nur wirksam wird, wenn gleichzeitig ein Haltesignal auf der Steucrleitung »LAUFEN« auftritt, um so eine Abbremsung bei Geschwindigkcitsumschaltung von hoch auf niedrig zu verhindern.

Eine weitere monostabile Kippschaltung 19 wird, wie ebenfalls im Haupfpatent beschrieben, durch die Rückkopplungsimpulse auf der Rückkopplungslcitung RK/.angesteuert. Die monostabile Kippschaltung 19ist dabei so ausgelegt, daß sie den Zciiabstand 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 monostabil Kippschaltung 19 in ihren stabilen Zustand zurück, so daß das über den Inverter 21 invertierte Stufcnsignal ein Bereitstcllungspotcntial an einen Eingang des UND-Gliedes 23 legt, dessen anderer Eingang über Inverter 25 an der Steuerleitung »LAUFEN« auftritt. Wird der Verriegclungsschaltkrcis 13 zurückgeschaltet, dann wird über den Rückstcllausgang (0) gleichzeitig eine weitere monostabile Kippschaltung 29 umgeschaltet, was in zeitlichen Zusammenhang mit der Umschaltung der monostabilen Kippschaltung 19 geschieht. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß ein letzter Impuls auf den Zweirichtungszähler ZW.-R.-Z. übertragen wird und der Einfluß von Siörimpulscn im System vollständig unterdrückt wird, so daß sich ein stetiger Abbremsvorgang ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb eines über Impulse gesteuerten Schrittmotors, bei dem das Erregerfeld zum Verzögern der Miotorbewegung 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 20 63 274,0 dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Schrittmotor mit wählbarer Geschwindigkeit in Abhängigkeit eines der gewählten Geschwindigkeit entsprechenden zusätzlichen Geschwindigkeitszustandsignals bei höherer Geschwindigkeit eine kleinere Anzahl von Forlschaltimpulsen als bei niedriger Geschwindigkeit auf die Feldwicklungen gegeben werden.

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

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 2, mit einem durch Betriebsimpulse gesteuerten Zähler zur aufeinanderfolgenden Ansteuerung der Erregerfeldwicklungen, welcher Zähler zusätzlich durch einen Bremssignalgenerator ansteuerbar ist, der die bestimmte Anzahl kurzer, schnell aufeinanderfolgender Fortschaltimpulse beim ansprechen auf das Haltesignal erzeugt, und mit einem Vei. iegelungsschaltkreis, der zur Unterbrechung der Be:riebsimpulszufuhr zu dem Zähler in Abhängigkeit von dem Haltesignal rückstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremssignalgenerator (17) zusätzlich zu dem das Haltesignal führenden ersten Eingang einen das zusammen mit dem Haltesignal wirksam werdende Geschwindigkeitszustandssignal führenden zweiten Eingang aufweist und daß der Rückstelleingang (0) des Verriegelungsschaltkreises (13) über eine monostabiie Kippschaltung (29) an den Zweirichtungszäh- \er(ZW.-R.-Z.) angeschlossen ist.