DE2249757A1

DE2249757A1 - Steuerschaltung fuer einen schrittschaltmotor

Info

Publication number: DE2249757A1
Application number: DE19722249757
Authority: DE
Inventors: Klaus Arendt; Hans Gnau; Walter Dipl Ing Sakmann
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1972-10-11
Filing date: 1972-10-11
Publication date: 1974-04-25
Also published as: IT993822B; FR2203210A1; FR2203210B1; DE2249757B2; GB1440646A; JPS5236242B2; JPS4972608A; DE2249757C3

Description

BÖblingen, 6. Oktober 1972 hz-fr -■ . _§ ' ■--■ "

Anmelder in: IBM Deutschland GmbH 2249757

Pascalstr. 100 7000 Stuttgart 80

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: GE 971 017

Steuerschaltung für einen Schrittschaltmotor

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen Schrittschaltmotor, bei dem geschwindigkeitsabhängig Impulse von einem mit der Motorwelle gekoppelten Impulsgeber die Zuführung von Motorfortschaltiißpulsen steuern (sogenannter Rückmeldebetrieb) und bei dem gegebenenfalls zur Erzielung einer hohen Geschwindigkeit bei einer größeren Anzahl voii zurückzulegenden Funktionsschritten ein zusätzlicher, nicht von den Rückmeldeimpulsen unmittelbar veranlaßter. Beschleuß!gungsimpuls als Motorf ortschal.frimpuls dem Motor zugeführt wird.

Schrittschaltmotoren können für verschiedene Anwendungszwecke eingesetzt werden. Beispielsweise kann mit Hilfe eines Schrittschaltmotors der Schreibkopf eines seriell arbeitenden Druckers bewegt werden und zwar derart, daß von einer Schreibstelle zur anderen mit einem sogenannten Einzelfunktionsschritt weitergeschaltet werden kann oder daß ein Sprung über mehrere Schreibstellen vorgenommen wird, ein sogenannter Mehrfachfunktionsschritt, oder daß schließlich über die gesamte Schreibbreite ein Sprung vorgenommen wird, um den Schreibkopf beispielsweise vom Zeilenende zum Anfang der nächsten Zeile zurückzutransportieren. Weiterhin kann ein Schrittschaltmotor auch dazu benutzt werden, um das Papier in einem Drucker vorzuschieben. Auch hier ist der Vorschub um eine Zeile, um mehrere Zeilen oder um sehr viele

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Zeilen bei erhöhter Geschwindigkeit möglich.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 223 039 ist eine Steuerschaltung für einen Schrittmotor bekannt, bei dem Rückmeldeimpulse von einem mit der Motorwelle gekoppelten Impulsgeber die Zuführung von Impulsen aus einem Impulsspeicher als Motorfortschaltimpulse steuern. Durch diese Anordnung wird der Motor aufgrund der immer schneller kommenden Rückmeldeimpulse beschleunigt. Das Abbremsen erfolgt dadurch, daß die Impulse aus dem Impulsspeicher über ein Verzögerungsglied verzögert den Wicklungen des Motors zugeführt werden. Dadurch eilt der Rotor des Motors dem Feld voraus und der Motor bremst sich ab. Mit einer derartigen Anordnung sind keine in Stufen unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu erreichen.

Bei einem im Rückmeldebetrieb arbeitenden Schrittschaltmotor ist bereits die Methode angewendet worden, in der Beschleunigungsphase zusätzlich zu den aus den Rückmeldeimpulsen gebildeten Motorfortschaltimpulsen einen zusätzlichen BeschleunigungsimpuIs als Motorfortschaltirnpuls dem Motor zuzuführen, woraufhin dann das Feld des Motors dem Rotor wesentlich vorauseilt und dieser sich auf einer höhere Drehzahl beschleunigt. Zum Abbremsen aus dieser höheren Geschwindigkeit heraus wird dann ein RÜckmeldeimpuls ausgelassen, d.h. er wird nicht dazu verwendet, einen Motorfortschaltimpuls auf den Motor zu geben. Dadurch eilt der Rotor dem Feld voraus und der Motor bremst sich wiederum auf seine erste Geschwindigkeit, die Niedriggeschwindigkeit ab. Von dieser niedrigen Geschwindigkeit heraus kann dann der Motor mit einer verzögerten Impulskette, wie sie beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 1 223 039 bekannt ist, zum Stillstand abgebremst werden.

Läßt man einen Rückmeldeimpuls bei der Abbremsung aus dem Hochgeschwindigkeits- in den Niedriggeschwindigkeitsbereich aus, so kann insbesondere dann, wenn der Motor nur eine geringe Last zu bewegen hat, der Vorteil der Hochgeschwindigkeit dadurch ver-

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lorengehen, daß vom Umschaltzeitpunkt von hoher Geschwindigkeit auf niedrige Geschwindigkeit bis zum Erreichen der Niedriggeschwindigkeit sehr viel Zeit vergeht.

Aufgabe der vorliegenden. Erfindung ist es, den Zeitpunkt der Umschaltung von Hochgeschwindigkeit auf Niedriggeschwindigkeit möglichst spät zu legen, um einen großen Zeitgewinn zu erzielen und die mit Hochgeschwindigkeit erreichbaren Zeitvorteile realisieren zu können, d.h. die Abbremsphase möglichst kurz zu halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Abbremsen des Schrittschaltmotors aus dem Hochgeschwindigkeitsbereich zwei aufeinanderfolge Rückmeldeimpulse bei Erreichen einer gewissen Anzahl von Funktionsschritten vor dem Bewegungsende als Zufuhr-Steuerimpulse für zwei Motorfortschaltimpulse ausgeblendet werden und daß danach kurz vor Erreichen des Niedriggeschwindigkeitsbereiches in Abhängigkeit von der Wiederholfrequenz der Rückmeldeimpulse ein zusätzlicher Impuls als Motorfortschaltimpuls dem Motor zugeführt wird, woraufhin dann der Motor endgültig aus dem Niedriggeschwindigkeitsbereich heraus zum genauen Stillstand abgebremst wird.

In vorteilhafter Weise wird durch diese Lösung des Auslassens zweier Rückmeldeimpulse als Zufuhr-Steuerimpulse für Motorfortschaltimpulse ein sehr starkes Bremsmoment erzeugt, in dem der Rotor des Motors dem Feld wesentlich vorauseilt und somit in sehr kurzer Zeit abgebremst wird. Ein Abbremsen auf diese Weise bis zum Stillstand ist jedoch nicht möglich, weil je nach der Größe der Anzahl der zurückzulegenden Funktionsschritte die erreichte Hochgeschwindigkeit unterschiedlich ist, aus der heraus der Motor abzubremsen ist. Um die genaue Anzahl der zurückzulegenden Funktionsschritte auch zu erreichen, wird deshalb zum Erreichen der Niedriggeschwindigkeit, d.h. zum Abfangen des Motors in der Brerasphase, der Halteimpuls eingeschossen. Bei Erreichen der für das Abbremsen in den Stillstand aus der Niedriggeschwindigkeit heraus notwendigen Funktionsschritte wird dann

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diese Bremsphase eingeleitet, aus der heraus sicher der Motor zum Stillstand gebracht werden kann. Bei gleicher zurückzulegender Funktions schrittzahl kann das Verweilen im Niedriggeschwindigkeitsbereich vor Einleitung der letzten Bremsphase größer oder kleiner sein, je nachdem, welche Geschwindigkeit im Hoehgeschwindigkeitsbereich erreicht worden ist, was einmal lastabhängig ist und zum anderen abhängig ist von der Spannung, die am Motor liegt und auch schwanken kann.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Steuerschaltung besteht erfindungsgemäß darin, daß einem Funktionsschrittzähler M im Hochgeschwindigkeitsbereich zurückzulegende Funktionsschritte eingeprägt werden, die durch einen Motorschrittzähler schrittweise auf den Wert 0 heruntergezählt werden, daß bei Erreichen dieses Zählerstandes eine Abbremsverriegelung gesetzt wird, daß dieses Signal zusammen mit einem bestimmten Motorschritt vom Motorschrittzähler über eine UND-Schaltung einer Verriegelung zum Setzen zugeführt wird, deren Ausgangssignal den Abbremsimpuls bildet und daß gleichzeitig von einer weiteren UND-Schaltung eine zweite Verriegelung gesetzt wird, deren Ausgang die UND-Schaltung sperrt.

Eine vorteilhafte Schaltung zur Erzeugung des Niedriggeschwindigkeits-Halteimpulses ist dadurch gegeben, daß die Rückmeldeimpulse und das Signal der Abbremsverriegelung über eine UND-Schaltung einem Verzögerungsglied zugeführt werden, dessen Ausgang dann einen Impuls abgibt, wenn die Wiederholungszeit der Rückmeldeimpulse größer als die Verzögerungszeit wird und der über eine Verriegelung die Formung eines als Motorfortschaltirapulses dienenden Halteimpulses veranlaßt.

Ein besonderes Problem beim Abbremsen eines im Rückmeldebetrieb arbeitenden Schrittschaltmotors in den Stillstand ist das schwingungsfreie Abbremsen, d.h. daß der Motor auch dort anhält, wo es gewünscht wird. Es kann immer das Problem auftreten, daß bei schwankender Last und schwankender Versorgungsspannung der Motor um seine Ruhelage schwingt, in manchen Fällen sogar wieder

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kurzzeitig beschleunigt wird und dann nicht an der gewünschten Stelle hält. Um dies zu vermeiden und um ein schwingungsfreies Abbremsen von Schrittschaltmotoren, insbesondere zur Anwendung bei der obengenannten Motorsteuerschaltung, zu erzielen, beinhaltet ein vorteilhaftes Verfahren, daß der erste Motorfortschaltimpuls der Bremsphase direkt aus einem Rückmeldeimpuls gebildet wird und daß die weiteren Motorfortschaltimpulse danach von Einzelimpulsen abgeleitet werden, die ihrerseits an den Rückmeldeimpulsen orientiert und von verschiedener, einstellbarer Länge sind.

Dieses Abbremsverfahren arbeitet nicht mehr "wie bisher bekannte Abbremsverfahren, beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 1 223 039, mit einer festen Impulskette, sondern mit Einzelimpulsen, die in ihrer Lage abhängig sind von den Rückmeldeimpulsen. Die Bremsphase wird also in Teilbremsungen durchgeführt, wobei die einzelnen Motorfortschaltimpulse, die aus den Einzelimpulsen hergeleitet werden, an Rückmeldeimpulsen orientiert sind. Dadurch wird es ermöglicht, daß ein Schrittschaltmotor auf seine jeweilige Last optimal derart eingestellt wird, und zwar durch Verstellung der Dauer der Einzelimpulse, um ohne Schwingungen um die Nullage in diese abgebremst zu werden. Dadurch wird sichergestellt, daß der Motor an der gewünschten .Stelle anhält. Dieses Verfahren ist nicht nur auf die Steuerschaltung nach dem Anspruch 1 anwendbar, sondern auch auf andere Steuerverfahren bei Schrittschaltmotor en, die im Rückmeldebetrieb arbeiten.

Im folgenden wird anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles die erfindungsgemäße Steuerschaltung sowie das Verfahren zum schwingungsfreien Abbremsen in den Stillstand näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schrittschaltmotor-Steuerung, " " " ,

Fig. 2. ein Blockschaltbild des Impulsgenerators für

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den Beschleunigungsimpuls, den Abbremsimpuls

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und den Niedriggeschwindigkeits-Halteimpuls bei einem Sprung mit Hochgeschwindigkeit über mehrere Funktionsschritte hinweg;

Fig. 2A schematisch ein Impulsbild der Rückmelde- und

Motorfortschaltirapulse sowie des Abbrerasimpulses, der zwei Rückmeldeimpulse übersteuert;

Fig. 3 ein Impulsbild und den Geschwindigkeitsverlauf

beim Beschleunigen zur Hochgeschwindigkeit über mehrere Funktionsschritte hinweg;

Fig. 4 ein Impulsbild und den Geschwindigkeitsverlauf

beim Abbremsen aus dem Hochgeschwindigkeitsbereich in den Niedriggeschwindigkeitsbereich;

Fig. 5 ein Oszillogramm des Geschwindigkeitsverlaufs

des Motors über der Zeit;

Fig. 6 ein Blockschältbild des Generators für die

Niedriggeschwindigkeits-Bremsimpulse entsprechend der variablen Impulskette bei einem und bei mehreren Funktionsschritten;

Fig. 7 ein Impulsbild der variablen, an den Rückmeldeimpulsen orientierten Impulskette, aus der die Motorfortschaltimpulse beim Beschleunigen und Bremsen zum Stillstand beim Vorschub über einen einzigen Funktionsschritt gebildet werden und

Fig. 8 ein Impulsbild der variablen, an den Rückmeldeimpulsen orientierten Impulskette, aus der die Motorfortschaltimpulse beim Bremsen zum Stillstand beim Vorschub über mehrere Funktionsschritte gebildet werden.

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In dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 anhand eines Blockschaltbildes dargestellt ist, ist ein Motor 1 mit vier Phasen vorgesehen. Diesem Motor werden die Phasenimpulse A_f A₇ B und B von einem Motorphasentrigger 2 über Treiberschaltungen 3,4,5 und 6 zugeführt. Der Motorphasentriggerschaltung 2 werden über eine Leitung 7 Motorfortschaltimpulse von einer ODER-Schaltung zugeführt. Die ODER-Schaltung 8 weist fünf Eingangsleitungen 9, 10, 11, 12 und 13 auf, über die verschiedene Impulse zugeführt werden. Ober die Leitung 9 wird der Startimpuls zugeführt, der als Motorfortschaltimpuls verwendet wird, über die Leitung 10 werden Rückmeldeimpulse zugeführt, aus denen ebenfalls Motorfortschaltimpulse gebildet werden, über die Leitung 11 werden der ODER-Schaltung Bremsimpulse zugeführt, über die Leitung 12 wird ein Beschleunigungsimpuls und über die Leitung 13 ein Abbremsimpuls der ODER-Schaltung 8 zugeführt. Die Rückmeldeimpulse auf der Leitung 10 kommen von einer UND-Schaltung 14, die zwei Eingangs.leitungen 15 und 16 aufweist. Auf der Leitung 15 stehen die Rückmeldeimpuüjse an, die von einem Rückmelde impuls geber 17 generiert werden. Die Rückmeldeimpulse auf der Leitung 15 ge-, langen dann über die UND-Schaltung 14 und die Leitung 10 zur ODER-Schaltung 8, wenn auf Leitung 16 kein Impuls ansteht.

Der Startimpuls auf der Leitung 9 und die Rückmeldeimpulse vom Rückmeldeimpulsgeber 17 auf Leitung 15 werden einer ODER-Schaltung 18 zugeführt und von dort über eine Leitung 19 in einen Motorschrittzähler 2O gegeben. Dieser Motorschrittzähler wird bei jedem Startimpuls und bei jedem Rückmeldeimpuls um einen Schritt weitergezählt. Der Motorschrittzähler 20 weist fünf Ausgangsleitungen 21 bis 25 auf, an denen die Motorschritte 1 bis 5 anstehen. Der Motorschritt 1 auf Leitung 21 wird einem Funktionsschrittzähler 26 zugeführt, um diesen jeweils um einen Funktionsschritt weiterzuschalten bzw. dann, wenn es sich um einen Rückwärtszähler handelt, was hier der Einfachheit halber .angenommen wird, um den Zählerstand des FunktionsSchrittzählers 26 um 1 zu vermindern. Wieviele Funktionsschritte M in Höchgeschwindigkeit zurückgelegt werden sollen, wird über eine Lei-

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tung 27 mit dem Zählerstand M in den Funktionsschrittzähler 26 vor Beginn des Starts eingegeben. Eine Ausgangsleitung 28 des Fuhktionsschrittzählers 26 wird als Eingang einer Funktionsschrittdecoderverriegelung 29 zugeführt, die den Zählerstand des Funktionsschrittzählers 26 decodiert und dann auf eine Ausgahgsleitung 30 ein Verriegelungssignal abgibt, wenn der Zählerstand M=O ist. Dieses Signal wird über die Leitung 30 zusammen mit dem ersten Motorschritt auf Leitung 21 des Motorschrittzählers 20 einer UND-Schaltung 31 zugeführt. Die Ausgangeleitung 32 der UND-Schaltung 31 beaufschlagt einen Funktionsschritthilfszähler 33 sowie eine Abbremsverriegelung 34. Bei dem Funktionsschritthilfszähler 33 handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls um einen Rückwärtszähler, der bei Beginn einer Motorbewegung mit N Funktionsschritten über eine Leitung 35 geladen wird. Der Zählerstand des Funktionschritthilfszählers 33 wird an seiner Ausgangsleitung 36 von einer Funktionsschrittdecoderverriegelung 37 abgefühlt und diese Verriegelung 37 wird dann gesetzt, wenn der Zählerstand N=I ist. Dann steht auf einer Ausgangsleitung 38 der Funktionsschrittdecoderverriegelung 37 ein Signal an. Auf der Ausgangsleitung 39 der Abbremsverriegelung erscheint dann ein Signal, wenn die UND-Schaltung 31 über die Leitung 32 ein Signal abgibt, was dann der Fall ist, wenn die Funktionsschrittdecoderverriegelung 29 gesetzt ist, d.h. der Zählerstand M=O ist und am Motorschrittzähler 20 der Motorschritt 1 erscheint.

In Fig. 2 ist der Generator für den Beschleunigungsimpuls, den Abbremsimpuls und den Halteimpuls für einen Sprung über mehrere Funktionsschritte im Blockschaltbild dargestellt, wobei der Sprung mit Hochgeschwindigkeit erfolgt. Für die Erzeugung de» lepchleunigungsimpulses, der die Geschwindigkeit des Motors ail« dem Niedriggeschwindigkeitsbereich von z.B. 1000 Motoreehrittegi/Sekunde in den Bereich hoher Geschwindigkeit von z.B. 3000-4000 Motorschritte/Sekunde bringt, ist eine UND-Schaltung 40 vorfMehen, der auf einer Leitung 41 der Hochgeschwindigkeitssprungbefehi von einer nicht dargestellten Verriegelung zugeführt wird. Diese Ver-

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riegelung wird vom Startimpuls im Hochgeschwindigkeitsbereich gesetzt. Auf einer zweiten Eingangsleitung 42 wird der UND-Schaltung ein Impuls Funktionsschritt 1 zugeführt, d.h. daß die Beschleunigung im ersten Funktionsschritt stattfinden solle' Auf der Leitung 25 wird der UND-Schaltung 40 der Schritt 5 vom Motorschrittzähler 20 zugeführt. Der Ausgang der UND-Schaltung 40 wird einer ODER-Schalter 43 zugeführt, deren Ausgangssignal über ein Verzögerungsglied 44, von beispielsweise 0,4 Millisekunden Verzögerungszeit, einer monostabilen Kippstufe 45 zugeführt wird, auf deren Ausgangsleitung 12 der Beschleunigungsimpuls ansteht.

Für die Erzeugung des Niedriggeschwindigkeits-Halteimpulses werden einer UND-Schaltung"46 auf der Leitung 15 die Rückmeldeimpulse zugeführt und auf der Leitung 39 das Abbremsverriegelungssignal von der Abbremsverriegelung 34. Der über diese UND-Schaltung 46 gelangende Impuls wird in einem Verzögerungsglied 47, das beispielsweise eine Verzögerungszeit von 0,74 Millisekunden aufweist, verzögert. Dieses verzögerte Signal setzt eine Verzögerungsverriegelung 48, dessen Ausgangssignal auf einer Leitung 49 der ODER-Schaltung 43 zugeführt wird. Dieses Signal wird in dem Verzögerungsglied 44 verzögert und durch die monostabile Kippstufe 45 geformt und als Halteimpuls über die Leitung 12 als Motdrfortschaltimpuls der ODER-Schaltung 8 in Fig. 1 zugeführt. Die Verzögerungsverriegelung 48 wird vom Startsignal auf Leitung 9 zurückgesetzt.

Die Generatorschaltung für den Abbremsimpuls enthält ebenfalls eine UND-Schaltung 50, der auf der Leitung 39 das Abbremsverriegelungssignal und auf der Leitung 24 der Motorschritt 4 zugeführt wird. Ein Signal gelangt über die UND-Schaltung 50 dann, wenn auf einer Leitung 51 ein Signal ansteht. Das Ausgangssignal der UND-Schaltung 50 wird über eine Leitung 52 zum Setzen einer Verriegelung 53 zugeführt, an deren Ausgang dann der Abbremsimpuls auf der Leitung 13 ansteht. Das Signal der UND-Schaltung ' 50 wird über die Leitung 52 gleichzeitig zum Setzen einer zweiten Verriegelung 54 zugeführt, deren Ausgangssignal auf der Leitung 51 die UND-Schaltung 50 sperrt. Die erste Verriegelung

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53 wird vom Motorschritt 1 auf Leitung 21 zurückgesetzt und die zweite Verriegelung 54 wird vom Startsignal auf Leitung 9 zurückgesetzt.

In Fig. 2A ist ein Impulsbild gezeigt, welches den Zusammenhang zwischen den Rückmeldeimpulsen, dem Abbremsimpuls und den Motorfortschaltimpulsen erläutert. Der Abbremsimpuls wird mit Beginn des vierten Motorschrittes gesetzt und endet durch die Rücksetzung der ersten Verriegelung 53 mit Beginn des Motorschrittes 1 auf Leitung 21. Mit Beginn des Motorschrittes 4 und der damit verbundenen Setzung des Abbrems impulses wird gleichzeitig ein Motorfortschaltimpuls eingeschaltet, der über das Ende des Abbremsimpulses hinaus noch ansteht, weil vom Rückmeldeimpuls 1 eine Verlängerung dieses bereits anstehenden Motorfortschaltimpulses bewirkt wird. Im Ergebnis heißt dies, daß durch den Abbremsimpuls, wie aus dem Impulsbild der Fig. 2A gut zu ersehen ist, zwei Rückmeldeimpulse als Zuführimpulse für die Motorfortscbaitimpulse ausgeblendet werden. Wo sonst normalerweise durch die Rückmeldeimpulse 4, 5 und 1 drei separate Motorfortschaltimpulse erzeugt worden wären, wird bei Auftreten des Abbremsimpulses nur ein Motorfortschaltimpuls generiert. Dadurch eilt der Rotor des Motors dem Drehfeld wesentlich voraus und es wird ein starkes Bremsfeld erzeugt, welches den Motor stark abbremst,

Fig. 3 zeigt im oberen Teil das Impulsbild des Sprungbefehls, der Fortschaltimpulse für den Funktionsschrittzähler, der vom Zählerstand M über M-I usw. zurückgezählt wird. Die dritte Zeile zeigt die Rückmeldeimpulse, die vierte Zeile den Beschleunigungsimpuls und die fünfte Zeile die Motorfortschaltimpulse. Im unteren Teil ist der Geschwindigkeitsverlauf über der Seit aufgetragen. Aus dem Sprungbefehl-Impuls wird sowohl der erste Fortschaltimpuls für den Funktionsschrittzähler 26 in Fig. 1 gebildet als auch der erste Motorfortschaltimpuls über Leitung 9 der ODER-Schaltung 8 hergeleitet. Bis zum Motorfortschaltimpuls 5 werden dann diese aus den Rückmeldeimpulsen 2 bis 5 gebildet. Zwischen dem Motorfortschaltimpuls 5 und dem nächsten mit 2

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bezeichneten Motorfortschaltimpuls, der aus dem nächsten Rückmeldeimpuls 1 gebildet wird, wird der Beschleunigungsimpuls erzeugt und über das Verzögerungsglied 44 in Fig. 2 um 0,4 Millisekunden verzögert als Motorfortschaltimpuls dem Motor 1 zugeführt. Wie das darunter befindliche Geschwindigkeitsdiagramm zeigt, tritt zunächst beim Beginn der Motorbewegung eine gewisse Bewegungsverzögerung aufgrund des Trägheitsmomentes auf und bei Auftritt des Beschleunigungsimpulses beschleunigt der Motor aus der Niedriggeschwindigkeit zur Hochgeschwindigkeit. Wie aus dem Impulsbild zu ersehen ist, wird von jedem ersten Rückmeldeimpuls der Funktionsschrittzähler um einen Schritt zurückgesetzt.

In Fig. 4 ist im oberen Teil das Impulsbild vom Abbremsimpuls und vom Niedriggeschwindigkeitshalteirapuls dargestellt. Im unteren Bereich ist der dazugehörige Geschwindigkeitsverlauf über der Zeit schematisch angegeben. Die erste Impulsreihe zeigt die Fortschaltimpulse für den Funktionsschrittzähler und den daraus resultierenden Zählerstand. Die zweite Reihe zeigt die Motorrückmeldeimpulse, die dritte Zeile den Abbremsimpuls, die vierte Zeile den Niedriggeschwindigkeits-Halteimpuls und die fünfte Zeile die Motorfortschaltimpulse. Wenn der Funktionsschrittsähler in Fig. 1 den Zählerstand M= O erreicht, was über die Funktionsschrittdecoderverriegelung 29 festgestellt wird, und der erste Motorschritt auf Leitung 21 vom Motorschrittzähler 20 festgestellt wird, dann wird die Abbremsverriegelung 39 gesetzt. Der Abbremsimpuls wird dann über die ÖND-Schaltung 50 und die Verriegelung 53 gesetzt, wenn der Motorschritt 4 ansteht. Der Abbremsimpuls wird mit dem Zurücksetzen der Verriegelung 53 in Fig. 2 beim Motorschritt 1 auf Leitraig 21 bewirkt. Als Motorfortschaltimpuls ergibt sich zu diesem Zeitpunkt ein langer Impuls, der aus dem Abbremsimpuls und dem ersten Rückmeldeimpuls des nächsten Funktionsschrittes zusammengesetzt ist. Dadurch entsteht ein langer Motorfortschaltispiils, wodurch der Rotor nunmehr dem Drehfeld des Motors voraaseilt und dieser star-k abgebremst wird, was aus dem Gesehwiadigkeitsverlauf zu ersehen ist. Der Niedriggeschwindigkeits-HalteimpBls tritt dann auf?

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wenn die Wiederholungszeit der Rückmeldeimpulse größer wird als die Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 47 in Fig. 2. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Rückmeldeimpulse im Niedriggeschwindigkeitsbereich einen Abstand von etwa 1 Millisekunde haben, ist diese Verzögerungszeit mit 0,74 Millisekunden gewählt. D.h. also, daß der Niedriggeschwindigkeits-Halteimpuls dann generiert wird, wenn die Wiederholungszeit der Rückmeldeimpulse größer als diese Verzögerungszeit von 0,74 Millisekunden wird. Der auf der Leitung 49 anstehende verzögerte Impuls wird über das Verzögerungsglied 44 noch einmal um 0,4 Millisekunden Im genannten Ausführungsbeispiel verzögert, genauso wie der Beschleunigungsimpuls, um zu verhindern, daß die Impulsflanken dieser Impulse mit Impulsflanken der Rückmeldeimpulse zusammenfallen. Dadurch werden einwandfrei voneinander getrennte Zuführungsimpulse für die Motorfortschaltimpulse gewährleistet.

Durch das Einschießen des Niedriggeschwindigkeits-Halteimpulses wird vermieden, daß der Motor nach Auslassen zweier Rückmeldeimpulse als Zuführungsimpulse für die Motorfortschaltimpulse, völlig abgebremst wird. Je nachdem, aus welcher Geschwindigkeit heraus der Motor durch den Abbremsimpuls verzögert worden iet, wird die Niedriggeschwindigkeit in einem größeren oder kleineren Abstand vor Erreichen des gewünschten StilIstandpunkteβ erreicht. Dementsprechend müssen dann noch eine größere oder kleinere Anzahl von Funktionsschritten im Niedriggeschwindigkeitsbereich zurückgelegt werden. Erst bei Erreichen eines bestimmten Standes dee Punktionsschritthilfszählers 33 in Fig. 1 wird dann die Generierung der Bremsimpulse vorgenommen, die den Motor zum Stillstand abbremsen.

Fig. 5 zeigt ein Oszillogramm des Geschwindigkeitsverlaufes über der Zeit. Im absteigendes Ast der Kurve ist im unteren Viertel gut der Knick zu erkennen, wo der steile Abfall, der durch den Abbremsimpuls verursacht wird, in einen kurzen waagrechten Ast mit Niedriggeschwindigkeit übergeht, von der-aus dann das Abbremsen zum Stillstand erfolgt. Die Zeit ist in Millisekunden und die Geschwindigkeit in Motorschritten pro Sekunde angegeben.

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Das Abbremsen des Motors in den Stillstand vom Niedriggeschwindigkeitsbereich herab kann mit einer festen Impulskette erfolgen, d.h. daß die Motorfortschaltimpulse aus mit festen Verzögerungszeiten gebildeten Einzelimpulsen gebildet werden. Dies bringt ' jedoch den Nachteil mit sich, daß bei wechselnden Lasten und bei wechselnder Spannung keine sichere Abbremsung in allen Fällen zustande kommt. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß eine variable Impulskette zur Erzeugung der Motorfortschaltimpulse beim Abbremsen erzeugt, die immer wieder an Rückmeldeimpulsen orientiert wird und somit sich immer ah der gerade gegebenen Geschwindigkeit des Motors orientiert. Die Bremsphase wird also in Teilbremsungen untergliedert, die geschwindigkeitsabhängig sind.

In Fig. 6 ist der Niedriggeschwindigkeits-Bremsimpulsgenerator in einem Blockschaltbild dargestellt. Dabei berücksichtigen die in Klammer gesetzten Bezeichnungen einen Bremsvorgang bei einem Sprung über mehrere Funktionsschritte und die nicht in Klammer gesetzten Impulsangaben die Generierung von Bremsimpulsen bei einem Funktionsschritt.

Es soll zunächst der Fall angenommen werden, daß der Motor um einen Funktionsschritt weiterbewegt werden soll, d.h. daß er im Fall der vorliegenden Ausführungsform fünf Motorschritte zurücklegen muß. Auf Leitung 9 wird der Einzelfunktionsschritt-Startimpuls einer ODER-Schaltung 55 zugeführt und beaufschlagt mit dem Signal auf der Ausgangsleitung 56 eine monostabile Kippstufe mit einstellbarer Verzögerungszeit 57. Auf einer Ausgangsleitung 58 dieser monostabilen Kippstufe steht der erste Einzelimpuls SSl an.

Zur Bildung des zweiten Einzelimpulses SS2 wird einer UND-Schaltung 59 das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 55 auf Leitung 56 zugeführt und auf Leitung 21 der Motorschritt 1 vom Motorschrittzähler 20. Das Ausgangssignal der UND-Schaltung 59 bringt eine monostabile Kippstufe mit einstellbarer Verzögerungszeit 60 zum Kippen und gibt auf einer Ausgangsleitung 61 den zweiten Einzel-

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impuls SS2 ab. Zur Bildung des dritten Einzelimpulses SS3 wird einer UND-Schaltung 62 das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 55 auf der Leitung 56 zugeführt und auf der Leitung 23 der Motorschritt 3. Das Ausgangssignal der UND-Schaltung 62 wird einer monostabilen Kippstufe mit einstellbarer Verzögerungszeit 63 zugeführt, an deren Ausgang auf einer Leitung 64 der dritte Einzelimpuls SS3 ansteht. Zur Bildung des vierten Einzelimpulses SS4 wird einer UND-Schaltung 65 auf Leitung 56 das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 55 zugeführt und auf der Leitung 25 der fünfte Motorschritt. Der Ausgang der UND-Schaltung 65 beaufschlagt eine vierte monostabile Kippstufe mit einstellbarer Verzögerungszeit 66, auf deren Ausgangs leitung 67 der vierte Einzeliinpuls SS 4 ansteht. Die Signale auf den Ausgangsleitungen 58, 61, 64 und 67, die die Einzelimpulse SSl bis SS4 darstellen, werden über Inverterschaltungen 63, 69, 70, 71 invertiert und steuern jeweils mit ihrer abfallenden Flanke monostabile Kippstufen mit gleicher und fester Verzögerungszeit 72, 73, 74 und 75 an. Deren Ausgangssignale stellen die Hotorfortschaltimpulse dar, die über eine ODER-Schaltung 76 und deren Ausgangsleitung 11 der ODER-Schaltung 8 und schließlich dem Motor 1 zugeführt werden.

Das zu dieser Schaltung gehörende Impulsbild ist in Fig. 7 dargestellt. Aus dem Einzelfunktionsschritt-Startimpuls, der über die Leitung 9 in Fig. 1 als erster Motorfortschaltimpuls der ODER-Schaltung 8 zugeführt wird, wird über die ODER-Schaltung und die monostabile Kippstufe mit einstellbarer Verzögerungszeit 57 in Fig. 6 der erste Einzeliinpuls SSl gebildet. Durch dessen Rückflanke wird der zweite Motorfortschaltlmpuls generiert. Der erste Rückmeldeimpuls veranlaßt die Erzeugung des zweiten Einzelimpulses SS2, dessen Rückflanke die Generierung des dritten Motorfortschaltimpulses über die monostabile Kippstufe 53 veranlaßt. Der dritte Rückmeldeimpuls wird dazu benutzt, um den dritten Einzelimpuls SS3 zu generieren, dessen Rückflanke wiederum die Generierung des vierten Motorfortschaltimpulses über die monostabile Kippstufe 74 veranlaßt. Der letzte Motorfortschaltimpuls 5 wird aus der Rückflanke des vierten Einzelimpulses

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SS4 generiert, der seinerseits am fünften Motorrückmeldeimpuls orientiert ist, d.h. durch diesen gesetzt wird. Aus Fig. 7 ist weiterhin zu entnehmen, wie die Motorphasen A, Ä, B und B durch die einzelnen Motorfortschaltimpulse generiert werden. Beim ersten Motorfortschaltimpuls wird die Phase A umgeschaltet, die dann wieder beim dritten und fünften Motorfortschaltimpuls in ihren anderen Zustand umgekippt wird. Die Motorphase B und B wird vom zweiten und vierten Motorfortschaltimpuls geschaltet.

In diesem Fall, bei dem der Motor nur einen Funktionsschritt zurückzulegen hat, werden die Rückmeldeimpulse also nicht direkt zur Generierung der Motorfortschaltimpulse herangezogen, sondern vielmehr zur Bildung der Einzelimpulse SSl bis SS4 benutzt. Um zu verhindern, daß die Rückmeldeimpulse direkt über die ODER-Schaltung 8 in Fig. 1 dem Motor zugeführt werden, wird eine Rückmeldeimpulsverriegelung 77 in Fig. 6 durch den Einzelfunktion^- sehritt-Startimpuls auf Leitung 9 gesetzt, die durch ihren Ausgangsimpuls Rückmeldeimpulsverriegelung auf der Leitung 16 die UND-Schaltung 14 in Fig. l daran hindert, Rückmeldeimpulse auf die ODER-Schaltung 8 zu geben. Die Rückmeldeimpulsverriegelung 77 wird durch den Motorschritt 5 auf Leitung 25 des MotorSchrittzählers 20 zurückgesetzt.

Es soll nunmehr der Fall angenommen werden, daß Bremsimpulse zu generieren sind, wenn der Motor mehrere Funktionsschritte zurückzulegen hat. Das zugehörige Impulsbild ist in Fig. 8 dargestellt. Die Schaltung zur Erzeugung der zugehörigen Einzelimpulse SSl bis SS4 stimmt mit derjenigen von Fig. 6 im Prinzip überein, jedoch wird zur Bildung des ersten Einzelimpulses SSl der ODER-Schaltung 55 das Signal M=I auf der Leitung 38 von der Funktionssehritt-Decoderverriegelung 37 zugeführt« D.h. also, daß der erste Einseiimpuls SSl,'wie dies auch ans dem Impulsbild der Fig. 8 zu ersehen ist, vom ersten Motorschritt im letzten Funktionssclaritt abgeleitet wird. Der zweite ' Einzelimpuls SS2 wird bei Auftreten des Impulses N=I auf Leitung 38 über die Leitung 56 «ad dem Bückme Ideimpuls 2 auf der

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Leitung 22 des Motorschrittzählers 20 an der UND-Schaltung 59 gebildet. Diese Angaben sind in Klammer gesetzt bei der Eingangsleitung der UND-Schaltung 59. Der dritte Einzelimpuls SS3 orientiert sich am Rückmeldeimpuls 4, der der UND-Schaltung 62 auf der Leitung 24 zugeführt wird, ebenfalls dann, wenn auf der Leitung 56 das Signal N=I ansteht. Der vierte Einzelimpuls SS4 wird dann aus dem fünften Motorschritt gebildet, der auf Leitung 25 an der UND-Schaltung 65 ansteht, wenn der Funktionsschritt N=I erreicht ist.

Es soll hier darauf hingewiesen werden, daß die Verzögerungszeiten der raonostabilen Kippstufen 57, 60, 63 und 66 verschieden sind, je nachdem, ob es sich um die Bildung der Einzelimpulse SS1-SS4 bei einem Vorschub über einen Funktionsschritt oder bei einem Vorschub über mehrere Funktionsschritte handelt. Dies hängt damit zusammen, daß die Geschwindigkeitsverhältnisse unterschiedlich sind.

In Fig. 8 sind Impulsverhältnisse dargestellt, die bei der Erzeugung der Bremsimpulse bei einem Vorschub übet mehrere Funktionsschritte vorliegen. Dabei wird der erste Motorfor'techaltimpuls des letzten FunktionsSchrittes aus dem fünften Motorschritt bzw. Rückmeldeimpuls des vorletzten Funktionsschrittes gebildet. Wenn der Zählerstand N=I im Funktionsschritt-Hilfszähler 33 (Fig. 1) erreicht ist, wird über die ODER-Schaltung 55 und die monostabile Kippstufe 57 der erste Einzellmpuls SSl gebildet. Mit dessen Rückflanke wird der zweite Motorfortschaltimpuls generiert. Der Rückmeldeimpuls 2 auf der Leitung 22, was dem Motorschritt 2 entspricht, wird zur Generierung des zweiten Einzelimpulses SS2 herangezogen, an dessen Rückflanke die Generierung des dritten Motorfortschaltimpulses erfolgt. Öle RückmeIdeimpulse 4 und 5 setzen die Generierung der Einzelimpulse SS3 und SS4 in Gang, an deren Rückflanke jeweils die Bildung des vierten und fünften Motorfortschaltimpulses eingeleitet wird. Die Motorphasen A und Ä werden durch die Motorfortschaltimpulse 1, 2 und 5 geschaltet und die Motorphasen B und B werden

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- 17 durch die Motorfortschaltimpulse 2 und 4 geschaltet.

Die in den Figuren dargestellte Schrittschaltmotor-Steuerung gestattet den Betrieb des Motors in drei verschiedenen Arten. Bei der ersten Art wird der Motor um einen Funktionsschritt fortgeschaltet, d.h. er muß fünf Motorschritte zurücklegen. Dabei werden die Motorfortschaltimpulse mit Hilfe der in Fig. 6 dargestellten Schaltung und dem in Fig. 7 dargestellten Impulsbild aus dem Einzelfunktionsschritt-Startimpuls und den an den Rückmeldeimpulsen orientierten Einzelimpulsen gebildet. Dadurch, daß die Einzelimpulse an den geschwindigkeitsabhähgigen Rückmeldeimpulsen orientiert sind, wird ein einwandfreies Erreichen der gewünschten Endlage ermöglicht, ohne daß Schwingungen des Motors um die Nullage auftreten·. Bei der zweiten Betriebsart des Motors wird dieser für eine Vorschubbewegung über mehrere Funktionsschritte benutzt. Dabei soll der Motor nur in dem Niedriggeschwindxgkeitsbereich, d.h. mit einer im vorliegenden Ausführungsbeispiel maximalen Geschwindigkeit von 1000 Motorschritten pro Sekunde betrieben werden. Dazu werden die zurückzulegenden Funktionsschritte mit N bezeichnet und diese in den Funktionsschritthilfszähler 33 in Fig. 1 eingegeben. Die Bremsphase beginnt gemäß der Darstellung in Fig. 8 und mit der in Fig. 6 dargestellten Schaltung dann, wenn durch die Funktionsschrittdecoderverriegelung 37 in Fig. 1 festgestellt wird, daß der Zählerstand N=I erreicht ist. Mit dem Auftreten dieses Signals auf der Leitung 38 wird dann die Bildung der letzten vier Motorfortschaltimpulse mittels der Einzelimpulse SSl bis SS4 veranlaßt. Dabei sei nochmals darauf verwiesen, daß die Einzelimpulse SSl bis SS4 in diesem.Fall eine andere Länge und Lagy aufweisen als die entsprechenden Einzelimpulse beim Vorschub über einen einzigen·Funktionsschritt. Diese Einzelimpulse hier sind ebenfalls an den Rückmeldeimpulsen, d.h. an der Geschwindigkeit des Motors orientiert.und verursachen eine Folge von Teilbremsungen des Motors, bis dieser schwingungsfrei zum Stillstand kommt.

Die dritte mögliche Betriebsart für den Motor ist die, daß bei ge 971 017 409817/049 0

sehr vielen Funktionsschritten der Motor mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden soll. Dazu werden M Funktionsschritte in den Funktionsschrittzähler 26 geladen, wobei M diejenige Anzahl von Funktionsschritten angibt, die vom Start weg möglichst in Hochgeschwindigkeit zurückgelegt werden sollen. In den Funktionsschritthilfszähler 33 in Fig. 1 werden soviele Funktionsschritte N geladen, wie vor dem Ende der Bewegung bzw. des Sprunges von der Hochgeschwindigkeit abgebremst werden soll. Ist dieser Zählerstand M=O erreicht, dann erscheint mit dem nächsten vierten Motorrückmeldeimpuls der Abbremsimpuls und der Motor wird durch Auslassen zweier Motorfortschaltimpulse sehr stark abgebremst, weil dadurch nicht nur der vorher eingeschossene Beschleunigungsimpuls und die zugehörige Wirkung wieder rückgängig gemacht wird, sondern darüber hinaus der Rotor des Motors dem Drehfeld wesentlich vorauseilt und somit ein sehr starkes Abbremsmoment auf diesen Rotor wirksam wird. Dadurch wird der Motor in kürzester Zeit von seiner Hochgeschwindigkeit heruntergeholt in den Niedriggeschwindigkeitsbereich. Dabei dauert diese Abbremsphase im wesentlichen so lange, bis die Wiederholungszeit der Rückmeldeimpulse größer wird als die durch das Verzögerungsglied 47 in Fig. 2 bestimmte Verzögerungszeit. Ist dies der Fall, dann wird der Halteimpuls generiert, der einen zusätzlichen Motorfortschaltimpuls zu den aus den Rückmeldeimpulsen sowieso gebildeten Motorfortschaltimpulsen darstellt. Dadurch wird der Motor auf Niedriggeschwindigkeit abgefangen. Ist dann ein weiterer bestimmter Zählerstand im Funktionsechritthllfszähler 33, nämlich N=I erreicht, d.h. ein Funktionsschritt vor der Beendigung der Bewegung, dann wird die Erzeugung der Bremsimpulse eingeleitet. Die Bremsimpulse werden gemäß der Schaltung in Fig. 6 und dem in Fig. 8 dargestellten Impulsbild in derselben Weise wie beim Abbremsen aus dem Niedriggeschwindigkeitsbereich heraus erzeugt.

Durch das Ausblenden zweier Motorfortschaltimpulse zum Zeitpunkt des Zählerstandes M=O wird in vorteilhafter Weise ein wesentlich schnelleres Abbremsen aus dem Hochgeschwindigkeitsbereich heraus in den Niedriggeschwindigkextsberexch heraus erzielt, was insbe-

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sondere dann von Vorteil ist, wenn viele Funktionsschritte mit erhöhter Geschwindigkeit zurückzulegen sind. Durch'die Orientierung der zur Bildung der Motorfortschaltimpulse benutzten Einzelimpulse an den geschwindigkeitsabhängigen Rückmeldeimpulsen und die damit gekoppelte Aufteilung der Bremsphase in Teilbremsungen wird auf vorteilhafte Weise ein schwingungsfreies Abbremsen des Schrittschaltmotors in den Stillstand erreicht.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Steuerschaltung für einen Schrittschaltmotor, bei dem geschwindigkeitsabhängig Impulse von einem mit der Motorwelle gekoppelten Impulsgeber die Zuführung von Motorfortschal timpulsen steuern (sogenannter Rückmeldebetrieb) und bei dem gegebenenfalls zur Erzielung einer hohen Geschwindigkeit bei einer größeren Anzahl von zurückzulegenden Funktionsschritten ein zusätzlicher, nicht von den Rtickmeldeimpulsen unmittelbar veranlaßter, Beschleunigungsimpuls als Motorfortschaltimpuls dem Motor zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abbremsen des Schrittschaltmotors (1) aus dem Hochgeschwindigkeitsbereich zwei aufeinanderfolgende Rückmeldeimpulse bei Erreichen einer gewissen Anzahl von Funktionsschritten (M=O) vor dem Bewegungsende als Zufuhr-Steuerimpulse für zwei Motorfortschaltimpulse ausgeblendet werden und daß danach kurz vor Erreichen des Niedriggeschwindigkeitsbereich.es in Abhängigkeit von der Wiederholfrequenz der Rückmeldeimpulse ein zusätzlicher Impuls (Halteimpuls) als Motorfortschaltimpuls dem Motor (l) zugeführt wird, woraufhin dann der Motor (1) endgültig aus dem Niedriggeschwindigkeltsbereich heraus zum genauen Stillstand abgebremst wird.

Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem Funktionsschrittzähler (26) M im Hochgeschwindigkeitsbereich zurückzulegende Funktionsschritte eingeprägt werden, die durch einen Motprschrittzähler (20) schrittweise auf den Wert 0 heruntergezählt werden und daß bei Erreichen dieses Zählerstandes eine Abbremsverriegelung (34) gesetzt Wird, deren Ausgangssignal auf einer Leitung (39) zusammen mit einem bestimmten Motorschritt (Schritt 4 auf Leitung 24) vom Motorschrittzähler (20) über eine UND-Schaltung (50) einer Verriegelung (53) zum Setzen zugeführt wird, deren Ausgangssignal auf einer Leitung (13) den Abbremsimpuls bildet und daß gleichzeitig

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von der UND-Schaltung (50) eine weitere Verriegelung (54) gesetzt wird, dessen Ausgangssignal auf einer Leitung (51) die UND-Schaltung (50) sperrt.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückmeldeimpulse und das Signal auf der Ausgangsleitung (39) der Abbremsverriegelung (34) über eine UND-Schaltung (46) einem Verzögerungsglied (47) zugeführt werden, dessen Ausgang dann einen Impuls abgibt, wenn die Wiederholungszeit der Rückmeldeimpulse größer als die Verzögerungszeit wird und der über eine Verriegelung (48) die Formung des als Motorfortschaltimpulses dienenden Halteimpulses veranlaßt.

4. Verfahren zum schwingungsfreien Abbremsen eines im Rückmeldebetrieb arbeitenden Schrittschaltmotors in den Stillstand, insbesondere zur Anwendung bei der Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Motorfortschaltimpuls in der Bremsphase direkt aus einem Rückmeldeimpuls gebildet wird und daß die weiteren Motorfortschaltimpulse danach von Einzelimpulsen (SSl bis SS4) abgeleitet werden, die ihrerseits an den Rückmeldeimpulsen orientiert und von verschiedener, einstellbarer Länge sind.

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