DE2257671B2 - Verfahren zum Ansteuern eines Schrittmotors mittels eines frequenzvariablen Oszillators und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Ansteuern eines Schrittmotors mittels eines frequenzvariablen Oszillators und Schaltungsanordnung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
c — Basis des Zählsystems,
η — höchste vorkommende Potenz von c,
k = (o;...;n)
verbunden sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgängen true*
des Vor-Rückwärtszählers (2) und der Stufung der w> Leitwerte (Gk) die Beziehung
Gk
Bremsen benötigten Impulszahl Z>die Beziehung
1 T"
X = TT + 7"
besteht, wobei T"und T'fest einstellbare Oszillatorkonstanten sind
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Vor-Rückwärtszähler (2) als Dualzähler mit c=2 ausgebildet ist
Die. Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ansteuern eines Schrittmotors mittels eines frequenzvariablen Oszillators gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie auf eine Schaltungsanordnung zur
Durchführung des Verfahrens.
Ein solches Verfahren zum Ansteuern eines Schrittmotors mittels eines frequenzvariablen Oszillators und
eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist aus der DE-OS 20 32 875 bekannt Dort
wird die auf Grund der Trägheit der bewegten Masse begrenzte Änderungsgeschwindigkeit der Motorschritte mittels einer speziellen Ansteuerschaltung erzielt
Dabei wird in einem Eingangszähler die Zahl der noch nicht in Schritte umgesetzten Eingangsimpulse als
Steuergröße für die Frequenz der Ausgangsimpulse und damit der Schrittfrequenz ermittelt
Die Eingangsimpulse erhöhen dabei den Zählerstand des Eingangszählers, während die Ausgangsimpulse ihn
verringern. Die Frequenz der Ausgangsimpulse ist damit abhängig von dem aktuellen Zählerstand.
Eine weitere Sicherheitsschaltung in Form eines Begrenzungsnetzwertes verzögert über ein erstes
/?-C-Glied die plötzlichen positiven Änderungen der Steuerspannung und über ein zweites Λ-C-Glied die
plötzlichen negativen Steuerspannungsänderungen, falls die Frequenzänderungsraten der Eingangsimpulse
zu groß werden. Diese Schaltungsanordnung weist für Positionierprobleme Nachteile auf. Zum ersten benötigt
die Schaltung eine Eingangsimpulsfolge, zweitens wird die Frequenz nicht von dem bereits zurückgelegten oder
vom noch zurückzulegenden Weg gesteuert, sondern diese Informationen werden nicht optimal aus der
Differenz der Ein- und Ausgangsimpulse gebildet.
Weiterhin führt die zusätzliche Sicherheitsschaltung zu Zeitverläufen mit expotentiellem Charakter, wie sie
allgemein durch Ä-C-Glieder bestimmt sind. Ein
spiegelbildlicher Verlauf des Hochlaufens und des Bremsens ist somit nicht möglich.
Bei einer weiteren bekannten Ansteuerung für einen Schrittmotor wird ein frequenzvariabler Oszillator,
dessen Frequenz spannungsabhängig ist, durch die Kondensatorspannung eines Ä-C-Gliedes eingestellt.
Die Hochlaufcharakteristik des Oszillator-Schrittmotor-Systems wird durch die physikalischen Besonderheiten des Ä-C-Gliedes maßgebend bestimmt und entspricht etwa der Funktion
besteht .
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Oszillatorfrequenz fb und der zum Hochlaufen oder
t,r>
das Abbremsen verläuft demgegenüber nach der
Funktion
= /o
— t
' T
Ein spiegelbildliches Hochlaufen und Bremsen ist damit ebenfalls nicht gewährleistet, so daß der Frequenzgradient
über den gesamten Frequenzbereich nicht optimal eingestellt werden kann.
Weiterhin sind Ansteuerungen gemäß DE-AS ι ο 13 03 612 bekannt, bei denen kein frequenzvariabler
Oszillator verwendet wird. Hierbei greift ein Meßfühler die mechanische Stellung des Rotors ab. Die so
gewonnenen Signale regem beim Hochlaufen und beim Abbremsen die Frequenz der Motorerregung, so daß
der Betrag der Phasendifferenz von Rotorstellung und Erregerfeld einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet
Der Bremsvorgang muß bei diesem Verfahren zu einem Zeitpunkt eingeleitet werden, der gewährleistet,
daß die Impulsfolgefrequenz bereits vor dem letzten programmbedingten Schritt die Frequenz erreicht hat,
bei der der Motor ohne Positionierfehler abgeschaltet werden kann (Bremsfrequenz). Bei Steuerung von
Werkzeugmaschinen werden verschiedene Geschwindigkeiten benötigt Aus Gründen einer einfachen
Steuerung bremst man verschiedene Geschwindigkeiten über einen Schleichgang mit der Bremsfrequenz ab.
Dabei werden zwischen Erreichen der Bremsfrequenz und dem programmbedingten Stoppsignal aus Sicherheitsgründen
immer noch mehrere Schritte b?i der relativ niedrigen Bremsfrequenz ausgeführt
Diese Tatsache führt gerade bei Schrittantrieben, welche mit großem Aufwand auf eine hohe Grenzfrequenz
gezüchtet werden, zu großen Positionierzeitverlusten,
j)
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zum Ansteuern eines Schrittmotors mittels
eines frequenzvariablen Oszillators der eingangs genannten Art einen für Positioniervorgänge geeigneten,
durch einen Sollwert a festprogrammierten Programmablauf zu schaffen, wodurch der Positioniervorgang bei
vorgegebener Schrittweite in kürzester Zeit ausgeführt und dabei die Grenzfrequenz des Schrittmotors
angestrebt werden soll. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Die Erfindung schließt die Schaffung einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ein,
die sich durch einfachen Aufbau auszeichnet
Durch das beschriebene Verfahren und die dargelegte Anordnung ist es möglich, die Motorkennlinien optimal so
auszunutzen und den Positioniervorgang mit dem letzten Schritt des Bremsvorganges toleranzfrei und
reproduzierbar abzuschließen. Geringfügig Änderungen der Schrittfrequenz beziehungsweise des Momentes,
die nie auszuschließen sind, bedingen bei dieser wegabhängigen Steuerung keine Schritte mit Bremsfrequenz.
Besonders vorteilhaft ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 1, daß das
Bremsen des Schrittmotors mit einem gegenüber dem e>o Hochlaufen exakt spiegelbildlich verlaufenden Frequenzgradienten
durchgeführt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
Dabei zeigt
F i g. 1 die Anordnung mit dualcodierter Schaltung,
F i g. 2 die Frequenz—Impulszah!—Charakteristik.
Verfahrensgemäß wird zunächst von einem frequenzvariablen Oszillator 1 eine Rechteckimpulsfolge fb
erzeugt Diese wird einerseits fiber ein an sich bekanntes Steuergerät 3 auf die gewünschte Schrittanzahl a
begrenzt und dem Schrittmotor 4 zugeführt Andererseits wird fb dem Takteingang Feines bis
· c* = b mit (mk = 0; I; ... c-1)
= 0
zählenden Vor-Rückwärtsdualzählers 2 zugeleitet Hier
wird die eintreffende Impulsfolge gezählt und mit einer programmierten, für das Hochlaufen notwendigen
Impulszahl b verglichen (F i g. 2). Ist diese erreicht so wird, sofern b<'l2 ist der Vor-Rückwärtsdualzähler 2
außer Betrieb gesetzt Der Schrittmotor 4 läuft nunmehr mit der höchsten vorgesehenen Frequenz weiter bis die
Impulszahl (a-b) erreicht ist Daraufhin wird der Vor-Rückwärtszähler 2 wieder eingeschaltet und zählt
von der bisher eingespeicherten Impulszahl b rückwärts, bis der Wert Null erreicht ist
Da der im Steuergerät 3 befindliche Sollwertzähler bei "/2 auf rückwärts umschaltet ist in diesem
Augenblick auch dieser Zähler bei dem Wert Null angelangt Zähler und Schrittmotor 4 werden stillgesetzt
und der gewünschte Positioniervorgang wird genau mit dem letzten programmbedingten Impuls
abgeschlossen. Ist b>»/2, so entfällt die Stillsetzung des
Vor-Rückwärtszählers 2 und dieser läuft ab a/2 mit dem
Sollwertzähler zurück.
Die Veränderung der Frequenz wird vom Vor-Rückwärtszähler 2 vorgenommen. Vom Ausgang desselben
werden dem jeweiligen Zählerstand entsprechende Signale c* c= Basis des Zählsystems (£=0;...;π)
abgegeben und über Schalttransistoren 7* einem Leitwertnetzwerk 5 zugeführt welches nach dem
Dualcode mit C= 2 gestaffelt ist und impulszahlabhängige Leitwerte annimmt die in ihrer Gesamtheit eine
Zeitkonstante des Oszillators 1 und damit dessen Frequenz unmittelbar beeinflussen.
Die Schaltungsanordnung ist aus F i g. 1 ersichtlich. Sie besteht prinzipiell aus zwei parallelen Steuerketten,
die beide ihren Ausgangspunkt in einem frequenzvariablen Oszillator 1 haben. Die erste besteht darin, daß
der Ausgang des frequenzvariablen Oszillators 1 auf ein Steuergerät 3 arbeitet, welches seinerseits mit dem
Schrittmotor 4 verbunden ist und ihn mit einer mehrphasigen Rechteckimpulsfolge beaufschlagt Das
Steuergerät 3 vereinigt in sich einen Impulsformer; einen Sollwertzähler, eine Äquivalenzstufe, welche den
Sollwert a und eine Koinzidenzstufe, welche die programmierte Hochlaufimpulszahl b mit dem Sollwertzählerstand
vergleicht; einen Impulsverteiler und einen Impulsverstärker für die Wicklungsansteuerung des
Schrittmotors 4.
Des weiteren ist eine Einrichtung zur Eingabe und Auswertung von Lochstreifen oder anderen Programmträgern
vorhanden.
Die andere Steuerkette besteht in einer Schleife, die auf den frequenzvariablen Oszillator 1 zurückwirkt Sie
enthält neben dem bereits erwähnten Oszillator 1 einen nachgeschalteten Vor-Rückwärtszähler 2 und ein
Leitwertnetzwerk 5. Das letztere besteht aus einer definierten Anzahl parallelliegender Leitwerte, die nach
der Beziehung Gk=2k ■ Gp (Ar=O, 1, 2... n) gestuft sind
und von (n+1) Schalttransistoren 7* dem Netzwerk 5 zu
oder von ihm abgeschaltet werden. Dabei ist die Basis
eines jeden Schalttransistors 7* jeweils mit dem
Ausgang 2* des Vor-Rückwärtszählers 2 verbunden. Liegt an diesem ein Signal an, so wird der betreffende
Transistor durchgesteuert und durch den zugehörigen Leitwert Gk die Zeitkonstante eines Oszillatorzweiges
und mithin die Oszillatorfrequenz verändert. Damit ist die Frequenz zwangsläufig und in direkter Weise vom
Zählerstand des Vor-Rückwärtszählers 2 abhängig. Es besteht die Beziehung
T"
wobei b die zum Hcchlaufcn beziehungsweise Bremsen
erforderliche Impulszahl darstellt und T" und T' fest einstellbare Zeitkonstanten sind. V läßt sich dabei
mittels R', C oder R" und T" mittels Gx, und C"
einstellen (Fig. 1). Der Vor-Rückwärtszähler 2 ist weiterhin mit drei Eingängen 5, Kund R versehen, die
mit dem Steuergerät verbunden sind. Durch den Eingang S (Start, Stopp) wird die Zähldauer und durch
die Eingänge=V (Vorwärts Hochlauf) und R (Rückwärts=Bremsen) die Zählrichtung des Vor-Rückwärtszählers 2 festgelegt.
Eine andere Anordnungsmöglichkeit ergibt sich durch Vereinigung des Sollwertzählers mit dem
Vor-Rückwärtszähler 2 zu einem Zähler. Beim Anlauf des Schrittmotors wird hierbei mit den Ausgängen des
Zählers in der vorstehend beschriebenen Weise über Schalttransistoren 7* und entsprechend codierten
ίο Leitwertnetzwerk 5 die Oszillatorfrequenz erhöht Mit
Erreichen der gewünschten Maximalfrequenz schaltet die entsprechende Zählerausgangsinformation b einen
Speicherbaustein, welcher diese codierte Zahl b einspeichert und dem Oszillator 1 als statische
5 information zuführt Die Ossiilatoffrequenz erhöht sich
dadurch nicht mehr, obwohl der Zähler weiterhin arbeitet In früher beschriebener Weise schaltet der
Zähler bei Ί2 auf rückwärts um. Erreicht er wieder die
Zahl b, so wird die Wirkung des Speicherbausteines
beseitigt, und der Zähler vermindert, wie bereits
beschrieben, die Oszillatorfrequenz auf den zum Bremsen des Schrittmotors notwendigen Wert
Claims (3)
1. Verfahren zum Ansteuern eines Schrittmotors mittels eines frequenzvariablen Oszillators, dessen
den Schrittmotor über einen Verteiler beaufschlagende Rechteckimpulsfolge in einem Sollwertzähler
vom Start- bis zum Stoppimpuls beziehungsweise während der Verfahrensschritte Hochlaufen,
Weiterlaufen und Bremsen gezählt und mit einem to dem Sollwertzähler eingegebenen SoL'wert a verglichen wird, wobei mit dem Eingeben des Sollwertes a
ein festprogrammierter Ablauf des Positioniervorganges vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß von einem mit dem bei der is
Schrittzahl */2 auf Rückwärtsbetrieb umschaltenden Sollwenzähler synchronisierten Vor-Rückwärtszähler die von einem Programm für das Hochlaufen
vorgeschriebene Impulszahl b gezählt wird, daß die
Oszillatorfrequenz entsprechend des Zählerstandes des Vor-Rückwärtszählers verstellt und sofern
b£'/2 ist, ab '/2 mit dem Sollwertzähler und dem
Vor-Rückwärtszähler rückwärts gezählt wird oder wenn b<*/2 ist, bei Erreichen von bder Vor-Rückwärtszähler außer Betrieb gesetzt und nach Ablauf
der Impulszahl (a-b) vom bis dahin eingespeicherten Wert b rückwärts gezählt wird, so daß beim
Zählerstand Null der Sollwert erreicht ist und die Impulsfolge abgebrochen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsen des Schrittmotors mit
einem gegenüber dem Hochlaufen exakt spiegelbildlichen Frequenzgradienten durchgeführt wird.
3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, bestehend aus einem
frequenzvariablen Oszillator, einem Steuergerät mit Sollwertzähler und mit einem synchronisierten
Vor-Rückwärtszähler sowie einem zwischen diesen liegenden frequenzbestimmenden Leitwertnetzwerk
aus parallelgeschalteten, den Wertigkeiten der Ausgänge des Vor-Rückwärtszählers adäquat gestuften Widerständen, die in Reihe zu einem
Halbleiter liegen, wobei das Steuergerät mit dem Schrittmotor und dem Sollwertzähler verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des frequenzvariablen Oszillators (1) mit dem Eingang
eines Speicherbausteines oder des Vor-Rückwärtszählers (2) gekoppelt ist, dessen (n+1) · (c-1)
Ausgänge jji*c* ihrerseits wieder mit der Basis von
(77+1) · (c-1) Schalttransistoren (Tk) mit
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