DE2257671C3 - Verfahren zum Ansteuern eines Schrittmotors mittels eines frequenzvariablen Oszillators und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

c = Basis des Zählsystems,

π = höchste vorkommende Potenz von c,

verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dau zwischen den Ausgängen rnkd¹ des Vor-Rückwärtszählers (2) und der Stufung der wi Leitwerte (G_k) die Beziehung

GomitGo=konst

besteht.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Oszillatorfrequenz fb und der zum Hochlaufen oder

40

4^r>

Bremsen benötigten Impulszahl 6 die Beziehung

-L=i:+ γα b

besteht, wobei 7"und 7'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 mitte'iä einer speziellen Ansteuerschaltung erzielt. Dabe^: 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 /?-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 Schritimotor wird ein frequenzvariabler Oszillator, dessen Frequenz spannungsabhängig ist, durch die Kondensatorspannung eines /?-C-Gliedes eingestellt. Die Hochlaufcharakteristik des Oszillator-Schrittmotor-Systems wird durch die physikalischen Besonderheiten des tf-C-Gliedes maßgebend bestimmt und entspricht etwa der Funktion

das Abbremsen verläuft demgegenüber nach der

Funktion

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 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 regeln 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 bei der relativ niedrigen Bremsfrequenz ausgeführt

Diese Tatsache führt gerade bei Schrittantrieben, welche mit großem Aufwand auf eine hohe Grenzfrequenz gezüchtet werden, zu großen Positionierzeitverlusten.

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. 4ί

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 ΐι> auszunutzen und den Positioniervorgang mit dem letzten Schritt des Bremsvorganges toleranzfrei und reproduzierbar abzuschließen. Geringfügige Änderungen der Schrittfrequenz beziehungsweise des Momentes, die nie auszuschließen sind, bedingen bei dieser >5 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 Horhlaufen exakt spiegelbildlich verlaufenden Frequenzgradienten durchg -!.!··..·> wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der b5 Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 die Anordnung mit dualcodierter Schaltung,

.T)

-to F i g. 2 die Frequenz — Impulszahl — Charakteristik.

Verfahrensgemäß wird zunächst von einem frequenzvariablen Oszillator 1 eine Rechteckimpulsfolge fb erzeugt Diese wird einerseits über ein an sich bekanntes Steuergerät 3 auf die gewünschte Schrittanzahl a begrenzt und dem Schrittmotor 4 zugeführt Andererseits wird fb dem Takteingang Teines bis

^m_k ■ c^k = b mit (m_t = 0; 1; ... c-l)

λ = 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<^al2 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 "12 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. 1st b>^a/2, so entfällt die Stillsetzung des Vor-RückwärtEzählers 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;...; n) abgegeben und über Schalttransistoren Ti 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 Fig. 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 G*. = 2* ■ G₀ (Ar=O, 1, 2... n) gestuft sind und von (n+1) Schalttransistoren Tk dem Netzwerk 5 zu oder von ihm abgeschaltet werden. Dabei ist die Basis

eines jeden Schalttransistors Tk 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 Gt. 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

10

1
h

T"

+ r,

wobei b die zum Hochlaufen beziehungsweise Bremsen erforderliche Impulszahl darstellt und T" und T fest einstellbare Zeitkonstanten sind. T läßt sich dabei mittels R', C oder R" und T" mittels G₀ und C" einstellen (Fig. 1). Der Vor-Rückwärtszähler 2 ist weiterhin mit drei Eingängen S, V und R versehen, die mit dem Steuergerät verbunden sind. Durch den Eingang 5 (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 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 i als statische Information zuführt. Die Oszillatorfrequenz erhöht sich dadurch nicht mehr, obwohl der Zähler weiterhin arbeitet. In früher beschriebener Weise schaltet der Zähler bei ^a/2 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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

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 dem Sollwertzähler eingegebenen Soliwert 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 Schrittzahl ^a/2 auf Rückwärtsbetrieb umschaltenden Sollwemähler synchronisierten Vor-Rückvärtszähler die von einem Programm für das Hochlaufen vorgeschriebene Impulszahl b gezählt wird, daß die Oszillatorfrequenz entsprechend des Zählerstandes des Vor-Rückwärtszählers verstellt und sofern i>Ä^a/2 ist, ab ^a/2 mit dem Sollwertzähler und dem Vor-Rückwärtszähler rückwärts gezählt wird oder wenn b<"/2 ist, bei Erreichen von b der 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 Weitigkeiten 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 mtc" ihrerseits wieder mil der Basis von (n+1) · (c-1) Schalttransistoren (Tk) mit