DE2420157B2

DE2420157B2 - Schaltungsanordnung fuer einen in abhaengigkeit von befehlsimpulsen in zwei betriebsbereichen gesteuerten schrittmotor

Info

Publication number: DE2420157B2
Application number: DE19742420157
Authority: DE
Inventors: Norito Hino Tokio; Usami Hiroshi; Kobari Katsuo; Yokohama Kanagawa; Ishida Hiroshi Tokio; Fujioka Yoshiki Hino Tokio; Yoshitake (Japan)
Original assignee: Fujitsu Ltd., Kawasaki, Kanagawa: Fujitsu Fanuc Ltd., Tokio; (Japan)
Priority date: 1973-04-26
Filing date: 1974-04-25
Publication date: 1976-09-02
Also published as: SE385530B; DE2420157A1; US3890554A; SU552913A3; GB1437579A; IT1011781B; FR2227678A1; FR2227678B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen in Abhängigkeit von Befehlsimpulsen in zwei Betriebsbereichen gesteuerten Schrittmotor mittels zweier von Errcgersignalgcneratoren erzeugten Reihen von in ihrer Wellenform unterschiedlichen, mehrphasigen Erregersignalen mit jeweils von der Frequenz der Befehlsimpulse abhängigen Phasenunterschieden, wobei die ersten Erregersignale rechteckförmig sind und dem einen Betriebsbereich und die zweiten Erregersignale dem anderen Btriebsbereich zugeordnet sind und über Sieuerungseinrichtungen jeweils die Wicklungen des Schrittmotors aussteuern. Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DT-OS 20 47 029 bekannt.

Diese Offen! egungsschrift beschreibt eine Antriebsvorrichtung für Magnetbandaufzeichnungsgeräte, bei der eine Bandantriebsrolle von einem Schrittmotor angetrieben wird. Es sind zwei Signalgeneratoren vorgesehen, welche die Antriebssignalc für den Schrittmotor erzeugen. Über einen von Hand zu betätigenden Schalter ist bei Aufnahmestellung ein Rcchteckwellengenerator und bei WiedergabestclUing ein Sinuswellengenerator an den Schrittmotor anschaltbar, wobei es sich jedoch nicht um reine Sinuswcllcn sondern um gestufte Sinuswellen handelt. Somit wird das Magnetband bei Aufnahmebetrieb den Rechteckwellen entsprechend schrittweise vorwärtsbewegt, während es bei Wiedergabebetrieb den gestuften Sinuswcllcn entsprechend transportiert wird, und damit zwar weicher als im Aufnahmebetrieb, jedoch immer noch diskontinuierlich. Würde man diese bekannte Antriebsvorrichtung für eine beispielsweise zur Oberflächenbearbeitung eingesetzte Wcrkzeugmaschine verwenden, würde sich der durch die Stufen in den Sinuswellen bedingte diskontinuierliche Vorschub bei der üblicherweise langsamen Bearbeitungsgeschwindigkeit nachteilig bemerkbar machen. Bei hohen Vorschubgcschwindigkcitcn, die beispielsweise erforderlich sind, um ein Bearbeitungswerkzeug von einem Ursprungspunkt zu einem bestimmten Bcarbcitungseinsatzpunki zu bringen oder um nicht zu bearbeitende Bereiche des Werkstückes rasch überspringen zu können, wäre infolge des besseren Drchmomentcs die Rechteckwellensteuerung zu verwenden. Bei hohen Motorgeschwindigkeiten wird aber das Anlricbsmoment des Motors selbst bei Impulssteuerung unzureichend, da die Induktivitäten der Erregerspulen die Anstiegszeit des Erregerstromes verschlechtern.

Gemäß einem eigenen älteren Vorschlag (DT-OS 23 56 855) wird als Errcgersignal für die Steuerung des Schrittmotors eine gestufte Trapezform verwendet. Der Schrittmotorantrieb wird dadurch zwar crheblich weicher als mit reiner Rechleckimpulssteucrung, bei niedrigen Vorschubgeschwindigkeiten, wie sie bei der Oberflächenbearbeitung von Werkstücken erforderlich werden kann, können sich die auf den Stufen des gestuften Trapezsignals bcruhcnden Diskontinuitäten jedoch nachteilig auswirken. Bei hoher Motorgeschwindigkeit kann das Antriebsmoment bei einer Steuerung mit trapezförmigen Erregersignalcn unzureichend werden.

Aufgabe der Erfindung ist es. ein Antriebssystem für einen Schrittmotor verfügbar zu machen, das bei niedrigen Geschwindigkeiten eine weiche, kontinuierliche Bewegung erlaubt, bei hohen Geschwindigkeiten einen durch die Induktivität der Erregerspulen bewirkten Drchmomcntvcrlust kompensiert und dem Schrittmotor sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Geschwindigkeiten gute Antriebseigenschaften verleiht.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung

Ii- eingangs genannten Art nach der Erfindung dajurch gelöst, daß die zweiten Erregersignale eine trapezförmige Wellenform Oesitzen, daß die beiden Betriebsbereiche von der Frequenz der Befehlsimpulse abhängige Drehzahlbereiche sind, daß die trapezförmigen Erregersignale den Schrittmotor bei niedriger Drehzahl bis zu einem vorgegebenen Wert der Eefehlsimpulsfrequenz und die rechteckförmigen Erregersignale dal Schrittmotor bei höherer Drehzahl ab dem vorgegebenen Wert der Befehlsimpulsfrequenz aussteuern und daß ein Drehzahidetektor zur Feststellung der Fiequenz der Befehlsimpulse und eine Abtastschaltung zur Feststellung des Betriebsbereiches und zur Auswahl der an die Steuereinrichtung zu liefernden ersten oder zweiten Enegersignale vorgesehen sind.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsinordnung wird ein Antriebssystem für einen Schrittmotor geschaffen, das bei niedrigen Motorgcscliwindigkeiten. wie sie beispielsweise bei der Oberflächenbearbeitung durch eine Werkzeugmaschine erforderlich sind, einen weichen kontinuierlichen Vorschub ermöglicht und bei schneller Motordrehung ein kräftiges Drehmoment sicherstellt. Da die Auswahl, ob ein weicher Vorschub mittels trapezförmigen Erregcrsignalcn oder ein Vorschub mit großem Drehmoment mittels Rechteckerregersignalen durchgeführt wird, von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung anhand ;',er Befehlsimpulsfrequenz selbsttätig vorgenommen wird, wird automatisch die jeweils günstige Vorschubart selbsttätig gewählt.

Eine Ausgestaltung der urfmdu.igsgemäßcn Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Eriegersignalgeneratoren vorgesehen sind, von denen einer die rechteckigen Erregersignaie und der andere ein dreieckförmiges Spannungssignal erzeugt, das je angelegtem Befehlsimpuls abwechselnd ansteigt und abfällt, daß pro Erregersignalphase ein Zeitsteuerungs-Signalgenerator vorgesehen ist, der an einen dieser Phase entsprechenden Ausgang des die rechteckigen Erregersignale erzeugenden Erregersignalgenerators angeschlossen ist und Zeitsteuerungssignale, die mit den Befehlsimpulsen synchronisiert sind imd die während der den Anstiegsund Abfallzeiten der der jeweiligen Phase zugeordneten rechteckigen Erregersignaie entsprechenden Befchlsimpulsperiode erzeugbar sind, auf Torschaltungen gibt, deren Freigeben und Sperren von den Zeits*euerungssignalen gesteuert ist und die während des Auftretens des Zeitsteuerungssignals einen Teil des dreieckförmigen Signals und ansonsten einen Teil des rechteckigen Signals passieren lassen, und daß die Ausgänge der Torschaltungen auf einen Addierer geführt sind, an dessen Ausgang das der jeweiligen Phase entsprechende trapezförmige Signal verfügbar ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung für einen Schrittmotor gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2A und 2B eine Serie von Signalwellenformen an verschiedenen Punkten im Prinzipschallbild von Fig. 1,

F i g. 3 ein Prinzipschaltbild des Funktionsgenera-F i g. 4 A und 4B eine Serie von Sign al wellenformen an verschiedenen Punkten des Prinzipschaltbildes von F i g. 3,

F i g. 5A ein Prinzipschaltbild der Dreiphasen-Detektorschaltung von F i g. 3,

F i g. 5B eine Funktionstabelle der Dreiphasen-Zweiphasen-Detektorschaltung von F i g. 5A,

F i g. 6A ein Prinzipschaltbild des Dreieck-Erregersignalgcnerators von F i g. 3,

F i g. öB eine Serie von Signalwellenformen an verschiedenen Punkten im Prinzipschaltbid von F i g. 6A,

F i g. 7A ein Prinzipschaltbild der Zeitsteuerschaltung von F i g. 3,

F i g. 7B eine Serie von Signalwellenformen an verschiedenen Punkten des Prinzipschaltbildes von Fig.7A,

F i g. 8A ein Prinzipschaltbild des Drehzahldetekvors von F i g. 3,

Fig. SB eine Serie von Signalwellenformen an verschiedenen Punkten im Prinzipschaltbild von F i g. SA und

F i g. 9A und 9B graphische Darstellung des Zusammenhanss zwischen Zeit und Drehwinkcl des Schrittmotors, wenn der Motor einerseits mittels mehrphasiger rechteckiger Erregersignale und anderer mittels mehrphasiger trapezförmiger Erregersignale betrieben wird.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Erregerspule eines Schrittmotors bezeichnet. Obwohl in dieser Figur nur eine Erregerspule gezeigt ist, versteht sich von selbst, daß ein Fünfphasen-Schrittmotor tatsächlich mit fünf Erregerspulen versehen ist. Mit 2 ist ein Transistor bezeichnet, der als Schaltelement zum Anlegen einer hohen Spannung dient. 3 bezeichnet einen Transistor, der als Steuerelement verwendet wird und 4 einen Widerstand zur Erfassung eines Stromes in der Erregerspule 1. Die Transistoren 2 und 3, die Erregerspulc 1 und der Widerstand 4 sind zwischen einem Hochspannungsanschluß V₁₁ und Masse in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung der Erregerspule 1, des Transistors 3 und des Widerstands 4 ist über eine Diode 5 und einen Schutzwiderstand 7 mit einem Niedrigspannungsanschluß V₁ verbunden. Zur Vernichtung einer elektronischen Gegenkraft, die in der Erregerspule 1 erzeugt wird, ist der masseseitige Anschluß der Erregerspule 1 mit einer Diode 6 verbunden, die ihrerseits am Hochspannungsanschluß V_n liegt. Mit 8 ist ein als Fünfphascn-Ringzähler ausgeführter Rcchteck-Erregersignalgenerator und mit 9 ein Wellenform- oder Funktionsgenerator bezeichnet, der Ausgänge T_x und T₂ besitzt. Die Schaltungsanordnung enthält ferner einen Flip-Flop-Schaltkreis 1.0, Verstärker 11 und 12, einen Addierer 13, einen variablen Widerstand 14, einen Inverter 15, ein ODER-Glied 16 und einen Drehzahldetektor 17.

Im folgenden wird die Funktion des Prinzipschaltbildes von Fig. 1 unter Bezug auf die in den Fi g. 2A und 2B dargestellten Wcllcnformen erläutert. Wenn die Befehlsimpulse /' dem Rechteck-Errcgersignalgenerator 8 zugeführt weiden, liefert dieser ein Erregersignal an den Funktionsgenerator 9, damit bestimmte Spulen erregt werden, Die Wirkungsweise des Funktionsgenerators 9 wird spater erläutert. Die Befehlsimpulse /' werden außerdem dem Drehzahideiektor 17 zugeführt. Der Drchzahldetcktor 17 stellt die Frequenz der angelegten Befehlsimpulse fest und gibt eine Information an den Funktionsgenerator 9 ab, die angibt, ob die Frequenz größer oder kleiner

als cine vorbestimmte Bezugsfrequenz ist. Wenn die Frequenz kleiner ist als die bestimmte Bezugsfrequenz erzeugt der Funktionsgenerator eine Spannung mit einer trapezförmigen Wellenform am Ausgang 7'.,, wie bei (c) von F i g. 2A gezeigt, und einen Null-Ausgang V₁. wie bei (/>) von F i g. 2A gezeigl. Hierdurch wird der Flip-Flop-Schaltkrcis 10 zurückgestellt und der Transistor 2 in den gesperrten Zustand versetzt. Der Transistor 3 wird durch das Ausgangssignal des Verstärkers 12 in einen leitenden Zustand gebracht. Der Strom in der Erregerspule 1 wird daher vor dem Kreis bestimmt, der sich aus dem Niedrigspannungsanschluß V₁, dem Widerstand 7. der DiodeS, der Erregerspule 1. dem Widerstand 4 und Masse zusammensetzt. Dieser Strom in der Erregerspule wird vom Widerstand 4 erfaßt und der erfaßte Wert mit entgegengesetzter Polarität dem Addierer 13 zugeführt. Der Addierer 13 vergleicht das Signal vom Ausgang T., mit der trapezförmigen Wellenform mit dem Stromsignal vom Widerstand 4. Die Differenz zwischen diesen beiden Signalen wird dem Basisanschluß des Transistors 3 über den Verstärker 12 zugeführt und steuert die Leitfähigkeit des Transistors 3 Daher erhält der Spulenstrom in der Erregerspule 1 die trapezförmige Wellenform, die bei ((/) in F i g. 2A gezeigt ist.

Wenn die Frequenz der Befehlsimpulse P. die bei (rt) in Fig. 2B gezeigt sind, hoch wird und dem Schrittmotor eine hohe Drehgeschwindigkeit mitgeteilt wird, erscheinen die Ausgänge der rechteckigen Wellenform, gezeigt bei (b) und (c) in Fig. 2B. an den Ausgängen T₁ und 7"., des Funktionsgenerator 9. Der Ausgang des Flip-Flöp-Schaltkreises 10 wird daher gesetzt, und das Ausgangssignal des Verstärkers schaltet den Transistor 2 ein. Der TranMMui 3 «ird von dem eine rechteckige Wellenform aufweisenden Ausgangssiiznal des Verstärkers 12 ebenfalls eingeschaltet. Der Strom in der Erregerspule 1 wird daher vom Hochspannunganschluß V₁₁ über den Transistor 2. die Erregerspule 1. den Transistor 3 und den Widerstand 4 geliefert. Die Wellenform dieses Spulenstromes besitzt sehr steile Ans'.iegsflanken. wie bei (d) in F i g. 2B gezeigt.

Der Strom in der Erregerspule 1 wird mittels des Widerstandes 4 erfaßt und der erfaßte Wert negativ zum Addierer 13 und außerdem zum Rückstellanschluß des Flip-Flcp-Schaltkreises 10 zurückgeführt. Wenn der Strom, der infolge der Anlegung der Hochspannung sehr steile Anstiegsbereiche besitzt, einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird der Flip-Flop-Schaltkreis 10 zurückgestellt, «) daß sein Ausgang Null wird und der Transistor 2 in den gesperrten Zustand versetzt wird. Der Strom in der Erregerspule 1 fließt dann über die Erregerspule 1, die Diode 6, den Hochspannungsanschluß V_n, den Niedriespannungsanschluß V_L, den Widerstand 7 und die Diode 5; dieser Strom klingt ab, worauf der Strom in der Erregerspule 1 vom Niedrigspannungsanschluß V_L über den Widerstand 7, die Diode 5, die Erregerspule 1. den Transistor 3 und den Widerstand 4 geliefert wird. Der Spitzenwert des Spulenstromes wird durch Änderung des Wertes des variablen Widerstands 14 justiert, der beim Rückstellanschluß des Flip-Flop-Schaltkreises 10 eingefügt ist.

Die obige Erläuterung bezieht sich nur auf eine Phase des Schrittmotors, und es versteht sich, daß der n-Phasen-Schrittmotor π Erregerspulen besitzt und daß die Spulenströme in den einzelnen Erregerspulen Phaseniintcrschicde von \<n einer Periode bcsii/en. Beim Betrieb mit niedrigen Drehzahlen werden die SpulenMrömc, die eine trapezförmige Wellenform aufweisen, wie bei (</) von F i g. 2A gezeigt, den Erregerspulen zugeführt, so daß sich der Schrittmotor mit kontinuierlichen und weichen, stoßfreien Bewegungen dreht. Bei der Zweiphasen-Dreiphasen-Wechselenegung werden die Erregerspulen beispielsweise in folgender Reihenfolge erregt: Phase A.

Phase B: Phase/1, Phase/?, Phase C; Phase B, Phase C Phase D: .... In diesem Fall werden die Magnetfelder der Phasen, die neu erregt oder entregt werden, in Übereinstimmung mit der trapezförmigen Wellenform allmählich vergrößert oder verkleineri; dadurch kann eine weiche, stoßfreie Drehung des Schrittmotors erzielt werden.

Während des Betriebes bei hoher Drehzahl wird während der Anstiegszeit jedes Stromimpulses eine hohe Spannung zugeführt und die bei (d) in Fi c. 2B gezeigten Spulenströme werden den Erregerspulen zugelührt. Der Schrittmotor erzielt daher ausreichend hohe Startmomente und kann hohen Frequenzen der Befehlsimpulse in geeigneter Weise folgen.

F i g. 3 zeigt ein Prinzipschaltbild des Funktionsgenerators 9 von F i g. 1. In F i g. 3 ist der Rechtcek-Erregcrsignalgenerator 8 ein Schaltkreis, der die Erregerphasen in Übereinstimmung mit den eingehenden Befehlsimpulsen P steuert. Der Rechtcck-Erretiersig.ialgeneraior erzeugt rcchlcckförmigc Errcgersignale, die die zu erregenden Phasen auswählen. Die den Phasen Λ. B. C. D und /: zugeordneten Ausgänge 9 sind für die Abgabe von rcchtcckförmigen Erregersignalen ESa. ESb. ESc, ESd und ESc vorgesehen. Wie bei (b) bis (/) in den Fig. 4A und IB

a5 gezeigt, besitzen diese rechteckförmigen Erreger-Signale ESa. ESb. ESc. ESd und ESe Phasenumerschiedc. die zwei Perioden der Befehlsimpulse entsprechen. Die Fig. 4A und 4B stellen Wellcnfornen in Teilen der Antrie 'sschaltung dar, wenn Befehlsimpulse niedrige!' bzv.. hoher Frequenz dem Schrittmotor zugeführt werden. Aus (a) bis (/) der Fig. 4A und 4B ist klar zu erkennen, daß während der Periode T_x oder J₁ die Erregerspulen der Phasen A. D und £. während der Periode T„ oder /., die Erreizerspulen der Phasen A und E und während der Periode 7\ oder r_a die Erregerspulen der Phasen A, B und E ausgewählt werden. Danach wiederholt sich eine ähnliche Zwciphasen-Dreiphasen-Wechsclerrcgunü jedesmal, wenn ein Befehlsimpuls empfangen wird,

Mit 21 ist eine Dreiphasen-Zweiphasen-Detektorschaltung bezeichnet, das ein Rechteckwellensignal TRD erzeugt, welches bei der Dreiphasen-Erregung den logischen oder Schalt-W'ert »1« und bei der Zweiphasen-Erregung den Schall-Wert *0« annimmt, wie bei (1) in den F i g. 4A und 4B gezeigt. Ein Dreieck-Erregersignaigenerator 22 verstärkt das Rechteckwellensignal TRD der Dreiphasen-Zweiphasen-Detektorschaltung 21 auf eine der Frequenz der Befehlsimpulse proportionale Amplitude und integriert das verstärkte Rechteckwellensignal mittels eines Miller-Integrators, so daß ein dreieckförmiges Spannungssignal TRS erzeugt wird, das bei (m) der F i g. 4A und 4B gezeigt ist. Das Rechteckwellensignal TRD das dreieckförmige Spannungssignal TRS sowie di( rechteckförmigen Erregersignale ESa bis ESe sine genau synchronisiert: die Pulsbreiten der rechteck förmigen Erregersignale ESa bis ESe sind ganze Viel fache (im vorliegenden Fall fünf) der Pulsbreite de;

Recliteckwcllensignals TRD (wobei die Pulsbreile des 7/ί/.»-Signals gleich der Periode des Befehlsimpulses iM). Ein Zoiisteuerungssignalgenerator 23 empfängt einen der rechteckl'örmigen Erregcrsignale FSu bis fc'.SV (im vorliegenden Fall: FSa) und das Rechteckvellensigna! TRD der Dreiphasen-Zweiphasen-Detektorschallung 21 und erzeugt das Zcitsteuerungssiünal IMS, das bei (/?) der F i g. 4Λ und 4B gezeigt ist. Dieses Zeitsteueriumssignal TMS besitzt den Schaltwort »1« nur während der Perioden 7, und 7„ oder f, und ;,.. was einer Periode des Befehlsimpulses im Anstiegs- oder Abfallbereich des rechteckförmigcn lÄrregersignals FSu entspricht; während der anderen Perioden besitzt das Zcitsteucrungssignal 7Λ75 den Schallwert ;>U<>. Dieses Zeitsleucrungssignal ist dem Sperreingangsanschluß eines Sperrgliedcs 24 und einem Eingangsanschluß einer Abtast-Torschaltung 25 zugeführt (vgl. M ill man und Taub: »Pulse. Digital and Switching Waveforms« Seiten 627 bis dft7. verlegt bei McGraw-Hill Book Company). Ein anderer Eingangsanschluß des Sperrglicdes 24 empfängt das rechtcckförmige Erregcrsignal FSa. dessen I ührungsflankc daher während der Periode 7", oder /, unterdrückt wird, so daß am Ausgangsanschluß des Sperrgliedes 24 der Rechteckimpuls GSa auftritt, der bei U') der Fig. 4Λ und 4B gezeigt ist. Die Abtast-Torschaltung 25 öllnet während der Periode 7, oder I_x und 7'., oder /., und gibt die Anstiegsflanke. die der Periode 7, des dreieckformigen Spannungssignals TRS entspricht, und die Abfallflanke, die der Periode 7',. des dreieckformigen Spannungssignals TRS entspricht, ab. Der Addierer 26. der als Analogaddierer ausgeführt ist. addiert die Ausgänge des Sperrgliedes 24 und der Abtast-Torschaltung 25 und gibt das trapezförmige Signal TRVa ab. das bei (/;) von F i g. 4A gezeigt ist. Der Zcitsteucrungssignalgenerator 23. das Sperrglied 24. die Abtasttorschaitung 25 und der Addierer 26 sind für die anderen Phasen B. C. D und E vorgesehen: die Rechteckimpulse GSb bis GSc. die bei (7i) bis (k) in Fig. 4A gezeigt sind, und die trapezförmigen Signale bis TRPc. die bei (η) bis (i) in Fig. 4A gezeigt sind. sind für die anderen Phasen \orgcsehen.

Der Drehzahldctektor 17 stellt fest, ob die Frequenz der Befehlsimpulse P hoch oder niedrig ist und erzeugt den Schaltwert : 0«. wenn die Frequenz der Befehlsimpulse P hoch ist. und den Schaltwert »1«. wenn die Frequenz niedrig ist. Diese Schaltwerte »(K und »1' entsprechen jeweils KS. wie bei (c) in den F i g. 4A und 4B gezeigt ist. Der Ausgang des Drehzahldetektors 17 ist an die Sperreingänge der Sperrglieder 27 und 28 und an den Steuereingang der Abtasttorschaltung 29 angelegt. Mit 30 ist ein Analogaddierer bezeichnet. Wenn das rechteckförmige Erregersignal der Phase A am anderen Eingangsanschluß des Sperrgliedes 27 angelegt wird, erscheint am Ausgang des Sperrgliedes 27 die Rechteckimpulswelle SOa (siehe (w)*in F i g. 4B). wenn die Frequenz der Befehlsimpulse hoch ist, ist die Frequenz der Befehlsimpulse niedrig, erscheint am Ausgang des Sperrgliedes 27 der Wert Null (vgl. (u) in Fig. 4A). Das Sperrglied 28 liefert den Schaltwert »0«. wenn die Frequenz der Befehlsimpulse niedrig ist. und gibt die rechteckförmigen Erregersignale ESa weiter, wenn die Frequenz der Befehlsimpulse hoch ist. Die Abtasttorschaltung 29 erzeugt trapezförmige Signale TRPa. wenn die Frequenz der Befehlsimpulse niedrig ist. und den Schaltwert -.-i" .. wenn die Frequenz der Befehlsimpulse hoch ist. Der Analogaddicrer 30 erzeugt daher die Rcchteckimpulswelle FSa, wenn die Frequenz der Befehlsimpulse hoch ist. und die Trapczinipulswelle TRPa. wenn die Frequenz der Be-

iehlsimpulsc niedrig ist. Die gleiche Erläuterung triiTt auf die anderen Phasen B bis /:' z.u.

Im folgenden werden die Drciphascn-Zweiphasen-Dctektorschaltung 21, der Dreiecksgenerator 22 und der Zcitsteuerungssignalgencrator 23 erläutert.

xo Fig. 5A zeigt die logische Schaltung der Dreiphascn-Zweiphascn-Dctektorschaltung 21 und Fig. 5B ihre Funktionstabclle. Gemäß Fig. 5B sind die rechteckförmigen Errcgersignalc ESa bis ESc des Rechteck-Erregersignalgencrators 8 in Beziehung zu den Befehlsimpulsen gesetzt. Jedesmal wenn der eingehende Befehlsimpuls /' an den Rechteck-Errcgcrsignalgenerator 8 angelegt wird, entscheidet dieser, welche zwei Phasen oder drei Phasen erregt werden sollen und erzeugt in der in Fig. 5B gezeigten Reihenfolgc die Schaltsignalc. die die zu erregenden Phasen auswählen. Die Dreiphascn-Zweiphasen-Detektorschallung. die in Fig. 5A gezeigt ist, erzeugt einen Schaltwort »1« während der Dreiphasen-Erregung und einen Schaltwert >■()'< während der Zweiphascn-Erregung. Der Ausgang dieser Dreiphasen-Zweiphasen-Dcteklorschaltung ist das Rechteckintervall TRD. der bei (1) in den F i g. 4 A und 4 B gezeigt

■ ist. In Fig. 5 A sind mit 31 bis 35 UND-Glieder und mit 36 ein ODER-Glied bezeichnet. Der Ausgang des ODER-Gliedes 36 wird durch logische Funktion wiedergegeben:

ESa ■ ESb ■ ESc ^- ESb ■ ESc ■ ESd - FSc ■ FSd ■ FSc ■■ FSd ■ FSc ■ ESa - ESc ■ FSa ■ FSb. Diese Funktion nimmt nur bei der Dreiphasen-Erregung den Wen ·>1« an.

Fig. ftA zeigt den Drcieck-Errcgungssignalgencraior22~uiid Fig. ί,Β die Wellenform zur Erläuterung der Funktion der Schaltung von F i g. 6A.

Der Dreieck-Erregersignalgenerator 22 besteht aus einem monostabilen Multivibrator 27. einem Integrator 38. der aus einem Widerstand R und einer Kapazität C besteht, einem Verstärker 39. Abtast-Torschaltungcn 42 und 43. einem Analogaddicrer 44 und einem Miller-Integrator 45.

Der Ausgang der Dreiphascn-Zweipha^en-Detektorschaltung 21. das heißt das Rechteckwcllensignal TRD. das bei (b) in Fig. 6B gezeigt ist. isi an den monostabilen Multivibrator 37 angelegt, der da? Rechteckwellensignal 7KD in Impulse MSP mit vorbestimmter Amplitude V und Pulsbreite W umwandelt (vgl. (r) in Fig. 6B): die Impulse MSP werder dem Integrator 38 zugeführt, dessen Zeitkonstantf RC beträchtlich größer als die Pulsbreite der Impulse MSP ist. Der Ausgang des Integrators ist dahei eine Spannung (V ■ W · //2). die nahezu proportiona der Geschwindigkeit / der Befehlsimpulse P ist unc bei (d) in Fig. 6B als die Spannung ITU dargestell ist. Das Ausgangssignal des Integrators 38 wird mit tels des Verstärkers 39 verstärkt; am Ausgang de¹ Verstärkers 39 entsteht die Spannung ITl (vgl. (e) ir F i g. 6B), die über die Abtast-Torschaltung 42 ode den Inverter 40 und die Abtast-Torschaltung 43 ai den Analogaddierer 44 angelegt ist. Da der Steuer eingangsamchluß der Abtast-Torschaltung 42 mi dem Ausgangsanschluß der Dreiphasen-Zweiphasen Detektorschaltung 21 verbunden ist. wird die Abtast Torschaltung 42 während der Dreiphasen-Erregun geöffnet. Da andererseits der Ausgangsanschluß de

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ncl durch lohiende Ci eichim" »egehen, die unabhängig von der' Frequenz f dc,· Bcfchlsimpulso ist:

E ---= A·· V-WfA - knnsnnil V W _ (A - konstant)

Durch -\nderupo ,1^r ν,τ,ι:;,·ι·,,,, , / ι \' ·■ keis¹¹^ kaÄ S h,l^ m^ ste Γ/ "^ Drciocksspannungswe/le UlO auf denselben Wen w die Amplitude des von dem Zeiisteuerunassienalgenerator 23 abgegebenen Zeitsteuersiunal. die in F ig. 3 gezeigt ist. eingestellt werden. Wenn daher die I-requcnz der Befehlsimpulse/' variiert, liefert der AnaloBaddierer26(vel. Fi« η das -cn-iue Trw/ weilen'sional * ^P

F i g. 7Λ zeig, ein detailliertes Sehallbild des Zeitsteucrungssicnaleenerators 23 und F i _c. 7B die Welcnform in einzelnen Teilen der Schahunc «n Fi 7A. Die Schaltung in F i g. 7A zeig, nur die Phase," des Schrittmotors, es ist jedoch klar, daß ähnliche Schaltungen für die anderen Phasen vorgesehen sind Die Schaltung nach der Fig.7A enthält invene 46 und 47. UND-Glieder 48 und 49. ODER-Glieder S"» und 53. Differenzierschaltunuen 50 und ^l und ein Flip-Flop 54. Die Differenzierschaltung! c/eu " einen Impuls DP₁. der bei (c) in Fi- 7B oezei,, sf während der Ansliegszeit des die Phase 5 S cn rechteckförmigen Erregersignals £5«. das bei"??) in Fig.7ß gezeigt ist. Das rechteckförmiee Erregersignal £_Λ der Phase ^ wird außerdem über denglnverier 46 der Differenzierschaltun» 50 zugeführt von der es differenziert wird, so daß ein Impuls DP_x erzeugt wird, der bei (d) in Fic.7B «ezciot ist DH Impulse DP₁ und DP₂ von den AusgänÄDi^- renzierschaltumien 50 und 52 werden den Ein«an«s anschlössen des^ODER-Gliedes 53 zueeführt das den" Impuls DP erzeugt, der be, (/) in Fi_g: 7B gezeSt Zur gleichen Zeit bilden die Inverter 46 und 47. die UND-Glieder 48 und 49 und das ODER-Glied 5"» die Schaltung für eine Exklusiv-ODER-VerknüpfunP ζί" sehen dem rechteckförmigen Erregersignal E&^t die Phasen und dem Rechteckweltensisnal TRD ESr die Dreiphasen-Erregung. Das Exklusiv-ODER-Signal EXOR, das bei (?) in Fi α 7B eezeiet ist wird am Ausgang des ODER-Gliedes'sIefzeul Der Zn dem ODER-Glied 53 abgegebene Impuls DP is, an den Setzeingangsanschluß des Flip-Flops 54 cele^t an dessen Rückstelle.ngangsanschiuß das Exklusii ODER-S.gnalfZD« anliegt. Daher erscheint das Zeitsteuersignal TMS mit einer Puisbreite gleich einer Periode der Eingangsimpulse mit jeder fünften Perl ode der Eingangsimpulse an dem setzse.tigen A"I gangsanschluß des Flip-Flops 54.

F i g. SA zeigt em detailliertes Schaltbild des Dreh_iahldetektors 17 von F ig. 3 und F ig. SB Wellen- ^^sP«-i<.hcu. Ladung wird über ilen T ran^tor/; augenblicklich abgeführt, so daß die Säge/almwelk '5 S7 W am Ausgang des Komparator 60 erschein!. Die Spannungsquelle K, ist variabel: ihr Wert wird al? Spannung Er eingestellt, die einer zu ändernden Drehzahl entspricht. Der Komparator 60 vergleich; die ^A^angsspannung des Inteuraiors 63 mit der Be/ius-

(vi^n ;„ _F i^ sm Bezugsspannung/w .-u

bis ,Irr ^e'rw'i i-

Red ^k dlenM Ϊ » τ^,ΐ' r ^U"^g , t ^ ^'P¹'¹^"-Deiektorschaltung erzeugt w.rd. ^u.^{hcr iicn ln}«rter55 an den Einua.m der Düicren-S7''^,^ ^ f^{Ckt an di}° Differenzierschaltung sdr.im, > -r Ausgangss.gnalc der Differenz.erf' ' ," ^?\ ^ ^dCI" «^ER-GUcci 58 b !1 Γ" Ausgangampuls LW erzeug,

hi puls -V)/ I , ⁸\- ^g'^Zeigt '^' °°^{Γ Au}^^an^ f *"] ^VcrZÜScrungsgl.ed 59 an und

^v," ^Zci .^vc;-^z«Scrung besitzt. Der Au-ang _fl%^ ' ^L"-fp^cril;f S'^"" 59 im mn dem Sei/cinganü D V^u" ^PS· ""⁰^"^{1 U}ND-Glied62 verbumlen. ^ ^gangS'^{mpuls LPD des} ODER-Gliedes 58 ,st

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Impulssi Jn 1 ϊ^^Ρ"ν ° ^{1Cdng 1SU crschcinc}" \^mpulssi-^{nal Λ}'^{σ des} Verzögerungsglied 59 und

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beim Schrittmotor ist in F i g. 9Λ (ti) bis (<■) für den lall, daß der Strom jeder Spule von dem rechtecklörmigcn Frregersignal gesteuert wird, und in Fig. ¹Mi (a) bis (c") für den Fall gezeigt, daß der StriMii in jetler Spule von dem mehrphasigen trapezförmigen Fi regersignal gesteuert wird.

.Her Zusammenhang /wischen Drehwinke! und Zeit ist in den F i g. 9Λ und 9B bei (ei) für den Fall einer Frequenz der Befehlsimpulse von 20 Impulsen Sekunde, bei (h) mim 40 Impulsen Sekunde, bei (<) von iu Sl) Impulsen Sekunde, bei (ti) von IfM) Impulsen Sekunde und hei (c) von 200 Impulsen Sekunde dargestellt.

Wie aus den Fig. 9Λ und 9R klar hervorgeht, wird der Schrittmotor im Falle niedriger Frequenz ile! Befehlsimpulse ruhiger und gleichmäßiger b/.w. weniger stufenförmig betrieben, wenn die Spulenströme det Frregerspulen \ο·λ den mehrphasigen trapc/lürmigen Frregersiunalen iicmcim^! werden. was bei (ti) bis (V) in F i g. 9B ge/eigi lsi. \.. rgliclieii ^ mit dem Fall, bei dem die SpuienMriimc mmi den reehiecklönnigen lirregersignalen siesieiien weiden, was bei (<·;) bis (c) in F i g. ^{K\ uezeiül ist.

Intoliie lies weichen. stoBI'reien und kontinuier-

liehen Antriebs des Schrittmotors kann eine Oberfläche, die mittels einer numerisch gesteuerten F.iulliearbeitungsmaschine. welche einen Schrittmotor als Servomotor verwendet, bearbeitet wird, erheblich verbessert werden. Geräusche, die auf der Resonanz zwischen den Antriebst'requenzcn des Sehritt motors und der Fndbearheiningsmaschinc beruhen, können verringert werden. Darüber hinaus ergibt sich aus den Fig. 9.1 und 9/f. daß trapezförmige Fnegersignale für den .Antrieb des Schrittmotors mit niedriger Drehzahl und reehlcckfönnige F.rregersignale für ilen Antrieb des Schrittmotors mit holier Drehzahl geeignet sind, da die Anstiegszeit des Spulenstromes bei Verwendung von rechteckiörmigen Frregersigir:!. η kurz ist.

Wie oben im einzelnen dargelegt, kann mine's de; vorliegenden F.rlindung die Schrittbetätigung des Schrittmotors bei niedrigen Drehzahlen kontinuierlich durchgeführt werden; das unzureichende Drehmoment infoige der Induktivität der Frregerspulen bei hohen Drehzahlen kann vollständig kompensiert weiden: die F.riindiing ermöglicht daher ausge/eiehncu-Antriebseigeiisehafien des Schrittmotors sowohl bei ::k\!:!Lvn als auch bei hohen Drehzahlen.

Hierzu S Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für einen in Abhängigkeit von Befehlsimpulsen in zwei Betriebsbereichen gesteuerten Schrittmotor mittels zweier von Erregersignalgeneratoren erzeugten Reihen von in ihrer Wellenform unterschiedlichen, mehrphasigen Erregersignalen mit jeweils von der Frequenz der Befehlsimpulse abhängigen Phasenunterschieden, wobei die ersten Erregersignale rechteckförmig sind und dem einen Betriebsbereich und die zweiten Erregersignale dem anderen Betriebsbereich zugeordnet sind und über Steuerungseinrichtungen jeweils die Wicklungen des Schrittmotors aussteuern, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Erregersignale eine trapezförmige Wellenform besitzen, daß die beiden Betriebsbereiche von der Frequenz der Befehlsimpulse abhängige Drehzahlbereiche sind, daß die trapezförmigen Erregersignalc den Schrittmotor bei niedriger Drehzahl bis zu einem vorgegebenen Wert der Befehlsinipulsfrequenz und die rechteckförmigen Erregersignale den Schrittmotor bei höherer Drehzahl ab dem vorgegebenen Wert der Befehlsimpulsfrequenz aussteuern und daß ein Drehzahldetektor (17) zur Feststellung der Frequenz der Befehlsimpulse und eine Abtastschaltung (Sperrglieder 27, 28, Abtasttorschaltung 29, Analogaddierer 30) zur Feststellung des Betriebsbereiches und zur Auswahl der an die Steuereinrichtung (2. 3, 10 bis 13) zu liefernden ersten oder zweiten Erregersignale vorgesehen sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Erregersignalgeneratoren vorgesehen sind, von denen einer (8) die rechteckförmigen Erregersignale (ESa-ESe) und der andere (22) ein dreieckförmiges Spannungssignal (TRS) erzeugt, das je angelegtem Befehlsimpuls abwechselnd ansteigt und abfällt, daß pro Erregersignalphase ein Zeitsteuerungs-Signalgenerator (23) vorgesehen ist, der an einen dieser Phase entsprechenden Ausgang (z. B. A) des die rechteckigen Erregersignalc erzeugenden Erregersignalgenerators (8) angeschlossen ist und Zeitsteuerungssignale (TMS), die mit den Befehlsimpulsen (P) synchronisiert sind und die während der den Anstiegs- und Abfallzciten der der jeweiligen Phase (z. B. A) zugeordneten rechteckigen Erregersignalc entsprechenden Befehlsimpulsperiode erzeugbar sind, auf Torschaltungen (Sperrglied 24 und Abtasttorschaltung 25) gibt, deren Freigeben und Sperren von den Zeitsteuerungssignalen (TMS) gesteuert ist und die während des Auftretens des Zeitsteucrungssignals einen Teil des dreicckförmigen Spannungssignals (TRS) und ansonsten einen Teil des rechteckigen Signals (z. B. ESo) passieren lassen, und daß die Ausgänge der Torschaltungcn (Sperrglied 24 und Abtasttorschaltung 25) auf einen Addierer (26) geführt sind, an dessen Ausgang das der jeweiligen Phase entsprechende trapezförmige Signal (z. B. TRPa) verfügbar ist.