DE2421219A1 - Verfahren zur steuerung eines schrittmotors - Google Patents

Description

XBM Deutschland Gs±vH Pascalstr. 100 70OO Stuttgart 8O

Amtliches Aktenzeichen: Heuanmeldung Aktenzeichen eier Anmelder im GE 973 013 Verfahren zur Steuerung ein«« Schrittmotor»

üie Erfindung betrifft ein Verfahre» zur Steuerung eines Schritt» s&o tor a, bei dem nach la Betriebseigen des Motors durch einen MotorfortschaltiropulB von der Motoratellung abhängige Rückeeldeiapuls* zur Motorsteuerung verwendet werden sowie «ine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Elektrische Schrittiaotoren haben ein weites Anwendung*feld über» all dort, wo bestirnte, genau bemessene Wege unterschiedlicher Größe zurückzulegen sind. So werden Schrittmotoren beispieleweise in Datenverarbeitungsanlagen sun Vorschub von Formularen in Drückern verwendet, weiterhin sum Antrieb von Transporteinrichtungen von Schreib- oder Leseköpfen in Speichergeraten so-* wie in Steuerunysanlagen als Stelleotoren. Ein« charakteristische Eigenart dieser Schrittmotor«* 1st es, da* sie durch Fortechaltimpulae steuerbar sind und daß sie eine beliebige Anzahl von Schrittbewegungen bei jede« zug«föhrten Fortechaltimpuls ausführen können. Schrittmotoren sind ähnlich den Synchronmotoren Mit ausgeprägten Polen aufgebaut und legen bei jedem svgeführten Fortschaltimpule eine Drehung zurück, die einer Polteilung entspricht.

Zur Steuerung der Schrittmotoren sind zwei grundsätzliche Ver~

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fahren bekannt, Bei da» einen Verfahre» handelt es «ich darts*, das de» Motor die Fortschaltin;pulse »it konstanter Frequenz zugeführt werden, unabhängig von der erreichten Motorgeschwindigkeit oder den anliegenden Lastverhältnissen. Qn sicherzugehen, daft jeder einzelne Motorfortschaltispuls in tatsächliche Drehung de* Motors act eine Polstelltmg uxagesetzt wird, »uß hierbei insbesondere bei» Anfahren des Motor* die Frequenz niedrig sein, denn sonst wurden einzelne Fortechaltisipulse nicht in Schrittbewsgaagen umgesetzt werden. Dasait 1st aber die erreichbare Geschwindigkeit des Schrittmotors niedrig end dieser nicht zur Vervendung alt hohen Geschwindigkeiten geeignet. Eine derartige Steuerungsart ist beispielsweise in der deutschen Auslegeechrift 1 223 039 beschrieben.

Zn dieser bekannten deutschen Auslegeachrift ist weiterhin das grundsätzlich andere Verfahren beschrieben, bei de» auf der Welle des Motors eine Kodierscheibe angeordnet ist, die entsprechend der Drehung des Motors bei jede» einzelnen Fortschalt- !»pals «ad der dasiit verbundenen Drehung um eine Pol teilung einen BückKcldeiepule abgibt. Dieser Ruckneldeiiepuls wird bei dieser bekannten Anordnung dazu benutzt, on die Fortschaltimpulae aus einem Impulsspeicher auszulesen und auf die Antriebsschaltung und die nächstfolgende Motorwicklung zu geben. Ss wird also bei dieser aus der DAS 1 223 039 bekannten Anordnung der EfickiBeideixfmlsbetrieb verwendet, bei de» direkt aus jeden Mlckttsldeimpuls ein neuer Hotorf or tschaltiispuls generiert wird. Diese Art der Steuerung eines Schrittmotors beinhaltet den wesentlichen Vorteil, daß die Motor for tschaltivpulse dann auf den Motor gegeben werden können, *mnn der Motor aufgraad seiner erreichten Pclradstellung einen neuen Fortschaltistpuls in eine weiter« Schrittbewegung umsetzen kann. Dadurch werden verschieden« Lastverhtltnisse berücksichtigt und der Motor beschleunigt sich SOKit selbst* Dadurch 1st gegenüber de» offenen Betrieb_r bei de» keine BucJcs*ldi%pulse direkt die Motorfortsehaltispulse generieren oder anregen, eine wesentliche Verkürzung in der Anlaufphase erzielt und eine wesentlich höhere Endgeschwincig-

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kett ermöglicht.

Zur Erzielung höherer Endgeschwindigkeiten let es beispielsweise aus der DAS 2 119 352 bekannt, daß »an zur Beschleunigung dee Im ftückmeldebetrleb betriebenen Motors voa einer niedrigen auf eine höhere Geschwindigkeit einmalig zwischen zwei Kotorfortschal tiispulee einen zusätzlichen Impuls ale Motorfortschaltlxpuls einschiebt, so daß der Motor eine höhere Endgeschwindigkeit erreicht. Es ist weiterhin In dieser DAS als bekannt beschrieben, daß verschiedene Endgeschwindigkeiten beim Motor dadurch erreicht werden können, daß der Voreilwinkel stufenweise verändert wird, je nach der erreichten Geschwindigkeit.

Umschaltung der Voreliwinkel stufenweise auf verschiedene Werte sind auf der Kodierscheibe, die auf der Helle des Motors angebracht 1st, in unterschiedlichen Abständen voe Umfang Schlitze angebracht» die Photodetector«» beaufschlagen, entsprechend unterschiedlichen Voreilwinkeln- Unter Voreilwinkel oder Polradwinkel 1st derjenige elektrische Winkel xu verstehen, der zwischen der von außen an die Wicklungen angelegten Veraortjungsspannung und der inneren elektromotorischen Kraft bzw. der induzierten Folradspannung besteht.

Beim Abbremsen des Schrittmotors aus höheren Geschwindigkeitsbereichen heraus 1st es bekannt, daß, wie beispielsweise 1st der DAS 2 119 352 beschrieben, der zusätzliche öeschleunigungsißtpuls während der Verzögerung wieder ausgeblendet wird, d.h., daß ein RückteIdeimpuls nicht zur Erzeugung eines Fortschalt-Impulses für den Motor verwendet wird. Dadurch eilt das Drehfeld des Motors des» außen angelegten Drehfeld vor, so dad hierdurch die Verzögerung erreicht wird* Xn der deutsches Patentanmeldung P 22 49 7S7.O let vorgeschlagen worden, daß zwei Rückmeldeiiäpulse in der Verzögerungsphaaa nicht zur Bildung von Motorfortschaltiföpulsen verwendet werden. Dadurch wird der Motor wesentlich schneller von der Hochgeschwindigkeit auf niedrigere Geschwindigkeiten abgebremst* Üsi ein sicheres Abbremsen in den

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Stillstand »u erzielen, ist dort vorgeschlagen worden, ami bei Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit, die aufgrund der Wiederholungsfrequenz der Rücki&eld«i»pttlse feststellbar ist, ein zusätzlicher Iapuls als Xotorfortsehaltiaipule zugeführt wird, ein sogenannter iialteinpuis, der den Motor auf einer bestirnten niedrigeren Geschwindigkeit hält. Von dieser niedrigen Geschwindigkeitsphase her wird der MoWr dann Kit Brassiapulsen zu» Stillstand abgebremst, u» die genau gewünschte lielbremsung zu erreichen.

Dieses Machfahren lait einer niedrigeren Geschwindigkeit 1st in Fig. 2 in der Kurve 27 und 28 dargestellt und beinhaltet den Machteil, daß, je nach den BelastungsverhSltaiseen des Motors, dieser «tear oder weniger schnell zu» Stillstand koemt. Die notwendige Gesamtzeit, die zu» Erreichen dar gewünschten Position benötigt wird, ist dadurch gegenüber der optimalen vergrößert.

Das Brehaoaent des Schrittmotors ist, wie allgemein bekannt ist, diejenige Größe, die über die Güte dmt Motors Bit ast »eisten aussagt. Dieses Drehmoment ist sehr stark abhangig voa de» Motorstrost und den Polradwinkel Θ. Andere ausgedruckt hängt das Drehmoment von dem Motorstron und dew Polradwinkel © ab. Der Polradwinkel θ ist, wie bereits gesagt, derjenige elektrische Winkel, der zwischen der an den Motorwicklungen angelegten Spannung und der VOJB Motor aufgebauten Polradspannung besteht. Erstrebenswert bei jede» Schrittmotor 1st, daß das Drehmoment in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit oder anders assgedrückt, von der Schrittsehaltfrequena f_fi »ögliehst konstant und iwser «täglichst groß ist. Bekannterwelse niraat das Drehsoeent jedoch »it steigender Frequenz aufgrund des Stro*ab£alles ab und weiterhin ist das Brehnosent wesentlich von der Größe des Pelradwinkels abhängig. Bei starrer Vorgabe des Poiradwinkels, wie dies bei des Qbliehen KOckneldebetrieb der Fall 1st, - dort ist der Polradwinkel mechaaisch fest durch die Voreilung der Rückraeläeinpulse gegenüber den Motorfortschaltimpulsen festgelegt oder durch Einschleßung eines BeschleunigungeImpulses um 90° zusätzlich verstellbar,

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wie in Fig. 3 durch die Kurve 29 dargestellt - ist das Drehmoment seist sehr weit von seinesa optimalen "rfart entfernt. Auch eine Anpassung des Polradwinkels in einzelnen Stufen bringt nicht die notwendige Optimierung de« Polradwi&kels in Abhängigkeit von jeder einzelnen erreichten Geschwindigkeit.

Oa* der Erfindung zugrundeliegend© Problem besteht darin, d< Schrittiaotor unter verschiedenen LastverhÄltniseen in kürzest Rötlicher 2eit genau ext dem Ort zu bringen, su dee «um ihn haben will, d.h. in den Motor eine genaue Anzahl von Sehritte» in kürzest möglicher Seit durchführen zu lassen·

Die Erfindung geht voa der Erkenntnis au«» daft jeder Schritte»·» tor bei einer bestimmten Geschwindigkeit ein Drehmoment besitzt, des» zwei Polradwinkelwert« entsprechen. Ist dieses bei einer bestlBs&ten Geschwindigkeit vorhandene Drehmoaent das oaxixiale Drehsotaent, dann entspricht diesem maximalen Drehmoment nur ein Viert für dem Polradwinkel. Von den beiden Polradwinkelwerten, die bei einem bestisanten Drehmoment und einer bestimmten Geschwindigkeit auftreten, ist jedoch nur ein Wert for den Polradwinkel derjenige, der den stabilen Bereich des Motors entspricht, d.h. de» Bereich, bei de« der Motor nicht aufier Tritt fällt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einen Verfahren zur Steuerung eines Schrittmotors, bei dem auch in Betriebsetzen des Motors durch einen Start-Motorfortschaltiepula von der Motorstellung abhangig· Rückiaeldiopulse zur Motorsteuerung verwendet werden, den Motor unter sicherer Ausschliefiung von Störungen wie überschwingen, Aaslassen oder Verlieren eines Schrittes, nachschwingen iia stand sowohl bei VollastvernSltnissen als auch bei TeillastverhXltnissen sicher im die gewünschte Sielstellung zu bringen, wobei dies in kürzest'möglicher Seit erfolge» soll. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, den Motor entsprechend unterschiedlicher Geschwindigkeit jeweils mit den optimalen Wert für den Polradwinkel und alt den größtmöglichen Drehmoment zu fahren.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgessäd dadurch gelöst, daß die Hotorfortschaltiapulee von vorhergehenden ROckreideimpulsen ausgelöst nach Ablauf eiaer bestimmten versögerungezeit abgegeben werden, wobei diese Verzögerungezeit de» Polradwinkelwert entspricht, welcher der jeweils erreichtes Geschwindigkeit, Schrittanzahl sowie de» optimalea Drehwoeent zugeordnet ist.

Entsprechend dea erflndungsgemlBen Verfahren wird in vorteilhafter Weise der Motor xait derjenigen Verzögerungszeit gefahren, die dem jeweils entsprechenden optimalen Polradwinkelwert, als Sollwert entspricht. Der tatsächliche Polradwinkelwert kann in geringen Grenzen dabei variieren, wird aber durch diese Art der Motorsteuerung wieder in Richtung auf den Sollwert zurückgeführt. Soalt kann die gewünschte Schrittzahl, die zurückgelegt werden soll, ia wesentliche» la der kfirzests&gllchen Zeit erreicht werden, die entsprechend den vorliegenden Lastverhältniazen jedoch jeweils in gewissen grenzen-variieren kann. Sichergstellt 1st auf jeden Fall, daft der Motor mit de» optimalen Orehzoostent, das aus Sicherheitsgründen nicht, dem Maximalen zu entsprechen braucht, bei der jeweilig erreichten Geschwindigkeit gefahren wird. Dies gilt sowohl für den Besehleunlgungsbereich als auch für den Verzögerungsbereich.

Oestfi einer vorteilhaften Weiterbildvmg des erfindujagsg«R&ßen Verfahrens wird der (n+i)~te Motorfortschaltisspuls von de» n-ten

ausgelöst und nach Ablauf der dem zugeordneten

Folradwinkelwert, additiv ergänzt ue das Zeitäquivaleut der i~fachen Schrittdauer, entsprechenden Verzögerungszeit abgegeben, wobei i ganzzahlig und gröeer oder gleich t und η eine fortlaufende ganze Zahl ist. Geste dieser Weiterbildung des erfladung»- gsttlfien Verfahrens wird der HotorfortschaltiBpuls nicht vom direkt vorhergehenden Röcke«löei*tpul», sondern von de« vorletzten oder drittletzten Ruckaaeldeiiapuls ausgelöst, jeweils wiederum unter Beachtung des dea zugeordneten Polradwinkelwert entsprechenden VerzÖgerungszeitwert. Ss hat sich in der Praxis bei dieser Überlappten Art des Verfahrene für die Erzeugung der

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Motorfortsch&ltimpulse herausgestellt, daß «In Uberlappungsgrad von i * 2, die bei verschiedenen Lastverhältnissen auftretenden Seschwindlgkeitsvariationen in raltlv engen Grenzen bleiben läßt. Ansich ist die Abweichung der Geschwindigkeit voa der zutreffenden normalen Soll-Geschwindigkeit w» »o kleiner, je gröUer der liberlappangsyrad 1st. Möglich und in der Praxis vorteilhaft ist bei der Durchführung eines bestimmten Bewegungsablaufes oes Motor« sowohl alt als auch ohne Überlappung den Motor su fahren, wobei sich dabei der Uberlappungegrad auch andern kann.

einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die einseinen Verzögerungszeiten von Rückmeldeimpulsen aus eines* Speicher abgerufen und aus diesem Speicher sind weiterhin Informationen für besondere Bewegungsablauf ebereiche, wie Start, Stop und übergänge zu» Hinzufügen und/oder Unterdrücken des Wirksainwerdene von Rückweldeiitpuleen und/oder Motorfortechaltiapulsen abrufbar.

2weck3iiäÖigerweiee wird geicäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltuag des erfindungsgeataßen Verfahrens der Motor »ittele der bestimmten Verxugerungsxeiten entlang einer als Sollkurve vorgegebenen Geechvindigkeits-ört-Kurve gefahren, die aus «ins« Be~ achleunigunssast, einem Verzögerungaast und gegebenenfalls eisen Konstantgeschwindigkeitsbereich zusanse&gesetzt ist, wobei fur jeden Punkt dieser Kurventelle die zugehörige Verzögerung«zeit verwendet wird.

Die Kurve, nach der ein und derselbe Motor beschleunigt und verzögert wird, ist für jeden Bewegungsabiauf bei unterschiedlicher Schrittanzahl iraaer konstant« Je nach der erreichten oder aus anderen Gründen zulässigen Höchstgeschwindigkeit, kann ein Bereich konstanter Geschwindigkeit mit konstantem Verzögerungezeitwert, d.h. umgerechnet aus dem konstanten Polradwinkelwert, an den Beschleunigungsbereich angeschlossen werden oder Oberhaupt inmer dort, wo es erwünscht ist, und bei Erreichen der notwendigen Schrittzahl wird im Verzögerungsbereich auf die optimale Kurve

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»it den dazugehörigen optimalen Polradwinkelwerten durch Verwendung der entsprechenden zugehörigen Verzögerung«Zeitwerte dann üer Motor bis au» Stillstand bei de& gewünschten Ort verzögert. In vorteilhafter Weise kann demnach der Motor ixaster in derselben Weise hochgefahren und verzögert werden, je nachdem, wie lang dar zurückzulegende W«g bzw. wie groß die Schritt&Rzahl ist, eventuell auch unter Einschließung eines Bereiches konstanter Geschwindigkeit. Der Motor wird dabei immer an der optimalen Sollkurve gefahren, unabhängig davon, ob Vollast oder Teillast vorliegt. Dies kann in einzelnen Fällen χα gewiesen Zeitverluste» führen, hat jedoch den überwiegenden Vorteil, daä das anvisierte 2iel irater «reaau erreicht wird und bei VollastverhSltnlssen iaister «ine genaue Zielbremsung in der dabei erreichbaren kürzestm&glichen Zeit «ichergestellt ist.

Eine weitere vorteilhafte Aasgestaltung des erfindungsyeaSßen Verfahrens sieht vor, daß beisi Zurücklegen einer bestimmten, von Fall zu Fall unterschiedlichen, aus einer bestimmten Anzahl von Motorfortschalti&pulsen bestehenden Wegstrecke, die jeweilige Geschwindigkeits-örtkurve aus einer passendes Anzahl von Beschleunigung*- und Verzögerungsschritten sowie gegebenenfalls Ronetantgeachwifiüiykeitsschritten, alt den jeweils zugehörigen Verzögerungszeltwerten zusammengesetzt wird.

Zur Durchführung des 1» Vorstehenden genannten erfindungsgeciäßen Verfahrens bzw. dessen Modifikationen 1st nachstehend gekennzeichnete Anordnung besonders geeignet. Diese Anordnung enthält einen Bewegungedatenspeicher, in de» die verschiedenen Verzögerun^szeltwerte für jeden einzelnen Schritt, optimiert auf die jeweilige Geschwindigkeit, Schrittanzahi und optieales Drehmoment des Motors, die den verschiedenen Polradwinkelwerten bzw« diesen Polradwinkelwerten additiv er<?Snzt uss das ZeitSqulvalent der i-fachen Schrittdauer, entsprechen, abgespeichert sind, daß eine Adreßlogik- und Phaseneteuerschaltung vorgesehen ist, welcher der Sprungbefehl für die LÄnge des zurückzulegenden Weges, d.h. die Schrittanzahlf und die RücJuBeldeiropulee zugeführt werden

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und die aufgrund des Sprungbefehls und der zugeführten Äückmeiaeiisjpulse fortlaufend den Bewegungsdatenapeicher adressiert und die notwenigen, zugehörigen VersögerungsZeitwerte «us dem Speicher ausliest, in zumindest «inen Xeitsähler innerhalb der Phaeensteuerschaltung einstellt und nach Ablauf jedes eingestellten Zählers- eines Motorfortechaltimpuls abgibt« Dabei können la der Adreßlogik- und Phasensteuersehaltung vorteilhafterweise Abwärts- oder Hullzähler verwendet werden.

einer weiteren vorteilhaften Ausgeetaltungsfor» dieser Anordnung sind is* Beweguiigsdatenspeieher neben den VerzÖgexungszeltwerten Informationen für besondere Bewegungsablauf»bereiche wie Start, Stop und übergänge zwischen den einzelnen Gesehviadigkeitsbereichen zu» Hinzufügen und/oder unterdrücken des Wirksascverdens von Rück&eldei»pulsen und/oder Motorfortschaltiapuleen abgespeichert, die von der Adreßlo^lJc- und Phasen»teuerecbaltung entsprechend deia Sprungbefehl und den zugeführten Rückaeldeiatpulsen abrufbar sind.

Es ist allgemein bekannt, daß bei Schrittschaltmotoren »it wachsender Frequenz der Schaltschritte, d.h. mit höherer Geschwindigkeit der Strom und daseit das Hotordrehsoatent stark abniaait. Aus diesem Grunde ist überlicherweise die Wicklung und der ohKtsche Wideretand des Motors so ausgelegt, daß in höheren Geschwindigkeitsbereichen das verlangte Drehmoaent noch abgegeben wird. Dia» bedeutet jedoch, da» ist niedrigeren Geschwindigkeitsbereich der Stro» wesentlich ansteigt und zu erheblichen Verlusten führt. Vm bei einem Schrittschaltmotor «in möglichst Ober aSaitliche Geschwindigkeitsbereich· gleichförmiges Drehaoeent und einen möglichst gleichen Strom zu haben« ist la Rahmen der Erfindung eine Strcwbegrenzerechaltung vorgesehen, die insbesondere im Susawmenhang mit dem vorstehend genanntes Verfahren bzw. der Anordnung vorteilhaft verwendet werden kann. Di« Verwendung dieser Stroabebegrenzerachaltung ist jedoch nicht auf den Einsatz bei Schrittmotoren, die geiaSß deaa erfinduagsgestäSen Verfahren betrieben werden, beschränkt. Diese Schaltung ist dadurch gekenn-

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zeichnet, daß der eine» Paar von Motorwicklungen zugeführte Stro», unabhängig von dem Schaltzustand der Hicklungsschalter in Abhängigkeit roa seiner Größe in den Wicklungen in gepulster Weise »it bestlaatter Frequenz zu~ und abgeschaltet wird und daß parallel zu dem Schalter eine Diode derart angeordnet ist, dad aus den Wicklangen Strom zur Spannungsouelle zurückfließen kann, Qenäfi einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann »an die Stromwerte, auf die begrenzt wird, entsprechend den vorkosreenden Betriebs zuständen des Motors unterschiedlich einstellen.

Um eine weitere Möglichkeit der Anpassung der Stro&werte an die Geschwindigkeit des Motors zu erreichen, kann nach einer weiteren vorteilhaften Schaltungsanordnung, deren Verwendung im Rahssen der Erfindung besonders vorteilhaft ist, jede Wicklung des Motors aus zwei Teiiwicklungen bestehen, die geschwindigkeitsabhängig einzeln, seriell oder parallel schaltbar sind.

Heitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgesäften Verfahrens bzw. der lsi Zusammenhang mit dleseta Verfahren verwendbaren Schaltungsanordnungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen*

Die Arbeitswelse des erfindungsgemaSen Verfahrens sowie die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens und weitere lsi Rahmen der Erfindung vorteilhaft verwendbare Ausgestaltungen sind iai nachfolgenden anhand der in d«n Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele naher erläutert.

Die Figuren zeigen dabei Iu einzelnesι

Fig. 1 das Blockschaltbild der erfindungsgestaSen Anordnung zur Durchführung des Verfahrens;

Fig. 2 schematisiert zwei verschiedene Kurven, die

die Motorgeachwindigkelt in Abhängigkeit von der Zeit bei nach verschiedenen Steuerungsver-

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fahren betriebenen Motoren zeigen;

Fig. 3 schem&tlach die Abhängigkeit des Polradwinkels θ

von der Schrittschaltfrequenat f„, einaal nach einest bekannten Verfahren und zum andern die ideale Kurve des Polradwinkels θ über der Schrittschaltfrequöna;

Fig. 4 Kurven dee Polradwinkels 6 über der Schritt**

schaltfrequenx f_o/ eiiunal für Werte in Beschletanigungsbereich and zum anderen für Ifer te im Verzögerungebereieh{

Fig. 5 Gesehvindigkeitskurveji über der Schrittaaiahl

für den Beschlevinigungsbereich und den Verzögervsngsbereicii, an denen der Motor entlanggefahren wird sowie zusammengesetzte Kurven, die die üeachwindigkeitaabh&n^igkcit des Motors bei Drucklegung bestlKimter Schrittanzahlen darstellt]:

Ficj. SA, B + C ' die Zusammenhänge «wischen den Motorfortschalt-»

iiapuleen und den RÜckreldeiiapulsen bei unterschiedlichen Uberlappungsgerauien;

Fig. 7 das Impulsschesia und den Zuseuaötenhang »wischen

RückmeldciKpulsen und Motorfortschaltiwpulsen bei Kurücklegung einer Strecke von 12 Schritten}

Fig» 8 den Zusaasanenha&g zwischen den

s@n und den Motorfortschaltimpulsen bei« übergang von Verxögerxuig auf konstant· Geschwindigkeit;

Flg. 9 den Motor mit seinen Wicklungen und den Schalttransistoren sowie Koetirtutierungedioden in etwas

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-AZ-auaführlicherer Darstellung «Is in Fig. 1;

Fig« 10 schesiatisch den JSueauaaenhang zwischen den Mo

tor fortschal timpulsen, den Ansteueriispulsen für die Motorschalter sowie die einzelnen Motorspannungen j

Fig, 11 das Kocaettttierungs verhalten des Motor»;

Fig. 12 den Motoretron I bzw. das Drehmoment M in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit oder der Sehrittcchaltfrequenz des Motors?

Fig* 13a + 13B eine Hälfte dee Motors mit der StroEätegrenzungs-

steuerung sowie den einzelnen, dabei iß d&n Wicklung«teilen auftretenden Strösten, und

Fig. 14 eine abgliche Schaltung für die Umschaltung

der Teilwicklungen einer Motorwicklung zur Verbeeserun? des StroKverhaltens des Motors bei verschiedenen Göschvindigkeiten.

Xn Fig. 1 ist als Blockschaltbild eine Anordnung dargestellt, in der das erfindungegemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Fig. 1 zeigt einen Motor 1 alt vier Wicklungen, die paarweise zu je «wei Wicklungen xuSA&s&engefaat sind. Diese Wicklungspaare können bifilar gewickelt sein und weisen eine Mittelanzapfung auf. Je ein fiicklungspaar wird von einer. Treibnetzwerk K und das andere ttickltmgspaax von «ineia Treibnetiwerk B angesteuert. Der Motor 1 enthfilt eine Welle 2, auf der eilte Kodierscheibe 3 fest atontiert ist, die sich alt der Motorwelle 2 dreht und Impulse abgibt, die Aussagen iSbtac die jeweilige Lage des Motorrotors abgeben. Die von der Kodierscheibe 3 abnehmbaren lapalee werden auf der Leitung 4 eineta RUckiseldeiapulaforeer S zugeführt, der an seine» Ausgang € Rückiueldeijßpalse TD abgibt.

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Diese Rückte ldeinipulse TD werden einer Adreßlogik- und Phasen-3tauerschalttmtj 7 augeführt, der auf einer anderen Eingangeleitung 8 ein Sprungbefehl zugeführt wird, der angibt» wieviel Schritte der Schrittschaltmotor 1 zurücklegen soll. Die Adreßlogik- und Phaseiißteuerschaltung 7 «dressiert auf einer Ausgangsleitung S> äinen Bewegungsdatenspeicher 11 und dieser gibt die ausgelesenen Daten über eine Ausgangsleitung 10 sur Adreßlogik- und Phasenateuerschaltung 7 xurück. Xr Bewegungsdatenspeicher H sind diejenigen Zeltwerte abgespeichert, dl« den verschiedenen Polradwinkelwerten bei den verschiedenen Geschwindigkeiten des Motors entsprechen. Pie bei entsprechender Adressierung ausgelesenen Seitwerte werden über die Leitung 10 in Abwärtszähler oder Nullxähler in der Adreßlogik- und Phasensteuarschaltung eingestellt« and zwar geschieht dieses Einstellen in die entsprechenden Zähler aufgrund der Auslösung durch einen aüduoeldelmpuis tf> auf der Leitung €_# der von der Kodiersc&eibe 3 abgegenosaaen ist. Wenn der Zahler dann jeweils seinen NullzShlerstand erreicht hat, wird ein Hotorfortschaltiwpuls MA abgegeben, aus dem Phasensteuersignale Phase a und Phase b gewonnen werden* Die Adreeiogik- und Phasensteuerschaltung 7 hat weiterhin die Aufgabe, die Motorfortschaltiapulse KA zyklisch in die Steuersignalimpulse Phase a und Phase to umzuwandeln und in der richtigen Reihenfolge abzugeben, so daß der Motor 1 rundläuft.

Zur Ansteuerschaltung für die Wicklungen des Motors 1 gehört ein getakteter Stroabegrenaer 12A für das «in« Wicklungspaar und 12B für das ander· Wicklungepaar sowie eine Stroaibegrenzungssteuerung A und B, die «it 13A bzw. 13B bezeichnet sind. Von diesen Strosibegrenzungesteuerungen A und 1 werden Ober die Leitungen 14A und 14B Steuersignal* zu den getakteten Stroerbegrenaern A und B abgegeben* Den Strombegrensungssteuertragen A und B werden auf der Leitung 15 und der Leitung 1€ Signal« zugeführt, dieo»it Lauf bzw. Bereitschaft bezeichnet werden können und angeben, daß bei Lauf der Wert, auf de« der Stroe in der Wicklung des Motors zu begrenzen ist, größer ist als bei Bereitschaft, der dann niedriger ist, weil der Motor in diese»

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Zustand steht und nur bereit let* bei S trainer hßhung uad Beaufschlagung atit Steuersi^nalea bzw. MotorfortschaltiRpulsen sich wieder la Bewegung zu setzen. Die Signale auf den Leitung«» 15 und 16 geben al*o unterschiedliche maximale Stroaarerte an, auf den die Strombegrenzung steuerung den Stron la den einzelnen Motorvickluagen begrenzt.

Jeder einzelnen Wicklung des Schrittachaltiftotors 1 ist eine Treiberschaltung augeordnet, die für den Teil A edt 17A und 18A und für den ¹TeIl B »it 17B uad 18B bezeichnet »lud. Der Treiberschaltung 17A wird da» Steuersignal Phase a direkt zugeführt und der Treiberschaltung 13A wird d»e, Steuersignal Phase a ober oioen Inverter 19A zugeführt. Entsprechend wird der Treiberschaltung 17B das Pbasenslgnal Phase b direkt uad der Treiberschaltung 17ü das Phasenaigaal b über einen Inverter 19B zugeführt. Dadurch sind die ansteuerslgnale zu dea Treiberschaltengen & bxw. B jeweils um elektrisch 18G° versetzt.

Von den Treiberschaltungen λ und Ä, 17A bxw. 18A, führt eine Leitung 2OA. zur Strceibegrenxuagssteuerung 13a. Auf dieser Leitung 2OA wird der Strootbegrenzungssteueruag A ein Signal über die Höhe des in de» Hlcklungsteil A fließenden Strofaes zugeführt. Entsprechend ist die Treiberschaltung B und B mit den Einzeltreibern 17& und ISB über eine Leitung 2OB »it der Stroiqbegrenzungssteuerting B, die Mit 13B bezeichnet ist, verbunden. Der Stroiobegrenzungssteuerung B werden über die leitung 2OB die aktuellen Strcewerte in den Treiberschaltungen B, B bzw. den ihnen zugeordneten Wicklungen zugeführt.

Der Stroüflufi über die Micklangen wird durch die Phasensignale Phase a und Phase b und deren Inversionen bestioant und nlnmt seinen Weg von der sit U bezeichneten Gleichspannungsquelle über die Leitung 22« den oder die getakteten Strombegrenzer A bzw. B₁ die Mit 12A und 12B bezeichnet sind, deren Ausgangsleitunges 23A bzw. 23B, dl« einzelnen Wicklungen, Bit deren Ausgangs leitungen 24A und 25A bzw. 248 und 25B zu den Treiberschaltungen 17A und 18A

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bzw. 17B und 18B und von diesen Treiberschaltungen jeweils sub anderen Pol, der an den Treiberschaltungen »it dem Erdsysabol gekennzeichnet ist, der Versorgungsspannungsquelle. Je nachdem, wel che von den vier Treiberschaltungen gerade durchgeschaltet sind« fließt eier Strora von der Versorguogsspannungsguelle Ober die zugeordnete Wicklung zu dem anderen Pol der Versorgungsspannungequelle U.

getakteten Stroesbcgreiiaerschaltungen A und B sorgen das der Strosa, der in den Wickluntjen fließt, auf einen bestimmten Wert begrenzt wird. Die Taktung erfolgt aus Gründe» der Verkleidung zu hoher Verluste ixt den Schaltelementen der Strombegrenzerschaltuagen und ist prinzipiell von der Frequenz der MotorschaltiKpulae und den daraus gewonnenen Phasensignalen a und b unabhängig.

In Fig. 2 sind zwei prinzipielle Kurven dargestellt, nach denen Schrittschaltetotoren beispielsweise betrieben werden können. Es ist über der Zeit t die Geschwindigkeit V des Motors aufgetragen. Mit der ausgezogenen Kurve 26 ist die ßit de» erfindungageaiäßen Verfahren erreichbare, prlnzlell erreichbare* Geechwiadigkeitazeitkurve dee Schrittschaltmotors dargestellt. Mit der gestrichelten Kurve 27 ist eine Geschwindigkeitszeltkurve dargestellt, die beispielsweise mit dem in der deutschen Patentanmeldung P 22 49 757 vorgeschlagenen Methode erreichbar ist. Bei diese» vorgeschlagenen Verfahren wird der Schrittschaltmotor Im sogenannten RÜckißftläeimptXs betrieben, d.h., daß die Hotorf ortschaltimpulse direkt aus uen Kückineläeiiapulsen gewonnen und abgeleitet werden» Dabei ist im Besenleunigungsaat der Kurve jedoch vorgesehen, daft zur Erreichung eines Hochgeechwindigfceitebereichs ein weiterer Ifiepuls unabhängig von den RückteIdiepuleen als Motorfortschalti&puls dem Motor zugeführt wird, so das sich dieser weiterhin beschleunigt. Im Verzögerungsast, der mit 27 bezeichnet ist, werden zwei von der Motorwelle konaroende Rückiseldelinpulse auegeblendet und nicht zur Erzeugung von MotorfortschaltiJ&pulsen verwendet. Dadurch eilt das Drehfeld dee Motors dem von aufien

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Angelegten Feld wesentlich vor, so dafi eich der Motor «ehr •terk abbreast* Xa der Praxis würde die« bis sits Stillstand durchgeführt, jedoch se etwa« ungenauen 2ielbreKsungen fuhren, d*h. sum kann die anvisierte Position sieht lanter «it sehr gro~ Aer Sicherheit erreichen. Aus diese» Grunde ist in diese» Verfahren vorgeschlagen, daß der Motor dadurch Xm eine« Hiedriggescbwindigkeitsbereich abgefangen wird, das ein zusätzlicher äotorfortschaltiapuls bei einer bestimmten Geschwindigkeit de» Motor zugeführt wird, so das er in seiner Verzögerung abgefangen wird und dann aufgrund des erreichten Hiedriggeschwindigkeitsbereiches von diese» aus exakt η» gewünschten Stillstand gebracht werden kann* Diese Phase des Hleöxiggeechwindigkeitsberelcbes ist in Flg. 2 felt 2β bezeichnet. In Vergleich der beiden Kurven 27 und 26 ergibt sich, dafi bei dee in der Patentanmeldung vorgeschlagenen Verfahren ein gewisser Verlust durch das Erfordernis des Nachfahren* eines Kiedrlggeschvindigkeitsberei~ ches gegeben ist.

Das Drwnt eines Schrittechaltaotor» ist sowohl vost Strost des Motor β als auch wesentlich ve« 9olradwinkel θ abhängig. Der Polradwinkel 9 ist der Winkel «wischen dem von auflen angelegten Feld «nd de« in Motor erzeugten Gegenfeld der sogenannten PoI-radspannving. Bei dem bekannten Rüclcmeldebetrieb ist der Polradwinkel d«rch die Binstell«ng der Kodierscheibe gegenüber de« Motor fest vorgegeben» Öles 1st in Fig. 3 beispielsweise durch die Ktsrve 29 dargestellt, die 1» niedrigeren Geschwindigkeitsbereich, d.h. bei einer Sehrlttschaitfroqvenx f_£ von etwa O bis 1750 ein Wert von 5 · IM von diese« relativ niedrigen Seschwindigkeitsbe relch in einen höheren Gesehwindlgkeitsbereich ca kossMin, 1st es bekannt, beispieleweiee durch die bereits genannte deutsche Auslegeschrift 2 t 19 352, star Erreichung eines höheren Oescbwiitdifkeitsbereiehes einen sus&txliehen Motorfortschaltiapele, der nicht von den iUlekseldeiepelsen abgeleitet 1st, de» Motor »oxufuhren» Dadurch wird der Polradwinkel, der bisher vorlag, ua vergrößert, was durch den Sprung in der Kurve 29 auf den wert 95° bei einer Schrlttschaltfrequens von etwa 17SO Schritten pro

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dargestellt ist. öer Polradwinkel bleibt danach wieder» konstant. Aufgrund dieser starren Einstellung des Polradwinkels ist d«s Drehiaoraent seist weit von seine» optlNalen Wert entfernt. Die in Fig* 3 mit 30 bezeichnete Kurve «ibt die Werte für den Polradwinkel θ an, der bis xu einer bestimmten Sehrittaehaltfreguens kontinuierlich <gr$8er wird und sich dann seine« optiulen Wert von etwa 90° bei sehr hohen Geschwindigkeiten allMlhlich nähert, öas erflndungsgeaiäee Verfahren orientiert sich an diesen -verschiedenen PoIr adwinkeiwer ten, wovon jeder bei einer anderen Schrittschaltfrequens bsw. Geschwindigkeit des Motors anders ist, und führt de» Hoter« ausgelöst deren die Seitgabe der Silckaeldel»pulse TD, die Motorfortschal tistpulse nach einer gewissen Versögerungszeit xu, wobei diese Verzögerung»zeiten aas den den verschiedenen Geschwindigkeitswerten «umordneten Polradwinkelwerten errechnet sind·

In Fig. 4 sind i» oberen Teil» der den Bereich der ttotorbeschleunigung beschreibt, «wei Karren 31 und 32 aufgetragen, die die Polradwinkelwerte Ober der Schrittschaltfrequens f_g darstellen. Dabei ist gestrichelt »it der Kurve 31 der maximale Kart fir θ dargestellt, der den »axisal erreichbaren Drwh»newnt entspricht« Die Kurve dar water, dl« »it 32 besaichnet ist, gibt die opti»alen tier te fttr den Polradwinkel O wieder. Diese opti»ale Kurve liegt niedriger ml» der s*xi»al· Hart für 9 «ad ist for die Praxis deshalb so gewählt, weil bei lineteilung auf den jeweils aaxi»alen Polradwinkelwert bei unterschiedlichen !.astverhaltnissen a» Meter der Fall auftreten köaate, 4a· der Motor auser Tritt fallt. 0» dieses s« vermeiden, ist der Folradwiakelwert beispielsweise u» einen Prosentsats von 10 oder 20 % unterhalb des Maximalen gewählt, ua »it Sioherhait ein AuSertrittfallen bei verschiedenen Lastverhiltnissen des Motors aussusehalten.

Eatsprechend gelten die gleichen Überlegungen für den in Flg. 4 is unteren Teil dargestellte« Bereich der Versdferung, dort handelt es sieh dan» u» negative Werte for den Winkel ·, wo-

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bei hier die optimale Kurve alt 34 b·χ«lehnet ist and oberhalb dar Kurve β> » die alt 33 bezeichnet let, liegt.

Ks soll hler in diese» lang darauf hingewiesen werden, dafi es bei einer bestirnten Geschwindigkeit für ein bestimmtes Motordrehncsjsnt, das nicht das oaxiiaal erreichbare ist, zwei Werte fOr den Pelradwinkel θ gibt. Bei »axiealem DrehwoMent gibt es bei einer bestlnstten Geschwindigkeit nur eine» Wert für den FoI-radwinkel, der in Flg. 4 «it W_- bezeichnet ist. Von am» zwei einen bestirnten BrehNoaent bei bestimmten örehwcm-eat bei bestimmter Geschwindigkeit zugeordneten Polradwinkelwerten/ ist jedoch nur ein Wert derjenige, bei de» der Betrieb stabil 1st und der Motor nicht auser Tritt fallen kann bei geringfügiger Abweichung vom DrehvoKent, was beispielsweise durch unterschiedliche Lastverhftltnissa hervorgerufen werden kann» Die in der Fig. 4 dargestellten Kurven w _t entsprechen den stabilen Werten für den Polradwlnkel 0.

Der Folradwinkel β ist, wie bereits gesagt, definiert als derjenige winkel, ue den das ve« aeien angelegte elektrische Feld amx 1» Motor erzeugten gegenelektroaotorischen Kraft bzw« der Folradspannung vorauseilt. Dies gilt für den Beechleunigongzbereich. Anders kann »an dies dadurch ausdrücken, das »an den Winkel β so definiert, da« das derjenige elektrische Winkel 1st, um den bei RüekeeHmjgabetrieb der Kotorfortechaltlapuls MA vor de» atchsten darauffolfenden BSck»eldl»p«ls TD liegt. Dies kann beispielsweise der Fig. 4h entnosMen werden, jedoch ist dort anstelle des Winkels · die diese» Winkel entsprechende Seit t ■n§egdh<s. Die U»rechnung von Wlnkeltrerten auf Seitwerte lint sich anhand der nachfolgenden Gleichung durchführen;

Kit Hilfe der In Fig. 4 darfestellten Kurven für β _t lassen ■ich demnach anhand ά·χ vorstehend aufgeführte» Gleichung für

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jede Motorgesehwindigkelt die den Polradwlnkelwerten eatsprechenden Seiten errechnen and festhalten.

Die Erzeugung der Motorfortscbaltiaipulee KA erfolgt unter Suhllfe~ nahae der Rüok&ieidelapuise und gewisse* Verxöeeningsxeiten, die den jeweiligen Polradwlnkelwertan bei bestisstten Geschwindigkeiten, optisäiert auf das optimale Drehmoment, eatsprechen· Die Verzögerttngszeit, um die eier nächste »otorfortschaltiapuls MA bei Auftreten eines RtickBeldeimpulses TD bei einer bestirnten €eschwioöigkeit f_o und bei einem beetlaBten Polr«tdwinkel«ert θ bsw. der enteprechetiden Polrndwinkelseit t^ ergibt, ergibt «ich see der folgenden Gleichung:

H ^m τ- - H ^m T~ "~h>

Diese den verschiedenen Werten für den Polradwinkel θ and bei verschiedenen Geschwindigkeiten zugehörigen VerxOgenutgsxeite» t, sind in des Bewegungsdatenspeictier 11 in Fig. 1 abgespeichert und dienen xer verzögerten Abgabe der Motorfortechaltii>|»«lse HA, ausgelöst durch das Auftreten der Rückmeldeiwpulse TD, die von der !Codierscheibe 3 abgenoffiaen werden,

Bei jede» Sehrittschalteotor und seiner angeschlossenen Last bsv. seiner Verwendungsart ist es bekannt« welche Geschwindigkeit er nach Zurücklegen einer bestirnten Schrittansahl erreicht* Xn Fig. 5 1st der Susaasinenhang zwischen der surückgelegten Schrittansahl and der dabei erreichten Geachwiadigkeit bsw. Sohrittechaltfrequenz f_g in einen Ooppeldiagrasa aufgetragen. Dabei gilt das Diagrane» bei dem die Schrittansahl von links aufsteigend nach rechts gezahlt wird sdt der Kurve 35 fur den Beschleunlgungebereich und die Kurve 36, bei der die Schrittanzahl von rechts nach links ansteigend gezahlt wird für den Verzögerungsbereich. Der Schrittschaltmotor wird entlang dieser Kurven bzw» Teilen von diese» Kurven gefahren* wozu dann jeweils_r wie ins Suanswnghang mit Flg. 4 erläutert wurde, zu jeder Schrittschalt frequenz ein bestimmter Wert für den Polradwinkel Θ bzw«

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eine bestioate Ver zöger ungsjteit t^ gehört. Falls es erforderlich ist, kann die Motorbewegimg sowohl aus einem Beschleunigungsteil, d.h. entlang eines Teiles der Kurve 35 hochgefahren werden, dann entlang eines Bereiches 37 »it konstanter Geschwindigkeit and ohne weitere Beschleunigung oder Verzögerung gefahren werden* um anschließend entlang eines Teiles der Verzögerungskurve 36 zus Stillstand abgebremst zu werden*

Anhand zweier Beispiele für das Zurücklegen unterschiedlich großer Sehrittanzahlen soll dies näher erläutert werden. Gejuäß de» ersten zu erläuternden Beispiel soll der Motor eise Schrittanzahl von 48 Sehritten zurücklegen* die bei Anwendung in einem Drucker zur Fortbewegung dee Papieres eine» Sprung über 4 Zeilenvorschub« entsprechen können. Der Motor wird avw de» Stillstand heraas entlang der Beschleunigungskurve 35 bis atur Geschwindigkeit von 3000 Schritten pro Sekunde entlang des Astes 3S1 beschleunigt. Bis za diese»» Funkt hat er 25 Schritte zurückgelegt. Aufgrund des auf der Leitung 8 zugeführten Sprungbefehls von 46 Schritten weis die Adreßlogik- und Phaaeneteuerschaltung 7, daß zu diese» Zeitpunkt bei Erreichung von einer Schrittschaltfrequenz von 30OO Schritten pro Sekunde bzw. 25 zurückgelegten Schritten in die Verzögerungakurve 36 fibergangen werden »u«, und zwar bei genau derselben Geschwindigkeit. Dies entspricht de« Ast 361, as de» numoehr der Motor »it entsprechender Umschaltung der Verzögerungezeiten bis zu« Stillstand sicher abgebremst wird. Dadurch 116t sich eine genaue lielbres&euny bei Erreichen des 48. Schrittes au» Stillstand erreichen.

Ein zweites Beispiel soll den Fall behandeln, daß eise Schrittanzahl ve» IdO Schritten zurückzulegen ist und dabei eine Konstantgeschwindigkeitsphase eingeschaltet wird. Der Motor wird wiedertn entlang der allgemein gültigen Beschleunigungskurve 35 entlang des Astes 352 bis zu eiser Geschwindigkeit von etwa 4000 Schitten pro Sekunde für 52 Schitte beschleunigt. Es schließt sich daran dann eine Konstantgeschwindigkeitephase 37 für 8O Schritte an und nach Erreichen von nuneehr 132 Schrit-

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ten wird für die restlichen 48 Schritte der Motor entlang der Kurve 362 wieder zua Stillstand abgebremst, wobei diese Kurve 362 wiederum einen Ausschnitt aus der allgemeinen Verzögerung*- kurve 36 darstellt.

Jede Bewegung dea Motors wird aufgrund eine» Sprungbefehls auf der Leitung a (Fig. 1) in Gang gesetzt, wobei der Sprungbefehl angibt, usi wieviel Schritte der Motor fortbewegt werden soll. Der Motor wird, wie aus vorstehenden Beispielen ersichtlich« je nach der Größe der Schrittansahl mehr oder weniger lang entlang dem allgemein gültigen Beschleunigungsaat 35, gegebenenfalls einer Xonstantgeachwlndlgkeitsphase 37, die auf unterschiedlichen Höhen liegen kann und schließlich entlang der allgeaein gültigen Verxögerungskurve 36 wiederum verzögert und zu» Stillstand abgebremst. Ee gelten also für alle Beschleunigungen dieselben Verzögerung*«eiten und ebenso gelten für den Verzögerungsbereich, d.h. die Abbreissphase, ebenfalls iaoeer die gleichen Verzögerungszeiten, unabhängig von der jeweils anliegenden Last. Diese Verzögerungsxeiten entsprechen dera Soll-Polradwinkelwert. Die tat·* sächlichen Werte für den PoiradwinJcel schwanken in Abhängigkeit der jeweiligen Verhältnisse ata Motor um diesen Sollwert. Der Übergang von dem Besehleunigungsast zu» Verzögerungsast erfolgt lower am Punkt gleicher, erreichter Geschwindigkeit, was auch gilt, wenn ein Bereich konstanter Geschwindigkeit «wischen Beschleunigung und Verzögerung eingeschoben 1st.

Verzögerungezeiten, nach denen nach Auftreten eines Rttcklaeldeiwpulees TD der nächste Motorfortschaltiepuls MA nach Ablauf der augeordneten Verzögerungsseit t_d abgegeben wird» kann gemÄß einer vorteilhaften Auegestaltung des erflndungsgeatäSen Verfahrens unterschiedlich gewählt werden. Anhand der Flg. CA» 6B und 6C soll dies näher erläutert werden. ΰ&* als verzögerter ROcJcKeldäbetrieb beseichenbare Verfahre« kann dabei so ausgestaltet sein, daß der nächste MotorfortschaltiÄpul« MA nach einer dem jeweiligen Polradwinkelwert zugeordneten Verzögerungszeit t^j derart abgegeben wird, daß direkt danach der nächste Motorfort-

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schaltlvouls MA generiert wird, wie dies ie Flg. 6A durch die Pfeile 38 und 39 dargestellt ist, Di· KückneldiBpulse TD steuern also jeweils die direkt darauffolgenden MotorfortachaltiJnpulse MA, d.h. es liegt keine Überlappung vor. Dabei 1st also die Verzögerungezeit t^ kleiner oder gleich als eise Schrittzeit t/fg# vas bei positiven Werten für den Polradwinkei Θ gilt.

Gemäß einer weiteren Steuerstethode kann von einest Rueksteldeieipuls TD der jeweils übernächste Motorfortaefaalti»puls lift ausgelöst werden, wie dies ic der rig. 68 durch die Pfeile 40 und 41 angedeutet ist. Bei dieser überlappten Steuerung, wobei die Überlappung einen Schritt beträgt, liegt die Verzögerwngszeit zwischen der der einfachen «nä der zweifachen Schrittachaltfrequens entsprechenden. Zeit und ist in der Figur mit t_d2 bezeichnet. Entsprechend kann nach einer weitere» Ausgestaltung des erfind«n$sgejnaeen Verfahrens eine zweifache Überlappung vorgenoaeaen werden_# d.h. daß amoB jeweils ^In Rückiaeldei»puls TD den dritten jeweils darauffolgenden Motorfortschaltiiapuile MA anregt, wie dies in der Fig» 6C durch die Pfeile 42 und 43 angedeutet ist· £>ie entsprechende Verzögerungezeit t» liegt «wischen dem der zweifachen und der dreifachen jeweils erreichten Schrittschaltfre~ quenz fg entsprechenden Seit.

Für de» Betrieb «it Überlappung sind in dem in Fig. 1 gezeigten Bewegungsdatenspeicher 11 dann die entsprechenden Seiten abgespeichert, die sich aus der den Sollwert des Polradwinkels entsprechenden Verzögerungazeit, die kleiner als 1/f_g ist» und juSdltiv ergänzt «ta den 1-fachen Wert der Schrittdauer t/f_& ergibt. In der AdLreftlogik- and Phasen*teeerschaltung 7 sind zwei oder mehrere separate Seitzähler vorgesehen, im die verschiedenen Verzögerung* zelten t, gleichseitig auf 0 zu zahlen. Bei einfacher Überlappung, wie sie in Flg. (B dargestellt 1st« sind de»geK&e zwei Zeitzähler notwendig und bei zweifacher Überlappung« wie dies in Flg. 6C dargestellt ist, sind deagesüifi drei XeltzShler notwendig.

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Bei einer bestimmte» Schrittsc&altfrequna f_g und bei einem bestiiiuaten dabei vorliegenden Polradwinkelwert Q kann die Verzögerungszeit t, nach folgender Gleichung berechnet werden:

JT * TS (i- Qf

^α .■ ⁴S ^£S *S 90°

wobei i den Grad der Überlappung bezeichnet und i»t keine Überlappung, i««2 einfache Überlappung und i«3 zweifache überlappeng bedeutet·

Der Betrieb des Schrittschaltaotors mit überlappter Erzeugung der Motor for tschaltliapulse MA bringt den Vorteil mit sich, daß die Abweichung der effektiven Geschwindigkeit bei Änderung der am Motor anliegenden Lastverhaltniase uss so geringer ist, je gröfler der ßberlappuatjisgrad i ist. Dies sei an einen Beispiel erläutert. Bei einer beetiwssten Geschwindigkeit bzw· bei eise» bestißMfitea Sdiritt in einer Anzahl surücksulegender Schritte ist deei Motor eine fest zugeordnete Verzögerung zeit t. zugeordnet. Wenn nun beispielsweise durch Verminderöng der Reibung der Motor von einer Geschwindigkeit bzw« Sehrittechaltfrequenz f_ß0 auf eine Geschwindigkeit bzw. Schrittschaltfreguenz van f„-beschleunigt wird ^ unter gleichzeitiger Reduzierung des Polradwinkels von Ö_Q auf Q₁, denn kleineres Drehmoment erfordert einen kleineren Winkel Q, gilt folgende Beziehung:

_t . JL^ /i- ^S) · JL /i- 111 * *S0 90° ^£S1 90°

woraus sich folgende Beziehung zwischen den beiden Geschwindigkeiten bzw. dtetik beiden Schrittachaltfrequenzenen ergibt:

9O°-

Bei einest praktischen Beispiel unter Zugrundelegung ein«« Wertes 6 *e 4O° und einer Reduzierung des Drehciosientes auf SO %

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bei einem dann zugehörigen Poiradwinkelwert Θ* von ungefähr 20° ergibt «ich bei i - 1 eine (feschwindigkeitsabweichung von 40 % und bei einfache» Uberlappungsgrad ait i * 2 eine Abweichung von nur 14 %. Die Geschwindigkeit wird dadurch in vorteilhafter Weise in bestiaaaten definierten Grenzen gesteuert. Dies trifft bei allen vorkowaenäen Geschwindigkeiten zu, so daß die tatsächliche Geschwindigkeit des Motors, d.h. die Abweichung der Schrittschaltfrequenz f in Abhängigkeit von der Schrittanxahl von der vorgegebenen Kurve, vergleiche dazu die Figur 5, nur in bestlBSsten Grenzen abweicht _s mean am Motor unterschiedliche Lastverhältnisse anliegen. Dies führt sw«r zu geringfügigen Änderungen in der Seit, die notwendig ist, ust bei verschiedenen LastvcrhSltnlssen ein und dieselbe Strecke bzw. ein und dieselbe Anzahl von Schritten zurückzulegen, hat aber den wesentlichen Verteil, daß unter allen gegebenen und möglichen Lastverhfiltnissen, für die der Motor jeweils ausgelegt ist, ein sicheres Erreichen des Sieles ohne Auslassen oder Hinsufügung eines Schrittes erreicht wird.

Das bislang beschriebene verfahren, nach den die Motorfortschaltinpulse KA, orientiert an den SÜckaeldeiiapulsen Tu, nach bestimmten Verxögerengsselten t, abgegeben werden, gilt 1» wesentlichen für den Beschleunigung- und Versögerungsfall. Bei Start, Stop und beisi tibergang von Beschleunigung auf Verzögerung oder Beschleunigimg zu konstanter Geschwindigkeit oder von Verzögerung auf konstante Geschwindigkeit gelten davon etwas abweichende Steuerungsnethoden und Verxßgerungsaeiten. Die hierfür notwendigen Informationen, die das Hinzufügen und/oder Unterdrücken des Wirk« samwerdens von RückeieldeiBipuleen TD und/oder Motorfortschaltimpulsen MA betreffen* sind ebenfalls im Bewegungsdatenspeicher 1t enthalten und werden von den Rück»»lde!»pulsen aktiviert. Anhand der Fig. ? und der FIg* 8 sollen diese zusätzlichen Gegebenheiten beißt Betrieb des Schrittschaltmotor* erläutert werden.

Fig. 7 xeigt einen Bereich von 12 zurückzulegenden Schritten. In der oberen Reihe sind dabei die RuckBeldeimpulse I'D 1 bis 12

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dargestellt, iia unteren Teil dl« Motor fortschaltiaipulse MA und zwischen beide» Kurven ist der winkel Θ angegeben, ausgedrückt durch größere und kleinere Pfeile« die mit den Plus- oder Minus-Kelche« versehen aInd. Beim Start wird der erste Hotorfortscheitimpuls HA nach dem Startbefehl dem Motor von der in Fig« I dargestellten MreBlogik- und Phasensteuexschaltong 7 extern, d.h. ohne Orientierung an den Rückmeldeittpulaen ΐί> zugeführt. Der «weite Motcxfortschaitii&puls ΜΛ wird dann direkt von de» ersten auftretenden ftückieeldeiiapuls TD erzeugt, wie dies bei dem bekannten Rücktaeldebetrieb der Fall ist, wo üblicherweise direkt aus den Rücksseldeimpulsen ohne Verzögerung die MotorfortschaltlEipulse MA generiert werden. Ia Beispiel der Flg. 7 wird aus de» ersten Bückjoeldeiiepuls TD neben der direkten Generierung des zweiten Motorfortsehaltimpulses MA auch der dritte Motorfort-' »chaltimpuls generiert, und «war unter Berücksichtigung einer dem Polradwinkelwert entsprechenden Veraögerungsaeit. Der »weite Rückmeldeistpuls TD wird dann zur Erzeugung des vierten und fünften Motorf ortschaltiwpulses MA benutzt, wobei unterschiedliche Zeiten zu beachten sind. Nach der Erzeugung des fünften Motorfortschaltiapulses werden dann die nächsten Motorfortschaltinpulse entsprechend der AusfOhrungsforsi dm· erfindungsgeiaäSen Verfahrens «it einfacher Überlappung erzeugt. D.h. hier iia konkreten Beispiel, daß der dritte Räckuteideiispuls ΐΙ>, detx nach de« vierten Motor fortschaltlsepuls auftritt, den sechsten Hotorf or techaltisipuls erzeugt und der vierte RSckmeldeittpuls TD den siebten Motorfortscheitimpuls MA. Dies entspricht dem In Fig. 6B dargestellten Verfahrensschema.

Wenn der Motor, wie is» Beispiel der Flg. 7 dargestellt, xwölf Schritte zurücklegen soll, καβ nach der Start- und Beschleunigungsphase In die Verzögerung- und Stopphase Übergegangen werden. Dabei let bei übergang in die Verzögerungsphsse der FoI-radwinkel Θ negativ zu wählen.

wie aus der Flg. 7 ersichtlich ist, wird bei der Umsteuerung von positiven auf negative Winkelwerte in de» dargestellten

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der fünfte Rück»eldeiinpule TD nicht aar Erzeugung eines weiteren Motor fortschatltircpulses HA benutzt. Der erste im Ver zoger uxtgsbereich Mit negativem Winkelwert erzeugte Motorfortschaltirapula ΆΑ ist der Achte, der »it Hilfe des sechsten Rückmeldirapuls TD generiert wird. Dta: siebte Rüciuneldeipipuls TD generiert dan» den übernächsten Motorfortschaltisipuls MA, das ist der mit 9 bezeichnete, der acht« Riieks&ldeiRpuls TO erzeugt den Motorforteehaltircpuls IO bzw. den drittletzten. Der nunmehr folgende Rückiseldeixapuls 9 wird nicht zur Erzeugung eines Motorfortschaltiapulses verwendet, vielmehr wird in der einfach überlappten Weise der Motorfortechaltimpuls 10 vom RÜckiseldeiopuls 6, der jtfotorfortschaltirapuls 11 vom Rückmeldeimpuls IO und der letzte Motor for tschaltiiupul*, dex den Motor in die Zielposition bringt, wird voa vorletzten Rück»*ldeimpuls 11 generiert.

Die Fig» 8 zeigt die Besonderheit, das aus der Verzögerungsphase in eine Phase konstanter Geschwindigkeit übergegangen wird. Dies kann dann vorkoeseen, wenn der Motor aus besonderen Gründen auf einer bestimmten konstanten Geschwindigkeit gefahren werden soll, Bs muß dann von negativen Winkelwerten für Θ auf positive Winkelwert* Übergegangen werden, was durch die Verdopplung des letzten Hotorf ortschaltiMpulaee MA in der Vers5gerungsphase erfolgt.

Zm folgenden wird anhand der Fign. 9 und 10 nochmals die Arbeitsweise um* Motors und die dabei auftretenden Größen erläutert. Dies unabhängig davon, wie die Motorfortechalti»pulee MA gewonnen werden und in weichet» seitlichen Abstand sie dem Motor als SteuerlKfHilse zugeführt werden. Die Fig. 9 zeigt einen Schrittschaltmotor Mit vier Nicklungen, von denen zwei Wicklungspaare jeweils zusajMMUtgehören. Da diese beiden Paare zusammen »it den Treiberschaltungen identisch aufgebaut sind« 1st in Fig. 9 nur bei der rechten Ba^-If te des Motors die Verwendung von Bezugszelchea vorgesehen. Von einer Gleichspannungequelle, die «it U bezeichnet wild, wird Stroa über einen Vorwiderstand R den beiden Wicklungen HI und ff2 zugeführt. Zn Reihe alt der Wicklung W1 1st

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ein Schalttransistor T1 und iß Reihe mit der Wicklung W2 ist ein Schalttraneistor T2 geschaltet. Parallel stur Durchlaßriehtung dieser beiden Transistoren T1 und T2 ist jeweils antiparallel eine Rückwärtsdiode D1 bzw. 02 geschaltet. Die aua dan Schaltelementen T1 uad Dl sowie T2 und D2 bestehenden Teile können mit den Treiberschaltungen 17B und 18B in der Fig. 1 verglichen werden» Die Treiberschaltungen beider Motorhälften bilden zusammen »it ihren Wicklungen zwei Gleichst^a-Wechseletroar-Wandlersysteaie, die durch die Phasenschaltsigaale a und b gesteuert werden. Die den Transistoren T1 and T2 sugoführten Fhasenschaltsigaale sind b und b, wie dies aus FiQ. 10 asu entnehmen ist. Entsprechend wird der anderen Motorhälfte ein Paar von Phaeenschaltsign&len a und a entsprechend zugeführt. Xm Hinblick auf jedes Wicklung*·» paar wird in den beides MotorhSlften einmal eine Rechteckspannumj u_Ä und zu» anderen eine Rechteckspannung U_ß erzeugt, die gegeneinander u» 90° elektrisch versetzt sind. Dies zeigt die Flg. to. Zn den beiden unteren Teilen der Fig. 10 sind die diesen Rechteckspanaangen entsprechenden sinueförEigen Grundwellen U* und U' dargestellt.

Jede Kosssatierimgι d.h. der StroEiÜbergang beispielsweise von de» Transistor TI auf den Transistor T2 oder umgekehrt wird durch die Zuführung eines Kotorfortschaltiwpulses HA sum Koawiutierungsnetzwerk «festartet, wie aua der Fig. 10 xu entnehmen ist, wird bei Auftreten des ersten Motorfortschaltimpulaee MA das Phaeenechaltslgnal a gesetzt, beil» Auftreten des zweiten Motorfortschaltitnpulsee das Phaeensignal b, bei Auftreten des dritten Motorfortschaltiiapulses wird das Phaseasignal a gesetzt, wobei dann das koaplenentäre Signal a verschwindet, beim vierten Motor fortechaltimpuls wird dementsprechenci das Phasenechaltsi^nal b gesetzt bei gleichzeitige» Verschwintien den ko»ple»entären Signals b. Bei Auftreten des fünften Motorfortschaltiftpulses fangt der iyklua wieder«» mit de« Setzen das Phasenschaltsi^aals a an. Diese zyklische Erzeugung der Phasenschalteignale a und b wird in der in Fig. 1 dargestellten Adreßlogik- und Phasensteuerschaltung 7 vorgenommen, in der auch die Motorfortschaltimpulse

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- 28 MÄ erzeugt werde», vie dies bereits beschrieben wurde»

Die anitparallel xu den Schalttransistoren T1, ¥2 der Wicklungen WI, W2 «»geordneten Rückwärtsdiode» D1 und 02 dienen zur Verhinderung der Stromspitze, die bei den Koewnutierung* vor gangen auftreten. Dadurch kann ein Motor mit weniger Windungen und bei besserer St roesausmi tzung, d.h. »it gröBerem Arbeitsstroa, benutzt werden·

Anhand der Fig. 11 soll nun der Vorgang der Komiautierung in einzelnen Phasen nochmals erläutert werden. Es ist dabei in den Figo, 11A bis 11C jeweils eine ftotorhälfte dargestellt mit den verschiedenen Ströaten und Spannungen, die vor dem Umschalten, kurz nach den Umschalten und vor der nächsten Phasenustschaltuag auftreten. Die Fig. 110 zeigt den Verlauf des Stromes 1» den verschiedenen Zuständen« die mit K, L und M bezeichnet sind and dttn Zustanden K, L and M der Fign. 11Λ bis lic entspreche». Bei Auftreten eines Phasensahaltsignals, vergleiche die Flg. 9 mit deiB Phasenschaltsignai b und b, sei in 11A zunächst der Zustand angenommen, daß der Stroa durch die Wicklung W1 und den Transistor TI f lie et. Dies soll deia Zustand korχ vor Auftreten des Phasensignals entsprechen, das dann den Transistor 72 aufsteuert und durch Verschwinden des anderen Phasenschaltsignals den Transistor Ti sperrt. Oa in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Wicklungen Wi und W2 bifilar gewickelt sind, bleibt bein Umschalten vom Transistor 71 auf den Transistor T2 der magnetische FIuS zunächst konstant. Der S tr ok I in der nunsieh r aktivierten Wicklungen W2 fließt über die Rückwärtsdiode Q2 zunächst zurück in das Netz. Dies entspricht de» Sustand L in der Fig. 11D, wobei der Strom hier negativ« Werte anniest. Durch die Größe 4er außen angelegten Spannung konstatiert der Stroa schließlich in der gewünschten Weise und fließt über den geöffneten Schalttransistor T2 und nisat wiederum, wie in Flg. HD dargestellt, seinen ataxiisalen Wert an, bis dann schließlich die nächste Kommutierung durch Auftreten des nächsten Fhaaenschelteignals a» Transistor TI

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wieder eingeleitet wird. Wie «as der Fig. 1IB deutlich zu entnehmen ist, behält nach Auftreten des Phaaenkoäaautierungssignals die' Spannung U in den Wicklungen ihre Richtung hei. Dies let die Polradspannung, welche den KoKnutierungsvorgang unterstützt, d.h. den Stroaübergang vom Transistor T1 auf den Transistor TZ. Dadurch wird die StroiakoRmutierung wesentlich beschleunigt.. Dia spannung U, die 4er Polradspannung des Motors entspricht, wird mit wachsender Geschwindigkeit des Motors größer. Dadurch wird bei höheren Geschwindigkeiten durch diese größere Spannung ö die Kommutierung des Strceaes wesentlich beschleunigt.

Hit wachsender Geschwindigkeit ä*a Motors, d.h. ansteigender Frequenz der Motorfortechaltimpulse MA und dabei linear ansteigender Polrad spannung und induktivem Widerstand fällt der Strom i» Motor und damit das Motordrehaostent ab. Dieser Zusaftaenhang ist in der Fig. 12 dargestellt, in der der Stro» X und das Moment M über der Geschwindigkeit V bzw. der Schrittschaltfrequenz f_ aufgetragen ist. Hit der Kurve 44 ist dieses bei eine» Schritt· schaltt&otor nernale Verhalten aufgetragen. Dabei ist üblicherweise t wie dies auch in der Fig. 9 dargestellt ist, ein oh»'scher Relhenwiderstandi R zwischen dLtt Wicklungen des Motors und die Versorguagsspannungeguelle U geschaltet. Dieser Seihenwiderstand dient aur Begrenzung des Strones bei niedrigen Schrittechaltfrequenzen auf den tto»inalwert_r wenn die Polradspanriung des Motors und der induktive Widerstand klein sind.

In Fig. 12 ist weiterhin eine Kurve 45 und eine Kurve 46 eingetragen, aus der ersichtlich ist, das der Stro» und das Motordrehmoaant M auch bei höheren Geschwindigkeiten noch wesentlich grader sind« als dies bei der alt 44 bezeichneten Kurve der Fall ist« Dieses bessere Drehmxaentverhslten eines Schrittschaltnotors last sich alt vorteilhaften Ausgestaltungen des Schrittacnaltraotor* er sielen,, die nÄher in des Fign. 13 und 14 dargestellt sind. Di· in Fig. 12 alt 45 bezeichnete Kurve beinhaltet die Ausführungsfer» »lt einer gepulsten Stroebegrenzungesteuerung, d.h. bei niedrigeren Sehrittschaltfrequenzen wird der

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Strcen dadurch auf seinen Kos&lnalwert begrenzt, daß die Gleich-Spannungsquelle υ über einen Schalter S, der dem ge taktete» Stroabegrenzer 12 in Fig. 1 entspricht, periodisch au- und abgeschaltet wird. Diese Zu- und Abschaltung erfolgt im wesentlichen unabhängig von der Frequenz und der Steuerung der dem Motor zugeführten Motorfortachalttmpulee und den daraus gebildeten PhasenschaltSignalen.

Zn Reihe mit eier Wicklung W1 ist der Schalt tr aneist or Ti und ein ohie* scher Widerstand R_g, geschaltet» der an Erde liegt. Analog dazu 1st sit aer zweites Wicklung W2 der Schalttransistor T2 in Keine und seriell dazu ein zweiter ohsa¹ schar Widerstand Rg₂ an Erde geschaltat. Ant!parallel zur öurehflußrlehtung der beiden Transistoren Tt und Ϊ2 ist «wischen de« Verbindungspunkt der Wicklungen HI and W2 mit den jeweils zugeordneten Transistoren TI und T2 und dem Erdpotential je eine Diode 01 und D2 geschaltet. Eine weitere Diode 03 ist »wischen Erdpotential und der Mittelanzapfung, ebenfalle antiparallel zur Durchflußrichtung der Transistoren, angeordnet. Der Verbindungspunkt 4er beiden Wicklungen Wi und W2 ist zu» einen über den Strombegrenzungsschalter S bzw* 12 Kit der Spannungsquelle U verbunden und zum anderen aber eine Diode DS, die so gepolt ist, daft «le den Rückfluß von Strom zur Versorgungsspannungsquelle U ermöglicht, auch dann wenn der Schalter S geöffnet ist. Der Schalter S wird Ober die Leitung 14 von der Strorabegrenzungseteuerung 13 gesteuert. Sie Stronbegrezuagssteuerung erhält ihre Referenzwerte über die GröBe der in den Wicklungen fliesenden Ströice 1^^ und X_H2 über die ©ha¹ sehen Meßwideratänd* E_gj und K₃₂, die in Reihe Mit den jeweiligen Schalttransitoren 71 bvw„ T2 liegen. Diese Meewerte werden Ober die Leitungen 20 der Strombegrenzungssteuerung 13 zugeführt.

Der Schalter S bzw. 12 kann von der Strosabegrenzungssteuerun? ti entweder linear aus- und eingeschaltet werden, wenn der Strom in den Wicklungen einen bestimmten Wert überschreitet bzw. auf einen bestimmten Wert abgesunken ist oder er kann in gepulster

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Weise den Strom in den Wicklungen zwischen bestinaaten Grenxen konstant halten. Die Arbeitsweise im Pulsbetrieb hat den Vorteil, daß die Verluste im Schalter S wesentlich geringer sind, Öle Fi§. 13B zeigt schematisch das Verhalten des »ugeführten Stromes I, in Abhängigkeit von den Stellungen des Schalters, ob dieser offen oder geschlossen 1st. Des weiteren zeigt dieses Diagramm das Verhalten der Ströme 1^- und I_M2' ^öi· *^{n öen} beiden Wicklungen W1 und W2 fließen. Bs sei hier bei deia dargestellten Beispiel vorausgesetzt_f üaß der transistor T1 offen ist und der Transistor T2 gesperrt 1st. Entsprechend der Stellung des Schalters S, wenn dieser geschlossen ist« steigt der Wert für den Strota I und der Wert für den Strom 1^- durch die «icklung Wl an, bis ein böstisactör oberer Schwellwert erreicht wird, der durch den Widerstand R₃₁. festgestellt wird. Dann wird durch die S troiabegrensungs steuerung 13 der Schalter 3 geöffnet« des* entsprechend sinkt der Strom I auf den ufert O sehr schnell ab, car Stro» I^ durch die Wicklung W1 sinkt ebenfalls ab und der Stroa L·^ steigt an, wobei dieser Strom Ober die Rückwärtsdiode 02 fließt. Ist der Strom durch die Wicklung Wi, d.h. der Strom 1.^₁ auf einen bestimmten viert abgesunkten, dann wird der Schalter S wieder geschlossen und das Spiel beginnt von vorne. Sie beiden Rückwärtsdioden D1 und D2_f die bereits günstig zur Koiomutierung beitragen_r haben hler bei der gepulsten Strombegrenzung den weiteren Vorteil und die Aufgabe, den Strom beim öffnen des Schalters Q zu Übernehmen. Die zusätzliche Rückwärtsdiode 03 übernimmt den Stress unmittelbar nach öffnen des Schalters S, wenn die vorhandene Streuinäuktlvität den Obergang des Stromes in den quasi eingeschwungenen Status zu verzögern trachtet. Die Diode OS, parallel jcum Schalter S, erlaubt den Rückfluß des Stromes während der Koraautierung auch bei geöffnetem Schalter S.

Obwohl durch diese Strorabegrenzungssteuerung der Strom über einen weiteren Bereich konstant gehalten werden kann,, niirat der durch* schnittliche Strom ta it ansteigender Schrittschaltfraquan* des Motors ab, wie dies in der Fig. 12 »it der Kurve 45 dargestellt

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1st. Dies liegt daran, daß bei höheren Geschwindigkeiten die Koai-&utierungsphase innerhalb der gesagten elektrischen Halbperiode größer wird» Somit nisret auch da» «otordrehsuaaent ab, jedoch wesentlich weniger stark als bei Verwendung eines festen ohmschen Widerstandes.

In Fig. 14 ist ein« weitere Möglichkeit einer Schaltung dargestellt, mit der ύ&ε Absinken des Stromes in den Wicklungen und damit die Abnahme des Hotordrehföossentes bei steigender Frequenz verringert werden kann. Danach ist jede Wicklung, beispielsweise die Wicklung W1 aus Flg. 13A in zwei Halbwicklungen »1a und W1b aufgeteilt und »it Hilfe einer Transistors»trixschalteng derart in Reihe »it dem Schalttraneistor T1 xu schalten, daß entweder nur die Wicklung W1a bei gesperrten Transistoren T3 und T4 über den geöffneten Transistor TS »it der« Schalttransistor T1 in Reihe liegt, oder nur di· Wicklungshälfte ffIb bei geöffnetem Transistor T4 und gesperrten Transistoren T3 und TS in Reihe mit de» Schalttransistor T1 liegt, oder daß die beiden Wicklungshalften S1a und WIb in Reihe geschaltet sind, wenn der Transistor Ϊ3 geöffnet und die Transistoren T4 and TS gesperrt sind oder daß die beiden Wicklungsüiflften K1a und WIb parallel geschaltet sind, wenn der Transistor T3 gesperrt und die Transistoren T4 und T5 jeweils geöffnet sind. Die Diode D4 zwischen den beiden Wicklungsh&lften WIa und Wib dient zu» unterbrechungslosen Umschalten von der Reihenschaltung der beiden Wicklungshälften auf dl· Parallelschaltung der beiden Wickiungshälften, jeweils bei Beachtung der entsprechenden Steuerung für die entsprechenden Transistoren T3 bis TS. Der Spxung in der Kurve 46 der Fig. 12 seigt die wirkung der Umschaltung der In Fig. 14 gezeigten Schaltung το» der Reihenschaltung der beiden WicklungshSlften «1a und wib bei durchgesehalteteat Transistor T3 und gesperrten Transistoren T4 und TS auf die Parallelschaltung der beiden WicklungshÄlften «1a und WIb bei Sperrung des Transistors T3 und Öffnung der Transistoren T4 und T5.

Diese Umschaltung kann bei Erreichen einer bestiiamten Geschwin-

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digkeit vorgenoEoaen werden. Auf diese Reise laßt «ich der in den Wicklungen und damit das &r entdornen t des Motors über «inen sehr großen Geschwindigkeltsbereich im wesentlichen konstant halten.

Mit Hilfe des erfindungsgeföäß gestalteten Steuerungsverfahrens aur Gewinnung der Hotcrfortschaltimpulse HA in eier auf die jeweilige Geschwindigkeit und den dabei optimalen Polradwistkel~ wert abgestimmten Weise iat es aöglich, den Motor si«!genau auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten und inner »it optimalem Drehmoment zur gewünschten Position χα bringen. Dabei unterstützen die StroKtbegrestunysschaltung und die besondere Ausgestaltung der Motor-Kommutierungsschaltuny weiterhin die bestmögliche Ausnutzung des Motors durch die Erzielung eines möglichst auch bei sehr hohen Schrittschaltfroquenzen hohen Drehmomentes.

In der Praxis ist die Erzeugung der Motorfortschaltiapulse in der Adreßlogik- und Phasenstetierschalttmg 7 Is Zusaiaienarbeit mit den Bewegungsaatenspeicher 11 an besten durch die Verwendung eines entsprechenden Mikroprograeeee realisierbar. Es soll hler nur angedeutet sein, daß aufgrund des auf der Leitung 8 (Fig. 1) eingegebenen Sprungbefehls mit den Inhalt» um wieviele Schrittpositionen der Motor fortbewegt werden soll, das Mikroprogramm die entsprechenden ist Beschleunigungsbereich, gegebenenfalls im Konstantgeschwindlgkeltsbereich und die ist Verxögerungsbereich zurückzulegende Schritte festlegt und die jeweiligen Adressen im Bewegungsdatehspelcher angibt und einstellt« an denen die einseinen Verjtögenungszeitwerte abgespeichert sind, diese aufruft und in die Z»hler einstellt, us auf diese Weise die Motorfortschaltiföpulse HA zu generieren. Die Verzögerungszeitwerte für jeden einzelnen vorkoiseenöen Motortyp, die in de» lewegungsdatanspeicher 11 abgespeichert sind, lassen sich aufgrund von SiBtt3latlonaprogras3Ben aus äera Drehaoousnt des Rotors, das von verschiedenen Größen, wie de» Trägheitheitsmowent, des Rotationswinkel und Reibungskonstanten abhängig ist und den elektrischen Grusen, wie der außen angelegte» Spannung, de* Wicklungsetrom,

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de» ohm'sehen Widerstand der Wicklung und der induzierten Polradspannung abhängig 1st, 1» einzelnen berechnen. Es wird hier jedoch auf diese Berechnungen nicht näher eingegangen, da sie für den Fachmann relativ naheliegend sind und xait dem eigentlichen erfinciungsgemäßen Verfahren nicht unmittelbar zusasaitanhängen.

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Claims (1)

1. - 35 P ATEB TAN SPRtS CHE

   Verfahren zur Steuerung eines Schrittmotors, bei dem nach in Betrieb setzen dee Motors durch einen Start-Motorfortschaltiiapuls von der Motor β te llung abhängige Rücknäeldeisipulse sur Motorsteuerung verwendet worden, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Motorfortsehaltirapulse (MA) von vorhergehende η Rückfelde impulsen ausgelöst nach Ablauf einer beetiiwsten Verzögerungszeit (t.) abgegben werden, wobei diese Verzögerungszeit (t.) dem Polradwinkelwert (θ) entspricht, welcher der jeweils erreichten Geschwindigkeit (Zg) * Schrittäßzahl sowie desa optimalen !Drehmoment zugeordnet ist«

   Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß (n+i)te Motor for tschaltiiupuls t*¹^»+«) ^von

   (Tu ) ausgelöst und nach Ablauf der zugeordneten Polradwinkelwert (θ .}, additiv ergänzt um das Zeitäquivalent der i-fachen Schrittdauer (-y=--), ent-

   S sprechenden Veraögerungexeit ί^ίη+ΐ)^ Abgegeben wird, wobei i ganzzahlig und größer oder gleich 1 und η eine fortlaufende ganze 2ahl 1st.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn*eichnet, daß die einzelnen Verzögerungszeiten (t.) von den RückäEaeldeiKipuleen (TD) aus einem Speicher (11) abgerufen werden und daft aus diese» Speicher (11) weiterhin Informationen für besondere BewegungsAblaufsbereiche wie Start, Stop und übergänge zum Hinzufügen und/oder unterdrücke» des Wirkeawwerdens von iROckneldeimpulsen (Tu) und/oder Motorfortschaltifitpulsen iMK) abrufbar sind.

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   4, Verfahren aach einem tier vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mittels der bestifaasten Ver-2 Sgertmgs zeiten (t^) entlang einer als Sollkurv« vorgegebenen Geschwindigkeits-Orts-Kurve gefahren wird, die aus einet» Beschleunigungsast (35)_r einea Verzögerung«- ast (36) und gegebenenfalls eine» Konstant$esdhwindig~ keitshareich (37) zusammengesetzt ist, wobei für jeden Punkt dieser Kurventeile die zugehörige Verzögerungeeeit (t,) verwendet wiru.

   5, Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zurücklegen einer bestlia»t@n_# von Fall zu Fall unterschiedlichen, au® einer bestimmten Anzahl von &o~ torfortachaltiispuleen (KÄ) bestehendien Wegstrecke, die jeweilige Geschwiadigkeits-ürts-Kurve aus einer passenden Ansahl von Beschleunigung»- (35) und Verzögerungs-9ehritten {36} eiwie gegebenenfalls KoRstantgcaehwindigkeitaschritten (37), mit den jeweils zugehörigen VeraÖgerungszeitverten (t.) zusaecimengesetzt wird.

   6, Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach eines der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bewegungsdatenspeicher (11) vorgesehen ist, in dem die verschiedenen Verzögerungsieitwerte (tJ für jeden einzelnen Schritt« optimiert auf die jeweilige Geschwindigkeit, Schrittan*ahl und optimales ürehütoatent (M) des Motor» (1), die den verechiedenen Polradwinkelwerten (3) bzw. dieses PoIradwinke!werten additiv ergänzt u& das Zeitäquivalent der i-fachen Schrittdauer (^=-) ent- «prechen, abgespeichert sind, dad eine Adreßlogik- und Phaeensteuerechaltung (7) vorgesehen ist, welcher der Sprungbefehl (β) für die Langs des zurückzulegenden Weges (Schrittanzahi) und die RücJoseldeistpulae (TD) zugeführt (6) werden und die aufgrund des Sprungbefehle (8) und der zugeführten Rücksneldeiinpulse (TO) fortlaufend den Bewegungedatenspeicher (11) adressiert und die not-

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   zugehörigen Verzögerungezeitwerte (t^) aas de* Speicher ausliest, in zumindest einen Seitzähler innerhalb der Phasensteuerschaltung (7) einstellt und nach Ab lauf jedes eingestellten Zählers einen Motorfortschaltiü-.puls (14A) abgibt.

   7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Iu Bewegungsdatenspeieher (11) neben den Verzögerung«- Zeitwerten (t.) Informationen für besondere Bewegungsablaufsbereiche vie Start, Stop und übergänge zu» Hinzufügen und/oder Unterdrücken des Wirksaawerdens von KücksteIdeimpulsen (TD) und/oder Motorfortschaltimpulsen (MA) abgespeichert sind und von der Adreßlogik- und Phasen«teuerschaltung (7) entsprechend de» Sprungbefehl (S) und den zugeführten RäcJueeldeinpulsen (TO) abruf bar sind.

   3. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ,Abwärts- oder Nullzähler in der Phaeensteuerschaltung (?) verwendet werden.

   9. Stroabegrenzungssehaltung in eine» Schrittschaltmotor» insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren oder einer Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eine« Paar von Motorwicklungen (IiI, W2) zugeführte Strom (I), unabhängig von dem Schaltzustand der Wicklungeachalter (TI, T2 bzw. 17, 18), in Abhängigkeit von seiner Grüfte ia den Wicklungen (WI, H2) in gepulster !feie« mit bestimmter Frequenz zu- und abgeschaltet (12, 13) wird und daß parallel zu de» Schalter (S bzw. 12) eine Diode (DS) derart angeordnet ist, das aus den Wicklungen (Wi, W2) Stroa zur Spannungequelle (ti) zurückfliegen kann.

   10. Schaltung nach Anspruch 9# dadurch gekennzeichnet, die Stromerte, auf die begrenzt wird, entsprechend den

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   vorkOBBftöndön Betriebszuständen (Lauf, Bereitschaft) des Motors (1) Bitteis der Stroatbögrenzungssteuerachaltun^ (13) unterschiedlich einstellbar sind,

   11. Schaltong nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe de« Strostes (I) in einer Wicklung (W1, W2) Kittels eise» nieäerohmigen Meßwiderstandee (K.., ^R _s2^ festgestellt wird, der mit der Wicklung (WI₁, W2) and dem als Wicklungsschalter verwendeten Schalttransistor (71, 12) in Beine liegt.

   12. Schaltung zur Koasautierung der Strünke in einem Wicklongepaar eines SchrittschaltssotorB, insbesondere zur Anwendung bei eineza Verfahren oder einer Anordnung bzw« Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß tu den mit den Wicklungen (W1, #2) in Reihe liegenden, als Koaaautierungsschalter verwendeten Transistoren (TI, T2). je eine Diode (01, 02) antiparallel geschaltet ist.

   13. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet» daß an die Mitte !anzapfung des iiicklungspaares (Wi, W2) eine Diode (03) angeschlossen ist, die antiparallel zur normalen StromfluSrichtung der beiden Reihenschaltungen von Wicklung (m, H2) und Schalttransistor (T1, T2) geschaltet ist.

   14. Schaltungsanordnung_# insbesondere zur Verwendung bei eine« Verfahren oder einer Anordnung bzw. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dafi jede Wicklung (W1> des Motors aus zwei Teilwicklungen (Wia, ff 1b) besteht, die geschwindigkeitsabhängig einzeln, seriell oder parallel schaltbar sind.

   15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Teilwicklungen (W1a,

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   eia Transistor (T3) und parallel su jeder Reihenschaltung dieses Transistors (T3) und einer Teilwicklung (WIa bzw. WIb) je ei» weiterer Transistor (T4 bzw. TS) parallelcjeschalfcet ist (Fi(J. 14}.

   Schaltungeanordniincj nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zvsa Verbiudungstransistor (T3) zwischen den beiden Teilwicklungen {Wia, KIb) eine Diode (D4) i& Durchlaßrichtung geschaltet ist.

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