DE2430289A1

DE2430289A1 - Damping circuit for stepping motor - has signal generators used for deforming edges of motor drive pulses into stepped slopes to reduce oscillations

Info

Publication number: DE2430289A1
Application number: DE2430289A
Authority: DE
Inventors: Franklin Andrew
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1974-06-24
Filing date: 1974-06-24
Publication date: 1976-01-08

Abstract

The damping circuit, for a stepping motor, has signal generators (11,12) whose output signals are superimposed on the stepping pulses that drive the motor such that these pulses are effectively shifted in phase. The output signals of the generators deform the edges of the stepping pulses into stepped slopes that suppress the tendency of the motor to oscillate. The advantage of the damping circuit lies in its obviating cumbersome mechanical damping systems and thereby opening up new areas of application for stepping motors. The step voltage generators are coupled to the output stage via differential amplifiers.

Description

Dämpfung für elektrische Schrittmotoren Die Anmeldung betrifft eine Dämpfungsanordnung für elektrische Schrittmotoren. Damping for electric stepper motors The application relates to a Damping arrangement for electric stepper motors.

Es ist bekannt, daß stetig variierbar angesteuerte Schrittmotoren vor allem bei niedrigen Frequenzen den Eigenschwingungen entsprechend schrittartig einschwingen. Phaseng.esteuerte' Motoren führen bei Annäherung der steuernden Frequenz an den Resonanzbereich des Motors unerwünschte Eigenschwingungen aus, die sich den Drehbewegungen des Rotors überlagern. So kommt ein Pendeln oder "Xesonanzzittern" zustande, welches sich auf die vom Motor angetriebenen Teile überträgt, wodurch diese gegebenenfalls ihre ursprüngliche Aufgabe nicht mehr korrekt erfüllen können. Die Steuerung dieser Teile wird ungenau.It is known that continuously variable controlled stepper motors especially at low frequencies in a step-like manner according to the natural oscillations settle in. Phase controlled motors lead when the controlling frequency approaches to the resonance range of the engine from unwanted natural vibrations that affect the Superimpose rotary movements of the rotor. This is how a pendulum or "Xesonance tremor" occurs comes about, which is transferred to the parts driven by the engine, whereby they may no longer be able to perform their original task correctly. The control of these parts becomes imprecise.

Man hat daher bereits bei elektrischen Schrittmotoren mechanische Einrichtungen zur Dämpfung dieser Resonanzschwingungen vorgesehen. So sind z.B. Lagerungen der Rotoren in Flüssigkeitsbädern vorgeschlagen worden.Mechanical stepper motors are therefore already used in electrical stepper motors Means for damping these resonance vibrations are provided. E.g. Storage of the rotors in liquid baths has been proposed.

Jede mechanische Dämpfung bringt jedoch Nachteile mit sich. Einmal wird durch den aperiodischen Verlauf der Schwingung ein Nachlauf bedingt, zum anderen erhöhen Reibungsverluste den Energieverbrauch und die Eigenerwärmung. Diese Nachteile können nur mit großem Aufwand beseitigt werden, wobei jedoch andere Nachteile in Kauf genommen werden müssen, die dem Leistungsbereich solcher Motoren unüberwindbare Grenzen setzen; denn die mechanische Dämpfung verringert die mögliche Höchst-Drehzahl und das Beschleunigungsvermögen solcher Motoren.However, any mechanical damping has disadvantages. Once a lag is caused by the aperiodic course of the oscillation, on the other hand Frictional losses increase energy consumption and self-heating. These disadvantages can only be eliminated with great effort, although other disadvantages in Must be taken into account that the power range of such engines is insurmountable Set limits; because the mechanical damping reduces the possible maximum speed and the acceleration capacity of such engines.

Ferner sind für asynchron betriebene elektrische Motoren Dämpfungsanordnungen bekannt, bei denen das Signal eines Tacho-Generators, der direkt mit der Antriebswelle des Motors gekoppelt ist, so auf den Eingang eines diese Motoren steuernden Verstärkers gegeben wird, daß die Bewegung stabilisiert wird. Solche Motoren sind jedoch nicht ohne weitere Hilfsmittel zum Positionieren geeignet wie z.B. Schrittmotoren.Furthermore, damping arrangements are used for asynchronously operated electric motors known where the signal of a speedometer generator that connects directly to the drive shaft of the motor is coupled to the input of an amplifier controlling these motors is given that the movement is stabilized. However, such engines are not Suitable for positioning without further aids such as stepper motors.

Der Anmeldung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache Steuerschaltung anzugeben, die die Eigenschwingungen des Motors unterdrückt. Insbesondere sollen die mit der neuen Dämpfungsanordnung versehenen Schrittmotoren in ihrer Leistungsfähigkeit nicht zusätzlich beschnitten sein. Sie sollen kleiner dimensionierbar sein.The application is therefore based on the object of a simple control circuit specify that suppresses the natural vibrations of the motor. In particular, should the stepper motors provided with the new damping arrangement in their performance not be additionally trimmed. They should be able to be dimensioned smaller.

Gegenstand der Anmeldung ist daher eine Dämpfungsanordnung für elektrische Schrittmotoren, welche sich dadurch auszeichnet, daß Signalgeneratoren vorgesehen sind, deren Ausgangssignale den den Motor treibenden Schrittschaltimpulsen zur partiellen Phasenverschiebung überlagert werden. Zum Beispiel werden trapez- oder treppenförmige Flanken erzeugt.The subject of the application is therefore a damping arrangement for electrical Stepper motors, which are characterized by the fact that signal generators are provided are whose output signals the stepping pulses driving the motor to the partial Phase shift are superimposed. For example, be trapezoidal or staircase-shaped Flanks generated.

Diese Anordnung arbeitet also nach dem Verfahren, daß zusätzlich zur Erzeugung der rechteckförmigen SchrittschaltimpulseS Signale erzeugt werden, welche den Schrittschaltimpulsen zwecks Veränderung der Flankensteilheit überlagert werden.This arrangement works according to the method that in addition to Generation of the square-wave stepping pulses S signals are generated, which are superimposed on the step switching pulses in order to change the edge steepness.

Durch die neue elektronische Dämpfungsanordnung sind die bisherigen, mit erheblichen Nachteilen behafteten mechanisch gedämpften Schrittmotoren überflüssig geworden.Due to the new electronic damping arrangement, the previous, Mechanically damped stepper motors with considerable disadvantages are superfluous become.

Die elektrischen Schrittmotore mit der neuen Dämpfung können in Bereichen eingesetzt werden, für die Schrittmotore bisher aus den obengenannten Gründen nicht anwendbar waren.The electric stepper motors with the new damping can be used in areas are not used for the stepper motors for the reasons mentioned above were applicable.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung für eine trapezförmige Schrittmotorsteuerung; Fig. 2 die Formlder zugehörigen Steuerimpulsfolge; Fig. 3 eine mögliche!Ausführungsform für die Schaltungsanordnung.The invention is described below with reference to schematic drawings explained. 1 shows a circuit arrangement for a trapezoidal stepping motor control; 2 shows the form of the associated control pulse sequence; 3 shows a possible embodiment for the circuit arrangement.

In Fig. 1 ist dargestellt, daß die Ansteuerung eines Vierphasen-Schrittmotors 20 mit bekannten Schaltelementen, die in der Zeichnung in Block 10 zusammengefaßt sind, erfindungsgemäß über Treppenspannungsgeneratoren 11, 12 t erfolgt, denen je ein Differenzverstärker 21, 22 nachgeschaltet ist. An den an einer Endstufe 19 anliegenden Leitungen stehen treppenförmig abgewandelte Steuerimpulse an, die zum Betrieb des nachgeschalteten Motors 20 verwendet werden.In Fig. 1 it is shown that the control of a four-phase stepping motor 20 with known switching elements, which are summarized in block 10 in the drawing are, according to the invention via staircase voltage generators 11, 12 t, each of which a differential amplifier 21, 22 is connected downstream. At the adjacent to an output stage 19 There are control impulses that have been modified in a staircase and are used to operate the downstream motor 20 can be used.

In Fig. 2 sind die Ausgangssignale 17, 18 der Schaltelemente von Block 10 in Zeile a) dargestellt, während die am Motor anliegenden Signale die in Zeile b) gezeigte Form haben.In Fig. 2 the output signals 17, 18 are the switching elements of block 10 in line a), while the signals applied to the motor are those in line b) have the shape shown.

Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform für die neue Schaltungsanordnung, welche wie folgt funktioniert: Aus dem eingespeisten Taktsignal t1 wird mittels eines Teilers 30 eine Schrittfrequenz t2 gewonnen, welche das Verhältnis t2 = g erfüllt. Diese Schrittfrequenz erzeugt 16 mit den Flip-Flops 31 und 32 und dem gezeichneten Gatterblock 33 die Impulsfol'ge für die Motorwicklungen. Die Ausgänge werden je einem Treppenspannungsgenerator 11, 2 zugeführt. Dieser kann beispielsweise aus einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler, einem Widerstandsnetzwerk und einem Verknüpfungsgatter bestehen. An den Ausgängen 13, 14 bzw.Fig. 3 shows a possible embodiment for the new circuit arrangement, which works as follows: The clock signal t1 that is fed in becomes using a divider 30 a step frequency t2 obtained, which the ratio t2 = g Fulfills. This step frequency generates 16 with the flip-flops 31 and 32 and the drawn gate block 33 the pulse sequence for the motor windings. The outputs are each fed to a staircase voltage generator 11, 2. This can for example from an up-down counter, a resistor network and a linkage gate exist. At outputs 13, 14 or

15, 16 steht je eine treppenförmige Trapezspannung an, die über eine Endstufe 19 an die Wicklungen des Motors 20 zugeführt werden.15, 16 is each a staircase-shaped trapezoidal voltage that has a Output stage 19 can be fed to the windings of motor 20.

Der Motor wird also mit treppenförmigen Trapezspannungen betrieben, deren Ftantenste4'gung entsprechend der Schrittfrequenz ebenfalls geändert wird. Bei niedrigen Frequenzen sinwd die Flanken flacher (die Dämpfung größer), bei größeren Frequenzen steiler (die Dämpfung kleiner). Dadurch wird die Spannungsform an die Motorgeschwindigkeit angepaßt.The motor is operated with stepped trapezoidal voltages, the pitch of which is also changed according to the step frequency. At low frequencies the edges are flatter (the attenuation is greater), at higher frequencies Frequencies steeper (the attenuation smaller). This will change the voltage shape to the Motor speed adjusted.

Der besondere Vorteil dieser Schaltung liegt darin, daß die Dämpfung bei hohen Frequenzen klein und dadurch die Betriebsfrequenz nicht verringert wird.The particular advantage of this circuit is that the damping small at high frequencies and thus the operating frequency is not reduced.

Claims

Arrangement for damping an electric stepper motor, characterized in that that signal generators (11, 12) are provided, the output signals of which the engine driving step switching pulses are superimposed for partial phase shift.

Arrangement according to Claim 1, characterized in that the signal generators Provide output signals which trapezoidal shape of the edges of the stepping pulses deform.

Arrangement according to Claims 1 and 2, characterized in that the signal generators Provide output signals which step-shaped the edges of the step switching impulses deform.

Method for electrical damping of an electrical stepper motor, characterized in that in addition to generating the square-wave stepping pulses Signals are generated, which the stepping pulses for the purpose of changing them Edge steepness are superimposed.

L e r s e i t e