DE2536637A1 - PROCEDURE FOR CONTROLLING STEPPER MOTORS - Google Patents
PROCEDURE FOR CONTROLLING STEPPER MOTORSInfo
- Publication number
- DE2536637A1 DE2536637A1 DE19752536637 DE2536637A DE2536637A1 DE 2536637 A1 DE2536637 A1 DE 2536637A1 DE 19752536637 DE19752536637 DE 19752536637 DE 2536637 A DE2536637 A DE 2536637A DE 2536637 A1 DE2536637 A1 DE 2536637A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- time
- switching
- rotor
- frequency
- switching frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 16
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
- H02P8/32—Reducing overshoot or oscillation, e.g. damping
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Stepping Motors (AREA)
Description
Anmelder: VEB Kombinat ZENTfiONIK Forschungszentrum Patentabteilung (EP) ODR-523 Sömmerda Weißenseer StraßeApplicant: VEB Kombinat ZENTfiONIK Research Center Patent Department (EP) ODR-523 Sömmerda Weißenseer Strasse
'Verfahren zum Ansteuern von Schrittmotoren"'Procedure for controlling stepper motors "
669811/0263669811/0263
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern von Schrittmotoren. Schrittmotor werden zur numerischen Steuerung von Werkzeugmaschinen, als Stellmotore in der Steuerungs- und Regelungstechnik und in letzter Zeit in datenverarbeitenaen Anlagen, insbesondere zum Einstellen von Typenkörper bei Druckwerken, zum Transport von Druckwagen oder Druckköpfen bei Seriendruckwerken, zum Transport von Magnetkopfen bei Scheibenspeichern und zum Transport von Aufzeichnungsträgern verwendet.The invention relates to a method for controlling of stepper motors. Stepper motors are used for numerical control of machine tools, as servomotors in control and regulation technology and recently in data processing systems, in particular for setting type bodies in printing units, for transporting printing carriages or print heads Serial printing units, for the transport of magnetic heads used in disk storage and for transporting recording media.
Schrittmotore werden nicht an ein Netz konstanter Spannung, sondern an ein besonderes Steuergerät angeschlossen, das durch Steuerimpulse eine schrittweise Drehung des Motors, meistens durch Umschalten und Umpolen der Feldspulen bewirkt. Auf Grund der Eigenart der M (ψ)-Kennlinie des Schrittmotors, der Eigenmassenträgheit des Rotors, sowie vorhandener Last-Trägheitsmomente stellt jeder Schrittmotor-Antrieb ein schwingfähiges Gebilde dar. Der Drehung des Rotors um einen definierten konstruktionsbedingten Winkelschritt folgen somit Ausschwingvorgänge. Dieses überschwingen führt entsprechend der Eigenresonanz des Rotorsystems zu einem periodischen Abklingen der auftretenden Drehschwingung, bis die Endstellung des Rotors erreicht ist. Dieses physikalisch bedingte Betriebsverhalten tritt insbesondere dann auf, wenn der Schrittmotor nur gering belastet ist. Bei der numerischen Steuerung von Werkzeugmaschinen besteht ein Positionierungsvorgang meist aus einer sehr großen Zahl von Winkelschritten, wobei die nach jedem Positionierungsvorgang erforderliche Einschwingzeit vernachlässigbar gegenüber der Zeit für den Positionierungsvorgang selbst ist. Bei einer Vielzahl von Antriebsaufgaben bei Datenverarbeitungsanlagen werden im Gegenteil Bewegungen über kleinere Strecken bzw. Winkel gefordert, die in kurzer Zeit mit definierter Endstellung ausgeführt werden müssen.Stepper motors are not connected to a constant voltage network, but to a special control device that uses control pulses to cause the motor to rotate gradually, usually by switching and reversing the polarity of the field coils. Due to the peculiarity of the M (ψ) - characteristic of the stepper motor, the inertia of the rotor, as well as the existing load moments of inertia, each stepper motor drive represents a vibratory structure. The rotation of the rotor by a defined construction-related angular step thus follows swinging processes. This overshoot leads, in accordance with the natural resonance of the rotor system, to a periodic decay of the torsional vibration that occurs until the end position of the rotor is reached. This physically determined operating behavior occurs in particular when the stepper motor is only lightly loaded. In the numerical control of machine tools, a positioning process usually consists of a very large number of angular steps, the settling time required after each positioning process being negligible compared to the time for the positioning process itself. In the case of a large number of drive tasks in data processing systems, on the contrary, movements over smaller distances or angles are required that have to be carried out in a short time with a defined end position.
60 9811/026360 9811/0263
Außerdem wird bei derartigen Antrieben der Schrittmotor meist nur durch die Massenträgheit des anzutreibenden Mechanismus belastet. Diese relativ geringe Belastung unterstützt das periodische Auspendeln des Systems.In addition, with such drives, the stepper motor is usually only driven by the inertia of the Mechanism loaded. This relatively low load supports the periodic commuting of the Systems.
Es sind deshalb für Antriebsaufgaben bei Datenverarbeitungsanlagen entsprechende Maßnahmen bekanntgeworden, die das unerwünschte Betriebsverhalten des Schrittmotors auf ein vertretbares Maß reduzieren sollen. Es ist bekannt, zur Dämpfung der Bewegung von Schrittmotoren ein zusätzliches und von der Drehgeschwindigkeit des Motors proportionales Reibungsmoment durch die Viskosität einer geeigneten Flüssigkeit zu erzeugen (DL-WP 59 311). Nachteilig ist, daß die Dämpfung die Eigenfrequenz des Motors verringert.They are therefore used for drive tasks in data processing systems Corresponding measures have become known that the undesirable operating behavior of the stepper motor should be reduced to an acceptable level. It is known to dampen the movement of stepper motors an additional frictional torque proportional to the speed of rotation of the motor due to the viscosity using a suitable liquid (DL-WP 59 311). The disadvantage is that the damping Natural frequency of the motor reduced.
is ist bekannt, Ausschwingvorgänge durch eine Kette von Verzögerungsgliedern unterschiedlicher Verzögerungszeit zu verhindern (DT-OS 1 563 019).is known to decay through a chain of To prevent delay elements with different delay times (DT-OS 1 563 019).
Nachteilig ist der hohe Aufwand an Bauelementen und die Notwendigkeit der individuellen Einstellung der Verzögerungsglieder, da diese nicht unabhängig voneinander wirksam sind.The disadvantage is the high cost of components and the need to set the delay elements individually, since these are not effective independently of one another.
Es ist weiterhin bekannt, die Reihe von Motorspeisestromimpulsen vor Erreichen der gewünschten Haltestellung zu unterbrechen und einen Haltestromimpuls auszulösen, wenn der Rotor um einen Schritt über die letzte Stellung ausgeschwungen ist (DT-OS 1 613 333). Es ist außerdem bekannt, zur Verzögerung der Motorbewegung das Feld des Motors soweit überschnell fortzubewegen, daß es sich danach in einer die Bewegung des Motors verzögernden Stellung befindet. Nachteilig ist, daß beide Verfahren einen eingeschwungenen Zustand, d.h. eine konstante Geschwindigkeit voraussetzen. Dieser Zustand ist jedoch nur bei einer größeren Zahl von Schritten erreichbar.It is also known to interrupt the series of motor supply current pulses before reaching the desired holding position and to trigger a holding current pulse when the rotor has swung one step beyond the last position (DT-OS 1 613 333). It is also known, to delay the motor movement, to move the field of the motor so excessively fast that it is then in a position which decelerates the movement of the motor. The disadvantage is that both methods require a steady state, ie a constant speed. However, this state can only be achieved with a larger number of steps.
Zweck der Erfindung ist, mit vertretbarem Aufwand die genannten Mängel zu beseitigen.The purpose of the invention is to eliminate the deficiencies mentioned at a reasonable cost.
609811/0263609811/0263
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ansteuern von Schrittmotoren anzugeben, das ein periodisches Ausschwingen des Rotors vermeidet und vorteilhaft anwendbar ist, wenn ein anzutreibendes Objekt in Intervallen beliebiger Weite und in beliebiger Folge zu transportieren ist oder wenn Bewegungsintervalle mit konstanter Geschwindigkeit gefordert werdenThe invention is based on the object of a method specify for controlling stepper motors, which avoids periodic oscillation of the rotor and is advantageous is applicable when an object to be driven in intervals of any width and in any Sequence is to be transported or if movement intervals with constant speed are required
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, wobei die Feldwicklungen von Steuergeräten für jedes Bewegungsintervall des Rotors mit einer Folge von Schritten erregt werden und das Drehfeld mit konstanter Winkelgeschwindigkeit umläuft, daß erfindungsgemäß zum Anlauf das Drehfeld solange mit einer Schaltfrequenz geschaltet wird, bis die Winkelgeschwindigkeit des Rotors zu einem ersten Zeitpunkt ihr Maximum erreicht hat, daß zu diesem Zeitpunkt die Schaltfrequenz auf einen zweiten Wert verdoppelt wird, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Rotors konstant bleibt, daß zu einem beliebigen Anhalten zu einem zweiten Zeitpunkt die Schaltfrequenz auf einen dritten Wert zurückgeschaltet wird, die Winkelgeschwindigkeit des Rotors funktionell abnimmt und beim Unterbrechen der Weiterschaltung des Drehfeldes zu einem dritten Zeitpunkt der Rotor schwingungsfrei stehen bleibt, wobei dieser Zeitpunkt um eine halbe Schwingungsperiode gegenüber dem zweiten Zeitpunkt verschoben ist und daß das zugeordnete Steuergerät mit an sich bekannten elektrischen Mitteln zur Kompensation der Dämpfung versehen -ist.The object is achieved with the field windings are excited by control units for each movement interval of the rotor with a sequence of steps and the rotating field rotates at a constant angular velocity that, according to the invention, the rotating field as long as starting up is switched at a switching frequency until the angular velocity of the rotor becomes a first Time has reached its maximum that at this time the switching frequency doubles to a second value is, the angular velocity of the rotor remains constant, that to any stop a second time the switching frequency is switched back to a third value, the angular velocity of the rotor functionally decreases and when the switching of the rotating field is interrupted to a third Point in time the rotor stops vibrating, this point in time by half an oscillation period is shifted compared to the second point in time and that the associated control unit is known per se electrical means to compensate for the attenuation -is provided.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Schaltfrequenz groß im Verhältnis zur Eigenfrequenz des Schrittmotors, jedoch kleiner als die Startfrequenz des Schrittmotors, wobei die Schaltfrequenz so gewählt wird, daß in der doppelten ersten Zeit die periodische Schrittzahl des Schrittmotors durchlaufen wird.In an advantageous embodiment of the invention Solution, the switching frequency is large in relation to the Natural frequency of the stepper motor, but smaller than the starting frequency of the stepper motor, whereby the switching frequency is chosen so that the periodic step number of the stepper motor is twice as long as the first time is run through.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung werden zur Kompensation der Dämpfung entweder die ent-In a further embodiment of the solution according to the invention to compensate for the damping, either the
609811/0263609811/0263
sprechenden Feldwicklungen nach dem Einschalten oder Umschalten einer Wicklung stromüberhöht gespeist oder wird der 3eginn jeder Schrittfolge mit einer Schaltfrequenz angesteuert, die größer als die Hälfte des zweiten Wertes der Schalt frequenz ist und wird während des Bremsvorganges die Schaltfrequenz auf einen dritten Wert, der kleiner als die Hälfte des zweiten wertes der Schaltfrequenz ist, verringert.Speaking field windings are fed with excessive current after switching on or switching over a winding or the beginning of each step sequence is controlled with a switching frequency that is greater than half the second value of the switching frequency and during the braking process the switching frequency is set to a third value that is smaller than the Half of the second value of the switching frequency is reduced.
Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik bietet die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, Antriebe mittels Schrittmotore, insbesondere für datenverarbeitende Anlagen, mit geringem Aufwand aber hoher Effektivität zu realisieren.In contrast to the known prior art, the solution according to the invention offers the advantage of drives by means of Stepper motors, especially for data processing systems, with little effort but high effectiveness to realize.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention is intended below using an exemplary embodiment are explained in more detail.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:In the accompanying drawing show:
Fig. 1: die IVinkelgeschwindigkeitszeitkurve für einen Steuerzyklus im idealen Zustand ohne Berücksichtigung der Dämpfung bzw. mit deren Kompensation nach Anspruch 5,Fig. 1: the angular velocity time curve for a Control cycle in the ideal state without taking into account the damping or with its compensation according to claim 5,
Fig. 2: die Winkelgeschwindigkeitszeitkurve für einen Steuerzyklus mit Berücksichtigung der Dämpfung und die Kompensation der Dämpfung nach Anspruch 6 und 7.2: the angular velocity time curve for a control cycle with consideration of the damping and the compensation of the damping according to claims 6 and 7.
Die in Fig. 1 dargestellte Kurve zrigt den zeitlichen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit ψ für einen Steuerzyklus im idealen Zustand ohne Berücksichtigung der Dämpfung. Derselbe Kurvenverlauf kann durch eine Kompensation der Dämpfung nach Anspruch 5 vermittels einer stromüberhöhten Speisung der entsprechenden Feldwicklungen nach dem Einschalten oder Umschalten einer Wicklung erzielt werden. Durch Erregung der entsprechenden FeId-The curve shown in Fig. 1 z r IGT the time course of the angular velocity ψ for one control cycle in the ideal state without taking into account of the damping. The same curve shape can be achieved by compensating for the damping according to claim 5 by means of an excessive current supply of the corresponding field windings after switching on or switching over a winding. By exciting the corresponding field
603811/0263603811/0263
wicklungen wird zum Zeitpunkt to eine Schrittfolge eingeleitet. Jie Winkelgeschwindigkeit w> steigt nach Fig. 1 an und erreicht zum Zeitpunkt ti ihr Maximum «f «mir · <irf indungsgemäß wird zu diesera Zeitpunkt die Schaltfrequenz verdoppelt, d.h. fs2 = 2 . fsl, und dieser Zustand der Gleichlaufphase kann beliebig lang aufrechterhalten werden. Gestrichelt ist der Verlauf der Winkelgeschwindigkeit ip in Fig. 1 eingezeichnet für den Fall, daß zum Zeitpunkt ti die Schalt frequenz fsl nicht verdoppelt wird, d.h. zum Beispiela sequence of steps is initiated at the point in time to. The angular velocity w> increases according to FIG. 1 and reaches its maximum at time ti. fsl, and this state of the synchronous phase can be maintained as long as desired. The course of the angular velocity ip is shown in dashed lines in FIG. 1 for the case that the switching frequency fsl is not doubled at the time ti, ie, for example
fs2 = fsl. Die Winkelgeschwindigkeit γ fällt spiegelbildlich zur Anlaufkurve wieder gegen O ab und eine konstante Winkelgeschwindigkeit ψ wird nicht erreicht. Bei fs2 = 2fsl kann innerhalb der Gleichlaufphase, in Fig. 1 kräftig ausgezogen, zu einem beliebigen Zeitpunkt t2 das Abbremsen des Rotors eingeleitet werden, indem zum Zeitpunkt t2 die Schaltfrequenz fs2 auf einen Wert fs3 zurückgeschaltet wird, der im Idealfall der Anlauffrequenz fsl entspricht. Die Winkelgeschwin-fs2 = fsl. The angular velocity γ drops again towards O in a mirror-inverted manner to the start-up curve and a constant angular velocity ψ is not achieved. At fs2 = 2fsl, the braking of the rotor can be initiated at any point in time t2 within the synchronous phase, strongly drawn out in FIG. The angular velocity
t
digkeit γ* nimmt funktionell ab. Wird zum Zeitpunkt t3
die Weiterschaltung des ürehfeldes unterbrochen, bleibt der Rotor schwingungsfrei stehen. Der Zeitpunkt t2
muß entsprechend gewählt werden, da der zum Stillstand des Rotors vorgesehene Zeitpunkt t3 um eine halbe
Schwingungsperiode gegenüber dem Zeitpunkt t2 verschoben ist. In Fig. 1 ist dieser Verlauf eines Steuerzyklus
eingezeichnet, wobei der zeitliche Abstand t
efficiency γ * decreases functionally. If the switching of the rotating field is interrupted at time t3, the rotor stops vibrating. The point in time t2 must be selected accordingly, since the point in time t3 provided for the standstill of the rotor is shifted by half an oscillation period compared to the point in time t2. This course of a control cycle is shown in FIG. 1, with the time interval
ti - to = —ί , der zeitliche Abstand t2 - ti = be-ti - to = —ί , the time interval t2 - ti = be
liebig und der zeitliche Abstand t3 - t2 = . {}, sind.liebig and the time interval t3 - t2 =. {} , are.
Ca)Ca)
Das zum Zeitpunkt ti erreichte Maximum der Winkelgeschwindigkeit entspricht dem Wert 2fsl . fs, wobei ψ s der Schrittwinkel und 2fsl die doppelte Anlauf frequenz sind.The maximum angular velocity reached at time ti corresponds to the value 2fsl. fs, where ψ s is the step angle and 2fsl is twice the starting frequency.
Zum Zeitpunkt t3 ist die Winkelgeschwindigkeit ψ = 0. Ein weiteres periodisches Abklingen der Überschwingungen Üs bekannter Lösungen tritt somit nicht mehr auf, bzw. ist auf vernachlässiguares Minimum abgeklungen«At time t3 the angular velocity ψ = 0. A further periodic decay of the overshoots Üs of known solutions no longer occurs or has decayed to a negligible minimum «
609811/0263609811/0263
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise öer Ansteuerung, insbesondere der Verhinderung von Ausschwingvorgängen bei Rotoren vor. Schrittmotoren sollen die Zusammenhänge mathematisch abgeleitet werden. Unter der Voraussetzung idealisierter Ansteuerung (konstante Ströme in den jeweils erregten Wicklungen, keine Rückwirkung des mechanischen Systems auf das elektrische) kann aer Antrieb durch die folgende Gleichung beschrieben werden:For a better understanding of the mode of operation of the control, in particular the prevention of decay processes in rotors. Stepper motors should mathematically derive the relationships. Assuming idealized control (constant currents in the respective energized windings, no reaction of the mechanical system to the electric) can be described by the following equation aer drive:
(1) (& +0. > . U> " + Μ, *. (V* ν*»)= Μ (ψ-η · ψζ v ' v Mot Last) j Last v| J v/ / (1) (& +0.>. U> "+ Μ, *. (V * ν *») = Μ (ψ-η · ψζ v ' v Mot load) j load v | J v / /
In Gleichung (1) haben die Bezugszeichen folgende Bedeutung
:
^ = Trägheitsmoment des MotorsIn equation (1), the reference symbols have the following meaning:
^ = Moment of inertia of the motor
(O , 4. = Trägheitsmoment der Last v Las ι(O, 4. = moment of inertia of the load v Las ι
ü> = Winkelgeschwindigkeit
M = Belastungsmomentü> = angular velocity
M = moment of loading
,ο = Rotorwinkel , ο = rotor angle
η = ganzzahlige Veränderliche.η = integer variables.
Durch die Argumentverschiebung η . Ψ s der M (γ) -Kennlinie wird die schrittweise Verschiebung dieser Kennlinie bei jedem (elektrischen) Schaltschritt ausgedrückt. The argument shift η. Ψ s of the M ( γ) characteristic, the gradual shift of this characteristic is expressed with each (electrical) switching step.
Die M ( vP) - Kennlinie kann für die meisten Schrittmotore durchThe M (vP) characteristic can be used for most stepper motors by
(2) M ( W>) = - MK . sin Z . f (2) M (W>) = - M K. sin Z. f
angenähert werden, wobei mit M(< das Kippmoment oder das max. statische Moment des Motors und mit Z die Anzahl der Schrittzyklen/Umdrehung bezeichnet sind. Zum Gewinnen einer ersten Näherungslösung von Gleichung (L) kann für Z . γ^'<can be approximated, where M (< denotes the breakdown torque or the max. static torque of the motor and Z denotes the number of step cycles / revolution. To obtain a first approximate solution of equation (L), γ ^ '<
weiter infurther in
(3) M (γ-) = - MK (3) M (γ-) = - M K
6098 11/02636098 11/0263
vereinfacht werden. Wird in Gleichung (3) noch der ürehfeldwinkei ψ eingeführt, erhält diese die Formbe simplified. If the rotating field angle ψ is also introduced into equation (3), this is given the form
(3a) M (γ )""*·. MK (Z γ -y).(3a) M (γ) "" * ·. M K (Z γ -y).
Wird der Schrittmotor mit einer Folge von Schritten erregt, so kann besonders bei Motoren mit großer periodischer Schrittzahl der zeitliche Verlauf von'-Tp'(t) durch (4)Y(t) -Ä(t)If the stepper motor is excited with a sequence of steps, especially in motors with a large periodic Step number the time course of '-Tp' (t) through (4) Y (t) -Ä (t)
angenähert werden, wenn die Schaltfrequenz fs groß im Vergleich zur Eigenfrequenz 00 des Motors ist. Mit Sh werden in Gleichung (4) die Winkelgeschwindigkeit des jrehfeldes und mit *ψder Drehfeldwinkel bezeichnet. Wird Gleichung (4) in Gleichung (3a) eingesetzt, so ergeben sich mit den Anfangsbedingungen ^=O und γ -folgende Lösungen :can be approximated when the switching frequency fs is large compared to the natural frequency 00 of the motor. In equation (4), Sh denotes the angular velocity of the rotating field and * ψ denotes the rotating field angle. If equation (4) is used in equation (3a), the following solutions result with the initial conditions ^ = O and γ:
(5) v> =&t - j2L_ sincJ t und(5) v> = & t - j2L_ sincJ t and
(S) op =|S&(1 - costOt).(S) op = | S & (1 - costOt).
Aus diesen Gleichungen ist, wenn für t = -*■*—gesetzt wird, zu erkennen:From these equations, if for t = - * ■ * - is set will recognize:
für t = -2L-. ist Lf (t) =jöt = y undfor t = -2L-. is Lf (t) = jöt = y and
Wird nun in diesem Zeitpunkt ti (nach Fig. 1) die Schaltfrequenz fsl verdoppelt, d.h.'V (t) = 2 Sb (t), so läuft der Motor mit konstanter Winkelgeschwindigkeit *f s= 2J2}weiter (Gleichlaufphase nach Fig. 1). Das Anhalten kann zu diesem Zeitpunkt erfolgen, indem zunächst wieder auf eine Schaltfrequenz fs3 zurückgeschaltet wird, die idealisiert gleich der Anlauffrequenz fsl ist. Von diesem Zeitpunkt t2 (nach Fig. 1) wird die zweite Halbperiode der Gleichung (5) bzw. (6) durchlaufen, so daß beim Unterbrechen der Weiterschaltung des Drehfeldes im Zeitpunkt t3 = t2 + ?V der Motor schwingungsfrei stehen bleibt. ^ Mathematisch läßt sich dieser Effekt nachweisen, indemIf the switching frequency fsl is now doubled at this point in time ti (according to FIG. 1), ie'V (t) = 2 Sb (t), the motor continues to run at a constant angular speed * f s = 2J2} (synchronous phase according to FIG ). Stopping can take place at this point in time by first switching back to a switching frequency fs3 which, idealized, is equal to the starting frequency fsl. From this point in time t2 (according to FIG. 1) the second half cycle of equation (5) or (6) is run through, so that when the switching of the rotating field is interrupted at point in time t3 = t2 +? V, the motor stops vibrating. ^ This effect can be proven mathematically by
_ 27_ 27
in die Gleichungen (5) und (6) für t = . 1S gesetzt wird.into equations (5) and (6) for t =. 1 S is set.
6098 11/02636098 11/0263
rHp ist i/(t) =SitrHp is i / (t) = Sit
Für t =For t =
d.h. j vie η π zu diesem Zeitpunkt tS (nach Fig. 1) die Weiterschaltung des Drehfeldes unterbrochen wird, al- sout =V = O wird, so bleibt der Motor ohne Ausschwingvorgang stehen.that is to say j vie η π at this point in time tS (according to FIG. 1) the switching of the rotating field is interrupted, when sout = V = 0, the motor stops without a decay process.
In der vorstehenden Ableitung wurde die V.inkelgeschwindigkeit^und die Sc:haltf requenz fsi, fs2, fs3 verwendet, üer Zusammenhang dieserGrößen kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:In the above derivation, the angular velocity ^ and the Sc: stop frequency fsi, fs2, fs3 used, The relationship between these quantities can be expressed by the following equation:
(7)& =</s . fs (1,2,3).(7) & = </ s. fs (1,2,3).
IVobei aus Gleichung (7) die Abhängigkeit der Winkelgeschwindigkeit Sh vom Schrittwinkel Φ s und öer jeweiligen Schaltrrequenzen fsl, fs2, fs3, die erfindungsgemäß in den Zeiten ti - to, t2 - ti und t3 - t2 nach Fig. 1 wirksam sind, zu ersehen ist.Here, from equation (7), the dependence of the angular velocity Sh on the step angle Φ s and öer respective switching frequencies fsl, fs2, fs3, which according to the invention are effective in the times ti-to, t2-ti and t3-t2 according to FIG. 1, can be seen is.
Lie Grenzen für dieses Verfahren ist dadurch gegeben, daß der Quotient aus der Winkelgeschwindigkeit des Drehfeldes «Si» und dem Schrittwinkel */s während des Anlaufes nicht größer als die Startfrequenz fg des Schrittmotors werden darf.Lie limits for this procedure are given by that the quotient of the angular velocity of the rotating field «Si» and the step angle * / s during the start-up not greater than the starting frequency fg of the stepper motor may be.
oder Gleichung (7) in (8) eingesetzt: (Sa) fsl < fgor equation (7) inserted into (8): (Sa) fsl <fg
d.h«f die Schaltfrequenz fsl muß kleiner als die Startfrequenz gehalten werden.ie « f the switching frequency fsl must be kept lower than the starting frequency.
In den meisten Fällen erweist es sich als günstig, die Winkelgeschwindigkeit des Drehfeldes £L· so zu wählen, daß in der Zeit p7_In most cases it proves to be advantageous to choose the angular velocity of the rotating field £ L so that in the time p7 _
τ U) ' τ U) '
wobei tsO die Eigenfrequenz des Motors ist, die periodische Schrittzahl m des Motors und damit ein Steuerzyklus gerade einmal durchlaufen wird, weil dann immmer in einem bestimmten Schaltzustand der Ansteuerschaltung die Weiterschaltung unterbrochen wird.where ts0 is the natural frequency of the motor, the periodic number of steps m of the motor and thus a control cycle is run through just once, because then the switching is always interrupted in a certain switching state of the control circuit.
609 8 11/0263609 8 11/0263
Bei der obigen mathematischen Abteilung wurde zur Vereinfachung die Dämpfung z. B. durch das Antriebsobjekt oder durch die nicht exakt gegebene nückwirkungsfreiheit zwischen crregerstrom und den mechanischen Größen nicht berücksichtigt.The above math section has been made for the sake of simplicity the attenuation z. B. by the drive object or by the fact that there is not exactly the freedom from interaction between exciter current and the mechanical values are not taken into account.
Eine Möglichkeit zur Kompensation der Dämpfung wurde bereits in Verbindung mit den crläuterungeri zu Fig. gegeben, indem nach Anspruch 5 ein D-Verhalten in der Ansteuerung, beispielsweise durch Stromüberhöhungskondensatoren, erzwungen wird und die entsprechenden Feldwicklungen stromüberhöht erregt werden. Durch diese r-.aßnahrne kann bei relativ geringer .Dämpfung ein Kurvenverlauf der Winkelgeschwindigkeit y?nach Fig. 1 erreicht werden. Bei einer größeren Dämpfung ist nach Fig. 2 in Ergänzung oder Abänderung ein in Anspruch δ und 7 angegebenes Verfahren zur Kompensation verwendbar, indem der Beginn jeder Schrittfolge mit erhöhter Schritt frequenz angesteuert wird. Zunächst soll der in Fig. 2 dargestellte durch die Dämpfung beeinflußte Kurvenverlauf der Winkelgeschwindigkeit y näher erläutert werden. Durch Erregung der entsprechenden Feldwicklungen wird, wie bereits zu Fig. 1 beschrieben, zum Zeitpunkt to eine Schrittfolge eingeleitet. Die Winkelgeschwindigkeit ψ des .lotors steigt an, der zum Zeitpunkt ti erreichte Maximalwert ψ max · liegt jedoch infolge der Dämpfung im Abstand ^(J unter dem Wert 2fsl . ^s.One possibility to compensate for the attenuation has already been given in connection with the explanations for FIG. As a result of this r-.assnahrne, a curve of the angular velocity y? According to FIG. 1 can be achieved with relatively low attenuation. In the case of greater damping, a method specified in claims 6 and 7 for compensation can be used in addition or modification according to FIG. 2, in that the beginning of each step sequence is controlled with an increased step frequency. First of all, the curve shape of the angular velocity y shown in FIG. 2, influenced by the damping, will be explained in more detail. As already described with reference to FIG. 1, a sequence of steps is initiated at time to by exciting the corresponding field windings. The angular velocity ψ of the lotor increases, but the maximum value ψ max · reached at time ti is, due to the damping, at a distance ^ (J below the value 2fsl. ^ S.
Gestrichelt ist wieder der Verlauf der Winkelgeschwindigkeit t/ eingezeichnet für den Fall, daß zum Zeitpunkt ti die Schaltfrequenz nicht erhöht, sondern z.B. beibehalten würde. Der Minimalwert der gestrichelten Kurve liegt entsprechend iui Abstandüyzur Zeitachse t. Weiterhin ist ,gestrichelt in der Fig. 2 der Geschwindigkeitsverlauf ab Zeitpunkt t2 für den Fall dargestellt, daß die Anlauf frequenz fsl verdoppelt würde, also fs2 . 2 . fsl .The course of the angular velocity t / is again drawn in dashed lines for the case that the switching frequency is not increased at the time ti but, for example, would be maintained. The minimum value of the dashed curve is correspondingly iui distance from the time axis t. Furthermore, the dashed line in Fig. 2 shows the speed curve from time t2 for the case that the start-up frequency fsl would be doubled, ie fs2. 2. fsl.
Auf Grund der Geschwindigkeitsdifferenz d/zu diesemDue to the speed difference d / to this
6098 11/02636098 11/0263
Zeitpunkt, ergibt siuh für die V.inkelgeschwindigkeit ψ ein Einschwingungvorgang auf die Geschwindigkeit 2 . fsl .^s.Point in time, this results in an oscillation process to speed 2 for the angular speed ψ. fsl. ^ s.
Damit zwischen den Zeitpunkten ti und t2 eine konstante IVinkelgeschwindigkeit t/ erzielbar ist, muß die Frequenz fs2 während cor Gleichlaufphase kleiner als aie doppelte Anlauffrequenz fsl sein, alsoThus, between times ti and t2, a constant IVinkelgeschwindigkeit t / can be achieved, the frequency fs2 during cor synchronous phase must be less than twice aie starting frequency fsl be, so
fs2 < 2 fsl,fs2 <2 fsl,
oder die Grundfrequenz fo muß nach Anspruch G um einen Betrag Af größer gewählt werden, damitor the basic frequency fo must according to claim G by one Amount Af can be chosen larger so
f <zO f <zO
fsl ;> -~- wird.fsl;> - ~ - will.
l'.urde zum Anhalten zu einem Zeitpunkt t2 die Schaltfrequenz auf einen Wert fs3 zurückgeschaltet, der der /.nlaufschaltfrequenz fsl entspricht, also fs3 = fsl, ergäbe sich der in Fig. 2 ab Zeitpunkt t2 gestrichelt eingezeichnete Kurvenverlauf. Es tritt ein Überschwingen Us auf. Zum Zeitpunkt t3 gelangt der Rotor nicht zum Stillstand. Die Winkelgeschwindigkeit γ im Zeitpunkt t3 ist nicht gleich O1 sondern weist den WertA*f auf, der Rotor schwingt also über. Die Abbremsfrequenz fs3 muß deshalb kleiner als die Hälfte der Schaltfrequenz fs2 während der Gleichlaufphase sein, alsoIf the switching frequency was switched back to a value fs3 to stop at a point in time t2, which corresponds to the start-up switching frequency fsl, that is to say fs3 = fsl, the curve shape drawn in dashed lines in FIG. 2 from point in time t2 would result. An overshoot Us occurs. At time t3, the rotor does not come to a standstill. The angular velocity γ at time t3 is not equal to O 1 but has the value A * f , so the rotor swings over. The braking frequency fs3 must therefore be less than half the switching frequency fs2 during the synchronous phase, that is
damit zum Zeitpunkt t3 der Rotor zum Stillstand gelangt. Dieser Verlauf ist zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 in Fig. 2 stark ausgezogen dargestellt. Die Abbrems-· frequenz fs3 muß also um einen Betrag Δ f nach Anspruch 7 erniedrigt werden, um den nachteiligen Einfluß der Dämpfung auszugleichen, üie absolute Größe von Δ f ist von der Dämpfung, die von der jeweiligen Motor-Last-Beziehung verursacht wird, abhängig und muß im speziellen Fall meßtechnisch ermittelt werden.so that the rotor comes to a standstill at time t3. This course is shown in strong lines in FIG. 2 between times t2 and t3. The deceleration frequency fs3 must therefore be reduced by an amount Δ f according to claim 7 in order to compensate for the disadvantageous influence of the damping, the absolute value of Δ f is the damping caused by the respective motor-load relationship, dependent and must be determined by measurement in the special case.
6U98 1 1 /02636U98 1 1/0263
Claims (7)
(fs:r> ■ ) angesteuert wird.f s2
(fs: r> ■ ) is controlled.
verringert wird.that to compensate for the damping during braking d
is decreased.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD18077174A DD113147A1 (en) | 1974-08-29 | 1974-08-29 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2536637A1 true DE2536637A1 (en) | 1976-03-11 |
Family
ID=5497110
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19752536637 Pending DE2536637A1 (en) | 1974-08-29 | 1975-08-16 | PROCEDURE FOR CONTROLLING STEPPER MOTORS |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
DD (1) | DD113147A1 (en) |
DE (1) | DE2536637A1 (en) |
FR (1) | FR2283579A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2625397A1 (en) * | 1976-06-05 | 1977-12-15 | Philips Patentverwaltung | Stepping motor for X:ray examining appts. - has store for constant values and address generator continuously operating during positioning |
DE3008289A1 (en) * | 1980-03-04 | 1981-09-10 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | ARRANGEMENT FOR POSITIONING A TYPE DISC IN A TELEVISION TYPEWRITER |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4215302A (en) * | 1978-01-26 | 1980-07-29 | Mcc Associates | Control system for stepping motors, a method of operating stepping motors, and a method for selecting current patterns for stepping motors |
-
1974
- 1974-08-29 DD DD18077174A patent/DD113147A1/xx unknown
-
1975
- 1975-08-16 DE DE19752536637 patent/DE2536637A1/en active Pending
- 1975-08-29 FR FR7526668A patent/FR2283579A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2625397A1 (en) * | 1976-06-05 | 1977-12-15 | Philips Patentverwaltung | Stepping motor for X:ray examining appts. - has store for constant values and address generator continuously operating during positioning |
DE3008289A1 (en) * | 1980-03-04 | 1981-09-10 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | ARRANGEMENT FOR POSITIONING A TYPE DISC IN A TELEVISION TYPEWRITER |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2283579A1 (en) | 1976-03-26 |
DD113147A1 (en) | 1975-05-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3404127C2 (en) | ||
DE69637134T2 (en) | Stepper motor control system with open loop | |
DE69822896T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A BRUSHLESS ELECTRICAL ENGINE | |
DE2556952A1 (en) | COMBINED DIGITAL CONTROL AND REGULATION SYSTEM FOR A DC MOTOR | |
DE3341731A1 (en) | COLLECTORLESS MULTI-PHASE DC MOTOR | |
EP0621680B1 (en) | Method for limiting of the torque in soft starting of a threephase asynchronous motor | |
EP0771065B1 (en) | Start-up method for a rotating variable speed electrical drive | |
DE10347208A1 (en) | Operation control device for an electric motor and its control method | |
DE2838489C2 (en) | Frequency / voltage converter | |
EP0035258B1 (en) | Arrangement for positioning of a stepping motor in a teleprinter | |
DE2536637A1 (en) | PROCEDURE FOR CONTROLLING STEPPER MOTORS | |
EP0469177B1 (en) | Method and device for restarting an induction motor | |
DE3440667C2 (en) | ||
DE1513128B2 (en) | ACCELERATION AND BRAKING CONTROL SYSTEM FOR A DC MOTOR | |
DE2721240B2 (en) | Circuit arrangement for operating a stepper motor in the optimal load angle range | |
DE3151257A1 (en) | Synchronous drive | |
EP0140159B1 (en) | Detection method for the static and dynamic load angle of a stepping motor | |
DE3513791A1 (en) | Method for oscillation damping | |
DE4316292A1 (en) | Electrical actuating drive | |
DE3718079C2 (en) | ||
DE102019000751B4 (en) | Drive control for stepper motors | |
EP0140160B1 (en) | Load angle dependent step cycle control for stepping motors | |
DE4420317A1 (en) | Electronically commutated motor drive | |
EP0578159A2 (en) | Device for accelerating a replacement web roll | |
DE69831731T2 (en) | Motor drive circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OHJ | Non-payment of the annual fee |