DE2721845B2

DE2721845B2 - Adjusting device, consisting of two rigidly coupled electric servomotors

Info

Publication number: DE2721845B2
Application number: DE19772721845
Authority: DE
Inventors: Jackie Pontchartrain Jouan (Frankreich)
Original assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES; Matra SA
Current assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES; Matra SA
Priority date: 1976-05-14
Filing date: 1977-05-13
Publication date: 1979-04-05
Also published as: FR2351530B1; GB1573656A; FR2351530A1; DE2721845A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stellvorrichtung bestehend aus zwei starr miteinander gekuppelten elektrischen Stellmotoren, von denen jeder an eine elektrische Speiseeinrichtung angeschlossen und beide Motoren derart gleichzeitig gespeist sind, daß eine von der Speiseeinrichtung vorgegebene Drehung eines durch einen Teil eines der Motoren gebildeten Abtriebsteils um einen bestimmten einstellbaren Winkel möglich ist, wobei der Rotor des ersten Motors starr mit dem Rotor oder Stator des zweiten Motors verbunden ist und der nicht mit dem Rotor des ersten Motors verbundene Teil des zweiten Motors das Abtriebsteil der Stellvorrichtung bildet.The invention relates to an adjusting device consisting of two rigidly coupled to one another electric servomotors, each of which is connected to an electrical supply device and both Motors are fed simultaneously so that a predetermined rotation of the feed device by a part of one of the motors formed output part by a certain adjustable angle is possible, the rotor of the first motor rigidly connected to the rotor or stator of the second motor and the part of the second motor not connected to the rotor of the first motor is the output part the adjusting device forms.

Eine derartige Stellvorrichtung ist bereits aus der FR-PS 2045 549 bekannt. Bei dieser bekannten Stellvorrichtung werden die zwei Stellmotore mit Signalen gleicher Frequenz, jedoch unterschiedlicher Phase, gespeist. Die Phasendifferenz hängt von dem Steuersignal ab, das die gewünschte Verdrehung des Abtriebsteils der Stellvorrichtung angibt. Auf Grund der Phasenverschiebung wirkt auf das Abtriebsteil ein Drehmoment, das dieses Abtriebsteil solange dreht, bis die Phasenverschiebung kompensiert ist. Bei dieser Stellvorrichtung soll keine Untersetzung zwischen der Drehzahl des ersten Stellmotors und der Drehzahl des zweiten Stellmotors erreicht werden, sondern es soilSuch an adjusting device is already known from FR-PS 2045 549. With this well-known Actuating device are the two servomotors with signals of the same frequency, but different Phase, fed. The phase difference depends on the control signal that the desired rotation of the Specifies output part of the actuating device. The phase shift acts on the stripping section Torque that rotates this output part until the phase shift is compensated. At this Actuating device should not have a reduction between the speed of the first servomotor and the speed of the second servomotor can be achieved, but it should

lediglich eine bestimmte Winkelstellung des Abtriebsteils erreicht werden, die vom Steuersignal angegeben und mittels der Phasenverschiebung verwirklicht wird. Die Genauigkeit mit der die angestrebte Winkelstellung erreicht wird, hängt ausschließlich von der Genauigkeit ab, mit der das Steuersignal in den Phasenwinkel umgesetzt wird. Besondere Maßnahmen zur Erzielung einer besonders guten Winkelauflösung sind nicht getroffen.only a certain angular position of the output part can be achieved, which is indicated by the control signal and is realized by means of the phase shift. The accuracy with which the desired angular position is achieved depends solely on the Accuracy with which the control signal is converted into the phase angle. Special measures to achieve a particularly good angular resolution are not met.

Aus der DE-OS 21 64 715 sind bereits bei einer mit einem Schrittmotor arbeitenden Stellvorrichtung Maßnahmen zur Erzielung einer weitgehenden Winkelauflösung bekannt Dabei handelt es sich um rein elektrische Maßnahmen, die im wesentlichen darin bestehen, daßFrom DE-OS 21 64 715 measures for achieving a large angular resolution are already known in the case of an actuating device working with a stepping motor. These are purely electrical Measures which essentially consist in the fact that der bei der Stellvorrichtung verwendete Schrittmotor zur Erzielung einer bestimmten Schrittposition mit Vorwärts- und Rückwärtsschrittsignalen gespeist wird. In der DE-AS 17 63156 wird zur Erzielung einer Vielzahl beliebiger PoJzwischensteMungen des Rotors the stepping motor used in the actuating device is fed with forward and backward step signals to achieve a certain step position. In DE-AS 17 63156, in order to achieve a large number of any desired intermediate positions of the rotor eines Schrittmotors vorgeschlagen, eine Statorpolwicklung voll und die andere Statorpolwicklung nur teilweise zu erregen. Dadurch kann der Rotor nicht nur in Mittelpositionen zwischen den Polen, sondern nach dem Verhältnis der Erregung der Statorpolwicklungen aucha stepping motor proposed, a stator pole winding full and the other stator pole winding only partially to excite. This means that the rotor can not only be in the middle position between the poles, but also after the Ratio of excitation of the stator pole windings as well in Zwischenstellungen zum Stillstand gebracht werden. Auch in der DE-AS 23 51 212 wird zur Erzielung von Zwischeiisteilungen eines Schrittmotors eine spezielle Speisung der Schrittmotorwicklungen in Abhängigkeit von der zu erreichenden Zwischenstellung angewendet Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß sich bei konstruktivem einfachem Aufbau eine sehr gute Feinauflösung der Winkelverstellung des Abtriebsteils erzielen läßt.be brought to a standstill in intermediate positions. In DE-AS 23 51 212, a special step motor is used to achieve intermediate divisions The stepper motor windings are fed depending on the intermediate position to be reached The invention is based on the object of providing an adjusting device of the type described above to design that a very good fine resolution of the angular adjustment of the driven part can be achieved with a structurally simple structure.

Diese Aufgabe wird bei einer Stellvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst daß die Motoren und/oder die Speiseeinrichtung derart ausgebildet sind, daß sich das Abtriebsteil mit einer mittleren Drehzahl von Δω dreht, die sehr klein gegenüber derThis object is achieved in an actuating device of the type mentioned in that the motors and / or the feed device are designed such that the output part rotates at an average speed of Δω, which is very small compared to the

mittleren Drehzahl ω des Rotors des ersten Motors ist.mean speed ω of the rotor of the first motor.

Bei der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung ist die mittlere Drehzahl des Abtriebsteils sehr klein gegenüber der mittleren Drehzahl des Rotors des ersten Motors, was zur Folge hat, daß eine sehr feineIn the adjusting device according to the invention, the mean speed of the output part is very small compared to the mean speed of the rotor of the first Motor, which has the consequence that a very fine Auflösung bei der Winkelverstellung des Abtriebsteils erzielt wird. Es wird auch eine sehr hohe Genauigkeit der angestrebten Winkeleinstellung erzielt, da infolge der geringen Drehzahl nach dem Abschalten des die Winkelverdrehung hervorrufenden AnsteuersignalsResolution in the angular adjustment of the output part is achieved. It is also achieved a very high accuracy of the desired angle setting, as a result the low speed after switching off the control signal causing the angular rotation

auch das Abtriebsteil unmittelbar zum Stillstand kommen wird, so daß keine Verfälschung der angestrebten Winkelstellung eintreten wird. Diese Wirkung tritt unabhängig davon ein, ob die Stellmotore durch Impulse steuerbare Schrittmotore oder auch solche Motore sind,the stripping section will also come to a standstill immediately, so that the desired angular position will not be falsified. This effect occurs regardless of whether the servomotors are stepper motors controllable by impulses or also such motors, die durch kontinuierliche Sinus- oder Cosinussignale gesteuert werden.which are controlled by continuous sine or cosine signals.

Unter Berücksichtigung des geschilderten Sachverhalts besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, daß beide Motoren als SchrittmotorenTaking into account the facts described, there is an advantageous embodiment of the Invention is that both motors as stepper motors ausgebildet sind. Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, daß beide Motoren an die gleiche elektrische Speiseeinrichtung angeschlossen sind, die an beide Motoren synchron Fortschaltimpulse abgibt, und daß einer der beiden Motoren für N Schritte proare trained. Preferably, it can be provided that both motors are connected to the same electrical feed device, which outputs synchronous incremental pulses to both motors, and that one of the two motors for N steps per

Umdrehung und der andere Motor für N T ΔΝSchritte ausgelegt ist, wobei N und ΔΝ ganze Zahlen sind und ANsehr viel kleiner als Nist. Eine Alternativausführung kann jedoch auch darin bestehen, daß beide Motoren fürRevolution and the other motor is designed for NT ΔΝ steps, where N and ΔΝ are integers and AN is very much smaller than N. An alternative version can, however, also consist in the fact that both motors for

die gleiche Anzahl Schritte pro Umdrehung ausgelegt und mit Impulsen geringfügig unterschiedlicher Frequenzen gespeist sind.designed for the same number of steps per revolution and with pulses of slightly different frequencies are fed.

Zum besseren Verständnis sollen im folgenden Ausführungsbeispile der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigtFor a better understanding in the following Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to drawings, namely shows

F i g. 1 einen schematischen Axiaüängsschnitt einer Stellvorrichtung für den Antrieb der Solarfelder eines Satelliten undF i g. 1 shows a schematic axial longitudinal section of an adjusting device for driving the solar fields of a Satellites and

F i g. 2 ein Diagramm, welches die Art der Versetzung zeigt, die bei zwei identischen Motoren jedoch bei leicht unterschiedlichen Speisefrequenzen erhalten werden.F i g. Fig. 2 is a diagram showing the type of displacement, but that of two identical motors when slightly different feed frequencies can be obtained.

Die in Fig. 1 dargestellte Stellvorrichtung weist ein aus mehreren Teilen zusammengesetztes, am Satellitenkörper zu befestigendes Gehäuse 10 auf. An dem Gehäuse 10 ist eine Statorwicklung 11 eines ersten Motors 12 befestigt, dessen Rotor 13 an einer Hülse 14 gehalten ist Die Hülse 14 ist mit Hilfe voi? Lagern 15 und 16 an einer Abtriebswelle 17 der Stellvorrichtung drehbar gelagert Die Abtriebswelle 17 ist ihrerseits in Wälzlagern 18,19 und 20 am Gehäuse 10 gelagertThe adjusting device shown in Fig. 1 has a composed of several parts, on the satellite body housing 10 to be fastened. On the housing 10, a stator winding 11 is a first Motor 12 attached, the rotor 13 of which is held on a sleeve 14. The sleeve 14 is with the help of voi? Storage 15 and 16 rotatably mounted on an output shaft 17 of the adjusting device. The output shaft 17 is in turn in Rolling bearings 18, 19 and 20 mounted on the housing 10

An der Hülse 14 ist ein Rotor 21 eines zweiten elektrischen Motors 22 gehalten. Der Stator 23 des zweiten Motors 22 bildet das Abtriebsteil der Stellvorrichtung. Der Stator 23 des zweiten Motors 22 ist mittels eines Gewinderings 25 in einer Ringeinfassung 24 eingespannt Die Ringeinfassung 24 ist an einem Bund 26 der Abtriebswelle 17 der Vorrichtung befestigtA rotor 21 of a second electric motor 22 is held on the sleeve 14. The stator 23 of the second motor 22 forms the output part of the actuating device. The stator 23 of the second motor 22 is clamped in a ring mount 24 by means of a threaded ring 25. The ring mount 24 is on one Collar 26 of the output shaft 17 of the device attached

Bei den Motoren 12 und 22 soll es sich im folgenden um Schrittmotoren handeln, die N Schritte pro Umdrehung bzw. N ± ΔΝ Schritte pro Umdrehung ausführen, wobei ΔΝ klein gegenüber N ist. Beispielsweise kann es sich um Schrittmotoren handeln, wie sie unter Weltraumbedingungen benutzt und von der Societe d'Applications Generates d'Electricite et de Mecanique SAGEM hergestellt werden. Die Motoren können beispielsvv eise für 1200 Schritte pro Umdrehung bzw. 1180 (oder 1220) Schritte pro Umdrehung ausgelegt sein, was eine Auflösung von 70 800 Schritte pro Umdrehung ermöglicht. Die Motoren sind vorzugsweise als Permanentmagnetmotoren ausgebildet, um auch bei Abwesenheit eines Signals ein Haltemoment zu ermöglichen.In the following, the motors 12 and 22 are to be stepping motors which execute N steps per revolution or N ± ΔΝ steps per revolution, where ΔΝ is small compared to N. For example, it can be a stepper motor, as used in space conditions and manufactured by the Societe d'Applications Generates d'Electricite et de Mecanique SAGEM. The motors can, for example, be designed for 1200 steps per revolution or 1180 (or 1220) steps per revolution, which enables a resolution of 70,800 steps per revolution. The motors are preferably designed as permanent magnet motors in order to enable a holding torque even in the absence of a signal.

Den elektromechanischen Teilen ist eine in F i g. 1 schematisch dargestellte, einzige elektrische Speiseeinrichtung zugeordnet. Die Speiseeinrichtung weist beispielsweise ein« an eine Stromquelle 28 angeschlossene Stufe 27 auf. Die Stufe 27 enthält beispielsweise eine Zeitbasis, deren Ausgangsfrequenz die Verstellgeschwindigkeit der Abtriebswelle 17 festlegt. Ferner enthält die Stufe 27 Gatter, die, jedesmal wenn sie durch einen Impuls der Zeitbasis erregt werden, einen Fortschaltimpuls in Abhängigkeit von jedem Zeitimpuls an Ausgänge 29 weilerleiten. Die Ausgänge 29 sind zum einen mit zur Sicherheit überzählig vorhandenen Schleifern 30 verbunden, die mit Leiterbahnen einer an der Ringfassung 24 befestigten Isolierscheibe 31 verbunden und andererseits an den Stator 11 angeschlossen sind. Die Leiterbahnen der Isolierscheibe 31 sind ihrerseits mit dem Stator 23 des Motors 22 verbunden.The electromechanical parts are shown in FIG. 1 schematically shown, single electrical feed device assigned. The feed device has, for example, a «connected to a current source 28 Level 27 on. The stage 27 contains, for example, a time base, the output frequency of which is the adjustment speed the output shaft 17 defines. Furthermore, the stage contains 27 gates that, each time through a pulse of the time base are excited, a stepping pulse depending on each time pulse pass to outputs 29. The outputs 29 are, on the one hand, redundant for safety reasons Sliders 30 connected to the conductor tracks of an insulating disk 31 attached to the ring mount 24 and are connected to the stator 11 on the other hand. The conductor tracks of the insulating disk 31 are in turn connected to the stator 23 of the motor 22.

Die Stufe 27 kann so ausgebildet sein, daß sie entweder durch eine an einem Eingang 32 zugeführte Dauei spannung gesteuert wird, wobei die Dauer mit der die Spannung anliegt den Drehwinkel bestimmt, oder aber sie kann, wenn eine erhöhte Genauigkeit gefordert wird und cumulative Fehler vermieden werden sollen, durch Vorgabe bzw. Anzeige der auszuführenden Schritte einschließlich Angabe der Drehrichtung ge-ο steuert werden. In diesem Fall liefert die Stufe 27 an den Ausgängen 29 in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung fortschaltende Impulse, deren Zahl gleich der am Eingang 32 vorgegebenen Zahl ist Eine Schaltung mit einer derartigen Arbeitsweise soll nicht näher erläutert werden; sie kann herkömmliche elektronische Bauelemente aufweisen, insbesondere einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler. The stage 27 can be designed in such a way that it can either be fed in through an input 32 Continuous voltage is controlled, the duration with the the voltage applied determines the angle of rotation, or it can, if increased accuracy is required and cumulative errors are to be avoided by specifying or displaying the Steps including indication of the direction of rotation can be controlled. In this case, stage 27 delivers to the Outputs 29 in forward or in reverse direction incrementing pulses, the number of which is equal to that on Input 32 is a predetermined number. A circuit with such a mode of operation will not be explained in more detail will; it can have conventional electronic components, in particular an up / down counter.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform müssen die Motoren unterschiedlich ausgeführt sein, selbst wenn ihre geometrischen Abmessungen gleich sind. Bevorzugt werden handelsübliche erhältliche, identische Motoren. In einem solchen Fall muß die Stufe 27 zwei Arten von Ausgängen aufweisen, von denen der eine Steuerimpulse mit einer Frequenz / und der andere Steuerimpulse mit einer Frequenz / T Af abgibt, wobei Λ/klein gegenüber /ist Die beiden Frequenzen können im übrigen von einem einzigen Taktgeber abgeleitet sein, der zwei unterschiedliche Teilerketten speist.In the embodiment described above, the motors must be designed differently, even if their geometrical dimensions are the same. Commercially available, identical motors are preferred. In such a case, the stage 27 must have two types of outputs, one of which emits control pulses with a frequency / and the other control pulses with a frequency / T Af , where Λ / is small compared to / be derived from a single clock that feeds two different divider chains.

In diesem Fall werden sich die verschiedenenIn this case the different

jo Elemente der Stellrichtung entsprechend der schematischen Darstellung in F i g. 2 bewegen. Die Figur zeigt unter der Voraussetzung der Trägheitslosigkeit in Abhängigkeit von der Zeit die Relativverschiebung des Stators und des Rotors des Motors 12. Wenn dieser mitjo elements of the actuating direction according to the schematic representation in FIG. 2 move. The figure shows assuming inertia as a function of time, the relative displacement of the Stator and the rotor of the motor 12. If this with

J5 Impulsen der Frequenz f\ (Kurve 12) gespeist wird. Weiterhin ist die Relativverschiebung des Stators und des Rotors des mit der Frequenz h (Kurve 22) gespeisten Motors 22 sowie die Bewegung der Abtriebswelle 17 dargestellt. In der Praxis führt der Trägheitseffekt dazu, daß sich die Abtriebswelle 17 entsprechend der durch die Gerade 17' dargestellten Funktion in Abhängigkeit von der Zeit t bewegt, wenn die Frequenzen f\ und /j genügend hoch sind.J5 pulses of frequency f \ (curve 12) is fed. Furthermore, the relative displacement of the stator and the rotor of the motor 22 fed with the frequency h (curve 22) and the movement of the output shaft 17 are shown. In practice, the inertia effect means that the output shaft 17 moves in accordance with the function represented by the straight line 17 'as a function of the time t when the frequencies f \ and / j are sufficiently high.

Mit der erläuterten Vorrichtung lassen sich somit ersichtlich die beabsichtigten Vorteile erzielen. Die Verbindung zwischen dieser Stellvorrichtung und den antreibenden Organen ist außerordentlich starr, womit jeglicher Schlupf aufgrund von Flexibilitäten vermieden wird. Schließlich ist der gesamte Aufbau des Systems sehr einfach. Die Stellvorrichtung ist außerordentlich sicher, weil sie bei Ausfall eines der beiden Motoren immer noch gesteuert werden kann, wobei lediglich die Auflösung auf den Wert verschlechtert wird, der mit einem einzigen Motor bei direktem Antrieb erreichtThe intended advantages can thus evidently be achieved with the device explained. the Connection between this adjusting device and the driving organs is extremely rigid, which means any slippage due to flexibilities is avoided. Lastly, the entire structure of the system is very easy. The actuating device is extremely safe because it will fail in the event of one of the two motors can still be controlled, only the resolution is degraded to the value that with achieved with a single motor with direct drive

·■'"> werden kann. Zur Steuerung kann ein offener Steuerkreis benutzt werden, wodurch die bei Servosystemen auftretenden Probleme vermieden werden. Weiterhin kann, wie Fig. 1 zeigt, die Abtriebswelle 17 beiderseits der Vorrichtung austreten, womit zwei Organe symmetrisch betätigt werden können.· ■ '"> can be used. An open Control circuit can be used, thereby avoiding the problems associated with servo systems. Furthermore, as shown in FIG. 1, the output shaft 17 can emerge on both sides of the device, whereby two Organs can be operated symmetrically.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claims;

1. Stellvorrichtung bestehend aus zwei starr miteinander gekuppelten, elektrischen Stellmotoren, von denen jeder an eine elektrische Speiseeinrichtung angeschlossen und beide Motoren derart gleichzeitig gespeist sind, daß eine von der Speiseeinrichtung vorgegebene Drehung eines durch einen Teil eines der Motoren gebildeten Abtriebsteils um einen bestimmten einstellbaren Winkel möglich ist, wobei der Rotor des ersten Motors starr mit dem Rotor oder Stator des zweiten Motors verbunden ist und der nicht mit dem Rotor des ersten Motors verbundene Teil des zweiten Motors das Abtriebsteil der Stellvorrichtung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (12, 22) und/oder die Speiseeinrichtung derart ausgebildet sind, daß sich das Abtriebsteil (Stator 23) mit einer mittleren Drehzahl von Δω dreht, die sehr klein gegenüber der mittleren Drehzahl ω des Rotors (13) des ersten Motors (12) ist1. Adjustment device consisting of two rigidly coupled, electric servomotors, each of which is connected to an electrical feed device and both motors are fed simultaneously in such a way that a predetermined rotation of the output part formed by part of one of the motors by a certain adjustable angle is possible, wherein the rotor of the first motor is rigidly connected to the rotor or stator of the second motor and the part of the second motor not connected to the rotor of the first motor forms the output part of the actuating device, characterized in that the motors (12, 22 ) and / or the feed device are designed such that the output part (stator 23) rotates at an average speed of Δω, which is very low compared to the average speed ω of the rotor (13) of the first motor (12)

2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Motoren (12, 22) als Schrittmotoren ausgebildet sind.2. Adjusting device according to claim 1, characterized in that both motors (12, 22) as Stepper motors are designed.

3. Stellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Motoren (12, 22) an die gleiche elektrische Speiseeinrichtung (27) angeschlossen sind, die an beide Motoren (12, 22) synchron Fortschaltimpulse abgibt und daß einer der beiden Motoren für N Schritte pro Umdrehung und der andere Motor für Nt Δ Ν Schritte ausgelegt ist, wobei JVund ΔΝ ganze Zahlen sind und d/Vsehr viel kleiner als N ist3. Adjusting device according to claim 2, characterized in that both motors (12, 22) are connected to the same electrical feed device (27) which outputs synchronous incremental pulses to both motors (12, 22) and that one of the two motors for N steps per revolution and the other motor is designed for Nt Δ Ν steps, where JV and ΔΝ are integers and d / V is very much smaller than N.

4. Stellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß beide Motoren (12, 22) für die gleiche Anzahl Schritte pro Umdrehung ausgelegt und mit Impulsen geringfügig unterschiedlicher Frequenz gespeist sind.4. Adjusting device according to claim 2, characterized in that both motors (12, 22) for the designed with the same number of steps per revolution and with slightly different pulses Frequency are fed.