DE29609570U1

DE29609570U1 - Schaltung zum Erfassen des Aussertrittfallens eines Schritt- oder Synchronmotors

Info

Publication number: DE29609570U1
Application number: DE29609570U
Authority: DE
Original assignee: Johnson Electric Switzerland AG
Current assignee: Johnson Electric Switzerland AG
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 1996-10-24
Anticipated expiration: 2006-05-30

Description

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Schaltung zum Erfassen des Aussertrittfallens eines Schritt- oder Synchronmotors

Die Vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zum Erfassen des Aussertrittfallens eines Schritt- oder Synchronmotors, mit Mitteln zum Messen des Motorstroms und einer Vergleichsschaltung zum Erfassen, von Differenzen im Verlauf nacheinander auftretender Antriebsimpulse. Eine derartige Schaltung ist beispielsweise bekannt aus dem europäischen Patent Nr. 0 462 050 der Anmelderin. Diese bekannte Schaltung arbeitet wohl zuverlässig, ist jedoch verhältnismässig aufwendig indem zwei Operationsverstärker vorgesehen sind, welchen drei Speicherkondensatoren zum Zwischenspeichern von Messwerten zugeordnet sind. Dazu ist eine entsprechend aufwendige Logik und ausserdem eine Steuerschaltung in Form eines Mikroprozessors erfoderlich. Ziel vorliegender Neuerung ist es eine besonders einfache, kostengünstige und doch für sehr viele Anwendungen genügende Schaltung zum Erfassen des Aussertrittfallens eines Schritt- oder Synchronmotors anzugeben. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass die Vergleichsschaltung einen einzigen Operationsverstärker aufweist, an dessen Eingängen die zu vergleichenden, analogen Messwerte anliegen. Der Aufwand an Schaltmitteln und damit die Kosten und der Raumbedarf können damit gegenüber bekannten Lösungen erheblich gesenkt werden.

Die Neuerung wird nun anhand von drei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 zeigt das Schaltbild des ersten Ausführungsbeispiels,

Figur 2 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels,

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Figur 3 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Funktion des ersten Ausführungsbeispiels,

Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Motorschaltung,

Figur 5 zeigt ein Schaltbild des zweiten Ausführungsbeispiels,

Figur 6 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des zweiten Ausführungsbeispiels,

Figur 7 zeigt das Schaltbild des dritten Ausführungsbeispiels,
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Figur 8 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach Figur 7 und

Figur 9 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach Figur 7.

Figur 1 zeigt einen Schritt- oder Synchronmotor M zu welchem ein Widerstand R in Serie geschaltet ist. Der Motor wird von einer Spannungsquelle Um gespeist, wobei die Schaltung zur Erzeugung der Fortschaltimpulse nicht dargestellt ist. Am Widerstand R entsteht ein dem Motorstrom proportionaler Spannungsabfall, der als Messwert U = f(I) über einen Widerstand RI dem einen Eingang eines Operationsverstärkers Op zugeführt wird. Der Widerstand R1 bildet ein Netzwerk, das heisst einen Spannungsteiler mit einem Widerstand R2, welcher an eine Spannungsquelle U angeschlossen ist. Es tritt daher am einen Eingang des Operationsverstärkers ein Signal U1 auf, welches bestimmt ist durch das Spannungsteilerverhältnis und die angelegte Spannung U. Der Messwert U = f(I) kann über einen Transistor Tr an einen Speicherkondensator C übertragen und

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damit gespeichert werden. Der Transistor Tr wird gesteuert durch einen, zur Motorsteuerung ohnehin vorhandenen, Mikroprozessor &mgr;&Rgr;. Der Speicherkondensator C ist mit dem anderen Eingang des Operationsverstärkers Op verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers Op is't mit dem Mikroprozessor verbunden, welchem somit das Ausgangssignal A des Operationsverstärkers Op zugeführt wird.

Figur 2 zeigt die Signale, wie sie im Falle eines Schrittverlustes auftreten können. Die beiden ersten Impulse, der dem Motorstrom entsprechenden Spannung U = f(I), zeigen normalen Verlauf und normale Höhe, während die drei folgenden Impulse einen abweichenden Verlauf und eine

•abweichende Höhe aufweisen, wie es bei einem Schrittverlust bzw. Aussertrittfallen üblich ist. Figur 2 zeigt, dass die Spannung UI gegenüber dem Messwert U = f(I) etwas erhöht ist, das heisst die am Widerstand R2 liegende Hilfsspannung U ist positiv. Es kann sich beispielsweise um die Betriebsspannung Um des Motors handeln, in welchem Falle eine gewisse Berücksichtigung dieser Betriebsspannung bei der Messung möglich wird. Das ist besonders von Bedeutung beim Einssatz von Schrittmotoren im Automobilbau wo die Betriebsspannung starken Schwankungen unterworfen ist. Aus den Figuren 2 und 3 ergibt sich, dass jeweils in einem bestimmten Zeitpunkt T einerseits mit Hilfe des Mikroprozessors &mgr;&Rgr; geprüft wird, in welchem Zustand sich der Ausgang des Operationsverstärkers Op befinde. Unmittelbar danach wird das momentane Messignal U = f(I) über den Transistor Tr in den Speicherkondensator C eingespeichert. Die eingespeicherte Spannung U2 wird mittels des Operationsverstärkers Op dauernd verglichen mit der Spannung UI , was am Ausgang des Operationsverstärkers das in Figur 2 dargestellte logische Signal A ergibt. Figur 2 zeigt ebenfalls dass normalerweise das logische Signal A im Zeitpunkt T niedrig ist, während es dann beim letzten in ausgezogenen Linien dargestellten Impuls hoch bleibt und

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damit einen Schrittverlust bzw. ein Aussertrittfallen anzeigt. Dieses Aussertrittfallen wird vom Mikroprozessor festgestellt und er veranlasst eine entsprechende Strategie indem beispielsweise eine Korrektur durch Einfügen eines zusätzlichen Schrittimpulses oder durch einen neuen Abgleich erfolgen kann. Dieser Abgleich kann beispielsweise in dem Sinne vorgenommen werden, dass ein durch den Motor M angetriebenes Element bis gegen einen Anschlag verstellt wird. Beim Erreichen des Anschlags fällt der Motor- ausser Tritt und aus dieser neuen Einstellung wird dann der Motor um entsprechend viele Schritte in umgekehrter Richtung angetrieben, um die gewünschte Position zu erreichen. Tritt hierbei kein neuer Schrittverlust auf, darf angenommen werden, dass die neue Einstellung des angetriebenen Elementes, bezogen auf die Anschlagsstellung bzw. Nullstellung korrekt ist.

Figur 4 zeigt ein Schaltungsbeispiel eines Vierphasenmotors M mit Wicklungen P1 - P4 die mittels vom Mikroprozessor gesteuerter Transistoren zyklisch geschaltet werden können, um den Motor in der einen oder anderen Richtung anzutreiben.

Figur 5 zeigt das Schaltschema des zweiten Ausführungsbeispiels. Entsprechende Schaltelemente sind gleich bezeichnet wie in Figur 1 . In diesem Falle ist jedoch der Speicherkondesator C direkt mit dem in Figur 5 nicht dargestellten Widerstand R im Motorstromkreis bzw, mit dem Messignal verbunden, und der Transistor Tr ist zwischen den Kondensator C und Masse geschaltet. In dieser Schaltung treten nun die in Figur 6 dargestellten Signale auf, wobei die Steuerung gemäss Figur 3 erfolgt. Das in Figur 6 dargestellte Messsignal U = f(I) entspricht dem in Figur 2 dargestellten. Da auch der Widerstand R2 an Masse gelegt ist, tritt¹eine Spannung UI gemäss Figur 6 auf. Der Speicherkondensator C wird jeweils bei Impulsbeginn über

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den Transistor Tr entladen, worauf die Spannung U2 ensprechend dem Verlauf der Messpannung ansteigt. Beim dritten in Figur 6 vollständig dargestellten Impuls, welcher an sich schon das Aussertrit'tfallen bzw. den Schrittverlust anzeigt, steigt nun die Spannung U2 über die Spannung U1 an, und der Mikroprozessor erfasst im Zeitpunkt T während dieses Impulses das hohe Ausgangssignal A des Operationsverstärkers Op welches Aussertrittfallen bzw. Schrittverlust anzeigt.

Figur 7 zeigt die Schaltung des dritten Ausführungsbeispiels. In diesem Falle liegt das Messignal U = f(I) direkt am einen Eingang des Operationsverstärkers Op, während am anderen Eingang eine Referenzspannung U ref anliegt, die von einer bestimmten Spannung U über ein Netzwerk RI, R2, CI erzeugt wird. Diese Referenzspannung kann wie Figur 8 zeigt, eine konstante Spannung sein, oder jedenfalls eine im wesentlichen gleichbleibende Gleichspannung die beispielsweise, wie oben erwähnt, von der Betriebsspannung abhängen kann. In diesem Falle tritt am Ausgang des Operationsverstärkers Op jeweils eine Zustandsänderung in einem bestimmten Sinne auf, wenn das Messignal die Referenzspannung U ref übersteigt. Bei normalem Betrieb des Motors, der durch die drei ersten Impulse in Figur 8 dargestellt ist, bleibt das Zeitintervall zwischen dem Impulsbeginn und dem Anstieg des Messignals über die Referenzspannung immer gleich Ta, Tb während diese Zeitintervalle kürzer werden, wenn bei einem Schrittverlust bzw. Aussertrittfallen die Impulse höher werden Tc, Td. In diesem Falle werden nun die Zeitintervalle während jedes Impulses im Mikroprozessor abgespeichert und jeweils miteinander verglichen und beim Auftreten einer ausserhalb der Messgenauigkeit liegenden Abweichung wird auf Schrittverlust bzw. Aussertrittfallen geschlossen. Auch in diesem Falle dient der einzige vorhandene Operationsverstärker Op dem eigentlichen

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Erfassen des Aussertrittfallens oder Schrittverlustes, und es bedarf keines AD-Wandlers im Mikroprozessor, sondern lediglich eines entsprechenden Zeitzählers und einer Vergleichsschaltung.
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Figur 9 zeigt das Flussdiagramm eines Arbeitszyklus der Schaltung nach Figur 7.

In den Figuren 1, 5, und 7 ist durch punktierte Linien angedeutet, dass das Netzwerk bestehend aus dem Speicherkondensator C und den Widerständen R1 , R2 bzw. Kondensator CI einerseits und der Operationsverstärker Op andererseits verschiedenen Sektionen bzw. Baugruppen angehören können, das heisst insbesondere, dass der Operationsverstärker Op und der Transistor zusammen mit dem eigentlichen Mikroprozessor integriert sein können, während die Kondensatoren und Widerstände nicht integriert sind. Es wäre allerdings auch möglich, mindestens den Kondensator ebenfalls zu integrieren, da dank der sehr hohen Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers mit einem sehr kleinen Kondensator auszukommen ist.

Claims

Deutsche GebraucHsräusteranJfelciiiig 296 09 570.2 13.09.1996

Anirelder: Saia AG

SCHÜTZANSPRÜCHE

1 . Schaltung zum Erfassen des Aussertrittfallens eines Schritt- oder Synchromotors (M), mit Mitteln (R) zum Messen des Motorstroms und einer Vergleichsschaltung (Op) zum Erfassen von Differenzen im Verlauf nacheinander auftretender Antriebsimpulse, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsschaltung einen einzigen Operationsverstärker (Op) aufweist, an dessen Eingängen (+,-) die zu vergleichenden analogen Messwerte anliegen.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsschaltung einen Speicherkondensator (C) zur jeweiligen Speicherung eines Messwertes (Ü2) aufweist, und dass Schaltmittel (&mgr;&Rgr;, Tr) vorgesehen sind, welche jeweils zugleich den gespeicherten Messwert (U2) mit dem momentanen Messwert (U=f(I)) eines nachfolgenden Antriebsimpulses an die Eingänge des Operationsverstärkers (Op) anlegen und anschliessend die Speicherung des momentanen Messwertes bewirken.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert über ein Netzwerk, 'z. B. einen Spannungsteiler (RI, R2) an den einen Eingang' des Operationsverstärkers (Op) gelangt, wobei über das Netzwerk auch eine Referenzgrösse, z. B. die Betriebsspannung (Um) des Motors (M) und/oder eine Temperaturabhängige Grosse wirkt.
4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die Eingänge des Operationsverstärkers der Messwert (U = f(D) bzw. ein Referenzwert (U ref) angelegt sind derart, dass der logische Zustand am Ausgang des Operationsverstärkers (Op) jeweils kippt wenn der Messwert den Referen:wert übersteigt, und dass eine Vergleichsschaltung {&mgr;&Rgr;) vorgesehen ist, welche Zeitintervalle (Ta bis Td) vom jeweiligen Impulsbeginn bis

zum Kippen des Operationsverstärkers erfasst, speichert und mit einem früher erfassten und gespeicherten Zeitintervall vergleicht, und im Falle einer bestimmten Abweichung der verglichenen Zeitintervalle ein Aussertrittfallen anzeigendes Signal abgibt.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Mikroprozessor {&mgr;&Rgr;) zu Steuerung des Zyklus zum Erfassen des Ausserfcrittfallens.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Integrierten Stromkreis (IC), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Schaltelemente, z. B. der Operationsverstärker und/oder des genannte Netzwerk (R1 , R2) und/oder der genannte Speicherkondensator (C) inteoriert sind.