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Steuerschaltung für einen Schrittmotor
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Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen Schrittmotor,
mit einer Erregerstromimpulse für eine Drehfelderregung des Schrittmotors abhängig
von einer Folge von Taktimpulsen erzeugenden Schrittreiberschaltung, die den Drehfeldphasenwinkel
für jeden Taktimpuls um einen vorbestimmten Winkelschritt in einer vorbestimmten
Sollrichtung ändert.
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Bei im Schrittbetrieb arbeitenden Schrittmotoren ist die Drehzahl
des Schrittmotors durch die Folgefrequenz der Taktimpulse festgelegt. Der Schrittmotor
führt für jeden Taktimpuls einen vorbestimmten Winkelschritt aus. Bei der Belastung
des Schrittmotors ergibt sich eine Phasenverschiebung zwischen den das Drehfeld
erzeugenden Erregerstromimpulsen und dem mechanischen Drehwinkel des Schrittmotorrotors.
Das von dem Schrittmotor erzeugte Drehmoment ändert sich mit diesem Lastwinkel.
Mit wachsendem Lastwinkel steigt das Drehmoment des Schrittmotors bis zu einem motortypischen
Maximalwert an und fällt dann wieder ab. Wird der Lastwinkel über diesen dem Maximalwert
zugeordneten Wert hinaus erhöht, so verringert sich das Drellmoment,
bedingt
durch die Geometrie des Schrittmotors bis zu negativen Werten. Der Rotor des Schrittmotors
wird in einen versetzten Schrittzyklus gezogen. Der Schrittmotor verliert die jedem
Taktimpuls zugeordnete Rotorposition; er "fällt außer Tritt" oder bleibt stehen.
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Der vorstehend erläuterte Sachverhalt bedingt auch, daß Schrittmotoren
einer plötzlichen Änderung der Taktfrequenz nur begrenzt folgen können. Im Start-Stop-Betrieb
mit hoher Taktfrequenz arbeitende Schrittmotoren benötigen.
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deshalb Steuerschaltungen, die die Taktfrequenz beim Anlaufen oder
Bremsen jeweils entsprechend einer;Rampenfunktion erhöhen bzw. erniedrigen. Die
Steigung der Rampenfunktion muß so bemessen sein, daß das Außertrittfallen des Schrittmotors
mit Sicherheit vermieden wird. Der einzuhaltende Sicherheitsspielraum begrenzt das
Beschleunigungs- und Bremsvermögen des Schrittmotors, wenn gefordert wird, daß der
Drehwinkel proportional zur Zahl der Taktimpulse sein soll.
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Um sicherzustellen, daß der Drehwinkel des Schrittmotors bzw. seine
Endposition der Zahl der Taktimpulse entspricht, ist es bekannt, den Schrittmotor
mit einem Drehimpulsgeber bzw. Inkrementalgeber zu kuppeln. Die Rückmeldeimpulse
des Drehimpulsgebers werden in einen Impulszähler eingelesen und mit der Impulszahl
der Taktfrequenz verglichen. Der Vergleich liefert eine Information, ob die Endposition
erreicht ist oder nicht.
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Es ist ferner bekannt, einen mit dem Schrittmotor gekuppelten Drehimpulsgeber
zur Eigensteuerung des Schrittmotors auszunutzen. Hierbei werden die von dem Drehimpulsgeber
erzeugten Impulse der Schrittreiberschaltung zur Fortschaltung des Drehfelds zugeführt.
Auf diese Weise können zwar hohe Drehzahlen erreicht werden. Die sich ergebende
Drehzahl ist jedoch abhängig von der Last des Schrittmotors und nicht durch eine
externe Taktfrequenz
steuerbar. Es ist kein schrittsynchroner Betrieb
möglich.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuerschaltung für einen Schrittmotor
anzugeben, die abhängig von einer vorgegebenen Taktimpulsfolge einen schrittsynchronen
Betrieb des Schrittmotors erlaubt und zwar auch dann, wenn sich die Folgefrequenz
der Taktimpulse rasch ändert. Die Folgefrequenz der Taktimpulse soll sich insbesondere
rascher ändern können, als dies dem Lastwinkel des maximalen Drehmoments entspricht,
ohne daß der Schrittmotor außer Tritt fällt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein von dem
Schrittmotor -angetriebener Drehimpulsgeber für jeden Winkel schritt des Schrittmotors
einen Rückmeldeimpuls erzeugt, daß die Schrittreiberschaltung für jeden Steuerimpuls
eines eine Folge von Steuerimpulsen mit einer Folge frequenz größer als die maximale
Schrittfolgefrequenz des Schrittmotors erzeugenden Steuerimpulsgenerators den Drehfeldphasenwinkel
um einen der vorbestimmten Winkelschritte in der Sollrichtung ändert, daß eine die
Taktimpulse und die Rückmeldeimpulse zählende erste Differenzzählerschaltung die
Differenzzahl zwischen der Zahl der Taktimpulse und der Zahl der Rückmeldeimpulse
speichert, daß eine die Steuerimpulse und die Rückmeldeimpulse zählende, zweite
Differenzzählerschaltung die Differenzzahl zwischen der Zahl der Steuerimpulse und
der Zahl der Rückmeldeimpulse speichert, daß die Folge der den Drehfeldphasenwinkel
in der Sollrichtung ändernden Steuerimpulse der Schrittreiberschaltung nur zuführbar
ist, solange die in der ersten Differenzzählerschaltung gespeicherte Differenzzahl
von Null abweicht und der Betrag der in der zweiten Differenzzählerschaltung gespeicherten
Differenzzahl kleiner als eine vorbestimmte Zahl ist und daß der Steuerimpulsgenerator
Steuerimpulse erzeugt und der Schrittreiberschaltung zuführt, die den Drehfeldphasenwinkel
entgegengesetzt der Sollrichtung ändern, wenn der Betrag der in der zweiten Differenzzählerschaltung
gespeicherten Differenzzahl größer oder gleich der vorbestimmten Zahl ist.
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In einer solchen Schaltung speichert die erste Differenzzählerschaltung
eine der Ablage, das heißt der Phasenverschiebung zwischen den Taktimpulsen und
den entsprechend einer schrittsynchronen Betriebsweise zugeordneten Rückmeldeimpulsen
proportionale Fehlerzahl. Die Taktimpulse bilden die Sollinformation eines Phasenregelkreises,
dessen Istinformation durch die Rückmeldeimpulse bestimmt wird.
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Der Schrittreiberschaltung werden nur dann Steuerimpulse zum Fortschalten
des Drehfelds zugeführt, wenn in der ersten Differenzzählerschaltung eine die Abweichung
vom Schrittsynchronismus repräsentierende Zahl gespeichert ist.
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Die zweite Differenzzählerschaltung speichert eine Zahl, die dem momentanen
Lastwinkel des Schrittmotors entspricht.
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Der Schrittreiberschaltung werden bei einer Phasenabweichung nur dann
die das Drehfeld in der Sollrichtung fortschaltenden Steuerimpulse zugeführt, wenn
der momentane Lastwinkel kleiner als ein den Schrittsynchronismus sicherstellender
Wert ist. Ist der momentane Lastwinkel größer als dieser Wert, so werden Steuerimpulse
erzeugt, die das Drehfeld entgegengesetzt der Sollrichtung in Richtung kleinerer
Lastwinkel weiterschalten. Es ergibt sich ein Mitziehereffekt, der das Drehfeld
der Rotordrehung nachzieht, derart, daß der Lastwinkel stets kleiner als der vorgegebene
maximale Lastwinkel ist. Diese Maßnahme erlaubt es das magnetische Moment auf seinem
maximalen Wert zu halten.
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Die beiden Differenzzählerschaltungen sorgen zusammen dafür, daß der
Schrittmotor bei raschen, das schrittsynchrone Beschleunigungsvermögen des Motors
übersteigenden Änderungen der Taktfrequenz im wesentlichen mit der maximalen schrittsynchronen
Beschleunigung beschleunigt.
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Hierbei auftretende Ablage- oder Phasen fehler werden in der ersten
Differenzzählerschaltung gespeichert und nachfolgend ausgeglichen.
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Wie bereits erwähnt, erreicht das magnetische Moment und damit das
Drehmoment des Schrittmotors einen Maximalwert bei einem von der Bauart und der
Geometrie des Schrittmotors abhängigen spezifischen Lastwinkel. Das magnetische
Moment des Schrittmotors ist darüber hinaus von den in den Motorphasen fließenden
Erregerströmen abhängig.
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Der Schrittmotor wird optimal betrieben, wenn der Erregerstrom einen
gewünschten Maximalwert erreicht, sobald der Lastwinkel den Wert des maximalen magnischen
Moments erreicht. Mit wachsender Drehzahl des Schrittmotors sinkt die Anstiegsgeschwindigkeit
der Erregerströme in den Phasenwicklungen des Schrittmotors.
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Werden keine aufwendigen, geregelten Leistungsendstufen zur Erzeugung
der Erregerströme benutzt, so verringert dieinduzierte Spannung (Gegen - EMK) die
Spannung an der Phasenwicklung des Schrittmotors mit der Folge, daß mit steigender
Drehzahl die Anstiegsgeschwindigkeit der Erregerströme sinkt. Mit wachsender Drehzahl
des Schrittmotors erreichen die Erregerströme also erst später ihren gewünschten
Maximalwert. Um sicherzustellen, daß dieser Maximalwert erreicht wird, sobald der
Lastwinkel den Wert des maximalen magnetischen Moments erreicht, ist in einer bevorzugten
Ausführungsform eine auf die Frequenz der Rückmeldeimpulse ansprechende Steuerschaltung
vorgesehen, die die vorbestimmte Zahl, mit der die Differenzzahl der zweiten Differenzzählerschaltung
bei der Erzeugung der Steuerimpulse verglichen wird, mit zunehmender Frequenz erhöht.
Hierdurch wird der Lastwinkel beim Beschleunigen mit wachsender Drehzahl vergrößert
und sichergestellt, daß die Motorphasen mit wachsender Drehzahl früher erregt werden.
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Beim Beschleunigen des Motors ergibt sich ein positiver Lastwinkel,
beim Abbremsen ein negativer Lastwinkel. Beim Abbremsen eilen die Steuerimpulse
den Rückmeldeimpulsen bezogen auf den schrittsynchronen Betrieb nach. Das entstehende
magnetische Moment ist der Motordrehung entgegengerichtet und bremst den Rotor ab.
In diesem Betriebsfall muß der Stromanstieg später beginnen, was einer Verringerung
des Lastwinkels mit wachsender Drehzahl entspricht.
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Um auch beim Bremsbetrieb mit einem gewünschten Motorstrom und maximalem
magnetischen Moment arbeiten zu können, ist in einer bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, daß die Steuerschaltung für jeden Wert der Frequenz der Rückmeldeimpulse
im Antriebsbetrieb des Schrittmotors, in welchem die Steuerimpulse den Rückmeldeimpulsen
voreilen, eine erste vorbestimmte Zahl festlegt und im Bremsbetrieb,
in
welchem die Steuerimpulse den Rückmeldeimpulsen nacheilen, eine zweite vorbestimmte
Zahl kleiner als die erste vorbestimmte Zahl festlegt. Die zweite Zahl ist sowohl
absolut als auch betragsmäßig kleiner als die erste Zahl.
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Um bei einer Annäherung an den Rotorstillstand in beiden Drehrichtungen
ein gleich großes magnetisches Moment zu erzeugen, ist zweckmäßigerweise vorgesehen,
daß die Steuerschaltung bei Annäherung an den Stillstand die zweite vorbestimmte
Zahl gleich der ersten vorbestimmten Zahl und damit sowohl für das Beschleunigen
als auch das Bremsen gleiche maximale Lastwinkel festlegt.
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Die frequenzabhängige Änderung des maximalen Lastwinkels kann kontinuierlich
erfolgen, wird aber vorzugsweise in diskreten Schritten vorgenommen. Die Steuerschaltung
umfaßt hierzu Frequenzdiskriminatoren, die die Frequenzschwellen für die Änderung
des maximalen Lastwinkels festlegen.
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Das Umschalten der den maximalen Lastwinkel festlegenden Zahl wird
abhängig von der Frequenz der Rückmeldeimpulse gesteuert. Um Änderungstendenzen
erkennen zu können, sind bevorzugt weitere Frequenzdiskriminatoren vorgesehen, die
auf die Taktfrequenz ansprechen. Die den maximalen Lastwinkel festlegende Zahl wird
damit entweder durch die auf die Rückmeldeimpulse ansprechenden Frequenzdiskriminatoren
festlegt, solange diese Zahl kleiner ist als eine durch die weiteren, auf die Taktfrequenz
ansprechenden Frequenzdiskriminatoren festgelegte Zahl ist, oder ansonsten durch
die weiteren Frequenzdiskriminatoren.
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Aufgrund der stufenweisen Festlegung des maximalen Lastwinkels kann
es unter bestimmten Betriebssituationen zu Regelschwingungen kommen. Diese Regelschwingungen
lassen sich weitgehendst vermeiden, wenn die den maximalen Lastwinkel bestimmende
Steuerschaltung eine Mittelungsschaltung umfaßt, welche einen momentanten zeitlichen
Mittelwert mehrerer aufeinanderfolgend in der zweiten Differenz-
zählerschaltung
gespeicherter Differenzzahlen bildet. Die Steuerschaltung umfaßt ferner eine Verzögerungsschaltung,
deren Verzögerungszeit abhängig von dem momentanen zeitlichen Mittelwert steuerbar
ist. Die Verzögerungsschaltung verzögert Änderungen der durch die Frequenzdiskriminatoren
festgelegten, den maximalen Lastwinkel bestimmenden Zahl.
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Die Verzögerungszeit ist hierbei vorzugsweise von der Größe des Mittelwerts
abhängig und nimmt mit wachsendem Mittelwert ab.
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Um bei einer raschen, das schrittsynchrone Beschleunigungsvermögen
des Schrittmotors übersteigenden Änderung der Taktfrequenz den Schrittsynchronismus
rascher wiederherstellen zu können, ist bevorzugt vorgesehen, daß die Ausgangsamplitude
der die Erregerstromimpulse liefernden Schrittreiberschaltung abhängig von der in
der ersten Differenzzählerschaltung gespeicherten Zahl gesteuert wird.
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Die Ausgangs-Stromamplitude nimmt hierbei mit wachsender Differenzzahl
entweder kontinuierlich oder schrittweise zu und erhöht das Motordrehmoment und
damit das Beschleuniqungsvermögen des Schrittmotors. Zusätzlich oder alternativ
zur vorstehenden Maßnahme kann die Taktfrequenz der Taktimpulse abhängig von der
in der ersten Differenzzählerschaltung gespeichten Differenzzahl gesteuert werden,
wobei die Taktfrequenz mit wachsender Differenzzahl verringert wird.
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Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von
Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung
zur taktsynchronen Steuerung eines Schrittmotors; Fig. 2a ein Diagramm des magnetischen
Motormoments M in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n für mehrere Lastwinkeleinstellungen;
Fig.
2b ein Diagramm mit dem Verlauf des maximalen Lastwinkels $ max in Abhängigkeit
der Motordrehzahl n und Fig. 3 eine Lastwinkelsteuerschaltung zur Verwendung in
der Steuerschaltung der Fig. 1.
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Fig. 1 zeigt eine Steuerschaltung zur schrittsynchronen Steuerung
eines Schrittmotors 1 abhängig von einer Folge von Taktimpulsen, von denen jeder
einen vorbestimmten Winkelschritt des Schrittmotors 1 in einer durch ein Richtungssignal
festgelegter Drehrichtung bewirkt. Die an einem Taktimpulseingang 3 zugeführten
Taktimpulse werden über eine nachfolgend noch näher erläuterte Torschaltung 5 einer
Taktauswertungsschaltung 7 zugeführt, die an einem Eingang 9 das Richtungssignal
aufnimmt. Für jeden Taktimpuls liefert die Taktauswertungsschaltung 7 entsprechend
der durch das Richtungssignal festgelegten Drehrichtung entweder an einem Vorwärtsausgang
V oder einem Rückwärtsausgang R je einen Zählimpuls an einen Differenzzähler 11.
Der Differenzzähler zählt die Vorwärts-Zählimpulse in positivem Zählsinn, die Rückwärtszählimpulse
in negativem Zählsinn. An den Schrittmotor 1 ist ein Inkrementalgeber bzw. Drehimpulsgeber
13 angekoppelt, der für jeden durch einen Taktimpuls bewirkten Drehschritt einen
Rückmeldeimpuls an eine Richtungserkennungsschaltung 15 abgibt. Die Richtungserkennungsschaltung
15 gibt für jeden in Vorwärtsdrehrichtung auftretenden Rückmeldeimpuls an einem
Vorwärtsausgang V einen Zählimpuls an den Differenzzähler 11 ab, der diesen Impuls
in negativem Zählsinn zählt. Bei in Rückwärtsdrehrichtung auftretenden Rückmeldeimpulsen
zählt der Differenzzähler 11 die an einem Rückwärtsausgang R der Richtungserkennungsschaltung
15 für jeden Rückmeldeimpuls auftretenden Zählimpulse in positivem Zählsinn. Der
Differenzzähler 11 speichert damit eine
Differenzzahl, die nach
Größe und Vorzeichen dem Phasenfehler zwischen den der Sollinformationen entsprechenden
Taktimpulsen und den der Istinformation entsprechenden Rückmeldeimpulsen entspricht.
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Die an einem Ausgang 17 des Differenzzählers 11 verfügbare Differenzzahl
steuert vorzeichenrichtig einen Motortaktgenerator 19, der mit einer Taktfrequenz
größer als die maximale Schrittfrequenz des Schrittmotors 1 Steuerimpulse für die
Schrittfortschaltung des Schrittmotors 1 erzeugt.
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Der Motortaktgenerator 19 gibt die Steuerimpulse bei einer Differenzzahl
größer Null an einem Vorwärtsausgang V ab, wenn der Schrittmotor 1 in Vorwärtsdrehrichtung
dreht bzw.
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an einem Rückwärtsausgang R, wenn der Schrittmotor 1 in Rückwärtsrichtung
dreht. Ist die Differenzzahl kleiner Null, so werden die Steuerimpulse in der Vorwärtsdrehrichtung
am Rückwärtsausgang R und in der Rückwärtsdrehrichtung am Vorwärtsausgang V abgegeben.
Eine Schrittreiberschaltung 21 ändert für jeden am Vorwärtsausgang V des Motortaktgenerators
19 auftretenden Steuerimpuls die Phasen der über eine Leistungsendstufe 23 erzeugten
Erregerstromimpulse und damit die Winkellage des Drehfelds des Schrittmotors 1 um
einen Drehschritt in Vorwärtsdrehrichtung.
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In entsprechender Weise wird das Drehfeld in Rückwärtsdrehrichtung
um einen Winkelschritt für jeden am Rückwärtsausgang R auftretenden Steuerimpuls
geändert.
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Im schrittsynchronen Zustand erhöht jeder am Eingang 3 zugeführte
Taktimpuls über die Taktauswertungsschaltung 7 den Zählinhalt des Differenzzählers
11 um die Zahl 1.
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Der Motortaktgenerator 19 erzeugt daraufhin einen Steuerimpuls, der
den Schrittmotor 1 über die Schrittreiberschaltung 21 und die Leistungsendstufe
23 um einen Schritt weiterdreht. Die Drehung wird von dem Drehimpulsgeber 13 erfaßt,
der einen Rückmeldeimpuls erzeugt und über die Richtungserkennungsschaltung 15 den
Inhalt des Differenzzählers
11 um die Zahl 1 mindert. Bei Erreichen
des Zählinhalts Null wird der Motortaktgenerator 19 für die Erzeugung von Steuerimpulsen
gesperrt.
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Um bei einem größeren Phasenfehler zwischen den Taktimpulsen am Eingang
3 und den Rückmeldeimpulsen des Drehimpulsgebers 13 die Regelzeit, in welcher der
Phasen fehler korrigiert wird, zu mindern, ist die Amplitude der von der Leistungsendstufe
abgegebenen Erregerstromimpulse über eine Leitung 25 abhängig vom Zählinhalt des
Differenzzählers 11 steuerbar. Die Ausgangsamplitude wird in Stufen mit wachsender
Differenzzahl erhöht. Weiterhin steuert der Differenzzähler 11 abhängig von seinem
Zählinhalt die Torschaltung 5 in der Weise, daß mit wachsendem Zählinhalt eine wachsende
Anzahl Taktimpulse ausgeblendet werden, um so die Taktrate ohne Eingriff in den
die Taktimpulse erzeugenden Taktgenerator mindern zu können. Die Erhöhung der Stromamplitude
bzw. die Minderung der Taktrate kann in Grobschritten oder quasi kontinuierlich
abhängig vom Zählinhalt des Differenzzählers 11 erfolgen.
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Die Steuerschaltung der Fig. 1 erlaubt darüber hinaus eine Begrenzung
des momentanen Lastwinkels des Schrittmotors 1, wobei der maximale Lastwinkel abhängig
von der Motordrehzahl änderbar ist. Hierzu ist ein zweiter Differenzzähler 27 vorgesehen,
der vorzeichenrichtig die Differenz der die Phase des Drehfeldes repräsentierenden
Zahl an Steuerimpulsen des Motortaktgenerators 19 und der die Phase der Rotorstellung
des Schrittmotors 1 repräsentierenden Zahl an Rückmeldeimpulsen des Drehimpulsgebers
13 zählt. Die Steuerimpulse vom Vorwärtsausgang V des Motorstaktgenerators 19 erhöhen
den Zählinhalt des Differenzzählers 27 um die Zahl 1, während die Zählimpulse vom
Vorwärtsausgang V der Richtungerkennungsschaltung 15 den Zählinhalt um 1 mindern.
Dementsprechend mindern die Steuerimpulse des Rückwärtsausgangs R des Motortaktgenerators
19 den Zählihalt um 1, während die Zählimpulse des Rückwärtsausgangs R
der
Richtungserkennungsschaltung 15 den Zählanhalt um @ erhöhen. An den Ausgang des
Differenzzählers 27 ist eine Lastwinkelbegrenzungsschaltung 29 angeschlossen, die
die im Differenzzähler 27 gespeicherte, dem momentanen Lastwinkel entsprechende
Differenzzahl mit einer durch eine Lastwinkelsteuerstufe 31 festgelegten Zahl für
einen maximalen Lastwinkel vergleicht und abhängig vom Vergleich den Motortaktgenerator
19 für die Erzeugung von Steuerimpulsen freigibt. Der Motortaktgenerator 19 gibt
entsprechend der Solldrehrichtung Vorwärts oder Rückwärts an seinen Ausgängen V
bzw. R nur dann Steuerimpulse ab, wenn die im Differenzzähler 27 gespeicherte, momentane
Lastwinkelzahl kleiner als die von der Steuerstufe 31 bestimmte maximale Lastwinkelzahl
ist und zugleich der Differenzzähler 11 einen von Null abweichenden Zählinhalt hat.
Der Motortaktgenerator 19 erzeugt darüber hinaus entgegengesetzt der Solldrehrichtung
an den Ausgängen R bzw. V Steuerimpulse, wenn die in der zweiten Differenzzählerschaltung
27 gespeicherte momentane Lastwinkelzahl gleich oder größer als die maximale Lastwinkelzahl
ist. Dadurch wird das Drehfeld der Rotordrehung nachgezogen und der maximale Lastwinkel
eingehalten. Beim Ausgleich der Phasendifferenz wird damit sichergestellt, daß der
momentane Lastwinkel nicht größer als die durch die Steuerstufe 31 bestimmte maximale
Lastwinkelzahl werden kann. Die maximale Lastwinkelzahl ist so gewählt, daß sich
ein optimaler Schrittmotorbetrieb bei maximalem magnetischem Moment ergibt.
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Fig. 2a zeigt das Motormoment M in Abhängigkeit von der Motordrehzahl
n, die der Folgefrequenz der vom Drehimpulsgeber 13 gelieferten Rückmeldeimpulse
entspricht. Die Kurven 33, 35 und 37 zeigen den Verlauf des Moments für unterschiedlich
große maximale Lastwinkel, wobei der Lastwinkel l der Kurve 33 kleiner ist als der
Lastwinkel 2 der Kurve 35 und dieser wiederum kleiner ist als der Lastwinkel #3
der Kurve 37. Um den Schrittmotor 1 stets bei maximalem Moment M betreiben zu können,
werden die
maximalen Lastwinkel, wie dies aus Fig. 2b zu ersehen
ist, bei Frequenzen der Rückmeldeimpulse umgeschaltet, die den Schnittpunkten der
Kurven 33 und 35 bzw. 35 und 37 entsprechen. Die Lastwinkelsteuerstufe 31 ist hierzu
an den Drehimpulsgeber 13 angeschlossen und spricht auf die Frequenz der Rückmeldeimpulse
an. Fig. 2b zeigt bei 39 den Verlauf des maximalen Lastwinkels max abhängig von
der Motordrehzahl n bzw. der Frequenz der Rückmeldeimpulse im Antriebsbetrieb des
Schrittmotors 1. Der maximale Lastwinkel ist für die Vorwärtsdrehrichtung positiv
gerechnet und nimmt mit wachsender Frequenz zu. Bei 41 ist in Fig.
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2b der maximale Lastwinkel für den Bremsbetrieb in Vorwärtsdrehrichtung
dargestellt. Er ist negativ gerechnet nimmt mit wachsender Frequenz ab. Bezogen
auf die gleiche Frequenz ist der maximale Lastwinkel darüber hinaus im Bremsbetrieb
jeweils kleiner als im Antriebsbetrieb. Im Bereich des Motorstillstands schaltet
die Lastwinkel-Steuerstufe 31 den Lastwinkel im Bremsbetrieb auf einen Wert, der
dem Lastwinkel im Antriebsbetrieb gleich ist, wie dies bei 43 in Fig. 2b dargstellt
ist. Zum Erfassen des Motorstillstands ist ein auf die Frequenz der Rückmeldeimpulse
ansprechender Frequenzdiskriminator vorgesehen.
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Fig. 3 zeigt Einzelheiten der Lastwinkel-Steuerstufe 31.
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Die Rückmeldeimpulse werden einer Frequenzdiskriminatorschaltung 45
zugeführt, die abhängig von der Frequenz der Rückmeldeimpulse an einem von mehreren
jeweils einen der Lastwinkel 1' 2' oder 3 festlegenden Ausgängen 47 ein Steuersignal
an eine Logikschaltung 49 abgibt. Die Logikschaltung 49 erlaubt die Berücksichtigung
von Änderungstendenzen der Rückmeldeimpulsfrequenz und ermöglicht rascheres Ansprechen
der Lastwinkelbegrenzungssteuerung.
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Hierzu ist eine weitere Frequenzdiskriminatorschaltung 91 vorgesehen,
die an die Taktauswerteschaltung 7 angesclllc);sen ist und auf die Frequenz der
Taktimpulse an-!;prirlt. An jeweils einem von mehreren St euerfl-Lisqnqen
53
gibt die Frequenzdiskriminatorschaltung 51 taktfrequenzabhängig einen Höchstwert
für die von der Frequenzdiskriminatorschaltung 45 festgelegten maximalen Lastwinkel
vor. Der an der Lastwinkelbegrenzerschaltung 29 über die Logikschaltung 49 festgelegte
maximale Lastwinkel ist gleich dem von der Frequenzdiskriminatorschaltung 45 bestimmten
maximalen Lastwinkel jedoch maximal gleich dem von der Frequenzdiskriminatorschaltung
51 festgelegten maximalen Lastwinkel. Für gleiche Frequenzen ist der von der Frequenzdiskriminatorschaltung
51 festgelegte maximale Lastwinkel um einen festen Wert, beispielsweise um die Zahl
1 größer als der Lastwinkel der Frequenzdiskriminatorschaltung 45.
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In manchen Betriebssituationen können Regelschwingungen auftreten.
Um dies zu verhindern, umfaßt die Lastwinkel-Steuerstufe 31 eine an den Differenzzähler
27 angeschlossene Mittelungsstufe 45, die aus mehreren aufeinanderfolgenden, in
dem Differenzzähler 27 gebildeten Differenzzahlen oder über einen vorbestimmten
Zeitabschnitt eine mittlere Differenzzahl entsprechend einem mittleren momentanen
Lastwinkel bildet. Die Mittelungsschaltung 55 liefert ein Analogsignal, welches
eine steuerbare Verzögerungsstufe 57 steuert. Die Verzögerungsstufe 57 liefert abhängig
von der Größe des mittleren Lastwinkels Steuersignale, die die Weiterleitung der
von der Frequenzdiskriminatorschaltung 45 erzeugten, die maximalen Lastwinkel festlegenden
Steuersignale zur Lastwinkelbegrezungsschaltung 29 verzögern. Die Verzögerungszeit
nimmt mit wachsendem Mittelwert ab.