DE3513791A1

DE3513791A1 - Verfahren zur schwingungsdaempfung

Info

Publication number: DE3513791A1
Application number: DE19853513791
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Kupferschmitt (FH), 6830 Schwetzingen; Thomas Dipl.-Ing. 6900 Heidelberg Langhagel
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1985-04-17
Filing date: 1985-04-17
Publication date: 1986-10-23

Description

Verfahren zur Schwingungsdämpfung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Schwingungsdämpfung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist aus der DE-AS 21 32 179 eine Dämpfungseinrichtung für einen Motor bekannt. Dort wird festgestellt, daß Unregelmäßigkeiten in der Frequenzvorgabe oder Laststöße rotatorische Pendelungen des Läufers einer elektrischen Drehfeldmaschine auslösen, die sich sowohl maschinenseitig als auch netzseitig als Leistungspendelungen störend bemerkbar machen. Es wird hier zur Dämpfung dieser Pendel schwingungen vorgeschlagen, ein Meßglied vorzusehen, das die Pendel schwingungen mißt, um entsprechend der gemessenen Größe ein an Zusatzwert für eine zur jeweiligen Pendelungsrichtung gleichsinnige Verdrehung des Ständerfeldes zu bilden.
Hierzu ist jedoch der Aufbau eines Regelkreises erforderlich. Eine Anwendung bei Schrittrotoren, die im Start-Stop-Betrieb arbeiten, ist nicht möglich.
Gerade bei Schrittmotoren, die unter Last arbeiten, besteht jedoch die Gefahr, durch die hohen Beschleunigungswerte innerhalb der Start-Stop-Frequenz die Last zu Resonanzschwingungen anzuregen, was unter Umständen Schrittfehler verursacht.
Aus der EP-A 66866 ist eine Dämpfungsvorrichtung für einen Schrittmotor bekannt. Dort wird auf die Rotorachse des Motors eine Dämpfungsmasse befestigt, die als Käfigkugellager ausgebildet und, dessen Innenring fest mit der Rotorachse verbunden ist, während der Aussenring eine Drehbewegung ausführen kann. Sämtliche Teile des Kugellagers sind in einem Gehäuse, das mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt wird, integriert. Nachteilig hierbei ist jedoch der zusätzliche Aufwand hinsichtlich Gewicht und Raum sowie das Erfordernis eines höheren Motormoments. Selbst wenn das Trägheitsmoment beim Starten des Motors gering ist, muß jedoch über die gesamte Anlaufzeit das notwendige Moment zum Beschleunigen der Dämpfungsmasse aufgebracht werden.
Das Verfahren zur Schwingungsdämpfung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs ermöglicht dagegen mit geringem Aufwand das zuverlässige Betreiben eines Schrittmotors. Insbesondere bei einer Last, deren Eigenresonanzen bei Torsionsschwingungen im Bereich der Ansteuerfrequenz des Schrittmotors liegt, ist die variable Ansteuerfrequenz ein einfaches Mittel solche Schwingungen zu dämpfen.
Es hat sich gezeigt, daß das genannte Verfahren in einfacher Weise in der Ansteuerschaltung eines Schrittmotors realisiert werden kann.
In vorteilhafter Weise wird hierzu die von einem Oszillator gelieferte Grundfrequenz einem beispielsweise programmierbaren Frequenzteiler zugeführt, dessen Teilerverhältnis über einen Umschalter eingestellt wird. Der Umschalter selbst ist beispielsweise direkt über die dem Schrittmotor zugeführte Ansteuerfrequenz oder mittelbar über einen Zähler, der eine Frequenzteilung vornimmt, verbunden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 - die Anwendung eines Schrittmotors zum Antrieb einer Nachführeinrichtung, Fig. 2 - eine Ansteuerschaltung für einen Schrittmotor.
In Fig. 1 ist eine Nachführeinrichtung gezeigt, wie sie bei einem Satelliten 1, der hier schematisch dargestellt ist, zum Antrieb eines Solargenerators 2 geeignet ist. Es ist bekannt, daß bei geostationären Satelliten das sogenannte Sonnenpaddel eine Umdrehung/Tag ausführen muß. Hierzu eignet sich ganz besonders ein Schrittmotor mit hoher Auflösung, der mit einer geringen Frequenz angesteuert wird. Durch die Verwendung eines solchen Schrittmotors kann ein Motor mit Untersetzungsgetriebe vermieden werden. Neben Platzersparnis ist vor allem das verringerte Gewicht von Vorteil. Wie in der Fig. 1 gezeigt, ist der Solargenerator direkt auf der Abtriebswelle des Schrittmotors 3 angeflanscht und der Schrittmotor andererseits an der Außenstruktur des Satelliten 1 befestigt. Durch die Ansteuerung des Schrittmotors 3 mit einer konstanten Schrittfrequenz besteht jedoch aufgrund des hohen Trägheitsmoments des daran angeflanschten Solargenerators die Gefahr der Resonanzerregung, da deren Eigenfrequenz nur sehr ungenau bestimmbar ist. Aus diesem Grunde wird der Schrittmotor frequenzmoduliert angesteuert und damit eine Resonanzerregung wirksam bedämpft. Die Frequenzmodulation kann sowohl kontinuierlich als auch stufenweise erfolgen. Nachfolgend wird eine Ansteuerschaltung für eine stufenweise Frequenzmodulation beschrieben.
Die in Fig. 2 abgebildete Ansteuerschaltung für einen Schrittmotor zeigt einen Frequenzgenerator 10 der mit einem Frequenzteiler 11 verbunden ist, wobei dieser Frequenzteiler 11 ausgangsseitig mit einer Schrittmotoransteuerung 12 verbunden ist, die die einzelnen Motorspulen eines Schrittmotors 13 seriell mit Strom beaufschlagt. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 11 wird ferner einem Zähler 14 zugeführt, der ein Signal an einen Umschalter 15 liefert. Ausgangssignale des Umschalters 15 steuern das Teilerverhältnis des Frequenzteilers 11.
Anhand eines Beispiels wird die Wirkungsweise der Schaltung beschrieben. Ein von dem Frequenzgenerator erzeugter Impuls gelangt über die Signalleitung zu dem Frequenzteiler 11. Dieser ist auf das Teilerverhältnis 1:1 eingestellt oder programmiert, d.h., der von dem Frequenzgenerator erzeugte Impuls gelangt direkt zu dem Ausgang des Frequenzteilers und damit zur Schrittmotoransteuerung. Diese schaltet damit den Schrittmotor um einen Schritt weiter.
Gleichzeitig wird der Ausgangsimpuls des Frequenzteilers 11 von einem Zähler 14 gespeichert. Dieser Zähler gibt bei Erreichen eines bestimmten Zählerstandes, der beispielsweise nach zwei Eingangsimpulsen erreicht wird, ein Ausgangssignal ab, das den Umschalter 15 aktiviert.
Der Umschalter ändert damit das Teilerverhältnis des Frequenzteilers beispielsweise auf 2:1. Der nachfolgende Impuls des Frequenzgenerators bewirkt damit keine Ansteuerung des Schrittmotors, d.h., die Ansteuerfrequenz wird halbiert. Es ist natürlich selbstverständlich, daß das Teilerverhältnis beliebig eingestellt und auch die Umschaltung nach einer beliebigen Anzahl von der Schrittmotorsteuerung zuzuführenden Impulsen vorgenommen werden kann. Mittels der Schaltung ist es daher möglich, ein bestimmtes Ansteuerfrequenzschema vorzugeben, das eine bestmögliche Schwingungsdämpfung gewährleistet. Wird der Schrittmotor zur Nachführung benutzt, so ist lediglich darauf zu achten, daß die mittlere Ansteuerfrequenz mit der Nominal frequenz übereinstimmt und der Fehler, der durch die Frequenzvariation entsteht, innerhalb der geforderten Nachführtol eranz liegt.
Die oben dargestellte Schaltung wurde anhand diskreter Bauteile beschrieben. Die Erfindung läßt sich jedoch ebenso durch entsprechende Programmierung eines Mikroprozessors verwirklichen und wird deshalb nicht auf die Merkmale der Schaltung beschränkt.
Bezugszeichenliste 1 Satellit 2 Solargenerator 3 Schrittmotor 10 Frequenzgenerator 11 Frequenzteiler 12 Schrittmotoransteuerung 13 Schrittmotor 14 Zähler 15 Umschalter

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Schwingungsdämpfung eines durch einen Schrittmotor angetriebenen Elements, dadurch gekennzeichnet, daß eine von einem Oszillator erzeugte Festfrequenz innerhalb eines begrenzten Frequenzbereichs insbesondere mittels Frequenzteilung variiert wird und das derart frequenzmodulierte Signal das Ansteuersignal des Schrittmotors bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festfrequenz einem variablen Frequenzteiler zugeführt wird, wobei der Frequenzteiler mit einem Umschalter verbunden ist, der jeweils nach Ablauf einer bestimmten Zeit aufgrund eines Auslösesignals dem Frequenzteiler ein Signal zuführt, das das Teilerverhältnis variiert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansteuersignal einem Zähler zugeführt wird, der nach jedem Ansteuerimpuls oder einem Vielfachen davon ein Auslösesignal erzeugt.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung des Schrittmotors zum Antrieb einer Nachführeinrichtung die über der Zeit gemittelte Ansteuerfrequenz der Nachführfrequenz entspricht.