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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit einem linearen oder
rotierenden Mehrphasenmotor vom Synchrontyp mit einem Ständer, einem Läufer oder
einem Übersetzer, und wenigstens zwei Phasenwicklungen, wobei die Beziehungen
zwischen den Antriebskräften des Motors und den Phasenwicklungs-Erregerströmen
erste vorgegebene periodische Funktionen der Läufer- oder Übersetzerposition sind, die
Antriebsvorrichtung weiter ein inkrementelles Läuferpositions- oder Übersetzerpositions-
Meßsystem, das zum Erhöhen oder Erniedrigen eines Positionmeßwertes in
Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Läufers oder des Übersetzers auf Detektorimpulse
anspricht, ein Motorerregersystem zum Erzeugen von Erregungsströmen in den
Phasenwicklungen, wobei die Stromwerte zweite periodische Funktionen der
Positionsmeßwerte sind, und jede der Perioden der zweiten periodischen Funktionen den
Perioden der ersten periodischen Funktionen entspricht und der Phasenunterschied
zwischen den von den zweiten periodischen Funktionen bestimmten Strömen konstant
ist, und Einstellmittel zum Einstellen des Positionswertes vor der Aktivierung der
Erregermittel auf einen Anfangspositionswert enthält, der der momentanen Läufer- oder
Übersetzerposition entspricht.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Motorerregeranordnung zur
Verwendung im Antriebssystem. In der US-Patentschrift US 4 390 827 ist ein
Antriebssystem beschrieben, das einen Linearmotor mit einem Ständer enthält, der eine Anzahl
aufeinanderfolgender Dauermagneten wechselnder Polarität und einen Übersetzer mit
zwei Phasenwicklungen enthält, der gegen den Ständer verschiebbar ist. Die Position
des Übersetzers gegen den Ständer wird mit dem Zählstand eines Digitalzählers im
inkrementellen Detektorsystem wiedergegeben. Der Zählstand liefert die Adresse für
zwei Speicher, in denen zwei periodische Funktionen mit einem gegenseitigen
Phasenunterschied von 90 Grad in Tabellenform gespeichert sind. Mit Hilfe von Muliplizierern
wird ein Steuersignal, das die gewünschte Amplitude des Erregerstroms darstellt, durch
die Funktionswerte an den Ausgängen der Speicher multipliziert. In einem derartigen
Antriebssystem wird die Position des von den Phasenwicklungen erzeugten
Übersetzermagnetfelds
in bezug auf das Ständermagnetfeld immer durch die momentane
Lage des Übersetzers vorgeschrieben. Die Funktionen werden derart gewählt, daß die
von den Erregerströmen erzeugten Kräfte maximale Werte haben, die von der
Übersetzerposition bei einem konstanten Wert des Steuersignals unabhängig sind. Wichtig
ist, daß der Positionsmeßwert immer die momentane Übersetzerlage darstellt. Bei einem
Unterschied zwischen der Übersetzerposition, wie sie durch den Positionsmeßwert
dargestellt wird, und der momentanen Übersetzerposition werden kleinere Kräfte als die
genannten Höchstwerte erzeugt.
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Wenn das Antriebssystem in Betrieb gesetzt wird, muß der
Positionsmeßwert mit der momentanen Läufer- und Übersetzerposition in Übereinstimmung
gebracht werden. Jedoch ist dann in einem inkrementellen Positionsmeßsystem die
momentane Übersetzerposition im allgemeinen unbekannt. Dieser Nachteil ist oft ein
Grund zur Anwendung eines absoluten Positionsmeßsystems, weil in einem derartigen
Meßsystem die momentane Lage direkt bekannt ist, wenn das Meßsystem eingeschaltet
wird. Jedoch hat ein absolutes Positionsmeßsystem im Vergleich zu einem
inkrementellen Positionsmeßsystem den Nachteil eines sehr komplexen Aufbaus.
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In einer anderen Lösung zur Beseitigung des Nachteils des inkrementellen
Positionsmeßsystems wird der Läufer oder Übersetzer auf eine bekannte Bezugsposition
eingestellt, bevor das Antriebssystem in Betrieb gesetzt wird und anschließend wird der
Positionsmeßwert auf einen Wert entsprechend der bekannten Bezugsposition eingestellt.
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Der Anfangswert kann beispielsweise durch Erregen der
Phasenwicklungen mit Erregerströmen entsprechend einem beliebigen Positionsmeßwert eingestellt
werden, wodurch der Läufer oder Übersetzer eine bekannte bevorzugte Position
einnimmt. Danach kann der Anfangswert durch Änderung des beliebigen
Positionsmeßwerts um einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Der Anfangswert kann also
durch Betreiben des Motors als Schrittmotor oder als Synchronmotor eingestellt werden,
um den Läufer oder Übersetzer in die bekannte Bezugsposition zu bringen,
beispielsweise mit Hilfe eines mechanischen Anschlags, und danach den Anfangswert mit dieser
Bezugsposition in Übereinstimmung zu bringen.
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Die vorgenannten Verfahren der Einstellung der Anfangswerte haben alle
den Nachteil, daß beim Einstellen der Erregung des Motors der Läufer oder Übersetzer
eine ungesteuerte Bewegung ausführt. Dies ist insbesondere problematisch, wenn das
Antriebssystem in einem Roboter oder in einem anderen Typ von Positioniersystem
verwendet wird. In derartigen Positioniersystemen wird es dem Positionierelement
ermöglicht, sich nur innerhalb eines beschränkten zulässigen Operationsbereichs zu
bewegen. Jedoch ist es durch ein Ergebnis der ungesteuerten Bewegungen
unwahrscheinlich, daß das Positionierelement den zulässigen Operationsbereich überschreitet,
so daß beispielsweise durch einen Zusammenprall zwischen dem Positionierelement und
einem Gegenstand außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs der Gegenstand oder das
Positionierungselement Schaden nimmt.
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Im allgemeinen werden Linearmotoren mit Grenzschaltern ausgerüstet, die
an den Ständerenden angebracht und vom Übersetzer aktiviert werden. Mit diesen
Grenzschaltern wird die Erregung des Motors unterbrochen, sobald der Übersetzer ein
Ende des Ständers erreicht hat. Wenn der Übersetzer in der Nähe eines Grenzschalters
angeordnet ist, wenn das Antriebssystem in Betrieb gesetzt wird, kann sich eine
ungesteuerte Bewegung des Übersetzers ergeben, wodurch der Grenzschalter aktiviert
und die Erregung unterbrochen wird. Eine derartige unerwünschte Unterbrechung kann
nur durch Zurückziehen des Übersetzers vom Grenzschalter beseitigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem eingangs
erwähnter Art zu schaffen, in dem das inkrementelle Positionsmeßsystem ohne
ungesteuerte Läufer- oder Übersetzerbewegungen auf einen richtigen
Anfangs-Positionsmeßwert eingestellt wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch erfüllt, daß ein
Signalerzeugungsmittel zum Erzeugen von Meß-Wechselströmen in
aufeinanderfolgenden verschiedenen Phasenwicklungen in auffolgenden Zeitintervallen zum Induzieren
einer Schwingung des Läufers oder des Übersetzers mit einer in bezug auf die Periode
der ersten periodischen Funktionen kleinen Amplitude erzeugt, wobei die Amplituden
der in jeder Phasenwicklung erzeugten Meß-Wechselströme gleich einem
Verstärkungsfaktor sind, der mit dem Funktionswert der zweiten periodischen Funktionen für die
betreffende Phasenwicklung einer Anzähl verschiedener Hilfs-Positionswerte (Ropos)
zum Erzeugen der Schwingung des Läufers oder des Übersetzers vervielfacht ist, ein
Mittel zum Bestimmen des optimalen Hilfs-Positionswerts (Ropos) auf der Basis der
Schwingungsampiitude, für welchen Wert das Verhältnis zwischen der Amplitude der
Schwingung und dem Verstärkungsfaktor für eine vorgegebene Beziehung zwischen dem
Vorzeichen der Meß-Wechselströme und den Richtungen der von den
Meß-Wechselströmen
erzeugten Schwingungen des Läufers oder des Übersetzers einen Höchstwert
hat, und ein Mittel zum Einstellen des Anfangs-Positionswerts auf den optimalen Hilfs-
Positionswert vorgesehen sind. Beim Einstellen des Anfangs-Positionsmeßwerts im
Antriebssystem nach der Erfindung führt der Läufer oder Übersetzer nur eine
Schwingung aus, deren Amplitude in bezug auf den Abstand entsprechend der Periode der
periodischen Funktionen vernachlässigbar ist, so daß beim Einstellen des Anfangswerts
der Läufer oder Übersetzer sich im Vergleich zur Verlagerung zur bevorzugten Position
nicht wesentlich verschoben wird, wenn die Erregung bei einem beliebigen
Positionsmeßwert eingeschaltet wird.
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Ein Ausführungsbeispiel des Antriebssystems ist dadurch gekennzeichnet,
daß das Einstellmittel zum Bestimmen des Hilfs-Positionswerts, für den das Verhältnis
zwischen der Amplitude der Schwingung und dem Verstärkungsfaktor K minimal ist,
und danach zum Bestimmen des Anfangs-Positionsmeßwerts durch Änderung des
Hilfswerts um einen Wert entsprechend einer Läufer- oder Übersetzerverlagerung zu
einem Vierten der Periode der ersten periodischen Funktionen ausgelegt ist. Da in der
Nähe des Mindestwerts des Verhältnisses die Änderung dieses Verhältnisses in
Abhängigkeit von dem Hilfswert maximal ist, kann der Hilfs-Positionswert entsprechend
diesem Mindestwert äußerst genau bestimmt werden. Da der Unterschied zwischen dem
Anfangs-Positionsmeßwert und dem Positionsmeßwert in Übereinstimmung mit dem
Mindestverhältnis einer vorgegebenen festen Anpassung des letztgenannten
Positionsmeßwertes entspricht, kann ein sehr genauer optimaler Positionsmeßwert erhalten
werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Antriebssystems ist dadurch
gekennzeichnet, daß das Einstellmittel zum Kettenbestimmen des optimalen
Hilfs-Positionswertes dient, und den Vorteil bietet, daß der optimale Positionsmeßwert in
einer sehr kurzen Zeit erhalten wird. In einem derartigen Antriebssystem verringert sich
der Unterschied zwischen dem Hilfs-Positionswert, der die Amplitude der Meß-
Wechselströme definiert, und dem endgültigen Hilfswert bei gleichzeitigem Anstieg der
Anzähl von Kettenschritten definiert, wodurch das Verhältnis zwischen der Amplitude
der Schwingung und dem Wert des Verstärkungsfaktors K ebenfalls abnimmt. Ein
Ausführungsbeispiel des Antriebssysteins ist dadurch gekennzeichnet, daß das
Einstellmittel zum inkrementieren des Werts des Vestärkungsfaktors K bei abnehmendem
Verhältnis zwischen der Amplitude der Schwingung und dem Wert des
Verstärkungsfaktors
K dient, und bietet daher den Vorteil, daß die Amplitude der Schwingungen
immer klein bleiben. Die Erfindung und weitere Vorteile der Erfindung werden
nachstehend anhand der Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen
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Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen linearen
Mehrphasensynchronmotor eines üblichen Typs,
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Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebssystems,
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Fig. 3 die Kräfte F1, F2, F3, die die Erregerströme erzeugen, und die
Summe Ft dieser Kräfte in Abhängigkeit vom Positionsmeßwert p,
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Fig. 4 die Summe Ft abhängig vom Unterschied zwischen dem
Positionsmeßwert P und der momentanen Übersetzerposition p*,
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Fig. 5 die Meß-Wechselströme im1, im2, im3, die Kraft Fm aus diesen
Strömen, die Übersetzergeschwindigkeit V und die zeitabhängige
Übersetzerverschiebung S,
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Fig. 6 das Ablaufdiagramm eines Unterprogramms VIBRAI zum
Erzeugen der Meß-Wechselströme im1, im2 und im3 nach Fig. 5,
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Fig. 7 das Ablaufdiagramm eines Unterprogramms MOVEF, das bei der
Durchführung des Unterprogramms VIBRAT aufgerufen wird,
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Fig. 8a und 8b Ablaufdiagramme eines Einstellprogramms zum
Optimieren des Anfangs-Positionsmeßwertes,
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Fig. 9 die Meß-Wechselströme im1, im2 und im3, die während des
Unterprogramms MOVEF zeitabhängig bestimmt werden, und
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Fig. 10 die Abwandlungen der veränderlichen ROPOS, der veränderlichen
RESULT und der Kraft Ft, die durch die Meß-Wechselströme beim Einstellprogramm
zur Erläuterung dieses Programms erzeugt werden.
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In Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt durch einen
Mehrphasensynchronlinearmotor 1 von einem üblichen Typ dargestellt. Der Motor 1 umfaßt einen
Ständer 2 und einen Übersetzer 5, der gegen den Ständer 2 in der mit der Pfeilspitze 4
angegebenen Richtung verschiebbar ist. Der Ständer 2 enthält eine Anzahl
dauermagnetischer Nordpole 6, die mit einer Anzahl magnetischer Südpole 7 abwechseln. Der
Übersetzer 5 umfaßt Zähne 8, 9 und 10 mit dem Ständer zugewandten schuhförmigen
Enden. Phasenwicklungen 11, 12 und 13 sind auf den Zähnen 8, 9 bzw. 10 angeordnet.
Zum Bestimmen der Position des Übersetzers 5 enthält der Motor 1 ein optisches Lineal
eines üblichen Typs, mit einem länglichen Streifen 14 mit equidistanten Markierungen
(nicht dargestellt). Gegenüber dem Streifen 14 ist zum Detektieren der Markierungen
ein optischer Detektor 15 auf dem Übersetzer 5 befestigt. In Beantwortung der
Detektion der Markierungen liefert der optische Detektor 15 erste und zweite impulsförmige
Signale Vp1 und Vp2 mit einer Frequenz proportional der Geschwindigkeit, mit dem
sich der Übersetzer 5 in bezug auf den Ständer 2 bewegt. In Abhängigkeit von der
Bewegungsrichtung des Übersetzers 5 beträgt der Phasenunterschied zwischen dem
ersten und dem zweiten impulsförmigen Signal neunzig oder zweihundertsiebzig Grad.
Ein Beispiel eines derartigen optischen Lineals und eines derartigen optischen Detektors
ist ausführlich in der europäischen Patentanmeldung 0 074 767 beschrieben. Die
impulsförmigen Signale Vp1 und Vp2 gelangen an einen Digitalrechner 20 eines
üblichen Typs (siehe Fig. 2). Der rechner 20 ist mit einem
Positionsbestimmungsprogramm eines üblichen Typs zum Erhöhen oder Erniedrigen eines Positionsmeßwerts
p um einen Korrekturwert in Beantwortung der Impulse der impulsförmigen Signale
Vp1 und Vp2 und abhängig von der mit dem Phasenunterschied zwischen den Signalen
Vp1 und Vp2 angegebenen Richtung geladen. Der Streifen 14, der optische Detektor 15
und der Rechner 20 bilden zusammen ein inkrementelles
Übersetzer-Positionsmeßsystem. Weiter ist der Rechner 20 mit einem Erregerstrombestimmungsprogramm zum
Berechnen der gewünschten Werte ig1, ig2 und ig3 der Erregerströme I1,I2 und I3 für
die Phasenwicklungen 11, 12 und 13 entsprechend periodischen Funktionen f1, f2 und
f3 des Positionsmeßwertes p geladen. Derartige periodische Funktionen können
beispielsweise Sinusfunktionen entsprechend der Definierung durch nach stehende
Beziehungen (1) enthalten. Jedoch eignen sich im Prinzip andere periodische Funktionen
wie zum Beispiel periodische Rechteck- oder Trapezfunktionen ebenfalls.
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ig1 = f1 (p) = u sin p
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ig2 = f2 (p) = u sin (p + 120) (1)
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ig3 = f3 (p) = u sin (p + 240)
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In den Gleichungen (1) ist u ein Maß für die gewünschte Amplitude der Erregerströme.
Die berechneten Werte von ig1, ig2 und ig3 in Form von Digitalcodes gelangen an die
jeweiligen Digital/Analogwandler 21, 22 und 23 zum Umsetzen dieser Digitalcodes in
analoge Signale, die die gewünschte Werte der Erregerströme darstellen. Diese analogen
Signale gelangen an Verstärkerschaltungen 24, 25 und 26 zum Erzeugen von
Erregerströmen I1,I2 und I3 für die Phasenwicklungen 11, 12 und 13, wobei die Werte dieser
Ströme den gewünschten Werten ig1, ig2 und ig3 aus den analogen Signalen
entsprechen. Der Rechner 20 zusammen mit den Digital-Analogwandlern 21, 22 und 23 in
den Verstärkerschaltungen 24, 25 und 26 bilden eine Motorerregeranordnung für einen
Dreiphasensynchronmotor, dessen Phasenwicklungen 11, 12 und 13 mit Strömen I1, I2
und I3 erregt werden, die periodische Funktionen (Gleichungen (1)) des
Positionsmeßwerts p sind. Der inkrementelle Positionsmeßwert wird derart berechnet, daß die
Periode der periodischen Funktionen einer Übersetzerverlagerung von
dreihundertundsechzig elektrischen Grad entsprechen. In dem hier dargestellten
Dreiphasensynchornmotor können die durch die Ströme I1, I2 und I3 erzeugten Kräfte durch folgende
Gleichungen dargestellt werden:
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F1 = c.u. sin (p) sin (p*)
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F2 = c.u. sin (p + 120) sin (p* + 120)
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F3 = c.u. sin (p + 240) sin (P* + 240)
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worin p* die momentane Lage des Übersetzers gegen den Ständer angibt und c eine
Motorkonstante ist, die das Verhältnis zwischen dem Strom und der von diesem Strom
erzeugten Kraft angibt. In Fig. 3 geben die Kräfte F1, F2 und F3 in Abhängigkeit vom
Positionsmeßwert p, wenn p* gleich p ist. Außerdem zeigt Fig. 3 die Summe Ft der
Kräfte F1, F2 und F3. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Summe Ft der Kräfte von der
Übersetzerposition p* unabhängig ist. In Fig. 4 ist der Effekt der Kräfte auf die Summe
Ft dargestellt, wenn der Positionsmeßwert p eine Abweichung in bezug auf die
momentane Übersetzerposition p* angibt. Aus Figur 4 ist klar, daß für optimale
Kräfteerzeugung durch den Linearmotor es wichtig ist, daß der Unterschied zwischen p
und p* gleich Null oder einer Vielzahl von 360 elektrischen Grad ist. Da ein
inkrementelles Positionsmeßsystem nur Standart- Änderungen in bezug auf einen Anfangswert
detektiert, ist es für den optimalen Betrieb des Motors 1 notwendig, daß vor der
Inbetriebsetzung der Motorerregeranordnung der Positionsmeßwert p auf einen Wert
eingestellt wird, für den die Summenkraft Ft maximal ist. Der Rechner 20 wird mit
einem Einstellprogramm zum Einstellen des Anfangs-Positionsmeßwerts geladen, und
dieses Programm wird ausgeführt, bevor die Motorerregeranordnung durch Aufrufen
des Erregerstrombestimmungsprogramms in Betrieb gesetzt wird. Ein
Ausführungsbeispiel des Antriebssystems nach der Erfindung, in dem beim Einstellen des
Positionsmeßwerts der Übersetzer sich nur über einen Abstand entsprechend wenigen
elektrischen Grad bewegt, wird nachstehend näher erläutert. Die Phasenwicklungen 11, 12
und 13 werden dabei mit Meß-Wechselströmen im1, im2 und im3 erregt, deren
Amplituden gleich K.f1 (ROPOS), K.f2 (ROPOS) und K.f3 (ROPOS) sind, in denen
ROPOS eine Hilfsveränderliche entsprechend einer spezifischen Läuferfunktion ist, und
in denen die Funktionen f1, f2 und f3 den Funktionen f1, f2 und f3 entsprechen, die
durch die Gleichungen (1) definiert sind, und worin K ein Verstärkungsfaktor ist. Die
von den Meß-Wechselströmen im1, im2 und im3 erzeugten Kräfte bewirken das
Schwingen des Übersetzers. Die Amplituden und Frequenzen der Meß-Wechselströme
im1, im2 und im3 sind derart gewählt, daß die Amplitude der Übersetzerschwingung
nur wenigen elektrischen Grad entspricht. Das Verhältnis zwischen den
Meß-Wechselströmen im1, im2 und im3 und die sich daraus ergebenden Kräfte können dabei
innerhalb des Schwingungsbereichs als konstant betrachtet werden, so daß der
Übersetzer 5 einer Kraft Fm konstanter Amplitude Fm und mit wechselndem Vorzeichen
unterworfen wird, wobei die Amplitude Fm der Kraft gleich 3/2 C.K. cos
(ROPOS -p*) ist. In Fig. 5 sind geeignete Wellenformen für die Wechselströme im1, im2 und
im3, die Kraft Fm, die durch diese Ströme erzeugt werden, die
Übersetzergeschwindigkeit V und die Übersetzerverschiebung S abhängig von der Zeit t für einen Wert von
ROPOS entsprechend fünfundvierzig elektrischen Grad dargestellt. Es sei bemerkt, daß
es im Prinzip auf andere Weise möglich ist, andere Wellenformen für die
Meß-Wechselströme im1, im2 und im3 zu verwenden, beispielsweise Sinuswellen. Durch Erregen der
Phasenwicklungen 11, 12 und 13 in aufeinanderfolgenden Intervallen T mit Meß-
Wechselströmen im1, im2 und im3, die verschiedenen Werten von ROPOS entsprechen,
und durch gleichzeitige Bestimmung der Amplituden der Übersetzerschwingungen aus
diesen Strömen ist es möglich, den Wert von ROPOS zu finden, für den das Verhältnis
zwischen der Amplitude der Übersetzerschwingung und K und daher das Verhältnis
zwischen Fm und K maximal ist. Dieser Wert von ROPOS entspricht dem optimalen
Anfangswert für den Posifionsmeßwert p.
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In Fig. 6 und Fig. 7 ist beispielsweise ein Ablaufdiagramm eines
Programms zum Erzeugen der Meß-Wechselströme im1, im2 und im3 mit den in Fig. 5
dargestellten Wellen formen dargestellt. Das Programm enthält ein Unterprogramm
MOVEF (Fig. 7) zum Erzeugen der Meß-Wechselströme im1, im2 und im3 in einem
ersten Intervall gleich 1/8 T, gefolgt von einem zweiten Zeitintervall von 1/8 T, in dem
die Polarität der Meß-Wechselströme im1, im2 und im3 der Polarität im ersten
Zeitintervall entgegengesetzt ist (siehe Fig. 9). Außerdem wird in diesen Zeitraum eine
Größe TEMP der Übesetzerverlagerung in diesem Zeitraum bestimmt. Zu diesem
Zweck enthält das Unterprogramm MOVEF eine Anzahl von Programmschitten S71 ...
S76, wobei der Schritt S71 ein Anfangsschritt ist, in dem der Wert TEMP und eine
Hilfsveränderliche in Form der ganzen Zahl 1 auf Null gestellt wird. Danach wird im
Schritt S72 die Veränderliche po zum momentanen Positionsmeßwert p gleichgeschaltet.
Außerdem wird im Schritt S72 der Wert von im1, im2 und im3 aus dem Wert von K
und von ROPOS entsprechend nachstehenden Gleichungen abgeleitet.
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im1 = K. f1 (ROPOS)
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im2 = K. f2 (ROPOS)
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im3 - K. f3 (ROPOS)
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Außerdem werden die Werte im1, im2 und im3 an die Digital/Analogwandler 24, 25
und 26 gelegt, um die Phasenwicklungen mit Meß-Wechselströmen entsprechend diesen
Werten von im1, im2 und im3 zu erregen. Dem Schritt S72 folgt
Schritt S73, in dem eine Wartezeit von 1/8 T vor der Durchführung des Schritts S74
eingehalten wird. In diesem Zeitintervall bleiben die Werte der Ströme im1, im2 und
im3 konstant. Im Schritt S74 wird der Wert von TEMP mit dem Wert p - po
inkrementiert, und dieser Wert stellt die Verlagerung des Übersetzers in der Wartezeit
von 1/8 T dar. Anschließend wird der Wert von K im Schritt S75 invertiert, wonach die
Schritte S72, S73 und S74 mit einem invertierten Wert von K wiederholt werden. Im
Unterprogramm VIBRAT (siehe Fig. 6) wird das Unterprogramm MOVEF vier mal in
den Schritten S62, S65, S76 und S610 aufgerufen, wobei der Wert von K nach dem
ersten Aufruf (S62) und dem dritten Aufruf (S67) in den Schritten S64 bzw. S69
invertiert wird. Dies ergibt die Meß-Wechselströme im1, im2 und im3 nach Fig. 5. Der
Wert von TEMP, der die Übersetzerverlagerung im Unterprogramm MOVEF für den
ersten, den zweiten, den dritten und den vierten Aufruf anzeigt, wird durch die
Vektoren 50, 51, 52 bzw. 53 in Fig. 5 angegeben. Es sei bemerkt, daß die Werte von
TEMP nach dem zweiten und dem dritten Aufruf von MOVEF den Werten von TEMP
nach dem ersten und vierten Aufruf von MOVEF entgegengesetzt sind. In den Schritten
S63, S66, S68 und S69 wird eine Größe RESULT der Amplitude der
Übersetzerschwingung aus den Werten TEMP durch Inkrementieren des Wertes RESULT um den
Wert von TEMP in den Schritten S63 und S69 und durch Erniedrigung des Wertes
RESULT um den Wert von TEMP in den Schritten S66 und S68 abgeleitet. Wenn die
von den Meßströmen im1, im2 und im3 erzeugte Kraft nur wenig höher ist als die
Reibungskräfte, wird sich der Übersetzer schon verlagern, aber der Wert von RESULT
ist dabei unzuverlässig. Zur Vermeidung falscher Schlüsse auf der Basis der
unzuverlässigen Werte, wird der Wert von RESULT im Schritt S612 und S613 an Null
angeglichen, wenn dieser Wert einen spezifischen Schwellenwert INPLEV nicht
überschreitet. Außerdem wird im Schritt S614 der Wert von K mit TEMP an Null
angeglichen und das Unterprogramm MOVEF wird im Schritt S615 aufgerufen, so daß
die Ströme in den Phasenwicklungen für ein Zeitintervall von 1/4 T Null bleibt. Darauf
wird K auf seinen Ursprungswert (S616) zurückgeführt und das Unterprogramm
VIBRAT wird beendet. In Fig. 8a und 8b sind die Ablaufdiagramme eines Beispiels
eines Einstellprogramms zum Einstellen des Anfangs-Positionsmeßwerts p dargestellt,
und dieses Einstellprogramm verwendet das Unterprogramm VIBRAT zum Erzeugen
der Meß-Wechselströme im1, im2 und im3 entsprechend dem Wert von ROPOS, der im
Einstellprogramm bestimmt wurde, und zum Bestimmen der Amplitude der sich
ergebenden Übersetzerschwingung, welche Amplitude durch die Veränderliche RESULT
dargestellt wird. Das Einstellprogramm umfaßt zwei Unterprogramme, von denen das
erste Programm die Programmschritte S81 ... S88 (Fig. 8a) umfaßt, und von denen das
zweite Unterprogramm die Programmschritte S91 ... S914 umfaßt (Figur 8b). Im ersten
Unterprogramm werden die Werte für K und für ROPOS gesucht, auf die der Motor
anspricht, d.h. auf die eine Übersetzerschwingung beim Erregen mit
Meß-Wechselströmen im1, im2 und im3 detektiert wird, die durch die Werte von K und ROPOS
vorgeschrieben werden. Um zu verhindern, daß der Übersetzer 5 Schwingungen
unerwünscht hoher Amplitude gleich am Anfang des Suchverfahrens liefert, fängt dieses
Verfahren mit kleinen Werten für Horizontal-Synchronschaltungsanordnung an, die
kleine Werte für die Meß-Wechselströme im1, im2 und im3 ergeben. Der Anfangswert
von ROPOS wird auf Null (S81) gewählt. Außerdem wird ein Korrekturwert DROPOS
auf einen Wert entsprechend einem Viertel der Periode der ersten periodischen Funktion
während S81 eingestellt.
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Das erste Unterprogramm umfaßt eine Programmschleife, die die Schritte
S82 ...S85 umfaßt. Bei jedem Durchlaufen dieses Programms wird das Unterprogramm
VIBRAT zunächst aufgerufen, so daß Meß-Wechselströme im1, im2 und im3 in den
Phasenwicklungen 11, 12 und 13 erzeugt werden, wobei die Werte dieser Ströme durch
die momentanen Werte von K und ROPOS vorgeschrieben werden. Außerdem wird
während des Programms VIBRAT der Wert von RESULT bestimmt, der die Amplitude
der Schwingung aus den Meß-Wechselströmen darstellt. Wenn während S84 der Wert
von RESULT angibt, daß eine Übersetzerschwingung aufgetreten ist, wird das erste
Unterprogramm verlassen und der erste Programmschritt S91 des zweiten
Unterprogramms ausgeführt. Jedoch wenn der Wert von RESULT angibt, daß keine
Übersetzerschwingung aufgetreten ist, da beispielsweise durch die von den
Meß-Wechselströmen ausgeübte Kraft kleiner ist als die Reibungskraft, wird der Wert von ROPOS
um den Korrekturwert DROPOS erhöht und der Wert von K inkrementiert. Danach
wird das Unterprogramm VIBRAT erneut mit den neuen Werten für ROPOS und K
aufgerufen.
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Wie oben bereits beschrieben, wird das erste Unterprogramm verlassen
und das zweite Unterprogramm ausgeführt, so bald eine Übersetzerschwingung im
Schritt S84 detektiert wird. Im zweiten Unterprogramm, dessen Ablaufdiagramm in Fig.
8b dargestellt ist, wird jener Wert von ROPOS bestimmt, für den das Verhältnis
zwischen der Schwingamplitude und dem Wert von K minimal ist. Das zweite
Unterprogramm wird jetzt anhand eines Beispiels näher erläutert. Zunächst wird am Anfang
des zweiten Unterprogramms die Veränderliche LDIR während S91 an Null
angeglichen. Diese Veränderliche LDIR dient zum Anzeigen des Vorzeichens des
vorangehenden Werts von RESULT. Nach dem Schritt S91 wird das Unterprogramm VIBRAT mit
dem für K und ROPOS bestimmten letzten Wert aufgerufen. In Fig. 10 werden der
Wert von K, der Unterschied und ROPOS - p* am Anfang des zweiten Unterprogramms
mit dem Punkt 39 bezeichnet. Im weiteren wird der Wert von K am Anfang des zweiten
Unterprogramms kurz mit K0 bezeichnet. Für diesen Wert K0 von K ist die Änderung
in der Amplitude m der Kraft Fm für die Werte von im1, im2 und im3, die durch
diesen Wert K0 abhängig von ROPOS - p* definiert werden, durch die Funktion
bezeichnet, die die Bezugsziffer 50 in Fig. 10 trägt. Angenommen sei, daß am Anfang
des zweiten Unterprogramms der Unterschied ROPOS - p* und der im Schritt S92
bestimmte Wert von RESULT den Werten entsprechen, die mit dem Punkt 39 in Fig.
10 bezeichnet sind. Nach den Prüfschritten S93, S94 und S95 setzt der Rechner 20
seinen Betrieb mit dem Schritt S97 fort, in dem der Wert von ROPOS um den
Korrekturwert DROPOS erhöht wird. Außerdem wird im Schritt S97 der Wert von LDIR
angeglichen, wonach im Schritt S92 das Unterprogramm VIBRAT mit dem neuen Wert
von ROPOS erneut aufgerufen wird. Wenn, wie in Fig. 10 angegeben, der neue Wert
von ROPOS - p* immer noch kleiner als 90 Grad ist, ist der Wert von RESULT, der
mit dem Punkt 40 angegeben wird, nach dem Unterprogramm VIBRAT noch positiv
sein.
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Da der Wert von RESULT und der Wert von LDIR beide positiv sind,
wird der Wert von ROPOS erneut um den Korrekturwert DROPOS im Schritt S97 nach
den Prüfschritten S93, S94 und S95 erhöht. Danach wird das Unterprogramm VIBRAT
mit dem neuen Wert von ROPOS aufgerufen. Jedoch wird jetzt der Wert von RESULT
auf Null vorgefunden (siehe Punkt 41), weil beispielsweise die auf den Übersetzer
ausgeübte Kraft Fm derart verringert ist, daß die Reibung nicht länger überwunden
werden kann. In diesem Fall wird der Wert von K im Schritt S98 inkrementiert und das
Unterprogramm VIBRAT wird für den inkrementierten Wert von K erneut aufgerufen
(die Änderung in der Amplitude m der Kraft Fm für den inkrementierten Wert wird
durch die Bezugsziffer 52 angegeben). Jetzt zeigt es sich, daß die auf den Übersetzer
ausgeübte Kraft so weit angestiegen ist, daß eine Übersetzerschwingung auftritt und
daher ein Nicht-Nullwert für RESULT erhalten wird (siehe Punkt 42). Da der
Unterschied ROPOS - p* einem Wert größer als 90 Grad entspricht, hat sich das Vorzeichen
der Kraft Fm geändert, so daß der Wert von RESULT negativ wird.
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Nach den Prüfschritten S93 und S94 wird der Prüfschritt S910
durchgeführt. Während dieses Prüfschritts wird eine Änderung im Vorzeichen von LDIR
detektiert, wonach der Korrekturwert im Schritt S911 erniedrigt und danach der Wert
von DROPOS um den erniedrigten Wert von DROPOS im Schritt S912 reduziert wird.
Außerdem wird der Wert von LDIR im Schritt S913 angeglichen, wonach das
Unterprogramm VIBRAT erneut aufgerufen wird. Der Wert von RESULT erscheint jetzt mit
Nullwert (siehe Punkt 43), so daß der Wert von K wieder im Schritt S98 inkrementiert
wird. Die Änderung von Fm für diesen neuen Wert von K wird durch die Funktion 53
dargestellt. Nach der Erhöhung des Wertes von K im Schritt S98 wird der mit dem
Punkt 44 bezeichnete positive Wert für RESULT gefunden, wonach der Wert DROPOS
wiederum im Schritt S96 erniedrigt und der Wert von ROPOS um den erniedrigten
Wert im Schritt S97 erhöht wird. Nach dem Aufrufen des Unterprogramms VIBRAT
wird der Wert von RESULT mit Nullwert mit der Bezugsziffer 45 vorgefunden, so daß
der Wert von K wieder erhöht wird (die Änderung von m für den neuen Wert von K
wird mit der Bezugsziffer 54 bezeichnet). Nach dem Aufrufen des Unterprogramms
VIBRAT mit dem erhöhten Wert von K, ist der Wert von RESULT negativ (Punkt 47).
Der Wert von DROPOS wird wiederum erniedrigt und das Unterprogramm VIBRAT
wird erneut mit einem Wert von ROPOS aufgerufen, der mit dem erniedrigten Wert von
DROPOS angeglichen ist. Der Wert von RESULT ist jetzt wiederum positiv (Punkt 47),
so daß der Wert von DROPOS wiederum erniedrigt wird. Der Wert von ROPOS wird
mit dem neuen Wert von DROPOS angeglichen und ist mit der Bezugsziffer 48
bezeichnet. Der Unterschied zwischen DROPOS und p* ist jetzt im wesentlichen gleich
90 Grad geworden, was bedeutet, daß die durch die Meß-Ströme im1, im2 und im3
ausgeübten Kräfte im wesentlichen auf Null gekommen sind. Der Wert von RESULT
kommt dabei ebenfalls auf Null, nachdem das Unterprogramm VIBRAT aufgerufen
wurde. Danach wird die Programmschleife mit den Schritten S98, S99, S92 und S93
mehrmals durchlaufen, wobei der Wert von K jeweils inkrementiert wird (die Änderung
von m für aufeinanderfolgene Erhöhungen von K wird mit den Bezugsziffern 55, 56
und 57 angegeben). Da das Verhältnis zwischen der Kraft Fm und dem Wert von K
jetzt im wesentlichen gleich Null ist für den für ROPOS erreichten Wert, bleibt der
Wert von RESULT gleich Null. Die Programmschleife wird zum Zeitpunkt
unterbrochen, zu dem der Wert von K einen Höchstwert MAXLEV (S99) überschreitet.
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Wenn die Programmschleife verlassen wird, entspricht der Unterschied
zwischen ROPOS und p* 90 elektrischen Grad. Der Anfangs-Positionsmeßwert p, der
gleich dem Wert von p* sein muß, kann dabei enfach im Schritt S914 durch Reduzieren
des Wertes von ROPOS um 90 Grad bestimmt werden, wonach das Einstellprogramm
verlassen werden kann.
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Im oben beschriebenen Einstellprogramm ist der Wert von K zunächst
klein und wird erhöht, wenn der Wert von ROPOS - p* sich dem Endwert ziemlich
dicht nähert. Es wird klar sein, daß dies nicht notwendig ist, sondern daß es
beispielsweise ebenfalls möglich ist, mit einem hohen Wert von K anzufangen und diesen Wert
durch das ganze Einstellprogramm hindurch konstant zu halten. Jedoch bietet das
Einstellprogramm mit einem Wert von K, der sich während des Programms nach obiger
Überschreibung ändert, den Vorteil, daß die Amplitude der Übersetzerschwingung
immer sehr niedrig ist.
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Weiter sei bemerkt daß im oben beschriebenen Einstellprogramm jener
Wert von ROPOS gesucht wird, für den das Verhältnis zwischen der Amplitude der
Übersetzerschwingung und K gleich Null ist. Ebenfalls wird es klar sein, daß es im
Prinzip auch möglich ist, jenen Wert für ROPOS zubestimmen, für den dieses
Verhältnis maximal ist. Jedoch kann die Bestimmung des Nullpunktes in dem Verhältnis
genauer ausgeführt werden, weil die Änderung des genannten Verhältnisses in der Nähe
des Nullpunktes im wesentlichen größer ist als in der Nähe des Höchstwertes dieses
Verhältnisses.
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Schließlich sei bemerkt, daß die beschriebene Erfindung ebenfalls in
Antriebsanordnungen mit rotierenden Synchronmotoren statt mit linearen
Synchronmotoren nach obiger Beschreibung verwendbar ist.