DE69431220T2

DE69431220T2 - Einzel-Zyklus Positionniergerät

Info

Publication number: DE69431220T2
Application number: DE69431220T
Authority: DE
Inventors: Joseph Michael Bowling; Michael David Strong
Original assignee: Whitaker LLC
Current assignee: Whitaker LLC
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1994-04-25
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2014-04-26
Also published as: US5449990A; EP0624834A2; JPH06351273A; EP0624834B1; DE69431220D1; EP0624834A3

Description

Diese Erfindung betrifft Positionierungssysteme und genauer ein verbessertes Einzelzyklus- Positionierungssystem, welches einen Induktionsmotor verwendet, um ein zyklisch bewegbares Element an einer genauen Stelle innerhalb seines Bewegungs-Zyklus zu positionieren, in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es gibt zahlreiche Maschinen, bei denen ein Element zyklisch angetrieben wird und es erforderlich ist, das Element an einer genauen Stelle innerhalb seines Positionszyklus zu stoppen. Ein derartiger Typ von Maschine ist eine Crimp-Presse, die wiederholt verwendet wird, um elektrische Anschlüsse an den Enden von Drähten anzubringen. Das U.S.-Patent Nr. 3,434,398 offenbart eine derartige Maschine, bei der ein Stößel mit einer Welle gekoppelt ist und während jeder einzelnen Umdrehung der Welle der Stößel nach unten und dann zurück an seine anfängliche Position bewegt wird, um dadurch ein Crimp-Werkzeug an dem Ende des Stößels in einen Eingriff mit einem Anschluss zu bewegen. Die Welle wird durch eine Einzelumdrehungskupplung mit einem Freilaufrad gekoppelt, welches kontinuierlich durch einen kontinuierlich betriebenen Motor angetrieben wird. Wenn es gewünscht wird, einen Anschluss auf einen Draht zu crimpen, wird die Einzelumdrehungskupplung eingerückt, um die Welle durch eine einzelne Umdrehung anzutreiben, so dass der Stößel durch seinen Zyklus bewegt wird.
Während die voranstehend beschrieben Anordnung für ihren beabsichtigten Zweck effektiv ist, weist sie eine Anzahl von Nachteilen auf. Somit ist zum Beispiel das kontinuierliche Laufen des Motors eine Verschwendung von elektrischer Energie und führt zu der Erzeugung von Wärme. Ferner verursacht die Verwendung einer Einzelumdrehungskupplung Geräusche und Vibrationen. Ferner muss die Kupplung in geeigneter Weise gewartet und abgenutzte Teile ersetzt werden.
Die WO 86 030 75 A offenbart ein Einzelzyklus-Positionssystem in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In bezug auf die Abbremsung bzw. Verzögerung und das Stoppen des herkömmlichen Systems scheint es so zu sein, dass dieses Dokument des Standes der Technik vorschlägt, die Verzögerung mit Hilfe einer PWM-Steuerung nach Empfang eines Stoppsignals zu steuern.
Positionierungssysteme, die Servomotoren verwenden, sind bekannt. Als Folge des benötigten Typs des Motors weisen derartige Systeme jedoch eine Tendenz auf, kostenintensiv zu sein. Es ist deshalb eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Positionierungssystem des beschriebenen Typs bereitzustellen, welches einen relativ kostengünstigen Induktionsmotor verwendet.
Die ersten und zusätzliche Aufgaben werden in Übereinstimmung mit den Prinzipien dieser Erfindung durch Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Steuereinrichtung arbeitet im Ansprechen auf das Startsignal zum Anlegen einer AC-Energie an den Motor bei einer Frequenz, die auf eine vorgegebene Frequenz ansteigt, und danach Beibehalten der Frequenz der AC-Energie auf der vorgegebenen Frequenz bis zu einem Empfang des Stoppsignal.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist die Steuereinrichtung nach dem Empfang des Stoppsignals effektiv, um die an den Motor angelegte Spannung relativ zu dem vorgegebenen Wert als eine Funktion des Verhältnisses der angelegten Frequenz zu der vorgegebenen Frequenz zu verringern.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt dieser Erfindung ist die Steuereinrichtung im Ansprechen auf das Stoppsignal betreibbar, um die Frequenz der AC-Energie, die an den Motor angelegt wird, von der vorgegebenen Frequenz herunter zu verkleinern.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt dieser Erfindung ist die Steuereinrichtung effektiv, um die an den Motor angelegte Spannung auf einem vorgegebenen Wert von einem Empfang des Startsignals bis zu einem Empfang des Stoppsignals zu halten.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1A und 1B, in einer Zusammenschau, ein Blockdiagramm einer illustrativen Ausführungsform eines Einzelzyklus-Positionierungssystems, welches in Übereinstimmung mit den Prinzipien dieser Erfindung konstruiert ist;
Fig. 2 eine Tabelle von illustrativen Impulsbreiten-Modulationswerten, die in dem in Fig. 1 gezeigten System verwendet werden;
Fig. 3 eine Kurve, die in Übereinstimmung mit den Werten in der Tabelle der Fig. 2 aufgetragen ist;
Fig. 4 schematisch die Form der Spannungen, die an die drei Phasen des Motors angelegt werden, in Übereinstimmung mit den Prinzipien dieser Erfindung;
Fig. 5 die Veränderung in der Frequenz der AC-Energie, die an Motor in Übereinstimmung mit den Prinzipien dieser Erfindung angelegt wird; und
Fig. 6A-6D Flussdiagramme, die zum Verständnis des Betriebs des Systems in Übereinstimmung mit dieser Erfindung nützlich sind.
Die Fig. 1A und 1B zeigen zusammen ein System zum Steuern eines Induktionsmotors 10, der in einer dreiphasigen Sternschaltung verschaltet ist, so dass ein damit gekoppeltes bewegbares Element, in illustrativer Weise die Welle 12, einen einzelnen Bewegungszyklus durchläuft. Ein Ausgangsstellungsschalter 14, der immer dann geschlossen wird, wenn die Welle 12 eine vorgegebene Winkelorientierung erreicht, ist somit der Welle 12 zugeordnet. Wie hier dargestellt, ist das bewegbare Element die Welle 12. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass das bewegbare Element irgendein Typ von Element sein kann, welches von dem Motor 10 für eine zyklische Bewegung gesteuert wird, wie zum Beispiel ein Hin- und Herbewegungs-Element. Obwohl der Ausgangsstellungsschalter 14 ferner so dargestellt ist, dass er ein einpoliger Umschalter ist, können auch andere Typen von Schaltern für den Ausgangsstellungsschalter 14 verwendet werden, wie zum Beispiel ein magnetischer Reed-Schalter oder eine Hall-Effekt-Erfassungseinrichtung. In jedem Fall existiert ein Kopplungsmechanismus, wie beispielsweise ein Untersetzungsgetriebe, zwischen dem Motor 10 und dem bewegbaren Element 12, wodurch das bewegbare Element 12 einen einzelnen Bewegungszyklus durchläuft, wenn der Motor 10 eine gewisse Anzahl von Umdrehungen durchführt.
Die Bewegung des Elements 12 wird im Ansprechen auf einen Schließvorgang des Schalters 16 initiiert, der in illustrativer Weise ein mit den Füßen betätigter Schalter ist, wenn das offenbarte System in der Umgebung einer Crimp-Presse des allgemeinen Typs verwendet wird, der in dem voranstehend angegebenen U.S.-Patent Nr. 3,343,398 offenbart ist. Ein Schließen des Fußschalters 16 führt zu der Erzeugung eines Startsignals auf der Zuleitung 18 zu dem Mikroprozessor 20 über den Opto-Isolator 22. In ähnlicher Weise führt ein Schließen des Ausgangsstellungsschalters 14 zu der Erzeugung eines Stoppsignals auf der Zuleitung 14 zu dem Mikroprozessor 20 über den Opto-Isolator 26. Wie nachstehend beschrieben wird, reagiert der Mikroprozessor 20 auf die Start- und Stoppsignale auf den Zuleitungen 18 bzw. 24, um den Dreiphasen-Wechselrichter 28 zu steuern, um Energie an die drei Phasenwicklungen 30, 32 und 34 des Motors 10 so zu fuhren, dass die Welle 12 eine einzelne Umdrehung durchläuft.
Der Mikroprozessor 20 ist in illustrativer Weise ein Mikroprozessor des Typs 80C51FA, der von der Intel Corporation hergestellt wird, wobei dieser Typ von Mikroprozessor eine darin eingebaute Impulsbreitenmodulationsmöglichkeit aufweist. Innerhalb des Mikroprozessors 20 gibt es mehrere speziell vorgesehene Impulsbreitenmodulationsregister, wobei drei von diesen von dem erfindungsgemäßen System - jeweils eine für jede Phase des Motors 10 - verwendet werden. Jedem von diesen Registern ist ein Zähler zugeordnet, der durch einen Takt inkrementiert wird. In illustrativer Weise ist die Länge jedes Registers und Zählers 8 Bit, so dass er eine Zahl von 0 bis 255 enthält. Der Zähler ist so konfiguriert, dass er im Ansprechen auf ankommende Taktimpulse von 0 bis 255 zählt und dann wieder auf 0 überrollt. Bei jedem Taktimpuls wird der Wert, der in jedem Register ist, mit dem Zählwert in dem zugehörigen Zähler verglichen. Wenn der Zähler kleiner oder gleich wie der Wert in dem Register ist, dann ist ein zugehöriger Impulsbreitenmodulations-(Pulse Width Modulation, PWM)-Ausgang von dem Mikroprozessor 20 niedrig. Wenn der Zählwert den Wert in dem Register übersteigt, dann geht der zugehörige PWM-Ausgang hoch. Im Endeffekt ist jeder PWM-Ausgang von dem Mikroprozessor 20 eine Rechteckwelle, deren Arbeitszyklus bzw. Tatverhältniszyklus durch den Wert bestimmt wird, der in sein zugehöriges Register vorgeladen worden ist.
Die für die voranstehend beschriebene Impulsbreitenmodulation verwendeten Taktimpulse werden von dem programmierbaren Timer 36 bereitgestellt. Der Timer 36 ist in illustrativer Weise ein programmierbares Zählfeld des Typs 82C54, das von der Intel Corporation hergestellt wird. Das programmierbare Merkmal des Timers 36 ist die Frequenz, bei der die Taktimpulse auf der Zuleitung 38 bereitgestellt werden. Diese Frequenz wird durch Signale bestimmt, die von dem Mikroprozessor 20 auf den Zuleitungen 40 bereitgestellt werden.
Die voranstehend beschriebenen PWM-Ausgänge von dem Mikroprozessor 20 erscheinen auf den Zuleitungen 42, 44 und 46 jeweils für die drei Wicklungen 30, 32 und 34 des Motors 10. Wie mit näheren Einzelheiten nachstehend beschrieben wird, werden die Arbeitszyklus-Rechteckwellensignale auf den Zuleitungen 42, 44 und 46 im Zusammenhang mit Wählausgangssignalen auf den Zuleitungen 48, 50 und 52 verwendet, um den Wechselrichter 28 zu steuern.
Der Wechselrichter 28 ist mit einer DC-Energieversorgung 54 verbunden, in illustrativer Weise 170 Volt, und mit den drei Phasenwicklungen 30, 32 und 34 des Motors 10. Der Wechselrichter 28 umfasst drei Paare von Transistoren, jeweils ein Paar für jede der Wicklungen 30, 32 und 34. Der Wicklung 30 ist somit ein hoher Transistor 56 und ein niedriger Transistor 58 zugeordnet; der Wicklung 32 ist ein hoher Transistor 60 und ein niedriger Transistor 62 zugeordnet; und der Wicklung 34 ist ein hoher Transistor 64 und ein niedriger Transistor 66 zugeordnet. Um den Motor 10 laufen zu lassen, werden entweder (1) einer der hohen Transistoren 56, 60 und 64 eingeschaltet und zwei der niedrigen Transistoren 58, 62 und 66 werden ausgeschaltet, oder (2) einer der niedrigen Transistoren 58, 62 und 66 wird eingeschaltet und zwei der hohen Transistoren 56, 60 und 64 werden eingeschaltet. Jedoch werden zu keiner Zeit beide Transistoren in dem Paar, das einer bestimmten einen der Wicklungen 30, 32 und 34 zugeordnet ist, gleichzeitig eingeschaltet, weil in diesem Fall ein Kurzschluss über der DC-Versorgung 54 vorhanden sein würde. Somit würde zum Beispiel eine gültige Kombination darin bestehen, die Transistoren 56, 62 und 66 einzuschalten. In diesem Fall wird Strom von der DC-Energieversorgung 54 durch den Transistor 56, durch die Wicklung 30, durch die zwei Wicklungen 32 und 34 und durch die Transistoren 62 und 66 nach Masse fließen. Durch selektives Steuern der Transistoren 56, 58, 60, 62, 64 und 66 kann ein Drehmagnetfeld in dem Motor 10 aufgebaut werden, um ihn zu veranlassen, sich zu drehen, wie in dem technischen Gebiet altbekannt ist.
Opto-Isolatoren 68-1, 68-2, 68-3, 68-4, 68-5 und 68-6 werden bereitgestellt, um die hohen Spannungen in dem Wechselrichter 28 von den niedrigen Steuerspannungen zu isolieren. Diese Steuerspannungen werden auf den Zuleitungen 70, 72, 74, 76, 78 und 80 bereitgestellt. Die Signale auf den Zuleitungen 72, 76 und 80 steuern die hohen Transistoren 56, 60 bzw. 64 und die Signale auf den Zuleitungen 70, 74 und 78 steuern die niedrigen Transistoren 58, 62 bzw. 66.
Die PWM-Ausgangszuleitungen 42, 44 und 46 von dem Mikroprozessor 20 sind mit den Router- Schaltungen 82-1, 82-2 bzw. 82-3 verbunden. Die anderen Eingänge zu den Router-Schaltungen 82-1, 82-2 und 82-3 sind die Wählzuleitungen 48, 50 bzw. 52 von dem Mikroprozessor 20. Somit bestimmt das Signal auf jeder der Wählzuleitungen 48, 50 und 52, welcher der Transistoren in jedem Paar für jede Wicklung (d. h. welcher der Transistoren 56 und 58, welcher der Transistoren 60 und 62, und welcher der Transistoren 64 und 66) eingeschaltet wird und die entsprechende PWM-Ausgangszuleitung 42, 44 oder 46 bestimmt den leitenden Arbeitszyklus.
Der Mikroprozessor 20 verwendet in Übereinstimmung mit einem intern gespeicherten Programm und mit Daten seine eigentümliche Impulsbreitenmodulationsfähigkeit zur Bereitstellung von geeigneten Signalen auf seinen Impulsbreitenmodulations-Ausgangszuleitungen 42, 44 und 46 und auf seinen Wählzuleitungen 48, 50 und 52, um den Wechselrichter 28 so zu steuern, dass drei im wesentlichen sinusförmige Phasen der AC-Energie an die drei Phasenwicklungen 30, 32, und 34 des Motors 10 angelegt werden, um ihn zu veranlassen, aus einem Ruhezustand im Ansprechen auf ein Startsignal auf der Zuleitung 18 herauszugehen, um die Welle 12 um eine einzelne Umdrehung zu bewegen. Die voranstehende Funktion wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch Steuern des Motors 10 erreicht, so dass er in drei Stufen läuft. Die erste Stufe ist die Beschleunigungsphase; die zweite Stufe ist die Laufphase; und die dritte Stufe ist die Abbremsstufe bzw. Verzögerungsstufe.
Der Motor 10 weist Nennwerte auf, um mit einer Dreiphasen-Wechselstromenergie bei einer Frequenz von 60 Hertz versorgt zu werden. Es ist festgestellt worden, dass es zum Beschleunigen des Motors besser ist, die Frequenz der AC-Energie auf 60 Hertz allmählich zu erhöhen, anstelle sofort eine Energie bei 60 Hertz anzulegen. Die Laufgeschwindigkeit des Motors wird in dieser Weise schneller erreicht. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird auf einen Empfang des Startsignals auf der Zuleitung 18 hin, als Folge der Schließung des Fußschalters 16, die Frequenz der an den Motor 10 angelegten AC-Energie allmählich von 0 bis zu 60 Hertz erhöht. Dies ist die Beschleunigungsstufe. Während der Laufstufe wird die Frequenz auf 60 Hertz gehalten. Die Laufstufe endet und die Abbremsungsstufe beginnt, auf einen Empfang des Stoppsignals auf der Zuleitung 24 als Folge der Schließung des Ausgangsstellungsschalters 14.
Induktionsmotoren können durch Festlegen des internen Magnetfelds im Raum dynamisch abgebremst werden. Jedoch ist festgestellt worden, dass ein besser vorhersagbares Stoppen mit einem dynamischen Bremsvorgang erreicht wird, wenn die Verzögerung bzw. Abbremsung durch Verringern der Frequenz der Energie, die an den Motor 10 angelegt wird, gesteuert wird. Während die Erhöhung in der Frequenz relativ zu der Zeit während der Beschleunigungsstufe im wesentlichen linear ist, ist die Verringerung der Frequenz relativ zu der Zeit während der Abbremsungsstufe, vorzugsweise im wesentlichen parabolisch, wie in Fig. 5 gezeigt. Wenn ein Induktionsmotor mit einer bestimmten Nennfrequenz bei einer niedrigeren Frequenz laufen gelassen wird, dann wird im allgemeinen die Spannung proportional verkleinert. Wenn somit zum Beispiel der Motor 10 ein 60 Hertz 120 Volt RMS-Motor ist, der bei 30 Hertz läuft, ist es zweckdienlich, die Spannung auf 60 Volt RMS zu verringern. In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird jedoch in Erwägung gezogen, dass während der Beschleunigungsstufe die Spannung nicht unbedingt verringert werden muss, obwohl die Frequenz kleiner als die Nennfrequenz ist. Es wird angenommen, dass dies dem Motor 10 erlaubt, eine Geschwindigkeit schneller zu erreichen. Während der Abbremsungsstufe wird die Motorspannung jedoch proportional zu der Frequenz verringert.
Fig. 6A zeigt den Gesamtbetrieb des Systems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Nachdem der Fußschalter 16 betätigt ist, geht das System somit in die Beschleunigungsstufe über, indem der Wechselrichter 28 gesteuert wird, um Energie an den Motor 10 bei einer Frequenz zu liefern, die auf 60 Hertz ansteigt. Als nächstes geht das System in die Laufstufe über, mit der der Wechselrichter 28 gesteuert wird, um Energie an den Motor bei 60 Hertz zu liefern. Das System bleibt in der Laufstufe, bis der Ausgangsstellungsschalter 14 betätigt wird. Zu dieser Zeit geht das System in die Abbremsungsstufe über, in der der Wechselrichter 28 gesteuert wird, um Energie an den Motor 10 bei einer Frequenz zu liefern, die abnimmt, während die Spannung als eine Funktion der Frequenz verkleinert wird. Die Stelle des Ausgangsstellungsschalters 14 relativ zu der Stopp-Position der Welle 12 ist derart, dass die Abbremsungsstufe die Welle 12 veranlasst, innerhalb einer akzeptablen Toleranz der gewünschten Position zu stoppen.
Die Arbeitszyklen der Signale auf den PWM-Ausgangszuleitungen 42, 44 und 46 werden in Übereinstimmung mit der Tabelle der Fig. 2 bestimmt und die Frequenz der an den Motor 10 angelegten Energie wird durch die Frequenz der Taktimpulse auf der Zuleitung 38 von dem Timer 36, wie durch die Signale auf den Zuleitungen 40 programmiert, bestimmt. Bezugnehmend auf Fig. 2 wird innerhalb des Mikroprozessors 20 eine Impulsbreiten-Modulationstabelle mit 24 geordneten Impulsbreitenmodulations- (PWM)-Werten gespeichert. Jeder von diesen Werten wird in Übereinstimmung mit dem Wert eines Zeigers adressiert, der sich von 0 bis 23 verändern kann. Der PWM-Wert bestimmt den Arbeitszyklus und kann sich von 0 bis 255 verändern, wobei ein Wert von 255 mit einem 100% Arbeitszyklus bzw. Tastverhältniszyklus gleichgesetzt wird. Der Mikroprozessor 20 sequenzt durch die Tabelle der Fig. 2 durch Dekrementieren des Zeigerwerts und Fig. 3 ist eine Kurve, die den PWM-Wert als eine Funktion des Zeigerwerts zeigt. Wenn der Zeigerwert 22 ist, ist der PWM-Wert somit 115, was zu einem Arbeitszyklus von 45% fuhrt.
Durch Sequenzen durch die Tabelle der Fig. 2 für jede der Phasen des Motors 10 und durch Wählen des geeigneten hohen und niedrigen Transistors für jede der Motorwicklungen können drei im wesentlichen sinusförmige Phasen einer AC-Energie erzeugt werden, wie in Fig. 4 gezeigt. Jede der Phasen weist ihren eigenen Zeiger auf. Zwischen den Zeiten t&sub0; und t&sub1;, für die Phase A (d. h. die Wicklung 30), wird der A-Zeiger von 15 auf 8 dekrementiert und der hohe Transistor wird vollständig eingechaltet. Während dieser gleichen Zeit wird für die Phase B der B-Zeiger von 7 nach 0 dekrementiert und der niedrige Transistor wird eingeschaltet und in einer abnehmenden Weise impulsbreitenmoduliert. Für die Phase C wird der C-Zeiger von 23 nach 16 dekrementiert und der niedrige Transistor wird eingeschaltet und in einer ansteigenden Weise impulsbreitenmoduliert. Für die Zeit von t&sub1; nach t&sub2; wird dann für die Phase A der A- Zeiger von 7 nach 0 dekrementiert und der hohe Transistor wird eingeschaltet und m einer abnehmenden Weise impulsbreitenmoduliert. Für die Phase B wird der B-Zeiger von 23 nach 16 dekrementiert und der hohe Transistor wird eingeschaltet und in einer ansteigenden Weise impulsbreitenmoduliert. Für die Phase C wird der C-Zeiger von 15 nach 8 dekrementiert und der niedrige Transistor wird vollständig eingeschaltet. Dieser Betrieb wird fortgesetzt, um so die drei im wesentlichen sinusförmigeren Phasen der AC-Energie zu erzeugen.
Wie voranstehend diskutiert, umfasst der Mikroprozessor 20 einen Impulsbreitenmodulationszähler und mehrere Impulsbreitenmodulationsregister, von denen drei verwendet werden. Im Ansprechen auf Taktimpulse auf der Zuleitung 38 von dem Timer 36 zählt der Zähler von 0 auf 255 herauf. Im Ansprechen auf den nächsten Taktimpuls rollt der Zähler nach 0 herüber und zu dieser Zeit erzeugt er ein Unterbrechungssignal. Wenn der Fußschalter 16 betätigt wird, wie in Fig. 6B gezeigt, setzt der Mikroprozessor 20 einen anfänglichen Zeigerwert für jeden der drei Phasen. Da die drei Phasen um 120º versetzt sein müssen, werden die anfänglichen Zeigerwerte ein Drittel auf dem Weg durch die Tabelle der Fig. 2 abgestaffelt. Somit kann in illustrativer Weise der anfängliche Zeigerwert für die Phase A 15 sein, der anfängliche Zeigerwert für die Phase B kann 7 sein und der anfängliche Zeigerwert für die Phase C kann 23 sein. Zu der gleichen Zeit, zu der die anfänglichen Zeigerwerte gesetzt werden, wird der PWM- Zähler auf Eins weniger als den Wert gesetzt, der verursacht, dass ein Unterbrechungssignal erzeugt wird. Somit wird der PWM-Zähler auf 255 gesetzt.
Fig. 6C zeigt für eine der Phasen, wie die Impulsbreitenmodulation arbeitet. Wenn ein Impuls auf der Zuleitung 38 von dem Timer 36 empfangen wird, dann wird der PWM-Zähler inkrementiert. Eine Überprüfung wird durchgeführt, um nachzusehen, ob der Zählwert 0 ist. Wenn ja, dann wird das Unterbrechungssignal erzeugt. In jedem Fall wird der Zählwert mit dem PWM-Wert verglichen, der in dem PWM-Register gespeichert ist. Wenn der Zählwert größer als der PWM-Wert ist, dann wird der Transistor, der für diese Phase EIN gewesen ist, ausgeschaltet. Wenn der Zählwert nicht größer als der PWM-Wert ist, dann wird der gewählte Transistor für diese Phase so gesteuert, dass er leitend ist. Fig. 6D zeigt, wie der PWM-Wert erhalten und in dem PWM-Register platziert wird. Auf das Auftreten eines Unterbrechungssignals hin wird der Zeiger überprüft, um nachzusehen, ob er 0 ist. Wenn der Zeiger 0 ist, wird er auf 24 gesetzt und der andere Transistor des Paars für diese Phase wird gewählt. Dann wird der Zeiger dekrementiert. Wenn der Zeiger nicht gleich zu Null gewesen ist, dann wird er lediglich dekrementiert. Der Zeiger wird verwendet, um den PWM-Wert aus der Tabelle der Fig. 2 zu ermitteln. Der PWM-Wert wird dann in dem PWM-Register platziert.
Zusammengefasst wird jeder Zyklus der AC-Energie in 48 Schritte unterteilt. Während dieser 48 Schritte sequenzt der Zeiger durch die Tabelle der Fig. 2 zwei Mal, ein Mal mit einem der Transistoren von jedem Phasenpaar gewählt und ein Mal mit dem anderen Transistor jedes Phasenpaars gewählt. Jeder von diesen 48 Schritten ist selbst in 256 Teile unterteilt und der gewählte Transistor wird für so viele von diesen Teilen von den 256 eingeschaltet, wie von dem PWM-Wert bestimmt, der in dem PWM-Register platziert ist.
Der voranstehend erwähnte Impulsbreitenmodulationsbetrieb verändert sich während des Laufs des Motors 10 nicht. Eine Tatsache, die sich jedoch verändert, ist dass wahrend der Verzögerungsstufe die Frequenz der Impulse von dem Timer 36 allmählich auf eine Frequenz ansteigt, die dazu führt, dass eine AC-Energie bei 60 Hertz an den Motor 10 geliefert wird. Da somit 256 Teile innerhalb von 48 Stufen eines einzelnen Zyklus vorhanden sind, gleicht dies für 60 Hertz einer Impulsrate von 737,280 Impulsen pro Sekunde für den Timer 36. Der Mikroprozessor 20 stellt Signale an dem Timer 36 über die Zuleitungen 40 bereit, um diese Impulsrate zu steuern. Während der Beschleunigungsstufe steigt die Impulsrate an und während der Abbremsungs- bzw. Verzögerungsstufe nimmt die Impulsrate ab. Vorzugsweise, wie in Fig. 5 dargestellt, ist die Erhöhung in der Frequenz während der Beschleunigungsstufe linear und während der Abbremsungsstufe ist die Abnahme in der Frequenz parabolisch. Eine andere Variable ist die RMS- Spannung, die an den Motor 10 angelegt wird. Diese Spannung kann während der Beschleunigungsstufe konstant sein und ist während der Laufstufe konstant, nimmt aber während der Abbremsungsstufe ab. Während der Abbremsungsstufe werden demzufolge die PWM-Werte um einen Faktor entsprechend zu dem Verhältnis der Frequenz der an den Motor 10 angelegten Energie zu der Lauffrequenz von 60 Hertz verringert, wodurch die Arbeitszyklen verkleinert und die angelegte Spannung verringert wird.
Es ist als vorteilhaft festgestellt worden, den Motor zu stoppen, um eine DC-Abbremsung an dem Ende der Verzögerungsstufe durchzuführen. Nachdem die Frequenz an dem Ende der Verzögerungsstufe Null erreicht hat, ist es somit als effektiv festgestellt worden, ein festes (im Raum) Feld in den Motorwicklungen 30, 32 und 34 für eine Periode für ungefähr 80 Millisekunden unter Verwendung eines PWM-Werts von Sechzig (60) aufzubauen.
Demzufolge ist ein verbessertes Positionierungssystem offenbart worden, welches einen Induktionsmotor verwendet, um ein zyklisch bewegbares Element an einer genauen Stelle innerhalb seines Bewegungszyklus in einer genauen Weise zu positionieren. Es ist verständlich, dass die voranstehend beschriebene Ausführungsform lediglich illustrativ für die Anwendung der Prinzipien dieser Erfindung ist. Zahlreiche andere Anordnungen können von Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet erdacht werden, ohne von dem Grundgedanken und dem Umfang dieser Erfindung abzuweichen, sowie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims

1. Einzelzyklus-Positionierungssystem, das einen Induktionsmotor (10) verwendet, der in einer dreiphasigen Sternschaltung verschaltet ist, umfassend:

eine Quelle einer DC-Energie;

ein bewegbares Element (12), das mit dem Motor (10) für eine gesteuerte zyklische Bewegung dadurch gekoppelt ist;

eine Einrichtung (16) zum Bereitstellen eines Startsignals, um eine Bewegung des Elements zu initiieren;

eine Einrichtung (14) zum Bereitstellen eines Stoppsignals;

eine steuerbare Dreiphasen-Wechselrichtereinrichtung (28), die zwischen die Quelle der DC- Energie und die drei Phasenwicklungen des Motors zum selektiven Bereitstellen von Verbindungen zwischen der DC-Energiequelle und den drei Phasenwicklungen des Motors geschaltet ist; und

eine Steuereinrichtung (20), die zum Empfangen des Startsignals und des Stoppsignals zum Steuern der Wechselrichtereinrichtung gekoppelt ist, wobei die Steuereinrichtung im Ansprechen auf das Startsignal zum Steuern der Wechselrichtereinrichtung effektiv ist, um so von der Quelle der DC-Energie drei im wesentlichen sinusförmige Phasen einer AC-Energie zu erzeugen, die an die jeweiligen der drei Phasenwicklungen des Motors angelegte werden, wobei die Steuereinrichtung im Ansprechen auf das Stoppsignal zum Steuern der Wechselrichtereinrichtung effektiv ist, um eine dynamische Abbremsung des Motors so zu bewirken, dass das bewegbare Element an einer gewünschten Position innerhalb eines definierten Bereichs der vorgegebenen Position zur Ruhe kommt,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Einrichtung (14) zum Bereitstellen eines Stoppsignals zu dem Element (12) gehört, um das Stoppsignal bereitzustellen, wenn das Element (12) an einer vorgegebenen Position innerhalb seines Bewegungszyklus ist, und das bewegbare Element (12) einen einzelnen Bewegungszyklus durchläuft, wenn der Motor (10) eine Vielzahl von Umdrehungen durchführt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) im Ansprechen auf das Startsignal arbeitet, um eine AC-Energie an die Motorwicklungen bei einer Frequenz anzulegen, die von Null bis auf eine vorgegebene Frequenz ansteigt, und danach die Frequenz der AC-Energie auf der vorgegebenen Frequenz bis zu einem Empfang des Stoppsignals zu halten.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) im Ansprechen auf das Stoppsignal arbeitet, um die Frequenz der an die Motorwicklungen angelegten AC- Energie auf Null herunter von der vorgegebenen Frequenz zu verkleinern.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) effektiv, um die an die Motorwicklungen angelegte Spannung auf einem vorgegebenen Wert von einem Empfang des Startsignals bis zu einem Empfang des Stoppsignals zu halten.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) einen programmierten Mikroprozessor mit einer Tabelle, die Impulsbreitenmodulationswerte speichert, die zum Erzeugen von im wesentlichen sinusförmigen Signalen zum Steuern der Wechselrichtereinrichtung verwendet werden, umfasst, wobei der Mikroprozessor die Impulsbreitenmodulationswerte verringert, um eine Verringerung der an die Motorwicklungen angelegten Spannungen nach Empfang des Stoppsignals zu bewirken.

6. System nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) arbeitet, um die Frequenz der AC-Energie linear im Ansprechen auf das Startsignal zu erhöhen.

7. System nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) arbeitet, um die Frequenz der AC-Energie im Ansprechen auf das Stoppsignal parabolisch zu verkleinern.

8. System nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) arbeitet, nachdem die Frequenz der AC-Energie auf Null im Ansprechen auf das Stoppsignal abgefallen ist, um danach die Wechselrichtereinrichtung zu steuern, um ein festes Magnetfeld in dem Motor für eine vorgegebene Zeit aufzubauen.