ES2229450T3 - Metodo y aparato para accionar un motor paso a paso. - Google Patents
Metodo y aparato para accionar un motor paso a paso.Info
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Abstract
CUANDO UN MOTOR DE AVANCE SE ACCIONA, SUMINISTRANDO A LA BOBINA DE MANDO DEL MOTOR DE AVANCE UNA CORRIENTE DE MANDO, CUYA AMPLITUD SE AUMENTA PERIODICAMENTE Y SE ATENUA CON EL TIEMPO, EN UN ESTADO EN EL QUE LOS PICOS SUPERIORES DE VARIACION DE LA CORRIENTE ESTAN LIMITADOS DENTRO DE UNOS VALORES DE REGULACION DE LA CORRIENTE, VARIANDOSE LOS MISMOS PASO A PASO, Y DE UNA FORMA SUSTANCIALMENTE SINUSOIDAL, LA CORRIENTE DE MANDO, QUE SE VA A INTRODUCIR EN LA BOBINA DE MANDO, SE CONTROLA DE FORMA TAL QUE UNA FORMA DE ONDA DE LA CORRIENTE DE MANDO ESTA CONFIGURADA PARA APROXIMARSE A UNA FORMA DE ONDA SINUSOIDAL, A TRAVES DE UN PERIODO DE LA FORMA DE ONDA. EN DICHA CORRIENTE DE CONTROL, CADA VALOR DE REGULACION ES MAS GRANDE QUE EL VALOR OBTENIDO A PARTIR DE UNA FORMA DE ONDA SINUSOIDAL. LA CORRIENTE DE MANDO SE PUEDE ATENUAR, EN CADA PASO DEL VALOR DE CONFIGURACION DESCRITO, CON UNA PRIMERA VELOCIDAD DE ATENUACION, Y CON UNA SEGUNDA VELOCIDAD DE ATENUACION MAS PEQUEÑA QUE LA PRIMERA VELOCIDAD DE ATENUACION, ESTANDO COMBINADAS LA PRIMERA Y LA SEGUNDA VELOCIDAD DE ATENUACION MEDIANTE UNA RELACION DE N/M (N: UN ENTERO POSITIVO, M: UN ENTERO POSITIVO EXCEPTO N). EN EL ULTIMO CONTROL DE CORRIENTE, LA CORRIENTE DE MANDO SE ATENUA CON UNA PRIMERA VELOCIDAD DE ATENUACION, DURANTE UN PRIMER PERIODO DE TIEMPO SUBSIGUIENTE AL DESPLAZAMIENTO DE UN PASO DE UN VALOR DE REGULACION HASTA EL SIGUIENTE O EL SEGUNDO PASO DE OTRO VALOR DE REGULACION, EN DONDE LA CORRIENTE DE MANDO SE ATENUA CON UNA SEGUNDA VELOCIDAD DE ATENUACION, QUE ES MAS PEQUEÑA QUE LA PRIMERA VELOCIDAD DE ATENUACION, DURANTE UN SEGUNDO PERIODO DE TIEMPO QUE VA DESDE EL EXTREMO DEL PRIMER PERIODO HASTA QUE EL SEGUNDO PASO SE DESPLAZA AL SIGUIENTE PASO DE TODAVIA OTRO VALOR DE REGULACION.
Description
Método y aparato para accionar un motor paso a
paso.
La presente invención se refiere a un método y un
aparato para mover un motor paso a paso, y más en particular a un
método y un aparato para mover un motor paso a paso incorporado, por
ejemplo, en un sistema de accionamiento en un mecanismo impresor de
una impresora, y a mejoras de una técnica de accionamiento por
micropaso para mover el motor paso a paso.
El motor paso a paso se usa ampliamente en varios
dispositivos y aparatos donde un mecanismo rotativo requiere un
control altamente exacto, por ejemplo, una impresora, en particular
un sistema de accionamiento para su mecanismo impresor. Como es
conocido, el motor paso a paso es una máquina rotativa del tipo en
el que se alimenta una corriente de excitación pulsátil a la bobina
de excitación (estator) del motor, y un rotor del motor se hace
girar a una velocidad definida por una frecuencia de impulsos de la
corriente de excitación y a un ángulo definido por el número de
pulsos de la corriente de excitación.
Uno de los métodos de excitación conocidos de
este tipo es un método de "accionamiento por micropaso",
descrito en la Publicación de Patente japonesa número
Sho-62-254696. Sigue a continuación
el método de accionamiento por micropaso. Se muestrea una forma de
onda sinusoidal a una resolución dada, y se componen las amplitudes
muestreadas para formar una forma de onda sustancialmente sinusoidal
en la que las amplitudes muestreadas de la forma de onda son
encadenadas gradualmente para formar un contorno de la forma de onda
sinusoidal. Una forma de onda de la corriente de excitación
alimentada al motor paso a paso se representa en la figura 1. Un
valor establecido de cada paso de la forma de onda de la corriente
de excitación se establece a L1. La corriente de excitación se
incrementa y atenúa alternativamente en el paso, limitándose sus
picos superiores dentro del valor establecido L1. Tal corriente de
excitación se forma por troceado.
En el accionamiento por micropaso, el valor de la
corriente de excitación que fluye realmente a través del motor paso
a paso, a saber, un valor medio L2 de la corriente de excitación, es
menor que el valor establecido L1 del paso. Por lo tanto, la forma
de onda compuesta por los valores establecidos es algo pobre en
comparación con una forma de onda sinusoidal ideal. Así, en el
accionamiento por micropaso convencional, la tasa de cambio de la
amplitud de la forma de onda es menor que la de la forma de onda
sinusoidal ideal cerca del punto de cruce por cero. Esto aparece
como una rotación irregular del motor paso a paso. La rotación
irregular produce una vibración del motor. Por lo tanto, cuando se
utiliza el motor paso a paso para activar el carro o rodillo de la
impresora, se genera ruido cuando el motor gira, y se deteriora la
calidad de la impresión resultante.
En caso en el que el se utiliza accionamiento por
micropaso para el motor paso a paso, se utilizan dos métodos de
troceado. Un primer método de troceado atenúa la corriente de
excitación de forma relativamente suave o a una pequeña velocidad de
atenuación, y un segundo método de troceado atenúa la corriente de
excitación bruscamente o a una velocidad de atenuación grande.
En el primer método de troceado, la atenuación de
la corriente de excitación es suave. Por lo tanto, la forma de onda
de la corriente de excitación se distorsiona en conjunto con
respecto a la forma de onda sinusoidal ideal cuando la forma de onda
de la corriente de excitación se desplaza de un paso a al paso
siguiente. La distorsión de forma de onda hace que el motor vibre y
genere ruido. Además, aumenta una pérdida en el cobre del motor, de
manera que se incrementa la cantidad de calor generado por las
bobinas de excitación y el aparato de accionamiento.
En el segundo método de troceado, la frecuencia
de troceado es alta. Por lo tanto, la pérdida en el hierro del motor
es grande, y por lo tanto se incrementa la cantidad de calor
generado por las bobinas de excitación y el aparato de
accionamiento. Además, se incrementa el componente de oscilación, de
manera que se reduce el par motor.
Se formula una propuesta para resolver esos
problemas. En la propuesta, como se representa en la figura 2, la
corriente se atenúa primero a una velocidad de atenuación
relativamente pequeña Is (la atenuación es relativamente suave),
después se atenúa a una velocidad de atenuación relativamente grande
If (la atenuación es relativamente brusca), también se atenúa a la
velocidad de atenuación Is, y después se atenúa a la velocidad de
atenuación If, y así sucesivamente. El método de troceado propuesto
quita insuficientemente el efecto adverso de la distorsión de la
corriente de excitación en una región donde el valor establecido de
la corriente de excitación disminuye en su valor absoluto. Por lo
tanto, el método de troceado propuesto puede suprimir
insuficientemente la vibración y generación de ruido en esta región
de disminución de valor establecido.
La patente de Estados Unidos 5.283.510 describe
un método para energizar un motor trifásico paso a paso. Los valores
de corriente de excitación se ponen a valores que representan la
aproximación de entrada de la onda sinusoidal.
El Documento
EP-A-0322386 describe un método y
aparato para controlar la magnitud y dirección de una corriente a
través de un devanado. La disposición usa dos velocidades diferentes
de disminución de la magnitud de la corriente de excitación. La
conmutación entre estas dos velocidades depende del resultado de la
comparación entre el valor real de la corriente de excitación y su
valor deseado.
Por consiguiente, un objeto de la presente
invención es proporcionar un método y un aparato para mover un motor
paso a paso, que puede reducir la rotación irregular del motor.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un método y un aparato para mover un motor paso a paso,
que puede suprimir satisfactoriamente la vibración y generación de
ruido producidas por el motor paso a paso.
La invención se define por las características de
las reivindicaciones independientes. Se definen realizaciones
preferidas en las reivindicaciones dependientes.
Ahora se describirá realizaciones de la presente
invención por medio de otro ejemplo solamente y con referencia a los
dibujos anexos, en los que:
La figura 1 es un diagrama de forma de onda que
representa una corriente de excitación utilizada en un método
convencional de accionamiento por micropaso.
La figura 2 es un diagrama de forma de onda que
representa el detalle de la corriente de excitación en el método
convencional de accionamiento por micropaso.
La figura 3 es un diagrama de circuito que
muestra una disposición de un dispositivo de accionamiento para un
motor paso a paso, que es una realización de la presente
invención.
La figura 4 es un gráfico útil para explicar la
operación del dispositivo de accionamiento de la figura 3.
La figura 5 es una tabla que muestra la
correspondencia entre combinaciones de señales digitales (figura 4)
y valores establecidos de la corriente de excitación.
La figura 6 es un diagrama de forma de onda que
representa una corriente de excitación que se utiliza para mover un
motor paso a paso en un modo de accionamiento por micropaso por el
dispositivo de accionamiento de la figura 3.
La figura 7 es un diagrama de circuito que
muestra una disposición de un dispositivo de accionamiento para un
motor paso a paso, que es otra realización de la presente
invención.
La figura 8 es un gráfico útil porque explica la
operación del dispositivo de accionamiento de la figura 7.
La figura 9 es una tabla que muestra la
correspondencia entre combinaciones de señales digitales (figura 7)
y valores establecidos de corriente de excitación.
Y la figura 10 es un diagrama de forma de onda
que representa de forma ampliada una corriente de excitación
indicada por II en el gráfico de la figura 8.
Las realizaciones preferidas de la presente
invención se describirán con detalle con referencia a los dibujos
anexos.
La figura 3 es un diagrama de circuito que
muestra una disposición de un dispositivo de accionamiento para un
motor paso a paso, que es una realización de la presente invención.
El dispositivo de accionamiento está formado por una primera sección
de control A y una segunda sección de control B. La primera sección
de control A incluye un circuito lógico de control 11, un circuito
de excitación 12, un convertidor de digital a analógico (DAC) 13, un
comparador 14, un multivibrador monoestable 15, una bobina de
excitación 16 y otros, y los componentes están interconectados como
se representa. Igualmente, la segunda sección de control B incluye
un circuito lógico de control 21, un circuito de excitación 22, un
convertidor de digital a analógico (DAC) 23, un comparador 24, un
multivibrador monoestable 25, una bobina de excitación 26 y otros, y
los componentes están interconectados como se representa. Las
bobinas de excitación 16 y 26 forman un estator de un motor paso a
paso (de tipo bifásico), no representado. Las corrientes son
alimentadas a las bobinas de excitación 16 y 26, y un rotor del
motor paso a paso gira.
La disposición del circuito de la primera sección
de control A es la misma que la de la segunda sección de control B
como se representa en la figura 3, pero la corriente alimentada
desde la primera sección de control A a la bobina de excitación 16
difiere en fase de la corriente alimentada de la segunda sección de
control B a la bobina de excitación 26. Solamente la primera sección
de control A se describirá típicamente para facilitar la
explicación.
Una señal de fase A, y una señal de salida del
multivibrador monoestable 15 se aplican al circuito lógico de
control 11. El circuito lógico de control 11 controla el circuito de
excitación 12 según las señales recibidas. La señal de fase A se
utiliza para determinar una fase de corriente de excitación salida
del circuito de excitación 12. El circuito lógico de control 11
controla el circuito de excitación 12 de tal manera que el circuito
de excitación 12 envíe una corriente de excitación positiva en el
rango en el que la señal de fase A es positiva, y produce una
corriente de excitación negativa en el rango en el que la señal A es
negativa (véase la figura 4). La señal de fase A está desplazada 90º
en fase de la señal de fase B.
En el circuito de excitación 12, cuatro
transistores 12a a 12d están conectados a modo de puente. Un diodo
para regeneración de fuerza contraelectromotriz está introducido
entre el emisor y el colector de cada uno de los transistores 12a a
12d. Esos diodos se designan 12e a 12h, respectivamente. Las señales
de salida del circuito lógico de control 11 se aplican a las bases
de los transistores 12a a 12d, respectivamente. El circuito de
excitación 12 realiza una operación constante de troceado de
corriente según las señales de salida del circuito lógico de control
11 para generar una corriente de excitación, y alimenta la corriente
de excitación a la bobina de excitación 16, por lo que el motor paso
a paso gira como estaba previsto.
La operación de la primera sección de control A
se describirá más específicamente. Cuando el troceado está en un
estado de activación, los transistores 12a y 12d se activan para
formar un recorrido de corriente incluyendo una fuente de
alimentación VBB, transistor 12a, bobina de excitación 16, y
transistor 12d. Fluye una corriente a través del recorrido de
corriente formado para formar una porción creciente (forma de onda
creciente) de la forma de onda de la corriente de excitación.
Después, el troceado se pone a un estado de desactivación para
efectuar una regeneración de corriente. Mediante la regeneración de
corriente, una porción de disminución o atenuación (forma de onda de
atenuación) de la corriente de excitación. El circuito de excitación
22 de la segunda sección de control B, que está formado por
transistores 22a a 22d, diodos 22e a 22h, y análogos, también opera
de forma similar.
Tres señales digitales Da0 a Da2, y una señal de
voltaje de referencia Vref se introducen en el DAC 13. Estas señales
digitales Da0 a Da2 (señales de establecimiento de valor de
corriente) se utilizan para establecer los valores de la corriente
de excitación salida del circuito de excitación 12. Las
combinaciones de las señales digitales Da0 a Da2 y los valores
establecidos por las combinaciones se pueden alterar dinámicamente
por un circuito de establecimiento (no representado). El circuito de
establecimiento se puede realizar por unos medios conocidos, y por
lo tanto no se hará aquí una descripción adicional.
La presente realización está dispuesta de tal
manera que la corriente de excitación se exprese en términos de ocho
valores o estados (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 y 111) por el
circuito de establecimiento. El DAC 13 produce una señal analógica
representativa del resultado de multiplicar la señal de voltaje de
referencia Vref por una tasa dada (%) de uno de los ocho estados
(véase la figura 5). La señal de salida del DAC 13 resulta un valor
establecido de corriente de cada paso en el accionamiento por
micropaso para el motor paso a paso.
El comparador 14 recibe una señal de salida del
DAC 13 y una corriente de excitación del motor paso a paso, que se
detecta por una resistencia Rsa, y produce una señal representativa
de una diferencia entre ellos. La señal de diferencia se aplica al
multivibrador monoestable 15.
El multivibrador monoestable 15 produce una señal
cuyo período se determina por una constante de tiempo de un circuito
paralelo que consta de un condensador Cpa y una resistencia Rpa, y
aplica al circuito lógico de control 11. El circuito lógico de
control 11 controla el circuito de excitación 12 según el período de
la señal recibida del multivibrador monoestable 15.
Los componentes de circuito de la segunda sección
de control B operan como los de la primera sección de control A.
Mediante las operaciones de dichas secciones de control, se
alimentan corrientes de excitación a las bobinas de excitación 16
(26), respectivamente. Cada corriente de excitación se incrementa y
atenúa alternativamente en un estado en el que los picos superiores
de la variación de corriente se limitan de modo que estén dentro de
los valores establecidos de la corriente en los pasos.
La operación del dispositivo de accionamiento así
dispuesto para el motor paso a paso se describirá con referencia a
las figuras 4 y 5.
Una forma de onda situada arriba en la figura 4
indica la de la señal de fase, la señal de fase A o la señal de fase
B, y las formas de onda D0, D1 y D2 situadas debajo de la señal de
fase son las de las señales digitales Da0 a Da2 (Db0 a Db2). Una
forma de onda escalonada que varía de forma sustancialmente
sinusoidal en conjunto y se indica por una línea gruesa indica una
variación de valores de las señales emitidas del DAC 13 cuando
recibe señales digitales D0 a D2. Los valores de las señales de
salida son los valores establecidos de la corriente de excitación
alimentada a la bobina de excitación 16 (26) en los pasos
respectivos. La corriente que fluye realmente a la bobina de
excitación 16 (26) se incrementa y atenúa alternativamente en un
estado en el que los picos superiores de la variación de corriente
se limitan de modo que estén dentro de los valores establecidos de
corriente en los pasos (figura 1). En el caso de la figura 4, la
señal de fase es, en primer lugar, positiva. Durante el período de
tiempo donde la señal de fase es positiva, el valor establecido de
la corriente se incrementa gradualmente de 0% a 100% y después se
atenúa gradualmente de 100% a 0%. Después, la señal de fase es
negativa. Durante el período de tiempo de un estado negativo de la
señal de fase, el valor establecido de la corriente de excitación se
disminuye gradualmente de 0% a -100%, y después se incrementa
gradualmente de -100% a 0%. Mediante la variación alterna de aumento
y disminución de la corriente de excitación, se realiza
progresivamente el accionamiento por micropaso para el motor paso a
paso.
La correspondencia entre las combinaciones de las
señales digitales D2, D1 y D0, y las tasas de los valores de la
salida de corriente del DAC 13 (23) a la señal de voltaje de
referencia Vref se tabulan en la figura 5. La correspondencia se
tabula en el circuito de establecimiento.
En la figura 5, "100%" indica que la señal
de voltaje de referencia Vref es salida directa, y "92,4%"
indica que la salida de voltaje del DAC es 92,4% de la señal de
voltaje de referencia Vref (Vref x 0,924). En la tabla, "Técnica
convencional" de "Valor de corriente (%)" enumera los
valores establecidos (límites superiores) de la corriente de
excitación que se obtienen, a la vez que utiliza el dispositivo de
accionamiento de la invención para facilitar la explicación,
muestreando meramente una onda sinusoidal, no tomando en
consideración la corriente que fluye realmente a la bobina de
excitación 16 (26), a saber, el valor promedio de la corriente de
excitación. En este ejemplo, se utilizan ocho valores establecidos
correspondientes a los períodos de muestreo: estos valores son 0%,
19,5%, 38,2%, 55,4%, 70,7%, 83,1%, 92,4% y 100%. "Invención"
del "Valor de corriente (%)" enumera ocho valores establecidos
(límites superiores) de la corriente de excitación utilizados en la
presente realización, correspondientes a los valores establecidos de
la técnica convencional: los valores establecidos son 0%, 25%, 41%,
57%, 70,7%, 83,1%, 92,4% y 100%.
En la tabla de la figura 5, los valores
establecidos de tres pasos en "Invención" de "Valor de
corriente (%)" son algo más grandes que los de "Técnica
convencional" de "Valor de corriente (%)", 55,5%, 38,2% y
19,5%. Los tres pasos están presentes en una región de presencia de
amplitud cerca del punto de cruce por cero en la forma de onda de la
corriente de excitación. La razón es la siguiente. En el dispositivo
de la técnica anterior, los valores establecidos se obtienen
dividiendo meramente una forma de onda sinusoidal a una tasa dada.
Por otra parte, en la invención, los valores medios de las
amplitudes de la corriente que fluye realmente a través de la bobina
de excitación 16 (26) se ponen a valores relativamente grandes o son
iguales a los valores establecidos (valores límite superior) del
dispositivo de la técnica anterior para aproximar los valores medios
de amplitud de la corriente de excitación a los de una forma de onda
sinusoidal ideal.
La forma de onda sinusoidal compuesta incluyendo
los valores establecidos de los pasos está configurada de tal manera
que las porciones de la forma de onda en la región de presencia de
amplitud cerca del punto de cruce por cero se distorsionen de manera
que sean algo más finas que las porciones correspondientes de una
forma de onda sinusoidal ideal. Sin embargo, la corriente que fluye
realmente a través de la bobina de excitación 16 (26) toma una forma
de onda sinusoidal ideal. Como resultado, se suprime una rotación
irregular del motor paso a paso, y esto conduce a resolver el
problema del dispositivo de la técnica anterior.
La realización que se explica, utiliza ocho
valores establecidos, 0%, 25%, 41%, 57%, 70,7%, 83,1%, 92,4%, y
100%. En la presente invención para aproximar la forma de onda de la
corriente que fluye realmente mediante la bobina de excitación 16
(26) a una forma de onda sinusoidal ideal, la resolución para el
muestreo de una forma de onda sinusoidal y los valores establecidos
de los pasos respectivos se pueden seleccionar adecuadamente.
Como se ha descrito anteriormente, el dispositivo
de accionamiento de la primera realización puede mover el motor paso
a paso al mismo tiempo que carece de la rotación irregular. Por lo
tanto, cuando el dispositivo de accionamiento se incorpora a un
motor paso a paso, y el motor se utiliza para activar el carro o
rodillo de una impresora, la impresora opera con menos ruido y menos
vibración del motor, y sin deterioro de la calidad de impresión.
Se describirá otra realización de la presente
invención.
La figura 7 es un diagrama de circuito que
muestra una disposición de un dispositivo de accionamiento para un
motor paso a paso, que es otra realización de la presente invención.
Por razones de sencillez, se utilizan números de referencia análogos
para designar porciones análogas o equivalentes en los dibujos para
la primera realización ya descrita.
El dispositivo de accionamiento está formado por
una primera sección de control A y una segunda sección de control B.
La primera sección de control A incluye un circuito lógico de
control 11, un circuito de excitación 12, un convertidor de digital
a analógico (DAC) 13, un comparador 14, un multivibrador monoestable
15, una bobina de excitación 16, un detector de borde 17, un
multivibrador monoestable 18, y otros, y los componentes están
interconectados como se representa. Igualmente, la segunda sección
de control B incluye un circuito lógico de control 21, un circuito
de excitación 22, un convertidor de digital a analógico (DAC) 23, un
comparador 24, un multivibrador monoestable 25, una bobina de
excitación 26, un detector de borde 27, un multivibrador monoestable
28, y otros, y los componentes están interconectados como se
representa. Las bobinas de excitación 16 y 26 forman un estator de
un motor paso a paso (de tipo bifásico), no representado. Las
corrientes son alimentadas a las bobinas de excitación 16 y 26, y un
rotor del motor paso a paso gira.
La disposición del circuito de la primera sección
de control A es la misma que la de la segunda sección de control B
como se representa en la figura 7, pero la corriente alimentada
desde la primera sección de control A a la bobina de excitación 16
difiere en fase de la corriente alimentada desde la segunda sección
de control B a la bobina de excitación 26. Solamente la primera
sección de control A se describirá típicamente para facilitar la
explicación.
Una señal de fase A, y señales de salida de los
multivibradores monoestables 15 y 18 se aplican al circuito lógico
de control 11. El circuito lógico de control 11 controla el circuito
de excitación 12 según las señales recibidas. En este sentido, el
circuito lógico de control 11 constituye unos medios de control para
controlar el circuito de excitación 12.
La señal de fase A se utiliza para determinar una
fase de la corriente de excitación salida del circuito de excitación
12. El circuito lógico de control 11 controla el circuito de
excitación 12 de tal manera que el circuito de excitación 12 envíe
una corriente de excitación positiva en el rango en el que la señal
de fase A es positiva, y produce una corriente de excitación
negativa en el rango en el que la señal A es negativa (véase la
figura 8). La señal de fase A se desplaza 90ºC en fase de la señal
de fase B.
En el circuito de excitación 12, cuatro
transistores 12a a 12d están conectados a modo de puente. Un diodo
para regeneración de fuerza contraelectromotriz está introducido
entre el emisor y el colector de cada uno de los transistores 12a a
12d. Los diodos se designan 12e a 12h, respectivamente. Las señales
de salida del circuito lógico de control 11 se aplican a las bases
de los transistores 12a a 12d, respectivamente. El circuito de
excitación 12 realiza una operación constante de troceado de
corriente según las señales de salida del circuito lógico de control
11 para generar una corriente de excitación, y alimenta la corriente
de excitación a la bobina de excitación 16, por lo que el motor paso
a paso se gira como estaba previsto. En este sentido, el circuito de
excitación 12 constituye unos medios de suministro de corriente para
suministrar la corriente de excitación a la bobina de excitación 16
del motor paso a paso.
La operación de la primera sección de control A
se describirá más específicamente. Cuando el troceado está en un
estado de activación, los transistores 12a y 12d se activan para
formar un recorrido de corriente incluyendo una fuente de
alimentación VBB, transistor 12a, bobina de excitación 16, y
transistor 12d. Fluye una corriente mediante el recorrido de
corriente formado para formar una porción creciente (forma de onda
creciente) de la forma de onda de la corriente de excitación.
Después, el troceado se pone a un estado de desactivación para
efectuar una regeneración de corriente; ambos transistores 12a y 12d
son desactivados simultáneamente para formar un recorrido de
corriente que va desde el diodo 12f, bobina de excitación 16, y
transistor 12g, y fuente de alimentación VBB. La corriente que fluye
a través de este recorrido de corriente regenerativa forma una
primera porción de disminución o atenuación (primera forma de onda
de atenuación) de la forma de onda de la corriente de excitación. La
primera forma de onda de atenuación es pronunciada. Al poner el
troceado a un estado de desactivación, el transistor 12a se
desactiva mientras el transistor 12d permanece activado, para formar
un recorrido de corriente que va desde el diodo 12f, bobina de
excitación 16, transistor 12d, y resistencia Rsa. La corriente que
circula a través de este recorrido de corriente regenerativo forma
una segunda porción de disminución o atenuación (segunda forma de
onda de atenuación) de la forma de onda de la corriente de
excitación. La segunda forma de onda de atenuación es suave.
Tres señales digitales Da0 a Da2, y una señal de
voltaje de referencia Vref se introducen en el DAC 13. Estas señales
digitales Da0 a Da2 (señales de establecimiento de valor de
corriente) se utilizan para establecer los valores de la corriente
de excitación salida del circuito de excitación 12. Las
combinaciones de las señales digitales Da0 a Da2 y dichos valores
establecidos por las combinaciones pueden ser alterados
dinámicamente por un circuito de establecimiento (no representado).
El circuito de establecimiento se puede realizar por unos medios
conocidos, y por lo tanto no se hará aquí ninguna descripción
adicional.
La realización que se explica, está dispuesta de
tal manera que la corriente de excitación sea expresada en términos
de ocho valores o estados (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 y 111)
por el circuito de establecimiento. El DAC 13 produce una señal
analógica representativa del resultado de multiplicar la señal de
voltaje de referencia Vref por una tasa dada (%) de uno de los ocho
estados (véase la figura 9). La señal de salida del DAC 13 resulta
un valor establecido de la corriente de cada paso en el
accionamiento por micropaso realizado para el motor paso a paso.
El comparador 14 recibe una señal de salida del
DAC 13 y una corriente de excitación del motor paso a paso, que se
detecta por una resistencia Rsa, y produce una señal representativa
de una diferencia entre ellos. Cuando la señal de salida del DAC 13
es mayor que la corriente de excitación, la señal de diferencia es
positiva, mientras que cuando la primera es menor que ésta última,
es negativa. La señal de diferencia se aplica al multivibrador
monoestable 15. La resistencia Rsa constituye unos medios detectores
de corriente para detectar la corriente de excitación.
El multivibrador monoestable 15 produce una señal
cuyo período se determina por una constante de tiempo de un circuito
paralelo que consta de un condensador Cpa y una resistencia Rpa, y
aplica al circuito lógico de control 11. El multivibrador
monoestable 15 establece un período de tiempo para la atenuación de
la corriente de excitación a la segunda velocidad de atenuación.
El multivibrador monoestable 18 produce una señal
cuyo período se determina por una constante de tiempo de un circuito
paralelo que consta de un condensador Cda y una resistencia Rda, y
la aplica al circuito lógico de control 11. El multivibrador
monoestable 15 establece un período de tiempo para la atenuación de
la corriente de excitación a la primera velocidad de atenuación.
Este período de tiempo es un primer período representado en la
figura 10.
El detector de borde 17 detecta los bordes de
entrada y de salida de la señal Da0. La señal de salida del detector
de borde 17 se introduce en el multivibrador monoestable 18.
El circuito lógico de control 11 controla el
establecimiento de las velocidades de atenuación por el circuito de
excitación 12 según los períodos de tiempo de las señales recibidas
de los multivibratores monoestables 15 y 18. Es decir, cuando el
detector de borde 17 detecta los bordes de la señal Da0, el circuito
lógico de control 11 valida el establecimiento del primer período
por el multivibrador monoestable 18. Cuando no los detecta, el
circuito lógico de control 11 valida el establecimiento de un
segundo período por el multivibrador monoestable 15 es válido.
Específicamente, el circuito lógico de control 11
controla el circuito de excitación 12 de tal manera que la corriente
de excitación se atenúe a la primera velocidad de atenuación durante
el primer período posterior a la detección de borde por el detector
de borde 17, y a la segunda velocidad de atenuación durante un
período de tiempo de atenuación (segundo período en la figura 10)
que va desde el final del primer período hasta que el detector de
borde 17 detecta los bordes siguientes de la señal Da0.
Los componentes del circuito de la segunda
sección de control B operan como los de la primera sección de
control A. Mediante las operaciones de las secciones de control, se
alimentan corrientes de excitación a las bobinas de excitación 16
(26), respectivamente. Cada corriente de excitación se incrementa y
atenúa alternativamente en un estado en el que los picos superiores
de la variación de corriente se limitan de modo que estén dentro de
los valores establecidos de corriente en los pasos.
La operación del dispositivo de excitación así
dispuesto para el motor paso a paso se describirá con referencia a
las figuras 8 y 9.
Una forma de onda situada arriba en la figura 8
indica la de la señal de fase, la señal de fase A o la señal de fase
B, y las formas de onda D0, D1 y D2 situadas debajo de la señal de
fase son las de las señales digitales Da0 a Da2 (Db0 a Db2). Una
forma de onda escalonada indicada por una línea gruesa en la figura
8 indica una variación de valores de las señales emitidas del DAC 13
cuando recibe señales digitales D0 a D2. Los valores de las señales
de salida son los valores establecidos de la corriente de excitación
alimentada a la bobina de excitación 16 (26) en los pasos
respectivos. La corriente que fluye realmente a la bobina de
excitación 16 (26), como se representa en la figura 10, es troceada
para acercarse a los valores establecidos L1, L2 o L3 de la
corriente de excitación en los pasos respectivos. En el caso de la
figura 8, la señal de fase es, en primer lugar, positiva. En este
estado positivo, el valor establecido de corriente es incrementado
gradualmente de 0% a 100% y después es atenuado gradualmente de 100%
a 0%. Después, la señal de fase es negativa. En este estado, el
valor establecido de la corriente de excitación es disminuido
gradualmente de 0% a -100%, y después es incrementado gradualmente
de -100% a 0%. Mediante la variación alterna de aumento y
disminución de la corriente de excitación, el accionamiento por
micropaso para el motor paso a paso se realiza progresivamente.
La correspondencia entre las combinaciones de las
señales digitales D2, D1 y D0, y las tasas de los valores de la
salida de corriente del DAC 13 (23) a la señal de voltaje de
referencia Vref se tabulan en la figura 9. En la figura 9,
"100%" es salida directa, y "92,4%" indica que la salida
de voltaje del DAC es 92,4% de la señal de voltaje de referencia
Vref (Vref x 0,924). En este ejemplo, los valores establecidos (%)
se obtienen muestreando una forma normal de onda sinusoidal de
manera gradual (digital). Los ocho valores establecidos siguientes
se ponen para los ocho estados; 0%, 19,5%, 38,2%, 55,4%, 70,7%,
83,1%, 92,4%, y 100%.
La figura 10 muestra una forma de onda de la
corriente de excitación en una porción II de la figura 8, a saber,
la forma de onda detallada de la corriente de excitación alimentada
a la bobina de excitación 16 (26). Como se ve en la figura, la
corriente de excitación consta de componentes de corriente, cada uno
de los cuales aumenta y disminuye alternativamente en el período T.
Cada componente de corriente incluye una región creciente t1 donde
la corriente aumenta gradualmente en amplitud, y una región de
atenuación t2 después de la región creciente t1. En la región de
atenuación t2, la amplitud de la corriente disminuye gradualmente.
En un paso, la corriente de excitación repite alternativamente su
aumento y su disminución para aproximarse al valor establecido del
paso, por ejemplo, el valor establecido L1 en la figura 10. En un
período transitorio (primer período) donde el valor establecido L1
de la corriente de excitación se conmuta al valor establecido L2, la
corriente de excitación se atenúa a una velocidad de atenuación
relativamente grande (primera velocidad de atenuación). En el
segundo período que va desde el primer período a el paso siguiente
que tiene el valor establecido L3, la velocidad de atenuación de la
corriente de excitación es una segunda velocidad de atenuación,
menor que la primera velocidad de atenuación.
Sigue a continuación el control para configurar
la forma de onda de la corriente de excitación como se ha descrito
anteriormente. El detector de borde 17 detecta el borde trasero de
la señal digital D0 en una porción I en la figura 8, y aplica la
señal de salida del detector al circuito lógico de control 11 (21)
mediante el multivibrador monoestable 18 (28). El circuito lógico de
control 11 (21) recibe la señal de salida del multivibrador
monoestable 18 (28) para detectar un tiempo del desplazamiento de un
paso al paso siguiente de la señal recibida, y controla el circuito
de excitación 12 (22) en base al período de la señal recibida de
manera que la velocidad de atenuación en la región de atenuación sea
mayor que en la otra región de atenuación.
Así, el dispositivo de accionamiento de la
realización que se explica, detecta una región donde un valor
establecido de corriente se desplaza a otro valor establecido del
paso siguiente en la dirección decreciente del valor de corriente
establecido, y establece una velocidad de atenuación de la amplitud
de corriente en la región detectada de manera que sea más grande que
la velocidad de atenuación en el paso que tiene el mismo valor
establecido. Por lo tanto, la forma de onda de la corriente de
excitación que fluye realmente a la bobina de excitación 16 (26) se
puede hacer que se aproxime a una forma de onda sinusoidal ideal,
para suprimir por lo tanto una distorsión de la forma de onda de la
corriente de excitación. Además, la velocidad de atenuación en la
región de atenuación de cada paso es pequeña, para reducir allí la
cantidad de calor generado por la bobina de excitación y
análogos.
Además, la longitud del primer período donde la
corriente de excitación se atenúa a la primera velocidad de
atenuación se puede ajustar según la característica del motor
regulando adecuadamente la velocidad de atenuación de la corriente
de excitación en la región transitoria donde un paso se desplaza al
paso siguiente. Al hacerlo así, el motor paso a paso se puede mover
eficientemente.
Como se ha descrito anteriormente, el dispositivo
de accionamiento de la realización antes mencionada se basa en una
idea técnica de que se detecta una región donde un valor establecido
de corriente se desplaza a otro valor establecido del paso
siguiente, y la velocidad de atenuación de la amplitud de corriente
en la región detectada se establece de manera que sea más grande que
la velocidad de atenuación en el paso que tiene el mismo valor
establecido. Es evidente que la implementación de la idea técnica no
se limita a la antes mencionada. Por ejemplo, el número de valores
establecidos se puede seleccionar según demande el diseño.
En la realización antes descrita, un punto de
tiempo donde una velocidad de atenuación de la corriente de
excitación se cambia a otra, a saber, una velocidad de atenuación
grande se cambia a una velocidad de atenuación pequeña, se establece
en un punto de tiempo después del transcurso de un tiempo
preestablecido, que se establece en el multivibrador monoestable 18
(28) y determina por una constante de tiempo del circuito de
condensador/resistencia conectado en paralelo al mismo
multivibrador. Se permite una alteración del establecimiento del
cambio de la velocidad de atenuación en la que unos medios
detectores de corriente detectan la conmutación de un valor
establecido de la corriente de excitación en un paso a otro valor
establecido en el paso siguiente, y se utiliza un punto de tiempo
donde los medios detectores de corriente envían su señal de salida
como el punto de tiempo del cambio de la velocidad de
atenuación.
Cuando un valor establecido de la corriente en un
paso se cambia a otro valor establecido del paso siguiente, el
dispositivo de accionamiento de motor de la realización establece la
velocidad de atenuación de manera que sea más grande que una
velocidad de atenuación normal (a saber, la corriente de excitación
se atenúa bruscamente) durante un período preestablecido de tiempo
desde el tiempo de cambio de la velocidad de atenuación. Por lo
tanto, la corriente de excitación se puede variar en respuesta
rápida al cambio del valor establecido de corriente. Se hace notar
que la conmutación de la velocidad de atenuación se lleva a cabo en
la región de atenuación donde disminuye el valor absoluto del valor
establecido. Por lo tanto, la atenuación de la corriente de
excitación realizada cuando el valor establecido se conmuta a otro
es rápida, suprimiendo por lo tanto efectivamente la distorsión de
la corriente de excitación.
La conmutación de la velocidad de atenuación en
la región de atenuación de la corriente de excitación se puede
realizar fácilmente mediante el uso de la función para detectar la
región de atenuación en el circuito lógico de control 11. En este
caso, la corriente de excitación se puede atenuar a una velocidad de
atenuación relativamente pequeña en una región fuera de la región de
atenuación.
Así, el dispositivo de accionamiento de motor de
la segunda realización puede mover el motor paso a paso al mismo
tiempo que carece de los problemas de vibración del motor y aumento
de la cantidad de calor generado.
Aunque la presente invención se ha descrito
mediante el uso de realizaciones específicas, se deberá entender que
las realizaciones de la invención son ilustrativas y no
restrictivas, y por lo tanto que la invención se puede modificar,
alterar y cambiar de varias formas dentro del alcance de las
reivindicaciones anexas.
Claims (16)
1. Un método para mover un motor paso a paso
incluyendo los pasos de:
suministrar a la bobina de excitación (16, 26)
del motor paso a paso una corriente de excitación cuya amplitud es
incrementada y atenuada periódicamente en el tiempo en un estado de
manera que los picos superiores de la variación de corriente se
limiten de modo que estén dentro de valores establecidos (L1, L2,
L3) de la corriente que se varía gradualmente y en forma
sustancialmente sinusoidal, caracterizado por los pasos
de:
determinar la fase de la corriente de
excitación;
determinar los valores establecidos de dichos
pasos de la corriente de excitación cuya fase se determina;
seleccionar los valores establecidos (L1, L2,
L3), en una región de presencia de amplitud cerca del punto de cruce
por cero de la corriente de excitación de modo que sean más grandes
que los valores establecidos obtenidos de una forma de onda
sinusoidal en dicha región de presencia de amplitud.
2. El método de accionamiento según la
reivindicación 1, donde la corriente de excitación se atenúa, en
cada paso del valor establecido relacionado (L1, L2, L3), a una
primera velocidad de atenuación y una segunda velocidad de
atenuación más pequeña que dicha primera velocidad de atenuación,
combinándose dichas velocidades de atenuación primera y segunda a
una relación de n/m, donde n: un entero positivo, m: un entero
positivo a excepción de n.
3. El método de accionamiento según la
reivindicación 1, incluyendo además los pasos de:
atenuar la corriente de excitación a una primera
velocidad de atenuación durante un primer período de tiempo
posterior al desplazamiento de un paso de un valor establecido (L1)
al paso siguiente o segundo de otro valor establecido (L2); y
atenuar la corriente de excitación a una segunda
velocidad de atenuación, que es menor que dicha primera velocidad de
atenuación, durante un segundo período de tiempo que va desde el
final de dicho primer período hasta que dicho segundo paso se
desplaza al paso siguiente de otro valor establecido (L3).
4. El método de accionamiento según la
reivindicación 3, donde dicho primer período es una duración de
tiempo predeterminada.
5. El método de accionamiento según la
reivindicación 3, donde dicho primer período es del orden de un
punto de tiempo en el que un paso de un valor establecido (L1) se
desplaza al paso siguiente de otro valor establecido (L2) hasta que
el valor de amplitud de la corriente de excitación llega al valor
establecido (L2) de dicho paso siguiente.
6. El método de accionamiento según la
reivindicación 3, donde cuando el valor establecido (L1) se contiene
en dicha región decreciente donde se detecta que el valor absoluto
del valor establecido (L1) disminuye, la corriente de excitación se
atenúa a dicha primera velocidad de atenuación durante dicho primer
período, y a dicha segunda velocidad de atenuación durante dicho
segundo período.
7. El método de accionamiento según la
reivindicación 6, donde cuando el valor establecido (L1) no está en
dicha región decreciente, la corriente de excitación se atenúa a
dicha segunda velocidad de atenuación durante dichos períodos
primero y segundo.
8. El método de accionamiento según la
reivindicación 3, donde dichos valores establecidos (L1, L2, L3) se
varían de manera que una variación de amplitud de la corriente de
excitación se configure de manera que sea sustancialmente
sinusoidal.
9. Un dispositivo de accionamiento para mover un
motor paso a paso suministrando a la bobina de excitación (16, 26)
del motor paso a paso una corriente de excitación cuya amplitud se
incrementa y atenúa periódicamente con el tiempo en un estado en el
que los picos superiores de la variación de corriente se limitan de
modo que estén dentro de valores establecidos (L1, L2, L3) de la
corriente que se varía gradualmente y en forma sustancialmente
sinusoidal, caracterizado porque dicho dispositivo de
accionamiento incluye:
unos medios de determinación de fase (11, 12)
para determinar una fase de la corriente de excitación; y
medios de determinación de valor establecido (13,
14, 15) para determinar los valores establecidos de dichos pasos de
la corriente de excitación cuya fase se determina con dichos medios
de determinación de paso (11, 12), seleccionando dichos medios de
determinación de valor establecido (13, 14, 15) los valores
establecidos (L1, L2, L3) en una región de presencia de amplitud
cerca del punto de cruce por cero de la corriente de excitación de
modo que sean más grandes que los valores establecidos obtenidos de
una forma de onda sinusoidal en dicha región de presencia de
amplitud.
10. El dispositivo de accionamiento según la
reivindicación 9, en el que dichos medios de determinación de valor
establecido (13, 14, 15) son capaces de cambiar dinámicamente los
valores establecidos (L1, L2, L3) de dichos pasos de la forma de
onda de la corriente de excitación.
11. El dispositivo de accionamiento según la
reivindicación 9, incluyendo además:
medios de suministro de corriente (12, 22) para
suministrar la corriente de excitación al motor paso a paso;
primeros medios de establecimiento (12f, 12g)
para establecer una primera velocidad de atenuación de la corriente
de excitación;
segundos medios de establecimiento (12f, 12d)
para establecer una segunda velocidad de atenuación de la corriente
de excitación;
medios detectores de corriente (R 5a) para
detectar la corriente de excitación; y
medios de control (11, 21) para controlar dichos
medios de suministro de corriente de tal manera que la corriente de
excitación se atenúe a una primera velocidad de atenuación durante
un primer período de tiempo posterior al desplazamiento de un paso
de un valor establecido (L1) al paso siguiente o segundo de otro
valor establecido (L2), y la corriente de excitación se atenúa a una
segunda velocidad de atenuación, que es menor que dicha primera
velocidad de atenuación, durante un segundo período de tiempo que va
desde el final de dicho primer período hasta que dicho segundo paso
se desplaza al paso siguiente de otro valor establecido (L3).
12. El dispositivo de accionamiento según la
reivindicación 11, incluyendo además:
medios de establecimiento de tiempo (15) para
establecer dicho primer período.
13. El dispositivo de accionamiento según la
reivindicación 11, en el que cuando dichos medios detectores de
corriente (RSa) detectan que el valor establecido (L1) de un paso se
conmuta a otro valor establecido (L2) del paso siguiente, dichos
medios de control (11, 21) terminan dicho primer período.
14. El dispositivo de accionamiento según la
reivindicación 11, incluyendo además:
medios detectores de región para detectar una
región decreciente donde el valor absoluto del valor establecido
(L1) disminuye,
donde cuando el valor establecido (L1 se contiene
en dicha región decreciente, dichos medios de control (11, 21) hacen
que la corriente de excitación se atenúe a dicha primera velocidad
de atenuación durante dicho primer período, y que se atenúe a dicha
segunda velocidad de atenuación durante dicho segundo período.
15. El dispositivo de accionamiento según la
reivindicación 14, donde cuando el valor establecido (L1) no se
contiene en dicha región decreciente, dichos medios de control (11)
hacen que la corriente de excitación se atenúe a dicha velocidad de
atenuación durante dichos períodos primero y segundo.
16. El dispositivo de accionamiento según la
reivindicación 11, donde dichos valores establecidos (L1, L2, L3) se
varían de manera que una variación de amplitud de la corriente de
excitación esté configurada de manera que sea sustancialmente
sinusoidal.
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