HU192610B

HU192610B - Circuit arrangement for generating output signals, preferably for motor control

Info

Publication number: HU192610B
Application number: HU400884A
Authority: HU
Inventors: Gabor Kisfalusi; Dezsoe Bessko; Geza Jozsa
Original assignee: Magyar Optikai Muevek
Priority date: 1984-10-29
Filing date: 1984-10-29
Publication date: 1987-06-29
Also published as: HUT38763A

Abstract

A találmány tárgya kapcsolási elrendezés meghatározott kimenő jelek előállítására, amely tartalmaz jelforrást, ahhoz kapcsolt jelfeldolgozó egységet, továbbá motormeghajtó egységet és ahhoz kapcsolt léptetőmotort, valamint a jelfeldolgozó egység és a motormeghajtó egység között elhelyezett beállítható osztásarányú impulzusosztót. A találmány lényege abban van, hogy a jelfeldolgozó egység (3) és a beállítható osztásarányú impulzusosztó (4) között impulzustöbbszöröző (8) van. -1-The present invention relates to a switching arrangement for generating specific output signals comprising a signal source, a signal processing unit connected thereto, a motor drive unit and a stepping motor coupled thereto, and an adjustable pitch divider disposed between the signal processing unit and the motor drive unit. The essence of the invention is that there is a pulse multiplier (8) between the signal processing unit (3) and the adjustable pitch divider (4). -1-

Description

A találmány tárgya kapcsolási elrendezés meghatározott kimenő jelek előállítására, amely tartalmaz jelforrást, ahhoz kapcsolt jelfeldolgozó egységet, továbbá motormeghajtó egységet és ahhoz kapcsolt léptetőmotort, valamint a jelfeldolgozó egység és a motormeghajtó egység között elhelyezett beállítható osztásarányú impulzusosztót.The present invention relates to a circuit arrangement for generating specific output signals comprising a signal source, a signal processing unit coupled thereto, and a motor drive unit and a stepper motor connected thereto, and an adjustable pulse divider disposed between the signal processing unit and the motor drive unit.

Ismeretes, hogy a vezérléstechnikai rendszerekben a hajtásoknál a hajtó-, illetve vezérlőoldali elmozduláshoz (egyenesvonalú vagy forgó mozgás) arányos hajtott oldali elmozdulás tartozik. A vezérlő oldali és a hajtott oldali mozgás közötti arány lehet állandó vagy változtatható. Ennek megvalósítására a szelszin rendszerű és a tachogenerátoros hajtásokat, valamint a számjegyes vezérlést használják fel.It is known that in drive systems, the drive-side displacement (linear or rotary movement) is proportional to the drive or control-side displacement. The ratio between the control side movement and the driven side movement can be constant or variable. To achieve this, selinsin and tachogenerator drives as well as numerical controls are used.

A szelszin rendszerű hajtás hiányossága, hogy a hajtott oldal nyomaték- és teljesítményigénye a vezérlő oldalon merül fel. A szelszin és a tachogenerátoros hajtás közös hiányossága, hogy alkalmazásukkal elektromos úton csupán kevés áttételi fokozatot valósíthatnak meg.The disadvantage of the selinine drive is that the torque and power demand of the driven side is on the control side. A common disadvantage of selenium and the tachogenerator drive is that they can achieve only a small number of gear ratios electrically.

Ilyen vezérléstechnikai rendszerekben, különösen rajzasztalok, szerszámgépek meghajtásánál előnyös dinamikai tulajdonságai miatt gyakran alkalmazzák a léptetőmotoros hajtást. Alkotóelemei: az elektromos jelfonás, a kapott jeleket kiértékelő jelfeldolgozó egység, az ebből érkező impulzusok hatására a léptetőmotort vezérlő (motor meghajtó) egység, valamint maga a léptetőmotor. A konkrét felhasználási területtől függően jelfonásként alkalmazhatnak például kézikerék tengelyéhez kapcsolódó inkrementális szögadót, kézikerékhez kapcsolódó menetes orsót és lineáris útadót vagy számítógépet. Az előbbi két esetben a hajtásnál például egy kézzel elfordítható tengely mozgását alakítják át a léptetőmotor tengelyének ezzel arányos elfordulásává, az utóbbi esetben pedig a léptetőmotort számítógéppel (vagy mikroszámítógéppel) vezérlik.In such control technology systems, especially when driving tables, machine tools, the stepper motor drive is often used because of its advantageous dynamic properties. It consists of electrical spinning, a signal processing unit that evaluates the received signals, the stepper motor control unit (the motor drive unit) and the stepper motor itself. Depending on the particular application, for example, an incremental angle encoder connected to a handwheel axis, a handwheel threaded spindle and a linear path encoder or a computer may be used as spinner. In the former two cases, for example, the drive converts the movement of a manually rotatable shaft into a proportional rotation of the pitch motor shaft, while in the latter case the pitch motor is controlled by a computer (or microcomputer).

Ismeretes, hogy működési elvükből következően (az egymást követő elemi gyorsulási és lassulási szakaszok miatt) a léptetőmotorok, különösen kisebb frekvenciákon, túlzottan zajos működésűek. Az utóbbi években olyan motormeghajtó elektronikus egységeket és motorokat fejlesztettek ki, amelyek a korábbiaknál sokkal kisebb lépésszöggel működnek, és a rövidebb elemi gyorsulási és lassulási időtartamuk következtében az eddigieknél jóval kisebb zajúak, viszont a motor tengelyén mért ugyanakkora szögsebesség eléréshez a lépésszög csökkenésével arányosan nagyobb vezérlő frekvenciára van szükségük.It is known that due to their operating principle (due to the successive elementary acceleration and deceleration stages) the stepper motors, especially at lower frequencies, operate excessively noisy. In recent years, motor drive electronic units and motors have been developed that operate at much smaller pitches and, due to their shorter elementary acceleration and deceleration times, have significantly lower they need.

Ismeretes továbbá, hogy pozícionáló hajtások esetén, amikor is a hajtáshoz pontosan meghatározott számú motorlépést kell megtenni, rendszerint nehézségekbe ütközik már vagy lehetetlen a nagyobb vezérlő frekvencia előállítása. Ha jelforrásként kézikerekeket és inkrementális szögadót alkalmaznánk, akkor ezt a nagyobb frekvenciát olyan szögadó alkalmazásával lehetne elérni, amely az eredetileg szükséges információtartalomnál számottevően finomabb bontású lenne. Ha pedig a jelforrás számítógép lenne, akkor a lépések számlálása és a soron következő lépés időpontjának meghatározására lenne szükség olyan hosszú időtartamra, amely mellett lehetetlen a hajtás lehetőségeit kihasználó nagyobb vezérlő frekvencia elérése.It is also known that for positioning drives, when the drive requires a specified number of motor steps, it is usually difficult or impossible to obtain a higher control frequency. By using handwheels and an incremental angle encoder as the signal source, this higher frequency could be achieved by applying an angular encoder which is much finer than the information content originally required. And if the signal source were a computer, counting the steps and determining the time for the next step would take a long time, at which time it would be impossible to achieve a higher control frequency utilizing the capabilities of the drive.

A találmánnyal célunk a fenti hiányosságok kiküszöbölése, a léptetőmotoros hajtás tökéletesítése, amely lényegesen jobb hatásfokkal jellemezhető, mint az ismert megoldások.It is an object of the present invention to overcome the above shortcomings and to improve the stepper motor drive, which is characterized by much better efficiency than the known solutions.

A találmánnyal feladatunk a léptetőmotoros hajtás olyan továbbfejlesztése, amelynél a vezérlőoldalon nem lép fel a hajtott oldal nyomaték- és teljesítményigénye; a vezérlő és a hajtott oldal között nagyszámú, akár törtszámú áttételi fokozat valósítható meg és működése kevésbé zajos.It is an object of the present invention to provide a stepper motor drive without the torque and power requirements of the driven side being raised on the control side; a large number of gear ratios, even fractions, can be realized between the control and the driven side and its operation is less noisy.

A találmány alapja az a felismerés, hogy a bevezetőben leírt típusú berendezésnél a kitűzött feladat megoldódik, ha a jelfeldolgozó egység által kibocsátott impulzusok és a vezérlőimpulzusok egymáshoz képesti arányát szabályozzuk.The invention is based on the discovery that in the apparatus of the type described in the introduction, the object is solved by controlling the ratio of the pulses emitted by the signal processing unit to the control pulses.

A kitűzött feladatot a bevezetőben leírt típusú berendezésnél a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy a jelfeldolgozó egység és a beáÚítható osztásarányú impulzusosztó között impulzus többszöröző van.According to the invention, the object of the present invention is to achieve a pulse multiplier between the signal processing unit and the adjustable pulse divider.

A termelékenység fokozása érdekében előnyös, hogy a jelforrás, kézikerék tengelyéhez kapcsolt inkrementális szögadó.In order to increase productivity, it is advantageous to have an incremental angle encoder connected to the handwheel axis of the source.

A találmány szempontjából célszerű, ha a jelforrás kézikerékhez kapcsolt menetes orsóból és lineáris, inkrementális útadóból van összeállítva.For the purposes of the present invention, the signal source is preferably composed of a threaded spindle connected to a handwheel and a linear incremental encoder.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezést a továbbiakban rajzon, példák segítségével ismertetjük. A rajzon azThe circuit arrangement of the present invention will now be described by way of example with reference to the drawings. In the drawing it is

1. ábra a technika állása szerinti kapcsolási elrendezés egyik kiviteli alakjának tömbvázlata, aFigure 1 is a block diagram of an embodiment of the prior art circuit arrangement, a

2. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy kiviteli alakjának tömbvázlata, aFig. 2 is a block diagram of an embodiment of the circuit arrangement according to the invention, a

3. ábra a bevezetőben ismertetett típusú kapcsolási elrendezés szerinti berendezés egyik szerkezeti részlete, aFigure 3 is a structural detail of a circuit arrangement of the type described in the introduction, a

4. ábra az impulzusosztó utáni, az impulzus többszöröző utáni és az impulzusosztó utáni impulzusok időbeli lefutása látható.Figure 4 shows the time course of the pulses after the pulse divider, after the pulse multiplier, and after the pulse divider.

A bevezetőben ismertetett típusú kapcsolási elrendezés szerinti berendezés 1. ábrán látható kiviteli alakja úgy működik, hogy az 1 kézikerék elfordításának hatására a 2 inkrementális szögadó jeleket ad ki. Ezeket a 3 jelfeldolgozó egység értékeli ki oly módon, hogy az egyik kimenetén az elmozdulás mértékével arányos számú impulzust ad ki, a másik kimenetén az iránynak megfelelő logikai szintet állít elő. Akiadott impulzusok a 4 impulzusosztóba kerülnek, amelynek 5 kezelőszervén beállítható, hogy a 4 impulzusosztó a beérkező minden hányadik (ig-dik) impulzus hatására adjon ki egy-egy vezérlő impulzust. A vezérlő impulzusok a 6 motormeghajtó egységen keresztül a kívánt irányba léptetik a 7 léptetőmotort.An embodiment of a circuit arrangement of the type described in the introduction, as shown in Figure 1, operates in that the rotation of the handwheel 1 causes the incremental angular signals 2 to be output. These are evaluated by the signal processing unit 3 by generating, at one output, a number of pulses proportional to the degree of displacement, and at the other output, producing a logic level corresponding to the direction. Output pulses are fed to pulse divider 4, the control of which can be set so that pulse divider 4 emits a control pulse for each incoming pulse. The control pulses move the stepper motor 7 in the desired direction through the motor drive unit 6.

A 4. ábra felső része a 4 impulzusosztó előtti, alsó része az impulzusosztó utáni impulzusok idődiagramját szemlélteti.The upper part of Figure 4 illustrates a time diagram of the pulses before the pulse divider 4 and the lower part of the pulse after the pulse divider.

A találmány szerinti megoldás egyik kiviteli alakját a 2. ábrán mutatjuk be. Ennek működése a következő :An embodiment of the present invention is illustrated in Figure 2. Here's how it works:

Az 1 kézikerék elfordításának hatására a 2 inkrementális szögadó jeleket ad ki. Ezeket a 3 jelfeldolgozó egység értékeli ki oly módon, hogy az egyik kimenetén az elmozdulás mértékével arányos számú impulzust ad ki, a másik kimenetén az iránynak megfelelőRotation of the handwheel 1 causes the incremental angular signals 2 to be output. These are evaluated by the signal processing unit 3 by giving one of its outputs a number of pulses proportional to the degree of displacement and the other output of the corresponding output direction.

192 6 logikai szintet állít elő, mint az előbbi kiviteli alaknál.192 produces 6 logical levels as in the former embodiment.

A kiadott impulzusok a 8 impulzustöbbszörözőbe kerülnek, amely a 4 impulzusosztóból érkező minden impulzus hatására meghatározott számú impulzust ad ki. Ezeknek az impulzusoknak az időköze olyan, 5 hogy a teljes impulzuscsomag időtartama nem haladhatja meg a 3 jelfeldolgozó egységből egymás után beérkező impulzusok várható legrövidebb időközét. Az impulzuscsomag ezután a beállítható osztásarányú 4 impulzusosztóba kerül. A leosztott impulzusokkal 10 a finom felbontású 6 motormeghajtó egységen keresztül a kívánt irányba léptetjük a 7 léptetőmotort.The emitted pulses are sent to the pulse multiplier 8 which produces a predetermined number of pulses for each pulse from the pulse divider 4. The interval of these pulses is such that the duration of the whole pulse packet cannot exceed the expected shortest interval of successive pulses from the signal processing unit 3. The pulse packet is then transferred to an adjustable pulse divider of 4 pulses. The pulses 10 are used to move the stepper motor 7 in the desired direction through the fine resolution motor drive unit 6.

A 3 jelfeldolgozó utáni, a 8 impulzustöbbszöröző utáni és a 4 impulzusosztó utáni impulzusok időbeli lefutása látható az 5. ábra felső, középső, illetve 15 alsó diagramjain. Az 5. ábrán konkrét példaképpen egy 8 impulzustöbbszöröző (konkrétan impulzus négyszerező) hatása látható ugyanolyan 4 impulzusosztó beállításnál (ötös elosztás), mint a 4. ábrán. Ebben az esetben a 7 léptetőmotor felbontása is négyszer finomabb. Az a cél, hogy a 7 léptetőmotor elfordulása a 3 jelfeldolgozó egységből kijövő impulzusok (lásd 5. ábra felső sor) függvényében ne változzon és a 7 léptetőmotor járása egyenletes maradjon. Az 5. ábrán látható, hogy az impulzustöbbszörözés (impulzusnégyszerezés) hatására (lásd 5. ábra középső sor) változatlan ósztásarány mellett a 6 motormeghajtó egységre az 5. ábra szerinti esetben (azaz a 2. ábra szerinti elrendezésnek megfelelő berendezés hatására) konkrétan négyszer annyi impulzus érkezik. Az 5. ábrából látható az is, hogy a 7 léptetőmotorra jutó impulzusok (lásd 5. ábra alsó sor) közelítőleg ugyanolyan sűrűség eloszlásúak, mind a 3 jelfeldolgozó egységből kijövő jeleké, annak ellenére, hogy a 8 impulzustöbbszörözővel végzett többszörözés hatására a vezérlés pillanatnyi frekvenciájától függetlenül azonos időtartamú impulzuscsomagok állnak elő, ez pedig a motor szakaszos működését, impulzuscsomagonkénti megállását és újraindulását, tehát zajos működését eredményezné. Az impulzusok többszörözésére és osztására azért van szükség, mert az osztóval csak egész számú osztásarányokat lehet megvalósítani és finom felbontású motormeghajtó egység használata esetén csak így van lehetőség továbbra is nagy számú áttétel beállítására. A 8 impulzustöbbszöröző és a 4 impulzusosztó együttesen olyan impulzusosztóként működik, amellyel tört számértékű osztásarányokat is megvalósíthatunk.The time course of the pulses after the signal processor 3, the pulse multipliers 8 and the pulse divider 4 are shown in the upper, middle and lower diagrams of Fig. 5, respectively. 5 illustrates, by way of example, the effect of a pulse multiplier 8 (specifically, four times the pulse) at the same pulse divider setting 4 (five divisions) as in FIG. In this case, the resolution of the stepper motor is also four times finer. The aim is to ensure that the rotation of the stepper motor 7 does not change as a function of the pulses from the signal processing unit 3 (see Fig. 5, top row) and that the stepper motor 7 runs smoothly. Fig. 5 shows that the pulse multiplication (pulse quadruple) (see Fig. 5 middle row) with the unchanged pulse rate causes the motor drive unit 6 to have four times the number of pulses in the case of Fig. 5 (i.e. the apparatus according to Fig. 2) received. It can also be seen from Fig. 5 that the pulses per stepper motor (see bottom row in Fig. 5) have approximately the same density distribution as the signals from the signal processing unit 3, despite the fact that the pulse pulse packs of the same duration are produced, which would result in intermittent operation of the motor, stopping per pulse packets and restarting, thus noisy operation. The need to multiply and divide impulses is because the divider can only achieve a whole number of divisions, and this is the only way to maintain a high number of gears when using a fine resolution motor drive unit. The pulse multiplier 8 and the pulse divider 4 together function as a pulse divider by which fractional ratios can be realized.

A 3. ábrán a bevezetőben leírt berendezésnek egyik szerkezeti részlete látható, ahol az 1 kézikerék elfordításának hatására a hozzákapcsolt 9 menetes orsón orsóirányban elmozduló szerkezeti elem elmozdulását 10 lineáris, inkrementális útadó alakítja át, jeleket ad ki. Ezeket a 3 jelfeldolgozó egység értékeli ki oly módon, hogy az egyik kimenetén az elmozdulás mértékével arányos számú impulzust ad ki, a másik kimenetén az iránynak megfelelő logikai szíriét állít elő. A kiadott impulzusok a 2. ábra szerinti 8 impulzustöbbszöröző, 4 impulzusosztó és 6 motor meghajtó egység, valamint 7 léptetőmotor szerkezeti elemek útját követik.Fig. 3 shows a structural detail of the device described in the introduction, whereby the rotation of the structural element moving by the rotation of the handwheel 1 on the attached threaded spindle 9 is transformed by linear incremental transducers 10, which produce signals. These are evaluated by the signal processing unit 3 by generating, at one of its outputs, a number of pulses proportional to the degree of displacement, and at the other output, producing a logic color corresponding to the direction. The pulses emitted follow the path of the pulse multiplier 8, the pulse divider 4 and the motor drive unit 6 and the stepper motor assembly 7 of FIG.

A 2. ábra szerinti megoldással az adó- és vevő oldali állandó áttételek célszerű megválasztása esetén, a beállítható osztásarány megváltoztatásával, a hajtó és hajtottoldali mozgások között nagy számú áttétel állítható be, továbbá a beállítható osztástartományon belül kicsinyítő és nagyító áttételek egyaránt megvalósíthatók. A hajtás áttétele (hajtó- és a hajtott oldali elmozdulások aránya):With the solution shown in Figure 2, when selecting transmitters and receivers permanently, by adjusting the adjustable scale ratio, a large number of gears can be set between drive and driven side movements, and reducing and enlarging gears can be realized within the adjustable pitch range. Gear Ratio (Ratio of Drive to Drive Movements):

amelyben íe a 4 impulzusosztón beállított arány értéke,where is the value set for the 4 pulse divider,

Sí az impulzusosztó bemenetére érkező egy-egy 20 impulzus kiadásához szükséges egyenesvonalú vagy forgó elmozdulás (hajtó, illetve vezérlőoldali állandó áttétel), s₂ az impulzusosztó által kiadott egy-egy impulzus hatására a hajtottoldalon megtett egyenes25 vonalú vagy forgó elmozdulás (hajtottoldali állandó áttétel).It is a linear or rotary displacement (drive or control-side constant transmission) required to output each of the 20 pulses at the input of the pulse divider, and _{2 is} the linear or rotational displacement (drive-side) of the pulse divider.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés előnye, hogy a 7 léptetőmotor járása kevésbé zajos; a 4 impulzusosztón és a 8 impulzustöbbszörözőn nagy számú 30 nagyító és kicsinyítő áttételi fokozatot állíthatunk be és ezért a finom felbontású 6 motormeghajtó egység alkalmazása ellenére is elegendő az eredetileg szükséges információ tartalomnak megfelelő felbontású szögadót alkalmazni.An advantage of the circuit arrangement according to the invention is that the stepping motor 7 is less noisy; a large number of magnification and reduction ratios 30 can be set on the pulse divider 4 and the pulse multiplier 8 and therefore, despite the use of a fine-resolution motor drive unit 6, it is sufficient to apply an angle transducer corresponding to the information content originally required.

Claims

A circuit arrangement for generating specific output signals, in particular for motor controls, comprising a signal source, a signal processing unit associated therewith, and a motor drive unit and a stepper motor coupled thereto, and a signal processing unit.

An adjustable pitch pulse divider arranged between 45 units and the motor drive unit, characterized in that a pulse multiplier (8) is provided between the signal processing unit (3) and the adjustable pitch pulse divider (4).

Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the signal source is an incremental angle encoder (2) connected to the axis of the handwheel (1).

The circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the signal source is composed of a threaded spindle (9) connected to a handwheel (1) and a linear incremental encoder (10).