SK284658B6 - Spôsob ovládania krokového motora - Google Patents

Abstract

Spôsob ovládania krokového motora na pohon ukazovateľa ukazovacieho prístroja, pri ktorom sa v riadiacom prístroji (13) určuje dĺžka kroku a smer otáčania krokového motora (9) a vydáva sa do ovládacieho usporiadania na ovládanie krokového motora (9), takže pri každom krokovom taktovacom signáli riadiaceho prístroja (13) sa uskutoční jeden krok, a pri ktorom dĺžka kroku vydaná riadiacim prístrojom (13) sa ovládacím zapojením rozdelí na viac menších čiastočných krokov, ktorých dĺžka je menšia ako dĺžka kroku vydávaná riadiacim prístrojom (13), a tieto čiastočné kroky sa vydávajú v podobe viacerých časovo presadených impulzov z ovládacieho zapojenia do krokového motora (9), sa uskutočňuje tak, že v riadiacom prístroji (13) sa vytvorí rozdiel medzi požadovanou hodnotou a skutočnou hodnotou polohy kroku a na základe tohto rozdielu sa zistí počet čiastočných krokov. Skutočná poloha kroku existuje ako zložené binárne číslo, pri ktorom sa bit (0) s najnižšou hodnotou dodáva prepínačom (5) v závislosti od smerovacieho signálu a pri ktorom počítač (1) dodáva bity (n až 1) s vyššou hodnotou. Toto zložené binárne číslo tvorí polohu kroku, ktorá sa oznámi umiestňovaciemu mechanizmu (6), ktorý vydá signál na ovládanie krokového motora (9), a riadiacemu prístroju (13).ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu ovládania krokového motora na pohon ukazovateľa ukazovacieho pristroja, pri ktorom sa v riadiacom prístroji určuje dĺžka kroku a smer otáčania krokového motora a vydáva sa do ovládacieho usporiadania na ovládanie krokového motora, takže pri každom krokovom taktovacom signáli riadiaceho pristroja sa uskutoční jeden krok, a pri ktorom dĺžka kroku vydávaná riadiacim prístrojom sa ovládacím zapojením rozdelí na viac menších čiastočných krokov, ktorých dĺžka je menšia ako dĺžka kroku vydávaná riadiacim prístrojom, a tieto čiastočné kroky sa vydávajú v podobe viacerých časovo presadených impulzov z ovládacieho zapojenia do krokového motora.

Doterajší stav techniky

Z článku „Der Schrittmotor und seine Schrittdauer“, Feinwerktechnik und Messtechnik 99 (1991) 7-8, strany 327 - 332, od Klausa Mayera, je známy krokový motor, ktorý má na osi motora usporiadaný permanentne magnetický rotor, ktorý sa otáča vnútri dvoch rotujúcich magnetických poli dvoch cievkových systémov. Na ovládanie tohto motora sú cievky striedavo napájané prúdom. Vždy podľa prúdenia sa nastaví motor v určitej stabilnej polohe. Pohyb z takejto stabilnej polohy do v smere prúdenia rotora najbližšej nasledujúcej stabilnej polohy pri inom štandardnom napájaní je nazývaný krokom. Pritom sa rozlišuje medzi rôznymi krokovými prevádzkami. Je známa prevádzka s plným krokom, prevádzka s polovičným krokom a prevádzka s mikrokrokom. Prevádzka s mikrokrokom sa vyznačuje tým, že štandard napájania pre cievky krokového motora sa uskutočňuje v diskrétne priblížených sínusových krivkách. Rozdelovanie otáčok rotora do jednotlivých mikrokrokov spojené s maximálnym počtom otáčok, s ktorým má rotor obiehať, vytvára maximálnu taktovú frekvenciu nastavovacích krokov, s ktorou má byť krokový motor nastavovaný. Napríklad vytvára veľkosť mikrokroku s hodnotou 1/32° vztiahnuté na hriadeľ ukazovateľa krokového motora pohonu pri maximálnej uhlovej rýchlosti otáčania ukazovateľa s hodnotou 4007s taktovacou frekvenciou nastavovacích krokov s hodnotou 12,8 kHz na krokový motor.

Podstata vy nálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje spôsob ovládania krokového motora na pohon ukazovateľa ukazovacieho pristroja, pri ktorom sa v riadiacom prístroji určuje dĺžka kroku a smer otáčania krokového motora a vydáva sa do ovládacieho usporiadania na ovládanie krokového motora, takže pri každom krokovom taktovacom signáli riadiaceho prístroja sa uskutoční jeden krok, a pri ktorom dĺžka kroku vydávaná riadiacim prístrojom sa ovládacím zapojením rozdelí na viac menších čiastočných krokov, ktorých dĺžka je menšia ako dĺžka kroku vydávaná riadiacim prístrojom, a tieto čiastočné kroky sa vydávajú v podobe viacerých časovo presadených impulzov z ovládacieho zapojenia do krokového motora, podľa vynálezu, ktorého podstatou je, že v riadiacom prístroji sa vytvorí rozdiel medzi požadovanou hodnotou a skutočnou hodnotou polohy kroku a na základe tohto rozdielu sa zistí počet čiastočných krokov, pričom skutočná poloha kroku existuje ako zložené binárne číslo, pri ktorom sa bit s najnižšou hodnotou dodáva prepínačom v závislosti od smerovacieho signálu, a pri ktorom počítač dodáva bity s vyššou hodnotou, pričom toto zložené binárne číslo tvorí polohu kroku, ktorá sa oznámi umiestňovaciemu ústrojenstvu, ktoré vydá signál na ovládanie krokového motora, a riadiacemu prístroji.

Prvý čiastočný krok sa výhodne uskutoční s krokovým taktom.

Druhý a prípadne ďalší čiastočný krok sa výhodne uskutočnia vždy s konštantným časovým oneskorením za prvým čiastočným krokom.

Časové oneskorenie medzi čiastočnými krokmi výhodne klesá so stúpajúcou frekvenciou krokových taktov.

Frekvencia čiastočných krokových taktov sa výhodne odvodzuje z frekvencie krokových taktov prostredníctvom PLL-spínacej jednotky.

Pokiaľ je prvý čiastkový krok uskutočnený krokovým taktom, tak sa zjednodušuje konštrukcia zapojenia, pretože krokový takt sám osebe slúži na vybavenie prvého, čiastkového kroku.

Pokiaľ sú čiastkové kroky uskutočňované s konštantným časovým oneskorením po vždy prvom čiastkovom kroku, tak vznikajú zvlášť nízke zapojovacie náklady na vytváranie taktových impulzov čiastkových krokov.

Pokiaľ sa časové oneskorenie medzi čiastkovými krokmi s narastajúcou frekvenciou taktu krokov redukuje, tak sa vytvára konštantný počet čiastkových krokov, na každý krok, pričom sa pri narastajúcej taktovacej frekvencii krokov nevytvára žiadna redukcia vo vybavovaní čiastkových krokov.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je v ďalšom podrobnejšie vysvetlený na príkladoch realizácií v spojení s výkresovou časťou.

Na obr. 1 je znázornený príklad zapojenia k nastavovaniu krokového motora.

Na obr. 2 je znázornený príklad priebehu viacerých krokových taktových impulzov nastavovania a nasledujúcich čiastkových krokov.

Na obr. 3 je znázornený ďalší príklad zapojenia na nastavovanie krokového motora.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1 je znázornený prvý príklad uskutočnenia vynálezu, pričom podstata tohto riešenia je integrovaná do ovládacieho zapojenia 20. Toto ovládacie zapojenie 20 je usporiadané medzi riadiacim prístrojom 13 a krokovým motorom 9 a realizuje nastavovanie krokového motora 9 s výhodami, ktoré boli vysvetlené v úvodnej časti opisu. Riadiaci prístroj 13 má vstup Xi, ktorý je spojený s výstupom Xo vysielača 11 požadovanej polohy, pričom na vysielačový vstup Si vysielača 11 požadovanej polohy sú vedené signály snímača 12. Dva výstupy riadiaceho prístroja 13 sú vedené na ovládacie zapojenia 20. Tie sú tvorené smerovacím výstupom Do, ktorý udáva smer otáčania a taktovacím výstupom To, ktorý je zodpovedný za krokové postupné zapojovanie. Smerovací výstup Do riadiaceho stroja 13 je spojený so smerovacím vstupom D počítača 1 a taktovaci výstup To riadiaceho prístroja 13 je spojený s taktovacím vstupom T počítača 1. Krokový zapínací signál taktovacieho výstupu To je okrem toho vedený na vymazávaci vstup CL monostabilného klopného obvodu 2. Monostabilný klopný obvod 2 má pozitívny výstup Q a invertný výstup Q'. Pozitívny výstup Q je spojený prostredníctvom prvého výstupného vedenia 3 í prvým vstupom B ovládaného pre pínača 5. Rovnako tak je invertný výstup Q' spojený prostredníctvom druhého výstupného vedenia 4 s druhým vstupom A ovládaného prepínača 5. Ďalej je upravené spojenie medzi smerovacím výstupom Do a medzi voliacim vstupom S ovládaného prepínača 5, ktorý počíta bity 1 až n v súlade s uhlovou polohou na obidva smery otáčania. Ovládaný prepínač 5 má voliaci výstup Z, ktorý je zavedený do počítača 21. Tu je zvoliaceho výstupu Z dodaná veľkosť miesta bitu, a to bit 0 s najmenšou hodnotou pridelený do binárne kódovanej veľkosti. Nadväzne je zvedený obsah počítača 21 s obsahom počítača 1. Pretože počítač 1 poskytuje bitové miesta bitov n až 1, vytvára sa v spojovacom bode zložené binárne číslo s miestami bitov bit 0 až n. Tento spoločný počítačový stav je privádzaný do počítačového vstupu C umiestňovacieho ústrojenstva a ďalej cez snímač 14 skutočnej polohy do polohového vstupu P riadiaceho prístroja 13. Umicstňovacic ústrojenstvo 6 má prvý výstup Ala druhý výstup A2, ktoré sú spojené vždy s jedným modulátorom 7, 17 šírky impulzov. Každý z modulátorov 7, 17 šírky impulzov je spojený vždy s jednou cievkou 8, 18, ktoré slúžia na vytváranie rotujúceho magnetického poľa krokového motora 9.

Snímač 12 slúži na zisťovanie sledovanej meranej veličiny, napríklad počtu otáčok motora motorového vozidla. Výsledok merania snímača 12 prechádza cez vysielačkový vstup Si na vysielač 11 požadovanej hodnoty, v ktorom sa uskutoční priradenie nameranej hodnoty k požadovanému uhlu a_s. Takéto priradenie je možné uskutočniť napríklad prostredníctvom v pamäti uloženej tabuľky. Požadovaný, uhol a_s zodpovedá polohe, do ktorej sa má premiestniť krokový motor 9, aby bolo možné prostredníctvom na krokovom motore 9 namontovaného a ním otočné poháňaného ukazovateľa udať osobe prostredníctvom číslicového listu nameranú hodnotu.

V riadiacom prístroji 13 sa uskutoční vytvorením diferenciácie z požadovaného uhlu a_s a skutočného uhlu ot| výpočet diferenčného uhla Δα a nasledovne výpočet nevyhnutného počtu krokov potrebných na prekročenie tohto uhla. V riadiacom prístroji 13 je na to upravený snímač taktov, ktorý v súlade s vypočítaným počtom krokov poskytne rovnaký počet taktovacích impulzov pre krokový takt na nastavovanie krokového motora 9. Pritom jc možné predpokladať, že frekvencia krokových taktov s narastajúcim diferenčným uhlom Δα tiež narastá. Tým sa vytvorí výhodné správanie ukazovateľa určeného osobe, ktorá ho sleduje, pretože vybavenie, ktoré je založené na tom, že sa veľký uhol prekrýva vysokou rýchlosťou otáčania a malý uhol malou rýchlosťou otáčania, pôsobí ako subjekt na výhodné správanie pri otáčaní ukazovateľa. Zo znamienka diferenčného uhla Δα okrem toho zistí riadiaci prístroj 13 smer otáčania, v ktorom sa má pohybovať rotor krokového motora 9. Smer otáčania je určený v podobe binárneho smerového signálu prostredníctvom smerovacieho výstupu Do tak do počítača 1, ako i do ovládaného prepínača 5. Krokový táktovací signál, ktorý prostredníctvom taktovacieho vstupu T počítača 1 slúži na zapojenie počítača 1, slúži okrem toho tiež na nastavovanie monostabilného sklopného obvodu 2. Pokiaľ je tento v pokojnom stave, tak je na pozitívnom výstupe Q logický vysoký signál, to je logická 1 a na invertnom výstupe Q' logický nízky signál, to je logická 0. Pokiaľ vstúpi pozitívny taktovací nábeh na vymazávací vstup CL, tak je monostabilný sklopný obvod 2 na dopredu stanovený interval vrátený naspäť, to znamená, že pozitívny výstup Q je uvedený na logickú 0 a invertný výstup Q' na logickú 1. Pri pozitívnom číselnom smerovaní spôsobí smerovací signál na voliacom vstupe S ovládaného prepínača 5 prepojenie prvého vstupu B na voliaci výstup Z. Tým sa vytvorí spojenie medzi pozitívnym výstupom Q a medzi počítačovým vstupom C. Akonáhle ubehne dopredu stanovená časová doba, ktorá je pevne nastavená v monostabilnom sklopnom obvode 2, sklopí sa pozitívny výstup Q opäť na logický horný prah. Voliaci výstup Z ovládaného prepínača 5 je zavedený na počítač 21, ktorý je ako najmenší bit 0 spojený s počítačovým stavom bit n - bit 1,počítača 1 do jedného jediného počítačového stavu v spojovacom bode 22. Voliaci výstup Z tak vytvára prostredníctvom počítača 21 časť s najnižšou hodnotou spoločného počítačového stavu na spojovacom bode 22 a počítačový stav počítača 1 vytvára časť s najvyššou hodnotou spoločného počítačového stavu na spojovacom bode 22, preto na spojovacom bode 22 je počítačový stav s miestami bit n bit 0 a dostáva sa tak na počítačový vstup C umiestňovacieho ústrojenstvá 6, ako i na polohový vstup P riadiaceho prístroja 13. V umiestňovacom ústrojenstve 6 sa uskutoční priradenie spoločného počítačového stavu k nastavovacím hodnotám napätí, ktoré sa prostredníctvom prvého výstupu Al a druhého výstupu A2 umiestňovacieho ústrojenstva 6 privádzajú k modulátorom 7, 17 šírky impulzov. Priradenie v umiestňovacom ústrojenstve 6 sa môže uskutočniť napríklad opäť prostredníctvom tam v pamäti uloženej tabuľke. Je ale tiež možné prepočítavanie prostredníctvom algoritmu prebiehajúceho v umiestňovacom ústrojenstve 6. V modulátoroch 7, 17 šírky impulzov sa uskutočňuje zmena prichádzajúcich hodnôt amplitúdy na signály modulované šírkou, impulzov, ktoré sa privádzajú do cievok 8, 18. Tak dostávajú cievky 8, 18 taký prúd, ktorý je potrebný na to, aby zaistili nasledujúcu polohovú hodnotu zodpovedajúcu spoločnému počítačovému stavu. Navyše sa dostáva spoločný počítačový stav ako hodnota skutočnej polohy cez polohový vstup P do riadiaceho prístroja 13.

Prostredníctvom tohto zapojenia sa dosiahne toho, že pri ďalšom zapojení rotora je s každým taktom krokového taktovacieho signálu uskutočnený krok v podobe dvoch čiastkových krokov. Prvý z obidvoch čiastkových krokov je tu uskutočnený synchrónne s krokovým taktom, zatiaľ čo druhý čiastkový krok je uskutočnený v závislosti od sklopnej dobe monostabilného sklopného obvodu 2. Počítač 1 pritom preberá výpočet celého kroku, zatiaľ čo ovládaný prepínač 5 obsahuje bit počítačového procesu s najnižšou hodnotou a príslušne ho prepína. Spoločne vytvára výstupný signál ovládaného prepínača 5 a signál počítača 1 spoločný počítačový stav pre čiastkové kroky, ktorý sa dostáva k umiestňovaciemu ústrojenstvu 6, preto sa najskôr uskutoční iba polovičný krok a po uplynutí sklopnej doby druhý polovičný krok. Tiež sa predpokladá, že je možné rozdeliť krok do viac než dvoch čiastkových krokov. Ako kroky podľa vynálezu môžu byť podľa prípadu využitia upravené plné kroky, polovičné kroky alebo najmä tiež mikrokroky.

Ako je to znázornené napríklad na obr. 2, vytvára prvý taktovací impulz ľ krokového taktovacieho signálu To prvý čiastkový krok ľ, za ktorým v časovom odstupe, nasleduje druhý čiastkový krok 2'. Rovnako tak podmieňuje druhý taktovací impulz 2° krokového taktovacieho signálu čiastkový krok 3', za ktorým opäť nasleduje v dopredu stanovenom odstupe ďalší čiastkový krok 4'. To isté platí analogicky pre nasledujúci taktovací signál 3° s čiastkovými krokmi 5' a 6'. Pokiaľ teraz vzrastie frekvencia krokových taktov krokového taktovacieho signálu, poklesne doba medzi dvomi za sebou nasledujúcimi taktovými impulzmi pod hodnotu sklopnej doby monostabilného sklopného obvodu 2. Z toho vyplýva, že sa tu automaticky neuskutoční žiadny ďalší čiastkový krok, ale je okamžite pri vzniku nasledujúceho taktovacieho impulzu ďalej zapnuté o plný krok. Tak je takticky prepnuté na hrubšie rozdelenie krokov. To je ale spravidla nekritické, pretože takéto vysoké rýchlosti uhlového otáčania vznikajú normálne iba veľmi krátkodobo, napríklad pri meradle počtu otáčok v priebehu procesu radenia pri motorovom vozidle. Navyše jc emisia hluku s narastajúcou uhlovou rýchlosťou rotoru vždy nezávislá od vybavenia delenia krokov.

Pokiaľ by sa chcelo zabrániť, aby pri vysokých rýchlostiach uhlového otáčania nedošlo ku stratám pri rozdeľovaní krokov na čiastkové kroky, je možné toho dosiahnuť tým, že sa monostabilný sklopný obvod 2 a ovládaný prepínač 5 nahradí PLL - spínacou jednotkou 15.

Takéto usporiadanie je znázornené na obr. 3. Toto usporiadanie sa líši od usporiadania podľa obr. 1 ďalej uvedenými znakmi. Miesto monostabilného sklopného obvodu 2 je upravená PLL - spínacia jednotka 15. Okrem tohto bol ovládaný prepínač 5 nahradený počítačom 10 čiastkového kroku. PLL - spínacia jednotka 15 má jeden jediný taktovací výstup, ktorý je privedený k čiastkovému taktovaciemu vstupu TT počítača 10 čiastkového kroku. Smerovací výstup DO je tu na tento účel spojený s čiastkovým smerovacím vstupom TD počítača 10 čiastkového kroku. Počítač 10 čiastkového kroku má výstup Bo počítača čiastkového kroku, ktorý spoločne s výstupom Bn počítača 1 privedený k počítačovému vstupu C umiestňovacieho ústrojenstvá 6. Výstup Bo počítača 10 čiastkového kroku a výstup Bn počítača 1 sú pritom spoločne spojené do jedného jediného počítačového stavu, pričom počítačový stav počítača 10 čiastkového kroku je použitý ako nižšia časť spoločného počítačového stavu a počítačový stav počítača 1 ako vysoko hodnotová časť spoločného počítačového stavu. Tento spoločný počítačový stav prichádza na počítačový vstup C umiestňovacieho ústrojenstva 6.

Prostredníctvom PLL - spínacej jednotky 15 je možné zvýšiť frekvenciu krokových taktov, keď sa nastavia vhodné deliace pomery pri deličoch, ktoré sú obsiahnuté v PLL spínacej jednotke 15. Tým sa potom zvýši frekvencia čiastkových krokových taktov paralelne s frekvenciou krokových taktov. Prostredníctvom realizácie s PLL - spínacími jednotkami 15 je možné okrem toho tiež dosiahnuť zodpovedajúcim vytvorením filtrovanie frekvencie čiastkových krokových taktov, čo umožňuje nastavenie správania ukazovateľa. Okrem toho sú PLL - zapojenia zvlášť vhodné na to, aby sa nastavili rozdeľovačom cudzie pomery medzi frekvenciou krokových taktov signálu krokovacích taktov a medzi frekvenciou čiastkových krokových taktov. Tak je napríklad možné nastaviť ako frekvenciu krokových taktov dvanásť krokov za sekundu a frekvenciu čiastkových krokových taktov tridsaťdva krokov za sekundu. Tak je možné dosiahnuť takmer ľubovoľnú adaptáciu medzi riadiacimi prístrojmi 13 a krokovými motormi 9. Miesto PLL - spínacej jednotky 15 môže byť nasadené tiež iné ústrojenstvo na násobenie frekvencie, napríklad v digitálnej podobe.

Navyše sa predpokladá, že niektoré funkcie z riadiaceho prístroja 13 budú preberané do zostávajúcich zapojení, preto do tohto zapojenia sa bude privádzať napríklad iba požadovaný uhol a, a/alebo požadovaná uhlová rýchlosť a že bude samo vytvárať impulzy krokových taktov. Tu je možné potom prostredníctvom opísaného zapojenia dosiahnuť toho, že sa vysoko zvolí vybavenie na krokové delenie pre krokový motor 9 napriek iba malej slovnej šírke dát, ktorá je použitá na znázornenie požadovaného uhlu a, alebo požadovanej uhlovej rýchlosti na vstupe zapojenia. Modulátory 7, 17 šírky impulzov je možné výhodne uskutočniť v tvare mostíka v tvare písmena H prepojené koncové stupne protiľahlých kontaktov. Tento spôsob je naprí klad možné použiť na krokové motory pohonu ukazovacích prístrojov na motorové vozidlá.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob ovládania krokového motora na pohon ukazovateľa ukazovacieho prístroja, pri ktorom sa v riadiacom prístroji (13) určuje dĺžka kroku a smer otáčania krokového motoru a vydáva sa do ovládacieho usporiadania na ovládanie krokového motora (9), takže pri každom krokovom taktovacom signáli riadiaceho pristroja (13) sa uskutoční iba krok, a pri ktorom dĺžka kroku vydávaná riadiacim prístrojom (13) sa ovládacím zapojením rozdelí na viac menších čiastočných krokov, ktorých dĺžka je menšia ako dĺžka kroku vydávaná riadiacim prístrojom (13), a tieto čiastočné kroky sa vydávajú v podobe viacerých časovo presadených impulzov z ovládacieho zapojenia do krokového motora (9), vyznačujúci sa tým, že v riadiacom prístroji (13) sa vytvorí rozdiel medzi požadovanou hodnotu a skutočnou hodnotou polohy kroku a na základe tohto rozdielu sa zistí počet čiastočných krokov, pričom skutočná poloha kroku existuje ako zložené binárne číslo, pri ktorom sa bit (0) s najnižšou hodnotou dodáva prepínačom (5) v závislosti od smerovacieho signálu, a pri ktorom počítač (1) dodáva bity (n až 1) s vyššou hodnotou, pričom toto zložené binárne číslo tvorí polohu kroku, ktorá sa oznámi umiestňovaciemu ústrojenstvu (6), ktoré vydá signál na ovládanie krokového motora (9), a riadiacemu prístroji (13).
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že prvý čiastočný krok sa uskutoční s krokovým taktom.
3. 3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že druhý a prípadne ďalší čiastočný krok sa uskutočnia vždy s konštantným časovým oneskorením za prvým čiastočným krokom.
4. 4. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa t ý m , že časové oneskorenie medzi čiastočnými krokmi klesá so stúpajúcou frekvenciou krokových taktov.
5. 5. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa t ý m , že frekvencia čiastočných krokových taktov sa odvodzuje z frekvencie krokových taktov prostredníctvom PLL-spínacej jednotky (15).