DE2035983A1 - Schaltungsanordnung zum Regeln eines Schrittmotors - Google Patents

Description

Patentanwalt

MÜNCHEN 71 (Sollri)

Franz-Hals-Straße 21

Telefon 796213

ID 2703 Mönchen, 9. Juli 1970

Dr. H/V

International Business Machines Corporation

Armonk. N.Y. 10504, V. St. A.

Schaltungsanordnung zum Regeln eines Schrittmotors

Prioritäti 8. August 1969? Großbritannien! Nr. 39 687/69

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Hegeln eines Schrittmotors· '

Ein Schrittmotor ist insofern einem Synchronmotor ähnlich, als er ebenfalls einen permanentmagnetisierten Rotor aufweist. Dieser kann als ein Pol dargestellt werden, der jeweila von einer, von Tier äquid latent en umgebenden Ständerwicklungen angezogen werden kann. Durch sukzessive Erregung der Ständerwicklungen kann der Rotor in Drehungen versetzt werden, und seine winkelmäßige Position kann gesteuert werden· Die frühere Verwendung derartiger Motoren erfolgte in Porm einer "offenen Schleife", wobei eine Polge von Erregungen der Ständerwicklungen erfolgte, ohne daß jeweils auf die momentane Position dee Rotors Beaug genommen wurde· Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, daß wegen übermäßiger Belastung oder wegen Winkelschwingungen der Rotor so weit außer Phase

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Biyeri«*· Vwejnebtnk Münditn 820893

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mit der Erregung der Ständerwicklungen gerät, daß keine Steuerung mehr erfolgt.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, sind Systeme entwickelt worden, um die momentane Hotorposition mittels einer Umwandlungsvorrichtung oder einer Kodiervorrichtung zu bestimmen und diese Information dazu zu verwenden, für jeden Zeitpunkt zu bestimmen, welche der Ständerwicklungen erregt werden soll, um die gewünschte Drehrichtung zu erzeugen. Dieses System wird als "geschlossene Schleife" (Regelschleife) bezeichnet, und bei einem derartigen System wird der Motor auf eine stationäre Schrittrate beschleunigt, die durch die Induktivität und durch die gegenelektromotorische Kraft des Motors bestimmt ist. Bei bisherigen Verfahren zum Stoppen eines durch eine geschlossene Regelschleife gesteuerten Motors ist bisher die positionierende Rtietekopplungsschleife einige Schritte (z· B. acht) vor dem Ziel unterbrochen worden, und die letzten Schritte wurden durch Taktschaltungen gesteuert. Diese Anordnung hat dieselben Nachteile, die oben im Zusammenhang mit den Steueranordnungen in Pom einer offenen Schleife erläutert wurden» und zudem ist die Verwendung von mehreren Triggerstufen erforderlich, deren Zeitkonstanten einzeln eingestellt werden müeeea,

Diese Nachteile werden durch die erfinduagsgemäße Regelanordnung für einen Schrittmotor überwunden,, welche eine Vorrichtung zur Erzeugung von Impulsen, deren Parameter von der Motordrehzahl abhängen, und einen Steuerkreis enthält, der auf die genannten Impulse anspricht und daraufhin die Ständerwicklung en des Motors in solcher Weise erregt, daß während jedes SchrittIntervalls auf den Rotor zunächst ein Bremsdrehmoment oder ein Nulldrehnomcmt ein™

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wirkt und darauf ein Beschleunigungsdrehmoment, dessen Dauer mit dem Abfall oder dem Ansteigen der Motordrehzahl ansteigt bzw. abfällt, so daß der Motor auf einer stabilen Drehzahl gehalten wird.

Die stabile Drehzahl ist vorzugsweise derart, daß der Motor in einem einzigen Schritt gestoppt werden kann. Eine derartige stabile Drehzahl kann entweder dadurch aufrecht erhalten werden, daß während eines SchrittIntervalls zunächst ein Nulldrehmoment und dann ein Beschleunigungsdrehmoment ^ auf den Rotor einwirkt, oder dadurch, daß zunächst ein Bremsdrehmoment und darauf ein Beschleunigungsdrehmoment auf den Rotor einwirkt. Die stabile Drehzahl kann entweder gleich vom Start an aufrecht erhalten werden, oder der Rotor kann zunächst ohne Stabilisierung der Drehzahl frei rotieren und erst bei Erreichen einer vorbestimmten Anzahl von Schritten vor seinem Ziel gebremst werden und dann bei der genannten stabilen Drehzahl rotieren.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann der Rotor anfänglich auf einer höheren stabilen Drehzahl gehalten werden und bei Erreichen der vorbestimmten Anzahl von Schritten vor seinem Ziel gebremst und dann auf einer niedrigen stabilen " Drehzahl gehalten werden, wobei diese niedrigere stabile Drehzahl derart ist, daß der Rotor in z. B. nur einem Schritt gestoppt werden kann. Die höhere stabile Drehzahl wird dadurch aufrecht erhalten, daß auf den Rotor während jedes Schritt Intervalls zunächst das Nulldrehmoment und dann das Beschleunigungsdrehmoment einwirkt, und die niedrigere stabile Drehzahl wird dadurch aufrecht erhalten, daß auf den Rotor zunächst das Bremsdrehmoment und dann das Beschleunigungsdrehmoment einwirkt.

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Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigens

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Schrittmotors, auf dessen Rotorachse eine geschlitzte Scheibe sitzt;

Figur 2 eine erfindungsgemäße Regelanordnung, die im Zusammenhang mit dem in Fig* I gezeigten Schrittmotor verwendet wird, um die Erregung der Ständerwicklungen zu steuern; und

Figur 3 ein System zum Regeln der Drehzahl des Schrittmotors.

Der in Fig. 1 gezeigte Motor 10 weist einen Rotor 5 und vier im gleichen Abstand voneinander befindliche Ständerpole auf. Mit den Ständerpolen arbeiten Spulenwicklungen 1, 2, 3 und zusammen. Die Wicklungen sind mit dem in Fig«, 2 gezeigten Regelkreis verbunden und werden paarweise erregt. Die paarweise Erregung der Wicklungen ergibt eine höhere Maximaldrehzahl und größere Beschleunigungs- und Bremswerte als die Erregung der einzelnen Wicklung. Je nachdem, welches Paar von Wicklungen erregt wird, kann sich der wirksame Nordpol des Ständers an einer der vier Positionen A, B, C und D befinden. Wenn z. B. die Wicklungen 1 und 2 erregt werden, befindet sich der wirksame Nordpol bei der Position A in Fig. 1. Entsprechend befindet sich der wirksame Nordpol bei Erregung der Wicklungen 2 und 3 bei der Position B, In gleicher Weise ergibt eine Erregung der Wicklungen 3 und 4- oder der Wicklungen 1 und 4 einen wirksamen Nordpol bei der Position C bzw. D.

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Der Rotor 5 ist in üblieher Weise als einzelner Südpol gezeigt, obwohl natürlich in der Praxis seine Struktur eine Anzahl von Polen aufweisen wird, z. B. fünf Pole, die in gleichem Abstand längs des Rotorumfanges angeordnet sind. Der Rotor kann im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn rotieren. Nimmt man an, daß sich der Rotor in der in 3?ig. 1 gezeigten Position befindet, so wird eine Drehung des Rotors im Uhrzeigersinn erfolgen, wenn die Wicklungen in der Weise sukzessive erregt werden, daß die effektiven Nordpole sich nacheinander bei den Positionen B, C, D und A befinden· ^ Eine Drehung des Rotors im Gegenuhrzeigersinn wird durch Umkehrung der Reihenfolge der Erregung der Wicklungspaare erhalten. Nimmt man an, daß der Rotor sich in der in Pig. I gezeigten Position befindet, so wird eine Drehung im Gegen-Uhrzeigersinn erfolgen, wenn die Wicklung/in solcher Weise nacheinander erregt werden, daß der effektive Nordpol sich nacheinander bei den Positionen D, C, B und A befindet.

Um die geeignete Erregung der Wicklungen zu erreichen, ist der Motor 10 mit einer Kodier- oder Impulserzeugungsvorrichtung versehen, die eine auf der Rotorachse befestigte und sich mit dieser drehende Scheibe 11 enthält. Die Scheibe 11 weist einen halbkreisförmigen Schlitz 12 auf. Mit dem ™ Schlitz 12 arbeitet ein Paar photoempfindlicher Vorrichtungen P und Q zusammen, die einen Abstand voneinander aufweisen und bezüglich des Mittelpunktes der Scheibe 11 einen Winkel von 90° einschließen. Gegenüber jeder photoempfindlichen Vorrichtung auf der anderen Seite der Scheibe 11 befindet sich jeweils eine zugeordnete Lichtquelle (nicht gezeigt). Jede photoempfindliche Vorrichtung wird von der zugeordneten Lichtquelle beleuchtet, wenn der Schlitz 12 sich dazwischen befindet. Jede photoempfindliche Vorrichtunp

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bleibt während einer Rotorbewegung tun 180° "eingeschaltet". Der Wechsel in dem Zustand der Vorrichtungen P und Q hat Impulse zur Folge, deren Dauer und Wiederholungsrate als Punktion der Rotorgeschwindigkeit variieren. Diese Impulse steuern mit Hilfe des in Pig· 2 gezeigten Schaltkreises die Erregung der Ständerwicklungen«

Die photoempfindlichen Vorrichtungen P und Q erzeugen einen Stromfluß in den Leitungen 13 und 14 des in Pig· 2 gezeigten Regelkreises immer dann, wenn der Schlitz 12 so positioniert ist, daß Licht auf die photoempfindlichen Vorrichtungen fällt. Die Signale auf den Leitungen 13 und 14 werden zu den Verstärkern 15 bzw. 16 geleitet. Der Verstärker 16 ist mit dem einen Eingang eines UND-Tores 17 verbunden, dessen anderer Eingang mit einer Leitung 18 verbunden int, die ein Signal führt, welches anzeigt, daß ein Drehmoment im Uhrzeigersinn an den Rotor angelegt werden soll. Der Ausgang des Verstärkers 16 ist ferner mit dem einen Eingang des UND-Tores 19 Über einen Inverter 20 verbunden, wobei der andere Eingang des UND-Tores 19 mit einer Leitung 21 verbunden ist, die ein Signal führt, welches anzeigt, daß ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn an den Rotor angelegt werden soll. Die Ausgänge der Tore 17 und 19 sind über ein ODER-Tor 22 und einen Inverter 23 mit dem einen Eingang eines UND-Inverters 24 verbunden. Der Ausgang des UND-Inverters 24 ist über einen invertierenden Verstärker 25 mit der Wicklung 3 und über einen UIB-Inv@rt@r 26 und einen invertierenden Verstärker 27 mit der Wicklung 1 verbunden. Die anderen Eingänge der UNB-Tore 24 und 26 sind mit einer Leitung 28 verbunden, die bei Beaufschlagung mit einem Signal eine Erregung der Wicklungen 1 oder 3 ermöglicht. Aus der Anordnung des oben beschriebenen logischen Schalt-

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kreises folgt, daß, wenn ein Signal auf der Leitung 18 zwecks Hervorrufen eines an dem Rotor angreifenden Drehmoments im Uhrzeigersinn erscheint, die Wicklung 1 erregt wird, wenn die photoempfindliche Vorrichtung Q sich auf "ein" befindet, und daß die Wicklung 3 erregt wird, wenn die photoempfindliche Vorrichtung Q sich auf "aus" befindet. Wenn ein Signal sich auf der Leitung 21 zur Hervorrufung eines auf den Rotor einwirkenden Drehmoments im (xegenuhrzeigersinn befindet, wird die Wicklung 3 erregt, wenn sich die photoempfindliche Vorrichtung Q auf "ein" befindet, und die Wick- | lung 1 wird erregt, wenn sich die photoempfindliche Vorrichtung Q auf "aus" befindet. Ein logischer Schaltkreis zur Erregung der Wicklung 2 oder der Wicklung 4 entsprechend den Zuständen "ein" bzw. "aus" der photoempfindlichen Vorrichtung P ist ähnlich ausgebildet wie die oben beschriebene logische Schaltung zur Erregung der Wicklung 1 oder der Wicklung 3 entsprechend dem Zustand "ein" bzw. "aus" der photoempfindlichen Vorrichtung Q. Wie man an dem mit der photoempfindlichen Vorrichtung P verbundenen logischen Schaltkreis sieht, wird bei Aktivierung der Leitung 28 und Aktivierung der Leitung zwecks Erzeugung eines Rotordrehmoments im Uhrzeigersinn die Wicklung 4 erregt, wenn die photoempfindliche Vorrichtung P sich auf ^ttein" befindet, und die Wicklung 2 wird erregt, "

wenn sich-die photoempfindliche Vorrichtung P auf "aus" befindet. Wenn ein Signal auf der Leitung 21 zwecks Erzeugung eines Rotordrehmoments im Gegenuhrzeigersinn erscheint, wird die Wicklung 2 erregt, wenn sich die photoempfindliche Vorrichtung P auf "ein" befindet, und die Wicklung 4 wird erregt, wenn sich-die photoempfindliche Vorrichtung P auf "aus" befindet.

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Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die oben beschriebenen Vorgänge, wobei die logische Größe P angibt, daß die photoempfindliche Vorrichtung P sich auf "ein" befindet, und die logische Größe P angibt, daß die photoempfindliche Vorrichtung P sich auf "aus" befindet, und E angibt, daß die entsprechende Wicklung erregt ist, usw.

Logische Zu stände der Vorrichtungen P und Q	Uhrzeiger sinn	Wicklungen 12 3 4	Gegenuhr zeigersinn	Wicklungen 1 2 3 4
f Q P3 P Q	>	E E E E E E E E	/	E E E E E E E E

Man sieht aus dieser Tabelle, daß jeweils nur zwei Wicklungen, nämlich eine der Wicklungen 1 und 3 und eine der Wicklungen 2 und 4, zur selben Zeit erregt werden.

Wenn eine Drehung des Rotors im Uhrzeigersinn erwünscht ist, wird eine Leitung 29 stromführend, und wenn eine Drehung im Gegenuhrzeigersxnn erwünscht ist, führt die Leitung 29 keinen Strom. Die Leitung 29 ist mit einem UND-Tor 30 verbunden und über einen Inverter 32 mit einem UND-Tor 31«, Die Ausgänge der UND-Tore 30 und 31 sind über ein ODER-Tor 33 und einen Inverter 34 mit der Leitung 18 und über das ODER-Tor 33 mit der Leitung 21 verbunden. Die anderen Eingänge der UND-Tore 30 und 31 sind mit den Leitungen 36 bzw. 37 verbunden«, Es

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sei beispielsweise angenommen, daß die Leitung 36 stromführend ist und die Leitung 37 keinen Strom führt; wie man sieht, erscheint dann, wenn die Leitung 29 zwecks Erzeugung eines Rotordrehmoments im Uhrzeigersinn stromführend ist, ein Signal auf der Leitung 18, und wenn die Leitung 29 zwecks Erzeugung eines Rotordrehmoments im Gegenuhrzeigersinn nicht stromführend ist, erscheint ein Signal auf der Leitung 21.

Ein Rückwärtszähler C enthält die Zahl der Schritte, um welche der Motor fortgeschaltet werden soll, und ist mit den " Leitungen 38 und 44 verbunden. Der !Zähler wird durch ein Impulsnetzwerk 41 heruntergeschaltet, welches auf einer Leitung 41a einen Impuls pro Schaltschritt bereitstellt.

Me Funktion des Netzwerkes 41 besteht darin, einen Impuls kurzer Dauer bereitzustellen, der zeitlich jeweils damit übereinstimmt, daß der Motor die Lokalisierung eines Schrittes durchläuft. Die Ausgänge der photoempfindlichen Vorrichtungen P und Q werden nach Verstärkung durch die Verstärker 15 und 16 zusammen mit ihren Komplementen von den Invertern 20 und 20a dem Netzwerk 41 zugeführt und dort differenziert, und die zum Negativen gerichteten Obergänge werden in der | Weise verstärkt, daß zum Positiven gerichtete Impulse erzeugt werden. Da sowohl die Signale der photoempfindlichen Vorrichtung als auch ihre Komplemente differenziert werden, tritt ein zum Negativen hin gerichteter Übergang auf, wenn eine der beiden photοempfindlichen Vorrichtungen sich auf ^Mein^M oder auf *aus"befindet, und demzufolge wird auf der Leitung 41a bei jeder Änderung des Ausganges der Dekodiervorrichtung ein Impuls erzeugt.

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Bei einer vorbestimmten Anzahl von Schritten vor Erreichen des gesetzten Ziels aktiviert der Zähler die leitung 38, um die Schrittrate herabzusetzen, während sich der Motor weiterhin in dem Regelkreis befindet. Die Schrittrate wird bei einer vorbestimmten Anzahl von Schritten vor Erreichen des gesetzten Ziels herabgesetzt, um die Drehzahl des Motors herabzusetzen und eine geringere stabile Drehzahl zu erhalten, von der aus der Motor in einem einzigen Schritt gebremst werden kann. Wenn der Motor in einer Richtung läuft, die im folgenden als Vorwärtsrichtung bezeichnet wird, und ein Drehmoment in Rückwärtsrichtung erzeugt wird, wird die Drehzahl des Motors herabgesetzt, wodurch die Schrittrate ebenfalls herabgesetzt wird. Wenn das Rückwärtsdrehmoment während einer vorgegebenen Zeitspanne nach jeder Änderung des Ausgangssignals der Dekodiervorrichtung zur Einwirkung gebracht wird und dann wieder ein Vorwärtsdrehmoment erzeugt wird, so wird das Verhältnis der Vorwärtadrehmomentperiode zu der Rückwärtsdrehmomentperiode von der Drehzahl des Motors abhängen. Wenn die ursprüngliche Drehzahl so hoch ist, daß das Schrittintervall geringer ist als die Rückwärtsdrehmomentperiode , so wird lediglich ein Rückwärtsdrehmoment während jedes Schrittes zur Einwirkung kommen, bis das Schritt-Intervall größer wird als die Bückwärtsdrehmomentperiode, und dann wird zunächst ein Rückwärtsdrehmoment und darauf ein Vorwärtsdrehmoment während jedes Schrittes erfolgen, so daß die geringere stabile Drehzahl, von der aus der Motor in einem einzigen Schritt gestoppt werden kann, aufrecht erhalten wird. Wenn die Gesamtzahl der Schritte zwischen der Startposition und dem Ziel geringer ist als die oben erwähnte vorhestimmte Anzahl von Schritten, dann wird die Betriebeweise mit der geringeren stabilen Drehzahl von dem Start an eingehalten werden.

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Die Leitung 38 ist mit dem einen Eingang eines UND-Tores 39 verbunden, dessen anderer Eingang mit einem Trigger 40 verbunden ist, der nach jedem Impuls auf der Leitung 41a einen Impuls vorbestimmter Dauer bereitstellt. Der Ausgang des UND-Tores 39 ist über ein ODER-Tor 42 mit der Leitung 37 und über einen Inverter 43 mit der Leitung 36 verbunden. Aus der Logik dieser Schaltung ist zu erkennen, daß während einer Rotordrehung im Uhrzeigersinn, während der Zähler zu der genannten vorbestimmten Anzahl von Schritten herunterzählt, die Leitung 38 aktiviert wird, die wiederum die Leitungen λ 37 und 21 aktiviert, und ein Rückwärtsdrehmoment wird auf den Motor während eines vorbestimmten Zeitintervalls ausgeübt, welches gleich der Dauer des von dem Trigger 40 gelieferten Impulses ist. Wenn das Schrittintervall größer ist als die Dauer des von dem Trigger 40 gelieferten Impulses, wird wieder ein Vorwärtsdrehmoment während des restlichen Schrittintervalls wirksam. Während jedes Schrittes wird somit zunächst ein Rückwärtsdrehmoment und darauf ein Vorwärtsdrehmoment erzeugt, so daß die geringere stabile Drehzahl aufrecht erhalten wird. Wenn die ursprüngliche Drehzahl so hoch ist, daß das Schrittintervall geringer ist als die Dauer des von dem Trigger 40 gelieferten Impulses, bleibt während jedes Schrittes ein Rückwärtsdrehmoment wirksam, |

bis das Schrittintervall größer wird als das Rückwärtsdrehmoment int ervall; dann wird während jedes Schrittes zunächst ein Rückwärtsdrehmoment erzeugt und danach ein Vorwärtsdrehmoment, so daß die geringere stabile Drehzahl, von der au3 der Motor in einem einzigen Schritt gestoppt werden kann, aufrecht erhalten wird.

Der Zähler ist auch mit einer Leitung 44 verbunden, und wenn er bis auf den Zählstand eins heruntergezählt ist, wird die Leitung 44, die mit uem ODER-Tor 42 verbunden ist, aktiviert.

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Während einer Rotordrehung im Uhrzeigersinn werden bei Akti«- vierung der Leitung 44 die Leitungen 37 und 21 aktiviert, und ein Rückwärtsdrehmoment wird erzeugt, um den Motor bei dem gesetzten Ziel zu stoppen.

Die Leitung 44 ist mit einem Inverter 45 verbunden, der eine Leitung 46 negativ werden läßt, wenn die Leitung 44 aktiviert wird, und dieser negative tibergang bereitet eine Verzögerungsschaltung 47 vor, wodurch eine Leitung: 48 zunächst negativ wird und eine über den Inverter 49 angeschlossene Leitung 5Ö positiv wird. Bi e Leitung 50 ist mit einem ODER-Tor 51 verbunden, und die Leitung 46 ist ebenfalls direkt mit dem ODER-Tor 51 verbunden. Eine Leitung 53» äie mit dem Ausgang des Tores 51 verbunden ist, bleibt positiv, bevor die Leitung 44 aktiviert wird, nämlich aufgrund der direkten Verbindung der Leitung 46 mit dem ODER-Tor 51, und bleibt · positiv, nachdem die Leitung 44 aktiviert wurde, und zwar für die Dauer der von der Verzögerungsschaltung 47 erzeugten Verzögerung. Hach der Verzögerungsperiode wird die Leitung 53 negativ.

Die Leitung 53 ist mit dem einen Eingang des UND-Tores 54 ver- ^ bunden, dessen anderer Eingang mit einer Leitung 55 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Tores 54 ist mit der Leitung 28 verbunden. Nimmt man an, daß die Leitung 55 positiv ist, so bleibt die Leitung 28 aktiviert, bevor der Zähler auf den Zählstand eins herabgeschaltet ist, und bleibt aktiviert während einer weiteren Zeitspanne, die durch die Verzögerungsschaltung 47 bestimmt ist. Die Motorwicklungen bleiben beim letzten Schritt während einer durch die Verzögerungsschaltung 47 bestimmten Zeitspanne nach Beginn des letzten Schrittes erregt und werden dann entregt.

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Ein invertierender Verstärker 56, der mit der Leitung 44 verbunden ist, erregt ein Sperrklinkensolenoid 52, wenn die Leitung 44 aktiviert ist. Die Bewegung der Sperrklinke (nicht gezeigt) erfolgt, während der letzte Schritt durch die Verzögerungsschaltung 47 gesteuert wird.

Paßt man die Ergebnisse der obigen Erläuterungen zusammen, so wird der Motor, wenn der Zähler auf einen der vorbestimmten Anzahl von Schritten vor dem gesetzten Ziel entsprechenden Zählstand herabgeschaltet ist, auf den niedrige- ^ ren stabilen Zustand durch den Steuerkreis, insbesondere durch den Trigger 40, abgebremst, und wenn der Zähler auf den Zählstand eins zurückgeschaltet ist, wird der Motor weiter verlangsamt während einer durch die Verzögerungsschaltung 47 bestimmten Periode, an deren Ende die mechanische Rastklinke den Motor an der erwünschten Zielposition arretiert. Durch Einstellung der Zeitintervalle des Triggers 40 und der Verzogerungsschaltung 47 kann der Motor in der korrekten Position seine Bewegung beenden.

Wie oben beschrieben wurde, hält der Regelkreis die niedrige stabile Drehzahl dadurch aufrecht, daß während jedes Schrit- _Λ tes ein Rückwärtsdrehmoment an den Rotor angelegt wird, wenn ™ der Zähler bis zu dem Zählstand zurückgeschaltet wird, der der vorbestimmten Anzahl von Schritten vor Erreichen der Zielposition des Rotors entspricht. Diese Schaltung ist für sich schon nützlich, und es besteht keine Notwendigkeit für eine Steuerung, um die Drehzahl des Motors zu begrenzen, bevor der Zähler auf den Zählstand zurückgeschaltet ist, der der vorbestimmten Anzahl von Schritten entspricht. Die im folgenden beschriebene Schaltungsanordnung dient in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung dazu, die Drehzahl des Motors zu steuern, bevor der Zähler auf

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den Zählstand zurückgeschaltet wird, der der vorbestimmten Anzahl von Schritten entspricht. Diese Schaltungsanordnung steuert die Erregung der Wicklungen, um die Drehzahl des Motors zu begrenzen, so daß dieser bei einer stabilen Drehzahl läuft, welche höher ist als die stabile Drehzahl, die dadurch aufrecht erhalten wird, daß während jedes Schrittintervalls ein Rückwärtsdrehmoment erzeugt wird, dem ein Vorwärtsdrehmoment folgt, wie oben beschrieben wurde. Während jedes Schrittes werden die Wicklungen während einer vorgegebenen Zeitspanne entregt, so daß der Motor frei laufen kann. Wenn das Schrittintervall größer ist als die vorgegebene Zeitspanne, so werden die Wicklungen während des restlichen SchrittIntervalls erregt.

Vor Beginn der Bewegung des Rotors wird der Zähler C auf einen Zähl3tand gebracht, der der Anzahl von Schritten entspricht, die der Rotor ausführen soll. Die Leitung 44 führt dann keine Spannung, vorausgesetzt, daß der im Zähler gespeicherte Zählstand größer als eins ist. Die Yerzögerungsschaltung 57, die mit der leitung 44 verbunden ist, wird durch einen zum Negativen gerichteten Übergang der Leitung 44, wenn deren Aktivierung entfällt, vorbereitet und er- zeugt ein negatives Ausgangssignal auf einer Leitung 62, was ein positives Signal am Ausgang 55 des UHD-Inverters 58 zur Folge hat. Wie oben beschrieben wurde, ist die Ausgangsleitung 28 aktiviert, wenn die Eingangsleitungen 55 und 53 des ÜND-Tores 54 positiv sind. Hach Ablauf der Yerzögerungszeit der Schaltung 57 wird der Ausgang der Verzögerungsschaltung 57 positiv,und. *·ηη eine Leitung 59 positiv ist, wird der Ausgang des UHD-Inverters 58 abhängig von einer Leitung 60, die mit dem dritten Eingang des UND-Inverters verbunden ist. Die Leitung 59 ist mit der Leitung 38 über einen Inverter 61 verbunden und bleibt positiv, solange der

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Zählstand im Zähler größer ist als die vorbestimmte Anzahl, Während der Zeit, in der die Leitungen 59 und 62 positiv sind, wird die Leitung 55, wenn die Leitung 60 ebenfalls positiv ist, negativ, und die Aktivierung der Leitung 28 entfällt, und die Ständerwicklungen -werden entregt, so daß der Kotor frei laufen kann. Die Leitung 60 ist mit dem Ausgang einer Triggerschaltung 63 verbunden, die durch die von dem Inpulsnetzwerk 41 gelieferten Impulse getriggert wird. Wenn das Schrittintervall kleiner ist als die Impulsperiode der Triggerachaltung 63, bleibt der Ausgang der triggerschaltung 63 positiv, und die Kotorwicklungen sind entregt. Wenn das Schrittintervall größer wird als die Periode der Triggerschaltung 63, dann wird die Leitung 60 für den restlichen Teil des Schrittintervalls negativ,und die Leitung 28 wird aktiviert.

Die Schaltungsanordnung zuk periodischen Freilaufenlassen des Motors in der oben beschriebenen '«/eise hat die Vorteile, daß die entwickelte Wärme in den Ständerwicklungen des Hotors während des freinen Laufes reduziert wird, und durch Verwendung eines fest vorgegebenen Zählstandes im Zähler kann die Anzahl der Schritte zum Stoppen des Kotors reduziert werden, wenn der Motor eine große Anzahl von Schritten durchlaufen soll. Die Laufzeit des Kotors bei einer kleinen Anzahl von Schritten wird bei Verwendung dieser Schaltungsanordnung geringer.

Wie oben beschrieben wurde, werden während des Motorfreilaufs die Ständerwicklungen während jedes Schrittes eine vorgegebene, durch die Triggerschaltung 63 bestimmte Zeitspanne lang entregt, und wenn der Zähler auf den Zählstand herabgeschaltet wird, der der vorbestimmten Anzahl von Schritten entspricht, wird ein Süclcwärtsdrehmoment während jedes Schrit-

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tes über eine Zeitspanne angelegt, die durch die Triggerschaltung 40 bestimmt ist. Die niedrige stabile Drehzahl oder die hohe stabile Drehzahl werden von der Länge der jeweils eingestellten Zeitkonstanten dieser Triggerschaltungen bestimmt sein, werden jedoch nicht unabhängig von Änderungen der Versorgungsspannung, des Lastdrehmoments oder der Motorparameter sein. Wenn die Dauer der genannten Zeitspannen nicht fest eingestellt wird, sondern mittels einer Rückkopplungsschleife von einer Geschwindigkeit3übertrag,ungsvorrich.-tung gesteuert wird, kann eine Servosteuerung der Motordrehzahl erreicht werden. Eine Ausführungsform, die dieses Merkmal enthält, ist in Fig. 3 gezeigt.

In Pig. 3 ist der Schrittmotor 71 fest mit einem Kodierer 72 und einem Tachogenerator 73 verbunden. Der Kodierer zur¹ Erzeugung von Impulsen enthält eine geschlitzte Scheibe und Photoempfänger, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Der Tachogenerator erzeugt eine Gleichspannung, die der Drehzahl des Rotors direkt proportional ist. Der Tachogenerator ist mit dem einen Eingang eines Gleichstrom-Differenzverstärkers 74 verbunden, der die Differenz zwischen dem Ausgang des Tachogenerators und einer Bezugsspannung, die an dem anderen Eingang anliegt, verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers 74 ist eine Gleichspannung, die proportional zur Differenz zwischen der tatsächlichen Drehzahl und der gewünschten Drehzahl des Motors ist. Der Ausgang des Verstärkers wird dazu benutzt, die Zeitkonstante der Triggerstufe 75 zu steuern. Die Triggerstufe 75 wirkt ähnlich wie die Triggerstufen 40 und 63 von Fig. 2. Wenn die Drehzahl des Motors das gesetzte Limit überschreitet, überschreitet der Ausgang des Tachogenerators den Wert der Bezugsspannung, wodurch die Zeitkonstante der Triggerstufe vergrößert und damit der Motor verlangsamt wird und die Drehzahl auf den durch die Bezugsspannung bestimmten Wert wieder eingestellt wird. Das Übertragungsglied 76 für die Treiber entspricht der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung.

Patentansprüche ι

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Claims (12)

1. ΙΌ 2703 Ί

   Patentanspr ü c h e

   1Λ Regelanordnung für einen Schrittmotor, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (11, 12, P, Q, 15, 16, 20, 20a, 41) zur Erzeugung von Impulsen, deren Parameter von der Motordrehzahl abhängen, und durch eine Schaltungsanordnung, die auf die genannten Impulse anspricht und die Erregung der Ständerwicklungen (1-4) des Motors (.10) in solcherweise steuert, daßwährend jedes Schrittintervalls auf den Rotor (5) zunächst ein Bremsdrehmoment oder ein Nulldrehmoment und darauf ein Beschleunigungsdrehmoment einwirkt, wobei die Dauer des Beschleunigungsdrehmoments ansteigt oder abfällt bei einem Abfall bzw. einem Ansteigen der Motordrehzahl, so daß der Rotor bei einer stabilen Drehzahl rotiert.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die genannte stabile Geschwindigkeit derart ist, daß der Motor (10) von dieser Geschwindigkeit aus in einem einzigen Schritt gestoppt werden kann.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet , daß Mittel (θ) zum Speichern von Daten vorgesehen sind, welche die Anzahl der für den Motor geforderten Drehschritte anzeigen.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel (G) zum Speichern von Daten ei-n Signal erzeugen (leitung 44), wenn der Rotor (5) nur noch mindestens einen Schritt von seiner Zielposition entfernt ist, und daß auf dieses Signal ansprechende Mittel (37, 45-54) vorgesehen sind, um ein Bremsdrehmoment vorbestimmter Dauer zu erzeugen und darauf die Motorwicklun-

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   gen (1-4) zu entregen, worauf der Motor gestoppt (52, 56) wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß die für den Rotor (5) geforderte Schrittzahl größer ist als eine vorbestimmte Anzahl von Schritten, die genannten Mittel (C) zum Speichern von Daten dann ein anderes Signal (Leitung 38) erzeugen, wenn der Rotor gerade um die vorbestimmte Anzahl von Schritten von seinem Ziel entfernt ist, und daß auf dieses andere Signal ansprechende Mittel (37, 40, 18, 21) bewirken, daß der Rotor dann mit der genannten stabilen Drehzahl rotiert.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Rotor (5) vor Erreichen der genannten vorbestimmten Anzahl von Schritten vor seinem Ziel dadurch auf einer stabilen Drehzahl gehalten wird, daß während jedes Schrittes zunächst ein Nulldrehmoment und dann ein Beschleunigungsdrehmoment auf den Rotor einwirkt, und daß der Rotor bei Erreichen der vorbestimmten Anzahl von Schritten vor seinem Ziel abgebremst und dadurch auf einer geringeren stabilen Drehzahl gehalten wird, daß während jedes Schrittes zunächst ein Bremsdrehmoment und darauf ein Beschleunigungsdrehmoment auf den Rotor einwirkt.
7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet , daß das genannte Mittel zum Speichern von Daten ein von den genannten Impulsen fortgeschalteter Rückwärtszähler (C) ist.
8. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-7» dadurch gekennzeichnet , daß das Bremsdrehmoment oder

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   das Nulldrehnoment eine vorbestimmte Zeitspanne lang einwirkt, welche durch eine einzige Triggerstufe (40 bzw. 63| 75)» die auf die genannten Impulse anspricht, bestimmt ist.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Steuermittel (72-74) zum Steuern der Zeitkonstante der Triggerstufe (75).
10. 10. Anordnung nach Anspruch 9» dadurch gekenn zeichnet , daß die Steuermittel einen Differenzverstärker (74) enthalten, dessen einer Eingang mit einem Tacho- | generator (73) zwecks Zuführung einer der Motordrehsahl proportionalen Gleichspannung verbunden ist und dessen anderer Eingang mit einer Bezugsspannungsquelle verbunden ist, und daß der Ausgang des Verstärkers (74) die Zeitkonstante der Triggerstufe (75) steuert.
11. 11. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Motordrehzahl abhängigen Parameter der genannten Impulse die Wiederholungsrate und die Impulsdauer sind.
12. 12. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennz eich net , daß auf die ge- f nannten Impulse ansprechende Schaltmittel (17-27) die Ständerwicklungen (1-4) entsprechend einem eine Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigerdrehung des Rotors bestimmenden Steuersignal (Leitung 29) selektiv erregen.

    109808/1356