DE69206413T2

DE69206413T2 - Rampengenerator für schrittmotor.

Info

Publication number: DE69206413T2
Application number: DE69206413T
Authority: DE
Inventors: Stuart Evans; William Irwin
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1991-05-06
Filing date: 1992-05-06
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: US5274316A; EP0583376A1; EP0583376B1; WO1992020143A1; JPH06507541A; DE69206413D1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Technik des Steuerns des schrittweisen Betriebs von Schrittmotoren und genauer auf ein neues und verbessertes Verfahren zum Erzeugen von Rampen für einen Schrittmotor, das die volle Antriebsfähigkeit des Schrittmotors während jedes Schritts der Rampe ausnutzt.

Stand der Technik

Schrittmotoren werden sehr häufig in Anwendungen benutzt, die genaue Positionssteuerung und Verträglichkeit mit digitalen Systemen erfordern. Elektrische Impulse geeigneter Amplitude und Impulsbreite werden dem Schrittmotor zugeführt, um den Motor um eine für jeden Impuls vorbestimmte Entfernung fortzuschalten. Ein Vorteil von Schrittmotoren besteht darin, daß die Motorposition durch Zählen an ihn angelegten Impulse bestimmt werden kann.
Schrittmotoren haben eine Drehmoment-Geschwindigkeits-Charakteristik, in der das Drehmoment abnimmt, während die Geschwindigkeit zunimmt. Schrittmotorbeschleunigungs- und verzögerungszeiten sind teilweise wegen des Wesens der verfügbaren Drehmomentcharakteristik des Motors unerwünscht lang gewesen. In einem Versuch, diesem Problem entgegenzuwirken, sind Schrittmotoren gemäß einem vorbestimmten Geschwindigkeitsprofil oder einer Geschwindigkeitsänderung als Funktion der Zeit beschleunigt und verzögert worden. Diese Verfahren nutzen jedoch nicht immer die volle Antriebsfähigkeit des Schrittmotors aus und veranlassen dadurch den Motor zum Bewegen um eine vorgeschriebene Entfernung mehr Zeit zu benötigen.
Sehr wünschenswert wäre deshalb die Bereitstellung eines Verfahrens zum Erzeugen einer Rampe für einen Schrittmotor zum Steuern der Zeiten zwischen elektrischen Impulsen, die dem Motor zum Fortschalten des Motors zugeführt werden, wobei das Verfahren die volle Antriebsfähigkeit des Schrittmotors ausnutzt und den Motor möglichst schnell beschleunigt, während es einen Drehmomentsicherheitsfaktor und/oder Sicherheitsabstand beibehält.

Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Bereitstellung eines neuen und verbesserten Verfahrens zum Erzeugen einer Rampe für einen Schrittmotor zur Anwendung beim Steuern der Zeiten zwischen elektrischen Impulsen, die zum Fortschalten des Motors zugeführt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines solchen Verfahrens, das immer die volle Antriebsfähigkeit des Motors ausnutzt.
Eine speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines solchen Verfahrens, das das tatsächlich verfügbare Drehmoment bei jeder Geschwindigkeit und während jedes Zeitintervalls oder jeden Schrittes im Motorbetrieb nutzt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines solchen Verfahrens, das zur möglichst schnellen Beschleunigung und Verzögerung des Motors führt, während es einen vom Benutzer einstellbaren bzw. festlegbaren Drehmomentsicherheitsfaktor und/oder Sicherheitsabstand beibehält.
Eine speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines solchen Verfahrens, das dazu führt, daß der Schrittmotor in der durch ein vorgeschriebenes verwendbares Drehmoment erlaubten schnellsten Zeit eine vorgeschriebene Entfernung hat.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines solchen Verfahrens, bei dem der Schrittmotor niemals mehr Lastdrehmoment treiben muß als er imstande ist und keine unbekannten Grenzdrehmomentbedingungen bestehen dürfen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines solchen Verfahrens zum Erzeugen einer Rampe für einen Schrittmotor, das die Systemreibung während der Verzögerung nutzt.
Die Erfindung ist in den beiliegenden Ansprüchen 1, 4, 6 und 7 ausführlicher dargelegt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit zum Erzeugen von Rampen für Schrittmotoren und zum Analysieren des erforderlichen Motordrehmoments im Vergleich zum verfügbaren Motordrehmoment, bei dem die erzeugten Rampen den Motor so schnell wie möglich beschleunigen, während sie einen vom Benutzer einstellbaren Drehmomentsicherheitsfaktor und/oder Sicherheitsabstand beibehalten. Das Verfahren verwendet das minimal verfügbare Schrittmotordrehmoment bei der momentanen Motorgeschwindigkeit, um schließlich die maximal verwendbare Beschleunigung zu berechnen, verwendet die maximale Beschleunigung zum Erzeugen der nächsten Motorschrittzeit und daher der nächsten Motorgeschwindigkeit, berechnet die nächste Geschwindigkeit aus der gewünschten Beschleunigung und der vorherigen Geschwindigkeit und nutzt die Tatsache, daß Reibung während der Verzögerung des Motors hilft. Insbesondere umfaßt das Verfahren die Schritte zum Bestimmen des minimal verfügbaren Drehmoments unter Verwendung der momentanen Motorgeschwindigkeit und der Drehmoment-Geschwindigkeits-Charakteristik des Motors, Anwendung eines Sicherheitsfaktors und dann eines Sicherheitsabstandes auf das verfügbare Drehmoment zum Bestimmen des maximal verwendbaren Drehmoments, wobei der Sicherheitsfaktor aus Motorinformationen abgeleitet ist und der Sicherheitsabstand aus Systeminformationen abgeleitet ist, Berechnen der maximalen Beschleunigung unter Verwendung der Reibung und des Trägheitsmoments des Systems und des maximal verwendbaren Motordrehmoments, Berechnen der Zeitdauer des nächsten Schrittes zum Fortschalten des Motors, Wiederholen der obengenannten Schritte zur Bestimmung aller Schritte in den Rampen und Verwenden der erzeugen Motorrampen zum Fortschalten des Schrittmotors. Die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugte Rampe nutzt immer die volle Antriebsfähigkeit des Schrittmotors aus und stellt bei Beschleunigung und Verzögerung des Motors einen relativ konstanten Abstand zwischen verfügbarem Drehmoment und erforderlichem Drehmoment bereit.
Die obengenannten und zusätzlichen Vorteile und kennzeichnenden Merkmale der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnungen deutlich offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm des Stillsetzmoments im Verhältnis zur Geschwindigkeit für einen verdeutlichenden Schrittmotor,
Fig. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung der gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugten Rampe für einen Schrittmotor;
Fig. 3 ein Diagramm des verfügbaren/erforderlichen Drehmoments im Verhältnis zur Zeit mit angewandtem Sicherheitsfaktor/Sicherheitsabstand, das die vorliegende Erfindung weiter verdeutlicht;
Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung eines Parabelschrittmotorprofils des Stands der Technik;
Fig. 5 ein Diagramm zur weiteren Verdeutlichung des Profils von Fig. 4;
Fig. 6 ein schematisches Blockdiagramm eines Schrittmotorsystems, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist; und
Fig. 7 ein Diagramm, das Wellenformen enthält, die den Betrieb des Systems von Fig. 6 verdeutlichen.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Beim Einsatz von Schrittmotoren in Systemanwendungen muß dem Erfordernis Beachtung geschenkt werden, daß der Motor ein ausreichendes Drehmoment zum Antreiben der Last erzeugt. Das zum Beschleunigen einer konstanten Trägheit und Antreiben einer Reibungslast erforderliche Drehmoment ist durch die folgende Beziehung gegeben:
T = am + fr
wobei T die Drehmomentlast in mkg, a die Winkelbeschleunigung in Radianten/sec², m das Trägheitsmoment in mkg/s, f die Reibung in mkg und r der Radius des Momenthebels in Meter ist. Aus dem Obengenannten kann die maximale zulässige Beschleunigung aus dem maximal verwendbaren Drehmoment wie folgt berechnet werden:
a = (T - fr)/m
wobei T das maximal verwendbare Drehmoment in mkg und a die maximal zulässige Winkelbeschleunigung in Radianten/sec² ist. In der obengenannten Beziehung ist das Drehmoment für Beschleunigung positiv und für Verzögerung negativ, so daß bei beim Befassen mit einer Reibungslast der Absolutwert von "a" für eine Verzögerung höher ist, obwohl "a" für eine Verzögerung negativ ist.
Aus den zwei obigen Beziehungen ist es offensichtlich, daß die Schrittmotorbeschleunigung einen Absolutwert haben muß, der niedrig genug ist, damit der Motor genug Ausgangsdrehmoment liefert, um das Trägheitsmoment des Systems zu überwinden, während genug Drehmoment als Reserve erhalten bleibt, um die Reibung in dem System anzutreiben oder zu überwinden. Es muß auch ein Sicherheitsfaktor und/oder -abstand vorhanden sein, der zwischen dem Drehmoment, das zum Antreiben dieser kombinierten Last nötig ist, d.h. Trägheit und Reibung, und dem minimal vom Motor verfügbaren Drehmoment bei einer beliebigen Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten ist. Dieser Sicherheitsfaktor/-abstand muß etwaigen Abweichungen zwischen Motoren und Systemen Rechnung tragen. Diese Dinge sind auch von der Zeitdauer beeinflußt, die erforderlich, ist, um den Motor eine bestimmte Entfernung zu bewegen, d.h. den Motor um eine vorbestimmte Anzahl von Schritten fortzuschalten.
Bisher wurde bei der Erzeugung einer Rampe für einen Schrittmotor gewöhnlich so vorgegangen, daß die Motorgeschwindigkeit einer bestimmten mathematischen Funktion folgte, wie etwa einer Geraden (konstante Beschleunigung) oder einer Parabel (sehr niedrige Beschleunigung bei Spitzengeschwindigkeit). Diese Rampenerzeugungsverfahren nutzen nicht immer die volle Antriebsfähigkeit des Schrittmotors aus und veranlassen den Motor, zum Bewegen um eine vorgeschriebene Entfernung mehr Zeit zu benötigen. Die Antriebsfähigkeit des Motors kann auch leicht überschritten werden, wenn während des Systementwurfs nicht achtgegeben wird. In jedem Fall variiert der Sicherheitsabstand zwischen dem erforderlichen Drehmoment und dem verfügbaren Drehmoment, und das kann zu Grenzdrehmomentbedingungen führen, bei denen der Schrittmotor zeitweise ausfallen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Verfahrensweise zum Erzeugen von Rampen für einen Schrittmotor und zum Analysieren des erforderlichen Drehmoments im Vergleich zu dem verfügbaren Drehmoment bereitgestellt. Die erzeugten Rampen beschleunigen den Schrittmotor so schnell wie möglich, während sie einen vom Benutzer einstellbaren Drehmomentsicherheitsfaktor und/oder Sicherheitsabstand beibehalten. Daher gibt es bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung keinen Versuch, einer mathematischen Funktion zu folgen. Statt dessen wird bei jedem Motorschritt das maximale Drehmoment ausgenutzt, wobei die Geschwindigkeit plus ein Sicherheitsfaktor und -abstand berücksichtigt werden.
Der erste Schritt bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht in der Bestimmung des minimal verfügbaren Drehmoments des Schrittmotors unter Verwendung der momentanen Motorgeschwindigkeit und der Drehmoment-Geschwindigkeits- Charakteristik des Motors. Ein Beispiel ist in Fig. 1 verdeutlicht, die ein Diagramm des Schrittmotor-Stillsetzmoments in mkg im Verhältnis zur Motorgeschwindigkeit in Schritten/sec ist. Wie durch die Kurve 10 in Fig. 1 gezeigt ist, nimmt das Drehmoment von ungefähr 29,5 x 0,115 mkg auf ungefähr 7,50 x 0,115 mkg ab, während die Geschwindigkeit von ungefähr 200 Schritten/sec auf ungefähr 4800 Schritte/sec zunimmt.
Die Daten des Diagramms von Fig. 1 wurden von einer Schrittmotor-Treiber- Kombination erhalten, die als Papierdosiermotor am Ausgang eines photographischen Druckers des von Eastman Kodak Company unter der Bezeichnung CLAS35 Color Printer im Handel erhältlichen Typs arbeitete, erhalten. Ein Diagramm wie das von Fig. 1 kann erstellt werden durch Benutzen der tatsächlichen Schrittmotor-Treiber-Kombination, die in einer bestimmten Systemanwendung verwendet werden soll, und Anschließen der Kombination an einen Dynamometer, Betreiben des Motors bei einer gegebenen Geschwindigkeit, Anwenden von Inkremental- bzw. Schrittlasten auf die Motor-Treiber- Kombination über den Dynamometer, bis der Motor stehenbleibt, Aufzeichnen des Drehmomentwerts beim Stehenbleiben und Wiederholen der Verfahrensweise für eine Reihe von Motorgeschwindigkeiten, um eine Stillsetzmoment-Geschwindigkeits- Charakteristik zu erhalten. Tabelle I ist eine aus den Daten von Fig. 1 erhaltene Nachschlagetabelle, die die Eingabe der Daten in einen Computer erleichtert, wie gleich beschrieben wird. Als Alternative wäre es nötig, eine mathematischen Funktion, die die Kurve von Fig. 1 annähert, zum Eingeben in einen Computer zu entwickeln. TABELLE I Stillsetzmoment bei verschiedenen Geschwindigkeiten Geschwindigkeit Schritte/sec Stillsetzmoment mkg
Demgemäß sind die während des vorerwähnten Schrittes erhaltenen Daten das minimal verfügbare Schrittmotor-Drehmoment bei verschiedenen Motorgeschwindigkeiten. Der nächste Schritt in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist die Anwendung eines Sicherheitsfaktors und dann eines Sicherheitsabstandes auf dieses verfügbare Drehmoment zur Berechnung des maximal verwendbaren Drehmoments. Der Sicherheitsfaktor ist von Motorinformationen abgeleitet, und der Sicherheitsabstand ist von Informationen über das System, von dem der Motor ein Teil ist, abgeleitet. Unterschiedliche Sicherheitsfaktoren und Sicherheitsabstände können auf spezifische Motorgeschwindigkeiten oder Schritte angewandt werden, wie sie zur Überwindung von Übergangsbedingungen, wie etwa statischer Reibung, notwendig sind. Die Gleichung zum Berechnen des maximal verwendbaren Drehmoments lautet wie folgt:
Tverwendbar = Tverfügbar (Sicherheitsfaktor) - Sicherheitsabstand, wobei 0 < Sicherheitsfaktor < 1 und Sicherheitsabstand < Tverfügbar (Sicherheitsfaktor) ist.
Der Sicherheitsfaktor ist von Informationen über den Schrittmotor abgeleitet. Insbesondere werden Charakteristiken von Motoren, die für eine Anwendung gewählt sind, einschließlich Herstellungstoleranzen des Motors, berücksichtigt und mit der im ersten Schritt des Verfahrens entwickelten Drehmoment-Geschwindigkeits-Charakteristik verglichen. Wenn der Hersteller eines für eine bestimmte Anwendung gewählten Schrittmotors z.B. angibt, daß das Motordrehmoment bis innerhalb einer Toleranz von 15% genau ist, dann wäre der in der obigen Gleichung benutzte Sicherheitsfaktor 0,85, d.h. 1-0,15. Demgemäß kann der Sicherheitsfaktor in der obigen Gleichung als 1- Toleranzwert ausgedrückt sein.
Der Sicherheitsabstand ist aus Informationen über das System, von dem der Schrittmotor ein Teil ist, abgeleitet. Im Grunde wird die Größe des Sicherheitsabstandes durch das Urteil des Konstrukteurs bestimmt, wobei die Reibungslasten, die während des Betriebs in dem System auftreten, berücksichtigt werden. Bei der zuvor erwähnten Anwendung des photographischen Druckers würde der Konstrukteur z.B. die Arten von Reibungslasten, die auftreten würden, und wie diese Lasten durch Betriebsbedingungen und solche Faktoren wie Temperatur, Eigenschaften von Werkstoffen usw. beeinflußt würden, experimentell bestimmen. Aus einer solchen experimentellen Bestimmung würde der Konstrukteur dann zu einem ihm angenehmen Sicherheitsabstand kommen.
Der nächste Schritt in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist die Berechnung der maximal möglichen Systembeschleunigung für den nächsten Motorschritt unter Verwendung von Systemreibung, Trägheitsmoment des Systems und maximal verwendbarem Motordrehmoment bei der momentanen Motorgeschwindigkeit. Die Bezeichnung "System" bezeichnet den Motor und das, was er antreibt. Das maximal verwendbare Motordrehmoment wurde während des vorhergehenden Schrittes berechnet. Die maximal mögliche Systembeschleunigung, an, ist aus der Gleichung
an = (Tverwendbar - fr)/m
erhalten, wobei fr das Produkt von Systemreibung und Systemmomenthebel und m das Trägheitsmoment des Systems ist. Wenn Aufwärtsrampen erzeugt werden, sollte die maximal erwartete Systemreibung verwendet werden, und wenn Abwärtsrampen erzeugt werden, sollte die minimal erwartete Systemreibung verwendet werden. In diesem Zusammenhang wird die Verzögerung durch Reibung unterstützt, und Beschleunigung wird durch Reibung behindert. Ein wichtiger Aspekt und Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß beim Erzeugen der Rampen für einen Schrittmotor das Verfahren die Tatsache ausnutzt, daß die Verzögerung durch Reibung unterstützt wird.
Der nächste Schritt in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist die Berechnung der Zeitdauer des nächsten Schrittes zum Fortschalten des Motors. Diese Berechnung wird unter Verwendung der folgenden Reihe von Gleichungen durchgeführt. Zuerst ist die Beschleunigung gegeben durch:
an = V/tn
wobei tn die Zeit pro Schritt und ΔV = Vn-Vn-1 ist, wobei n die Nummer des momentanen Schrittes ist, der berechnet wird. Als nächstes ist die Zeit pro Schritt tn gegeben durch:
tn = 1/Vn
so daß die Beschleunigung ausgedrückt sein kann durch:
an = (Vn-Vn-1)/(1/Vn)
an = Vn-Vn-1)(Vn)
an = Vn² - (Vn-1)(Vn)
Dies liefert die folgende Gleichung, die in Vn quadratisch ist:
Vn² - Vn-1(Vn)-an = 0
und die folgenden Wurzeln hat:
wobei die + Wurzel Vn ergibt und die negative Wurzel ΔV ergibt. Demgemäß ergibt die positive Wurzel das gewünschte Ergebnis aus:
Tn = 1/Vn
Als nächstes wird die obengenannte Verfahrensweise wiederholt, um alle gewünschten Schritte in der Rampe zu bestimmen. Für die nächsten Schritte wird das soeben berechnete Tn tn-1 usw. Die obigen Gleichungen, die Nachschlagetabelle und die Verfahrensweise sind mit einem Tabellenkalkulationsprogramm oder als Teil des Online- bzw. Direktbetrieb-Schrittmotoralgorithmus auf einfache Weise auf einem Computer zu verwirklichen. Obwohl komplexere Verfahren zum Handhaben der Rampenerzeugung eingesetzt werden können, ist die einfachste Form die mit einer Kalkulationstabelle. Dieses Verfahren kann manuellen Eingriff und Iteration erfordern, um einen Schritt in der Rampe auszuwählen, um die Verzögerung zu beginnen, um in der erforderlichen Anzahl von Schritten zu einer Nullgeschwindigkeit zu gelangen. Dies wird anhand eines gleich zu beschreibenden Beispiels verdeutlicht. Andere Verfahren, wie etwa an beiden Enden der Rampe zu beginnen und auf die Spitzengeschwindigkeit in der Nähe der Rampenmitte hinzuarbeiten, sind möglich.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist durch das in den Tabellen II und III dargelegte Schrittmotorprofil und durch Diagramme in Fig. 2 und 3 verdeutlicht. Das Schrittmotorprofil wurde für das zuvor erwähnte Beispiel eines Papierdosiermotors in einem photographischen Drucker entwickelt. Das Profil wurde für die minimale Hochgeschwindigkeits-Vorschublänge von 4,5 x 0,0254 m optimiert, und längere Vorschübe wurden einfachheitshalber durch Hinzufügen von Fahrgeschwindigkeitsschritten, d.h. Nullbeschleunigung, in der Mitte des Profils erhalten, da das Motordrehmoment bei dieser Geschwindigkeit begrenzt war. Die in der ersten Spalte von Tabelle II angegebenen 168 Schritte entsprechen dem Betrieb des Schrittmotors zum Vorschieben eines Papierstreifens um eine Entfernung von ca. 5,25 x 0,0254 m. Während des ersten Teilbereichs der zurückgelegten Entfernung weist das Motorprofil eine Aufwärtsrampe entsprechend der Beschleunigung des Schrittmotors auf. Der Aufwärtsrampenteil tritt während der Schritte 1-94 auf, in denen die Beschleunigung positiv ist. Während des letzten Teilbereichs der zurückgelegten Entfernung weist das Motorprofil eine Abwärtsrampe entsprechend der Verzögerung des Schrittmotors auf. Der Abwärtsrampenteilbereich tritt während der Schritte 119-168 auf, in denen die Beschleunigung negativ ist.
Der erste Schritt bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, die Bestimmung des minimal verfügbaren Drehmoments des Schrittmotors, ist in den beiden letzten Spalten von Tabelle II verdeutlicht. Die Daten in der zweitletzten Spalte sind beispielsweise auf ähnliche Weise erhalten wie die in Verbindung mit der Stillsetzmoment-Charakteristik von Fig. 1 beschriebene, wobei die Tatsache berücksichtigt ist, daß der Motor während des ersten Teilbereichs der Bewegung beschleunigt und während des verbleibenden Teilbereichs verzögert. Die Daten in der letzten Spalte sind ein Spiegelbild derjenigen in der vorherigen Spalte zu einem Zweck, der offensichtlich werden wird.
Die Größen in der Spalte mit der Überschrift "Erforderliches Drehmoment" sind aus dem nächsten Schritt in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten, d.h. Anwenden eines Sicherheitsfaktors und dann eines Sicherheitsabstandes auf das verfügbare Drehmoment zum Berechnen des maximal verwendbaren Drehmoments. Wie in Tabelle II angegeben ist, beträgt der Sicherheitsfaktor 10%, und der Sicherheitsabstand ist ein Drehmoment von 4 x 0,115 mkg. Daher sind die Werte von "Erforderliches Drehmoment" aus den Werten von "Verfügbares Drehmoment" berechnet. Die erste Reihe von Werten sind tatsächlich geringer als aus sie einer echten Berechnung, wie sie vorher beschrieben wurde, erhalten würden, weil es bei dieser speziellen Anwendung als wünschenswert betrachtet wurde, anfangs addierte bzw. zusätzliche Kompensation für statische Reibung bereitzustellen. Deshalb wurde der Reibungswert für den ersten Schritt verdreifacht, für den zweiten Schritt verdoppelt und für den dritten Schritt in diesem Profil mit 1,4 multipliziert. Außerdem wurde der letzte Schritt in dem Profil experimentell angepaßt, um Nachschwingen des angehaltenen Motors zu minimieren. Diese Schrittdämpfung ist eine übliche Praktik bei Schrittmotoren und verdeutlicht die Flexibilität dieses Verfahrens zur Anpassung an unterschiedliche Anwendungsbedingungen.
Der nächste Schritt in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, die Berechnung der maximal möglichen Systembeschleunigung für den nächsten Motorschritt unter Verwendung von Systemreibung, Trägheitsmoment des Systems und maximal verwendbarem Drehmoment bei der momentanen Motorgeschwindigkeit, ist durch die Daten in der vierten Spalte von Tabelle II, die die Überschrift "Beschleunigung" trägt, verdeutlicht. Anders gesagt sind die Beschleunigungswerte in der vierten Spalte unter Verwendung der erforderlichen Drehmomentwerte in der siebten Spalte von Tabelle II und unter Verwendung der oben beschriebenen mathematischen Beziehung berechnet.
Schließlich ist gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Zeitdauer des nächsten Schrittes zum Fortschalten des Motors berechnet. Dies geschieht insbesondere unter Verwendung der oben beschriebenen mathematischen Beziehungen, wobei die sich ergebenden Schrittzeitdauern in der Spalte von Tabelle II, die die Überschrift "Schrittzeit" trägt, aufgeführt sind. Die Schrittmotorgeschwindigkeit ist auch unter Verwendung der oben beschriebenen Beziehungen berechnet, und die Ergebnisse sind in der Spalte von Tabelle II, die die Überschrift "Geschwindigkeit", trägt, aufgeführt.
Die zweite Spalte von Tabelle II, die die Überschrift "Kum. Zeit" trägt, ist die kumulative bzw. aufaddierte Schrittzeit, die von der fünften Spalte durch einfaches Summieren der vorherigen Größen erhalten ist. Die sechste Spalte, Anz. Taktticken, bringt jede Schrittzeit mit einer entsprechenden Anzahl von Mikroprozessor-Taktimpulsen in Zusammenhang. Dies dient zum Laden des Motorprofils in eine Mikroprozessor- Nachschlagetabelle zum Steuern einer Treiber-Schrittmotor-Kombination, wie gleich beschrieben wird.
Die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit Tabelle II erzeugte Rampe für Schrittmotoren ist durch das Diagramm von Fig. 2 verdeutlicht. Insbesondere stellt Fig. 2 die Schrittmotor-Geschwindigkeit/-Beschleunigung als eine Funktion der Zeit dar, wobei ein Sicherheitsfaktor und ein Sicherheitsabstand gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt sind. In Fig. 2 ist die Zeit die kumulative Zeit aus der zweiten Spalte von Tabelle II. Kurve 20 ist eine graphische Darstellung der Schrittmotorgeschwindigkeitswerte aus Tabelle II und ist die Rampe für einen Schrittmotor gemäß der vorliegenden Erfindung. Während des Aufwärtsrampen- Teilbereichs 20a beschleunigt der Schrittmotor, und während des Abwärtsrampen- Teilbereichs 20b verzögert der Motor. Zwischen den Teilbereichen 20a und 20b läuft der Motor mit konstanter Geschwindigkeit, wobei das gelieferte Drehmoment gleich der dynamischen Reibung in dem System ist. Kurve 30 ist eine graphische Darstellung der Schrittmotorbeschleunigungswerte aus Tabelle II. Während des Teilbereichs 30a ist die Beschleunigung positiv, und während des Teilbereichs 30b ist die Beschleunigung negativ, d.h. Verzögerung. Der Übergang von Beschleunigung zu Verzögerung beinhaltet eine Beschleunigungsspitze, die als 32 bezeichnet ist. Wie in Tabelle II während Schritt 120 gezeigt ist, ist in Fig. 2 eine Zeitgrößenbezeichnung 34 eingefügt, um die Änderung von Beschleunigung zu Verzögerung zu bewirken. Diese Zeitgrößenanpassung bewirkt eine Motorpoldrehmomentwinkelkorrektur, die Schwingungen während des Übergangs von Beschleunigung zu Verzögerung verhindert. Tabelle II Motorprofil mit 4 in. lbs. S.A. und 10% S.F. Schritt Nr. Kum. Zeit (usec) Geschwindigkeit (Schritte/sec.) Beschleunigung (Schritte/sec.^2) Schrittzeit (usec./Schritt) Anz. Taktticken Erforderliches Drehmoment (in-lbs)* Pos. verfügb. Drehmoment (in-lbs)* Neg. verfügb. Drehmoment (in-lbs)* 1 in. lbs = 0,115 mkg Tabelle II, Fortsetzung Schritt Nr. Kum. Zeit (usec) Geschwindigkeit (Schritte/sec.) Beschleunigung (Schritte/sec.^2) Schrittzeit (usec./Schritt) Anz. Taktticken Erforderliches Drehmoment (in-lbs)* Pos. verfügb. Drehmoment (in-lbs)* Neg. verfügb. Drehmoment (in-lbs)* Tabelle II, Fortsetzung Schritt Nr. Kum. Zeit (usec) Geschwindigkeit (Schritte/sec.) Beschleunigung (Schritte/sec.^2) Schrittzeit (usec./Schritt) Anz. Taktticken Erforderliches Drehmoment (in-lbs)* Pos. verfügb. Drehmoment (in-lbs)* Neg. verfügb. Drehmoment (in-lbs)* * 1 in. lbs = 0,115 mkg Tabelle II, Fortsetzung Schritt Nr. Kum. Zeit (usec) Geschwindigkeit (Schritte/sec.) Beschleunigung (Schritte/sec.^2) Schrittzeit (usec./Schritt) Anz. Taktticken Erforderliches Drehmoment (in-lbs)* Pos. verfügb. Drehmoment (in-lbs)* Neg. verfügb. Drehmoment (in-lbs)* Tabelle II, Fortsetzung Schritt Nr. Kum. Zeit (usec) Geschwindigkeit (Schritte/sec.) Beschleunigung (Schritte/sec.^2) Schrittzeit (usec./Schritt) Anz. Taktticken Erforderliches Drehmoment (in-lbs)* Pos. verfügb. Drehmoment (in-lbs)* Neg. verfügb. Drehmoment (in-lbs)* 1 in. lbs = 0,115 mkg Tabelle III Schritt Quadratwurzel Sicherheitsfaktor % Sicherheitsabstand Trägheit max. Reib. min. Reib. Radianten/Schritt Geschw. S/sec Drehm. in-oz Rot. Schritte Beschl. Rad./s2 % von max. Geschw. Rad./s Geschw. Schr./s %V Änderung Zeit usec Kum. Zt. msec Rampe Anz.Schr. 1oz. in = 720 g mm Tabelle III (Fortsetzung) Tabelle III (Fortsetzung) Beweg. Größe Beweg. Zeitd. Tabelle III (Fortsetzung) Tabelle III (Fortsetzung) Mind.-Schrittzeit Mind.-Vorschub Meter
Die vorliegende Erfindung ist weiter durch Fig. 3 verdeutlicht, die das erforderliche Drehmoment und verfügbare Drehmoment im Verhältnis zu der kumulativen Zeit mit gemäß der vorliegenden Erfindung angewandtem Sicherheitsfaktor und Sicherheitsabstand darstellt. Insbesondere ist Kurve 40 das positive verfügbare Drehmoment aus der zweitletzten Spalte in Tabelle II, und Kurve 40' ist das negative verfügbare Drehmoment aus der letzten Spalte in Tabelle II. Die Teilbereiche während der Beschleunigung des Schrittmotors sind als 40a, 40a' bezeichnet, und die Teilbereiche während der Verzögerung sind als 40b, 40b' bezeichnet. Kurve 50 ist das erforderliche Drehmoment oder das verlangte Drehmoment in der siebten Spalte von Tabelle II, wobei der Teilbereich während der Beschleunigung als 50a bezeichnet ist und der Teilbereich während der Verzögerung als 50b bezeichnet ist. Die Kurve 50 in Fig. 3 ist die Beschleunigungskurve 30 von Fig. 2, multipliziert mit dem Trägheitsmoment des Systems, plus Reibung in dem System gemäß den vorher erklärten Beziehungen. Von besonderer Wichtigkeit ist die Tatsache, daß der vertikale Abstand zwischen dem verfügbaren Drehmoment 40 und dem erforderlichen Drehmoment 50 in Fig. 3 über die Zeit hinweg relativ konstant bleibt. Dieser Sicherheitsabstand ist ein wichtiger Vorteil und unterscheidendes Merkmal der gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugten Rampe für einen Schrittmotor. Anders gesagt, ist die volle Antriebsfähigkeit des Schrittmotors ausgenutzt, ohne daß das erforderliche Drehmoment jemals das verfügbare Drehmoment überschreitet. Da der Sicherheitsabstand währen der Verzögerung relativ konstant bleibt, sind ferner Systemreibung und verfügbares Drehmoment während der Verzögerung besser genutzt, ein weiterer wichtiger Vorteil und unterscheidendes Merkmal der vorliegenden Erfindung.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte Rampe für einen Schrittmotor ist durch Tabelle III weiter verdeutlicht, die Tabelle II ähnelt aber in Kalkulationstabellenformation vorliegt und die vorher beschriebenen Gleichungen zum Berechnen der in Tabelle III dargestellten Größen enthält. Wie bereits erwähnt, kann der Kalkulationstabellen-Ansatz manuellen Eingriff und Iteration erfordern, um einen Schritt in der Rampe auszuwählen, um die Verzögerung zu beginnen, um in der erforderlichen Anzahl von Schritten zu einer Nullgeschwindigkeit zu gelangen. In dem Beispiel von Tabelle III wurde Schritt 94 für Nullbeschleunigung gewählt, und die negative Beschleunigung und minimale Reibung begannen bei Schritt 95.
Die gemäß dem vorliegenden Verfahren erzeugte Rampe für einen Schrittmotor ist durch Vergleich mit einem Parabelprofil des Stands der Technik weiter verdeutlicht. Insbesondere wurde ein Schrittmotor-Parabelgeschwindigkeitsprofil gemäß der Verfahrensweise erzeugt, die in United States Patent No. 4,714,867 mit dem den Titel "Method And Apparatus For Controlling A Stepper Motor With A Programmable Parabolic Velocity Profile", erteilt am 22. Dezember 1987, beschrieben ist, dessen Offenbarung hierdurch durch Verweis einverleibt ist. Das Profil ist in Tabelle IV in einem Format dargestellt, das dem von Tabelle II ähnelt. Fig. 4 ist ein Diagramm von Geschwindigkeit/Beschleunigung im Verhältnis zu der kumulativen Zeit, das aus den Informationen in Tabelle IV erstellt ist, und Fig. 5 ist ein Diagramm des erforderlichen Drehmoments/verfügbaren Drehmoments im Verhältnis zu der kumulativen Zeit, das aus den Informationen in Tabelle IV erstellt ist.
Das durch Kurve 60 in Fig. 4 dargestellte Parabelprofil benötigt zur Ausführung ungefähr dieselbe Zeit, innerhalb von 0,1%, wie das gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte Profil, wie durch Vergleich von Fig. 2 und 4 ersichtlich ist. Die Spitzengeschwindigkeit des Parabelprofils 60 ist ebenfalls, innerhalb von 2,0%, ungefähr dieselbe wie die des Profils der vorliegenden Erfindung. Wie durch die Beschleunigungskurve 64 in Fig. 4 verdeutlicht ist, beruht der Bruch 66 in der Mitte, wo die Beschleunigung flach ist, auf 26 zusätzlichen Schritten, die bei Spitzengeschwindigkeit eingefügt wurden. Insbesondere wurde das Parabelprofil von Tabelle IV auch nach denselben Spezifikationen wie das gemäß der vorliegenden Erfindung für die spezielle Anwendung des Papierdosiermotors in einem photographischen Drucker erzeugte erzeugt. Für diese Anwendung war die Anforderung ein Profil mit mindestens 144 Schritten für einen 4,5 x 0,0254 m langen Vorschub bei 1/32 x 0,0254 m pro Schritt. Das Parabelprofil von Tabelle IV erfüllt diese Anforderung. Werden alle zusätzlichen Spitzengeschwindigkeits-Fahrschritte gelöscht, so ist das Profil 144 Schritte lang. Das Profil mit 168 Schritten ist für die üblichste Vorschublänge von 5,25 x 0,0254 m bei Papierdosiermotoren für photographische Drucker. 26 Schritte wurden zu dem Parabelprofil bei Spitzengeschwindigkeit hinzugefügt, um es für einen geeigneten Vergleich mit dem 168 langen und durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugten Profil 168 Schritte lang zu machen.
In Fig. 5 ist das verfügbare Drehmoment durch die Kurven 70 und 70' auf eine Weise dargestellt, die der von Fig. 2 ähnelt, und das erforderliche oder verlangte Drehmoment ist durch Kurve 72 dargestellt. Es ist zu sehen, daß mit dem Parabelprofil die Beschleunigungskurve 64 und die Kurve 72 des erforderlichen Drehmoments im wesentlichen Geraden sind. Dies ist erwartet, weil die Differenzierung einer Parabel eine Gerade ergibt. Tabelle IV Parabeldosierung Schritt Nr. Kum. Zeit (usec) Geschwindigkeit (Schritte/sec.) Beschleunigung (Schritte/sec.^2) Schrittzeit (usec./Schritt) Anz. Taktticken Erforderliches Drehmoment (in-lbs)* Pos. verfügb. Drehmoment (in-lbs)* Neg. verfügb. Drehmoment (in-lbs)* *1 in. lbs = 0,115 mkg Tabelle IV (Fortsetzung) Parabeldosierung Drehmoment Schritt Nr. Kum. Zeit (usec) Geschwindigkeit (Schritte/sec.) Beschleunigung (Schritte/sec.^2) Schrittzeit (usec./Schritt) Anz. Taktticken Erforderlich (in-lbs)* Pos. verfügb. (in-lbs)* Neg. verfügb. (in-lbs)* Tabelle IV (Fortsetzung) Parabeldosierung Drehmoment Schritt Nr. Kum. Zeit (usec) Geschwindigkeit (Schritte/sec.) Beschleunigung (Schritte/sec.^2) Schrittzeit (usec./Schritt) Anz. Taktticken Erforderlich (in-lbs)* Pos. verfügb. (in-lbs)* Neg. verfügb. (in-lbs)* 1in.lbs = 0,115 mkg Tabelle IV (Fortsetzung) Parabeldosierung Drehmoment Schritt Nr. Kum. Zeit (usec) Geschwindigkeit (Schritte/sec.) Beschleunigung (Schritte/sec.^2) Schrittzeit (usec./Schritt) Anz. Taktticken Erforderlich (in-lbs)* Pos. verfügb. (in-lbs)* Neg. verfügb. (in-lbs)* Tabelle IV (Fortsetzung) Parabeldosierung Drehmoment Schritt Nr. Kum. Zeit (usec) Geschwindigkeit (Schritte/sec.) Beschleunigung (Schritte/sec.^2) Schrittzeit (usec./Schritt) Anz. Taktticken Erforderlich (in-lbs)* Pos. verfügb. (in-lbs)* Neg. verfügb. (in-lbs)* #DIV *1in. lbs = 0,115 mkg
Zu dem in den Figuren 4 und 5 verdeutlichten Parabelprofil wird angemerkt, daß der Sicherheitsabstand zwischen dem verfügbaren Drehmoment, d.h. dem Stillsetzmoment, und dem vom System benötigten Antriebsdrehmoment am 15000-usec.-Punkt äußerst schmal ist. Das könnte unter Bedingungen, die den ungünstigsten Bedingungen nahekommen, zum Stillsetzen des Motors führen. Ferner ist das Parabelprofil Systemschwankungen gegenüber viel weniger tolerant. Andererseits könnte der durch das Profil der vorliegenden Erfindung gesteuerte Schrittmotor mit dem Profil gemäß der vorliegenden Erfindung, das in den Figuren 2 und 3 verdeutlicht ist, in viel weniger Zeit um dieselbe Entfernung fortschalten oder fortbewegen, wenn der Sicherheitsabstand auf denselben schmalen Sicherheitsabstand, der durch das Parabelprofil verursacht ist, eingestellt wäre. Ferner kann es möglich sein, die Motordrehmomentanforderung zu verringern und dadurch die Systemkonstruktion flexibler zu machen. Im allgemeinen wird bevorzugt einen angemessenen Sicherheitsabstand einzustellen. Die Verfahrensweise gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt die Einstellung des Abstands und/oder Faktors durch den Benutzer. Das ist ein grundlegender Unterschied zwischen der vorliegenden Erfindung und Ansätzen des Stands der Technik, wie etwa dem Parabelansatz.
Ferner verschwendet das Parabelprofil die Systemreibung. Sie wird bei der Abwärtsrampe nicht berücksichtigt, wie durch den in den Figuren 4 und 5 gezeigten riesigen Sicherheitsabstand zwischen 30.000 usec. und 60.000 usec nachgewiesen ist. In dem durch die vorliegende Erfindung erzeugten Profil, das in Fig. 3 verdeutlicht ist, ist der Sicherheitsabstand/Sicherheitsfaktor relativ konstant, wie bereits früher beschrieben wurde. Demgemäß ist das verfügbare Drehmoment besser genutzt, um das System schneller langsamer zu machen.
Das Verfahren zum Erzeugen der Rampe für Schrittmotoren gemäß der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, daß der Schrittmotor niemals mehr Lastdrehmoment antreiben muß, als er in der Lage ist, und es bestehen keine unbekannten Grenzdehmomentbedingungen. Mit der gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugen Rampe bewegt sich der Schrittmotor in der schnellsten Zeit, die durch das vom Benutzer festgelegte verwendbare Drehmoment erlaubt ist, um eine festgelegte Entfernung. Der Grund liegt darin, daß der Motor angesichts dieser Begrenzung des verwendbaren Drehmoments immer so schnell wie möglich beschleunigt und verzögert.
Typischerweise wird die Rampe für einen Schrittmotor gemäß der vorliegenden Erfindung offline erzeugt, und die erzeugte Rampentabelle wird in einen Mikroprozessor eingegeben, der mit dem Schrittmotorsystem verbunden ist. Fig. 6 zeigt ein Schrittmotorsystem, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist, einschließlich eines Schrittmotors 80, der eine Last 82 antreibt, und in dem ein typischer Schrittmotortreiber 84 für den Motor 80 bereitgestellt ist. Ein Mikroprozessor 86 ist in einer bekannten Weise in Steuerbeziehung an den Motor 80 angeschlossen. Wellenformen 90 und 92 in Fig. 7 stellen zwei der Spannungsphasen dar, die in einer den Fachkundigen bekannten Weise durch Treiber 84 an den Motor 80 angelegt sind. Diese sind die elektrischen Impulse, die an den Motor 80 zum Fortschalten des Motors in einer bekannten Weise geliefert werden. Die Wellenform 94 ist der Ausgang des Mikroprozessors 86, die als Reaktion auf ein Schrittmotorprofil, wie die Rampe der vorliegenden Erfindung, das darin gespeichert ist, geliefert wird.
Dementsprechend werden beim Anwenden der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugten Rampe auf das System von Fig. 6 die Zählwerte oder das Taktticken in Spalte 6 von Tabelle II in den Mikroprozessor 86 eingegeben, wie durch den Pfeil 98 in Fig. 6 angegeben ist, und sie werden dort auf eine geeignete Weise gespeichert, wie etwa in einer Nachschlagetabelle. Wenn dann die Tabelle aufgerufen wird, veranlassen die gespeicherten Zählwerte die Erzeugung einer Wellenform wie diejenige, die als 94 bezeichnet ist. Insbesondere werden die Zeiten zwischen den Impulsen durch die Werte in Spalte 6 von Tabelle II bestimmt.
Alternativ könnte die Funktion der Rampe für Schrittmotoren online bzw. im Direktbetrieb im Mikroprozessor 86 erzeugt werden. In diesem Fall würden die verschiedenen Gleichungen, Motorinformationen und Systeminformationen zusammen mit einem Programm zum Ausführen der verschiedenen Berechnungen in dem Mikroprozessor gespeichert.
Deshalb ist es offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung ihre beabsichtigten Aufgaben erfüllt. Während ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurde, dient dies dem Zwecke der Verdeutlichung und nicht einer Beschränkung.

Claims

1. Ein Verfahren zum Erzeugen einer Rampe (20) für einen Schrittmotor zum Steuern der Zeiten zwischen elektrischen Impulsen, die dem Motor zum Fortschalten des Motors zugeführt werden, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

a) Bestimmen des minimal verfügbaren Drehmomentes für den Motor unter Verwendung der Drehmoment-Geschwindigkeits-Charakteristik (10) des Motors;

b) Anwenden eines Sicherheitsfaktors und dann eines Sicherheitsabstandes auf das verfügbare Drehmoment um das maximal verwendbare Drehmoment zu erhalten, wobei der Sicherheitsfaktor aus Motorinformationen abgeleitet ist und der Sicherheitsabstand aus Informationen über ein System, von dem der Motor ein Teil ist, abgeleitet ist;

c) Berechnen der maximalen Beschleunigung aus der Reibung und dem Trägheitsmoment des Systems, von dem der Drehmomentmotor ein Teil ist, und aus dem maximal verwendbaren Motordrehmoment;

d) Berechnen der Zeitdauer des nächsten Schrittes zum Fortschalten des Motors;

e) Wiederholen der Schritte a) bis d) um alle Schritte in der Rampe zu bestimmen; und

f) Verwenden der erzeugten Schrittmotorrampe zum Fortschalten des Motors.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1 bei dem der Schritt des Berechnens der Zeitdauer des nächsten Schrittes zum Fortschalten des Motors ausgeführt wird, indem die maximale Beschleunigung verwendet wird um die nächste Schrittzeit und damit auch die nächste Geschwindigkeit zu erzeugen, sowie das Berechnen der nächsten Geschwindigkeit aus der gewünschten Beschleunigung und der vorhergehenden Geschwindigkeit.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Verwendens der erzeugten Schrittmotorrampe das Bereitstellen einer Folge von elektrischen Impulsen geeigneter Amplitude und Impulsbreite umfaßt, um den Schrittmotor fortzuschalten, wobei die Zeiten zwischen den Impulsen durch die Rampe gesteuert sind.

4. Ein Verfahren zum Erzeugen einer Rampe (20) für einen Schrittmotor zum Steuern der Zeiten zwischen elektrischen Impulsen, die dem Motor zugeführt werden um den Motor fortzuschalten, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

a) Bestimmen des minimalen verfügbaren Drehmomentes unter Verwendung der momentanen Motorgeschwindigkeit und der Drehmomentgeschwindigkeits-Charakteristik (10) des Motors;

b) Berechnen des maximal verwendbaren Drehmomentes unter Verwendung des minimal zur Verfügung stehenden Drehmomentes, das in Schritt a) bestimmt worden ist und Anwenden eines Sicherheitsfaktors und dann eines Sicherheitsabstandes auf das verfügbare Drehmoment nach folgender Beziehung:

Tverwendbar = Tverfügbar (Sicherheitsfaktor)-Sicherheitsabstand wobei 0 < Sicherheitsfaktor < 1 und Sicherheitsabstand < Tverfügbar (Sicherheitsfaktor) ist und wobei der Sicherheitsfaktor aus Motorinformationen abgeleitet ist und der Sicherheitsabstand aus Informationen über ein System abgeleitet ist, von dem der Motor ein Teil ist;

c) Berechnen der maximal möglichen Systembeschleunigung für den nächsten Motorschritt aus der Systemreibung, dem Systemträgheitsmoment und dem maximal verwendbaren Motordrehmoment zu der momentanen Geschwindigkeit gemäß der Beziehung:

An = (Tverwendbar - fr)/m, wobei An die maximal mögliche Systembeschleunigung, Tverwendbar das maximal verwendbare Motordrehmoment, f die Systemreibung, r der Radius des Momentenhebels der Systemlast und n das Systemträgheitsmoment ist, und wobei die maximale Systemreibung für Aufwärtsrampen erwartet wird und die minimale Systemreibung für Abwärtsrampen erwartet wird;

d) Berechnen der Zeitdauer des nächsten Schritts zum Fortschalten des Motors unter Verwendung der Beziehung:

wobei n die Zahl des momentanen Schrittes ist, der berechnet wird, V die Motorgeschwindigkeit und tn die Zeit pro Schritt ist;

e) Wiederholung der Schritte a) bis d) um alle Schritte in der Rampe zu bestimmen; und

f) Verwenden der erzeugten Schrittmotorrampe zum Fortschalten des Motors.

5. Ein Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Verwendens der erzeugten Schrittmotorrampe das Bereitstellen einer Folge von elektrischen Impulsen geeigneter Amplitude und Impulsbreite umfaßt, um den Schrittmotor fortzuschalten, wobei die Zeiten zwischen den Impulsen durch die Rampe gesteuert sind.

6. Ein Verfahren zu einer Steuerung eines Schrittmotors (80) mit:

a) Zuführen einer Folge von elektrischen Impulsen (90, 92), geeigneter Amplitude und Impulsbereite zu dem Schrittmotor um den Schrittmotor fortzuschalten; und

b) Steuern der Zeiten zwischen den Impulsen gemäß einer Rampe, die nach dem Verfahren von Anspruch 1 erzeugt worden ist.

7. Ein Schrittmotorsystem zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 6 mit einem Schrittmotor (80) zum Antreiben einer Last (82) und einem Mikroprozessor (86)-Treiber (84)-Kombination, die mit dem Schrittmotor gekoppelt ist um eine Abfolge von elektrischen Impulsen (90, 92) geeigneter Amplitude und Impulsbreite zuzuführen, um den Schrittmotor fortzuschalten, wobei die Schrittmotorenrampenfunktion in dem Mikroprozessor zum Steuern der Zeiten zwischen den Impulsen gespeichert ist, wobei die Rampe einen relativ konstanten Abstand zwischen dem verwendbaren Drehmoment und dem benötigten Drehmoment des Schrittmotors sowohl während der Beschleunigung als auch während der Verzögerung des Motors sicherstellt, während die volle Antriebsfähigkeit des Motors während jedes Schrittes seines Betriebes verwendet wird.