-
5. Numerische, elektronische Steuerschaltung nach Patentan-
-
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerschaltung
als wesentlichen Bestandteil einen Microcomputer aufweist.
-
6. Numerische, elektronische Steuerschaltung nach Patentanspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Microcomputer das gleichzeitige Messresultat der
Fühler zur Abtastung der Rotordrehlage des mehrphasigen Elektromotores als Codewort
von gleich vielen Bits wie Fühler vorhanden sind empfängt und dass diesen Fühlercodes
Motorcodes zugeordnet sind, welch letztere die Verbindungen der Phasenwicklungen
des mehrphasigen Motores mit einer Gleichstromenergiequelle steuern.
-
7. Numerische, elektronische Steuerschaltung nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldrichtungen der Phasenwicklungen des mehrphasigen
Elektromotores, die einem letzten gezählten Schritt einer vorbestimmten Schrittzahl
zugeordnet sind, über die Steuerschaltung um neunzig elektrische Winkelgrade gedreht
werden und diese neuen Feldrichtungen den Rotor des mehrphasigen Elektromotores
in seiner Endlage festhalten.
-
8. Numerische, elektronische Steuerschaltung nach Patentanspruch 6
und 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Fühlercodeworten Motorlaufcodeworte und
Motorstopcodeworte zuqeordnet sind, die die Phasenwicklungen des mehrphasigen Elektromotores
so steuern, dass die Feldrichtungen der Phasenwicklungen zwischen den den Fühlercodewörtern
zugeordneten Motorlaufcodewörtern und Motorstopcodewörtern neunzig elektrische Winkelgrade
betragen.
-
NUMERISCHE STEUERUNG EINES MEHRPHASENMOTORES MIT MAGNETISCH POLARISIERTEM
ROTOR Mehrphasenmotoren mit magnetisch polarisiertem Rotor sind zum Beispiel Schrittschaltmotoren,
wie sie zur numerischen Steuerung von Werkzeugmaschinen, Zeichenmaschinen usw.
-
verwendet werden. Der Motor wird von einer elektronischen Schaltung
mit Stromimpulsen gespeist und führt Drehschritte aus, deren Anzahl nur von der
Anzahl der Stromimpulse aber nicht von deren Stärke abhängt. Damit ist der Schrittschaltmotor
in der Lage über Getriebe und Zahnstangen zum Beispiel ein Werkzeug oder einen Werktisch
einer Werkzeugmaschine sehr genau um eine vorbestimmte Strecke zu bewegen. So elegant
und einfach diese Methode der Steuerung eines Elektromotores aussehen mag, sie birgt
doch viele Nachteile, die sich alle aus der Betriebsart des Motores ableiten lassen,
aber zum grossen Teil nicht im Motor selbst liegen. Ein wesentlicher Nachteil solcher
Motoren mit aufgezwungener Stromimpulsspeisung ist der kleine Wirkungsgrad und damit
die starke Erwärmung des Motores bei zur Grösse desselben eigentlich bescheidenen
Drehmomenten. Ein weiterer Nachteil liegt in der sehr lastabhängigen Grenzschrittfrequenz,
bei welcher der Motor weniger Schritte ausführt als ihm Stromimpulse aufgezwungen
werden und er sogar stillsteht, obwohl er noch Stromimpulse erhält. Um diese Uebel
teilweise zu umgehen, hat sich der elektrohydraulische Schrittmotor eingeführt,
bei welchem mittels eines hydraulischen Verstärkers das Drehmoment des Motors verstärkt
wird. Die Nachteile sind aber offenkundig: Es wird eine Oelpumpe hohen Druckes benötigt,
die den hydraulischen Verstärker speisen muss. Noch ein weiterer Nachteil der erzwungenen
Impulsstromspeisung von Schrittmotoren liegt in ihrem ruckartigen, unruhigen, und
darum Lärm verursachenden Lauf. Meine erfindungsgemässe Steuerung eines mehrphasigen
Elektromotores mit magnetisch polarisiertem Rotor lässt diesen drehen, wie wenn
es ein Gleichstrommotor wäre.
-
Meine erfindungsgemässe Steuerung eines mehrphasigen Elektromotores
mit magnetisch polarisiertem Rotor, also eines
Schrittmotores, lässt
den Motor mit sehr hohem Wirkungsgrad arbeiten, wobei er sich nur sehr wenig erwärmt
und ein hohes Drehmoment aufweist. Eine Grenzschrittfrequenz gibt es im Sinne der
aufgezwungenenen Impulssteuerung eines Schrittmotores nicht. Man mag den Motor während
der Ausführung einer bestimmten Wegstrecke blockieren und wieder freilassen und
trotzdem wird er die vorbestimmte Wegstrecke zuendeführen. Am Ende der zurückgelegten
Wegstrecke bleibt der Motor stehen und weist ein Haltedrehmoment auf, wie es bei
Schrittmotorsteuerungen üblich ist.
-
Meine erfindungsgemässe numerische Steuerung eines mehrphasigen Elektromotors
mit magnetisch polarisiertem Rotor, vorzugsweise eines Dreiphasenmotores mit zwei
permanentmagnetischen Polpaaren auf seinem Rotor, ist dadurch gekennzeichnet, dass
die elektronische Steuerschaltung die Verbindung der Phasenwicklungen des mehrphasigen
Elektromotores mit einer Gleichstromenergiequelle vom gleichzeitigen Messresultat
mehrere Fühler zur Abtastung der Rotordrehlage des mehrphasigen Elektromotores abhängig
macht und dass dieses Messresultat von der Steuerschaltung weiter dazu verwendet
wird, die einzelnen Schritte des mehrphasigen Elektormotores je nach Drehrichtung
des Rotores in einem elektronischen Speicher auf oder abzuzählen. Meine Erfindung
ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldrichtungen der Phasenwicklungen
des mehrphasigen Elektromotores, die seinem letzten gezählten Schritt einer vorbestimmten
Schrittzahl zugeordnet sind, über die Steuerschaltung um neunzig elektrische Winkelgrade
gedreht werden und diese neuen Feldrichtungen den Rotor des mehrphasigen Elektromotores
in seiner Endlage festhalten. Ein weiteres Merkmal meiner Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Fühler zur Abtastung der Rotordrehlage lichtempfindliche
und lichtemitierende Elemente, vorzugsweise Phototransistoren und Infrarotlicht
emitierende Dioden aufweisen, und dass eine auf der Achse des Motores befestigte
Blende zwischen lichtempfindlichen und lichtemitierenden Elementen dreht. Noch ein
weiteres Merkmal meiner Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass
die elektronische Steuerschaltung als wesentlichen Bestandteil einen Microcomputer
aufweist, der das gleichzeitige Messresultat der Fühler zur Abtastung der Rotordrehlage
des mehrphasigen Elektromotores als Codewort empfängt und diesen Fühlercodewörtern
Motorlaufcodewörter und Motorstopcodewörter zuordnet, welch letztere die Verbindungen
der Phasenwicklungen des mehrphasigen Elektromotores mit einer Gleichstromenergiequelle
steuern und ebenfalls die Fühlercodewörter für die Auf und Abzählung der Rotorschritte
des mehrphasigen Elektromotores verwendet.
-
Aus diesen Erfindungsmerkmalen ist zu ersehen, dass dem Motor nicht
wie bei der üblichen Schrittmotorsteuerung Stromimpulse aufgezwungen werden, sondern,
dass er sich über seine Fühler zur Abtastung der Rotordrehlage selbst steuert. Unter
Einhaltung gewisser Bedingungen, die noch erläutert werden, kann der Motor damit
mit sehr hohem Wirkungsgrad betrieben werden.
-
Anhand der elektronischen Schaltung Fig.1, die von einem Microcomputer
1 gesteuert wird, soll meine Erfindung näher beschrieben werden. Anstelle des Microcomputers
1 könnten auch fest verdrahtete, diskrete elektronische Bauelemente oder handelsübliche
IC verwendet werden. Der Dreiphasenmotor 2 ist dreieckgeschaltet, doch er könnte
auch sterngeschaltet sein oder es könnte auch ein Linearmotor sein, d.h. seine kreisförmige
Anordnung könnte zu einer geraden Strecke ausgezogen sein. Der vierpolig magnetisierte
Rotor 3 dreht in einem Stator 4 mit Wicklungen, die so miteinander verbunden sind,
dass nur drei Anschlüsse 5,6 und 7 aus dem Motor herausführen und jeder Anschluss
5,6 und 7 mit den Kollektoren eines Leistungsdarlingtonpaares aus je einem PNP und
einem NPN Darlingtontransistor 8 und 9, 10 und 11, 12 und 13 bestehend, verbunden
ist. Die Emitter der PNP Darlingtontransistoren sind mit der mit Plus bezeichneten,
nicht gezeichneten Gleichstromenergiequelle verbunden, während die Emitter der NPN
Darlingtontransistoren mit der Erde, respektive dem Minuspol der Gleichstromenergiequelle
verbunden sind. Die
Basen der sechs Darlingtontransistoren 8 bis
und 13 werden mit sechs Treibertransistoren 14 bis und mit 19 gespeist, deren Basen
ihrerseits von sechs Ausgängen 20 bis und mit 25 des Microcomputers 1 gesteuert
werden. Da die Ausgänge 20 bis und mit 25 des Microcomputers 1 nur die Zustände
0 und 1, beziehungsweise ca. null Volt und ca. +5 Volt annehmen können, sind die
Transistoren 8 bis und mit 19 mit der Schaltung so dimensioniert, dass sie als Schalter
arbeiten.
-
Theoretisch gibt es für die Speisung der Motorwicklungen auf dem Stator
und somit der Speiseleitungen 5,6 und 7 zwölf die magnetische Feldrichtung des Stators
ändernde Zustände. Diese sind: Leiter 5 auf Spannung Leiter 6 auf Erde Leiter 7
auf Erde auf Spannung stromlos auf Erde auf Spannung auf Spannung auf Erde stromlos
auf Spannung auf Erde auf Erde auf Spannung auf Erde auf Erde auf Spannung stromlos
auf Erde auf Spannung auf Spannung auf Erde stromlos auf Spannung auf Erde auf Erde
auf Spannung stromlos auf Erde auf Spannung auf Spannung auf Erde auf Spannung auf
Spannung auf Erde stromlos Wenn die Leiter 5, 6, und 7 in der gezeigten Reihenfolge
mit den vorgeschriebenen Zuständen belegt werden, so dreht sich bei jedem Schritt
das Statorfeld eines vierpoligen Motors um einen Winkel von 15 Grad und in derselben
Richtung. Der vormagnetisierte Rotor 3 folgt dieser Bewegung. Bei umgekehrter Reihenfolge
der Zustände an den Leitern 5, 6 und 7 dreht das magnetische Feld im Stator 4 und
der Rotor 3 in umgekehrter Richtung.
-
Damit die Leiter 5,6 und 7 in der beschriebenen Reihenfolge aktiviert
werden, müssen die Darlingtontransistoren 8 bis und mit 13 folgende Zustände annehmen:
Darlington 8 9 10 11 12 13 aktiv passiv passiv aktiv passiv aktiv aktiv passiv passiv
passiv passiv aktiv aktiv passiv aktiv passiv passiv aktiv passiv passiv aktiv passiv
passiv aktiv passiv aktiv aktiv passiv passiv aktiv passiv aktiv aktiv passiv passiv
passiv passiv aktiv aktiv passiv aktiv passiv passiv aktiv passiv passiv aktiv passiv
passiv aktiv passiv aktiv aktiv passiv passiv passiv passiv aktiv aktiv passiv aktiv
passiv passiv aktiv aktiv passiv aktiv passiv passiv aktiv passiv passiv Somit geht
aus Fig. 1 hervor, dass die Treibertransistoren 14 bis und mit 19 folgende Zustände
annehmen müssen: Treiber-Transistor 14 15 16 17 18 19 aktiv aktiv passiv passiv
passiv passiv aktiv aktiv passiv aktiv passiv passiv aktiv aktiv aktiv aktiv passiv
passiv passiv aktiv aktiv aktiv passiv passiv passiv passiv aktiv aktiv passiv passiv
passiv passiv aktiv aktiv passiv aktiv passiv passiv aktiv aktiv aktiv aktiv passiv
passiv passiv aktiv aktiv aktiv passiv passiv passiv passiv aktiv aktiv passiv aktiv
passiv passiv aktiv aktiv aktiv aktiv passiv passiv aktiv aktiv aktiv aktiv passiv
passiv passiv aktiv
Damit ergeben sich für die sechs Ausgänge 20
bis und mit 25 des Microcomputers 1 folgende Zustände: Ausgänge: 20 21 22 23 24
25 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 O 0 1 1 0 0 O 0 1 1 0 1 O 0 1
1 1 1 O 0 0 1 1 1 O 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 Die sechs Ausgänge
20 bis und mit 25 seien den ersten sechs Bits eines acht Bit Wortes zugeordnet.
Wir legen folgende willkürliche Zuordnung zu Grunde: Bit 0 dem Ausgang 25, Bit 1
dem Ausgang 24, Bit 2 dem Ausgang 23, Bit 3 dem Ausgang 22, Bit 4 dem Ausgang 21
und Bit 5 dem Ausgang 20. Damit schreiben sich die Motorcodeworte ohne Berücksichtigung
des sechsten und siebenten Bits des acht Bit Wortes in Hexadezimalzahlen ausgedrückt
wie folgt: 30, 34, 3C, 1C, OC, OD, 0F, 07, 03, 13, 33, 31 Wenn also die sechs Ausgänge
20 bis und mit 25 des Microcomputers 1 nacheinander mit den aufgeführten Codewörtern
belegt werden, so dreht sich der Rotor 3 des Motores 2 schrittweise um je einen
Winkel von 15 Grad in einer Richtung. Die Codewörter in umgekehrter Reihenfolge
eingegeben, lassen den Rotor 3 in der andern Drehrichtung drehen. Damit der Motor
fortlaufend in einer Richtung dreht, muss nach dem letzten Codewort der Reihe wieder
mit dem ersten Codewort begonnen werden.
-
Diese zwölf Codewörter lassen sich in zwei Gruppen aufteilen, die
sich dadurch unterscheiden, dass bei der Gruppe 34, 1C, OD, 07, 13 und 31 einer
der drei Leiter an Spannung liegt, ein Leiter mit der Erde verbunden ist und ein
Leiter stromlos ist und bei der zweiten Gruppe 30, 3C, 0C, OF, 03, und 33 je zwei
Leiter an Spannung oder Erde liegen und der restliche Leiter an Erde oder Spannung
liegt. Der ersten Gruppe teilen wir die Funktion des Motorantriebes zu, es sind
die Motorlaufcodewörter, und der zweiten Gruppe die Funktion den Motor in seiner
Endposition zu halten, wir nennen sie die Motorstopcodewörter. Der Grund für diese
Funktionsteilung wird später erläutert. Somit sind unsere Motorlaufcodewörter 34,
IC, OD, 07, 13 und 31 auf sechs zusammgeschrumpft, womit der Motor Winkelschritte
von 30 Grad ausführen wird statt 15 Grad.
-
Der Microcomputer 1 setzt sich mindestens aus einem Taktoscillator,
einem Microprozessor, einem Festwertspeicher ROM, PROM oder EPROM, einem RAM Speicher
und einigen Ein-Ausgangstoren zusammen. Die Ein-Ausgangstore mit ihren Anschlüssen
verbinden den Microcomputer 1 mit der ausserhalb des Microcomputers liegenden Schaltung.
-
Es soll nun der Zusammenhang zwischen den Motorcodewörtern und den
Signalen der Fühler zur Abtastung der Drehlage des Rotors erläutert werden. Dabei
gehen wir vom drehenden Rotor aus, welcher infolge seiner Vormagnetisierung in den
Wicklungen des Stators Spannungen induziert. An je zwei der drei Leiter oder Phasen
des Motores könnte man in diesem Falle sinusförmige Wechselspannungen messen, die
je gegeneinander um 120 Grad verschoben sind, wie im normalen Drehstromnetz.
-
Die Frequenz der Wechselspannungen hängt von der Drehzahl des Rotores
ab. Wie wir gesehen haben, werden durch die sechs Motorlaufcodes mit den Daten 34,
IC, OD, 07,13 und 31 über die Darlingtontransistoren 8 bis und mit 13 immer je zwei
von drei Motoranschlüssn 5, 6 und 7 mit der Gleichstromenergiequelle verbunden.
Diese Motorlaufcodeswörter müssen nun zeitlich so gesteuert werden, dass an den
Motoranschlüssen,
die gerade mit der Speisespannung verbunden sind,
die induzierte Spannung im Motor ein Maximum durchläuft und mit der Polarität der
Gleichstromenergiequelle übereinstimmt. In diesem Falle würde der Rotor eine Drehzahl
annehmen, bei welcher der Scheitelwert der induzierten Spannung zwischen zwei der
drei Leiter 5, 6 und 7 ungefähr gleich der Spannung der Gleichstromenergiequelle
ist. Im Leerlauf des Motores würde der Strom im Motor, der nun als Gleichstrom der
Gleichstromenergiequelle gemessen werden kann, sehr klein sein. Bei Belastung des
Motores würde dieser Strom proportional zum Belastungsdrehmoment an der Motorwelle
ansteigen. Wir sehen daraus, dass unter den aufgeführten Bedingungen der Motor von
der Gleichstromenergiequelle ausgesehen, sich wie ein Gleichstrommotor hohen Wirkungsgrades
verhält. Der Motor nimmt nicht viel mehr elektrische Leistung aus der Gleichstromenergiequelle
auf, als an seiner Welle mechanische Leistung abgenommen wird. Die Motorlaufcodewörter
so steuern, dass das eben beschriebene Betriebsverhalten auftritt, heisst nichts
anderes als den sechs Motorlaufcodewörtern ganz bestimmte Fühlercodewörter zuzuordnen.
Wir brauchen somit auch sechs Fühlercodewörter womit gegeben ist, dass mindestens
drei Fühler zur Abtastung der Rotordrehlage vorhanden sein müssen.
-
Ein mehrphasiger Elektromotor benötigt zu seiner Steuerung im Sinne
meiner Erfindung mindestens gleich viele Fühler wie Phasen vorhanden sind. Jeder
Fühler besteht im wesentlichen aus einem Phototransistor 26, 27 und 28, den nicht
gezeichneten den Phototransistoren gegenüber liegenden Infrarotdioden und einer
allen drei Fühler gemeinsam angehörenden, auf der Welle des Motores befestigten
Blende 29, die zwischen Phototransistoren und Infrarotdioden frei durchdrehen kann.
Die Blende 29 ist so ausgebildet, dass sie in Winkelabständen von je 90 Grad auf
die Motorachse bezogen lichtdurchlässig ist.
-
Die drei Fühler sind in Winkelabständen von je 60 Grad bezogen auf
die Motorachse auf dem Stator des Motores befestigt.
-
Von der Stellung der Blende in Fig. 1 ausgehend und diese im Uhrzeigersinn
drehend, ergibt sich folgende Reihe der Zustandsmöglichkeiten der drei Phototransistoren.
-
Phototransistor 26 27 28 hell dunkel hell dunkel dunkel hell dunkel
hell hell dunkel hell dunkel hell hell dunkel hell dunkel dunkel Es sind sechs Zustände
nach einer halben Umdrehung des vierpoligen Motores festzustellen und dann wiederholt
sich die aus sechs Kombinationen aufgebaute Reihe wieder. Wie bei der Festlegung
der Motorlaufcodes musste die Blende für jeden folgenden Zustand um einen Winkel
von 30 Grad in einer Richtung gedreht werden. Die Signale der Phototransistoren
26, 27 und 28 führen auf die Eingänge 30, 31 und 32 des Microcomputers 1, wo sie
folgende Zustandsreihe bilden 101 001 011 010 110 100. Würde man den Eingängen 30,
31 und 32 folgende Bits eines acht Bit Wortes zuordnen: Bit 0 dem Eingang 30, Bit
1 dem Eingang 31, Bit 2 dem Eingang 32, und die restlichen Bits gleich 0 setzen,
so wären die Codewörter der Fühler hexadezimal ausgedrückt, 05 01 03 02 06 und 04.
-
Wir ordnen diesen Fühlercodewörtern die entsprechende Reihe der Motorlaufcodewörter
zu: Fühlercodewörter 05 Motorlaufcodewörter 34 01 1C 03 OD 02 07 06 13 04 31 Indem
wir die Fühlercodeworte als Adressen im RAM Speicher behandeln und diese Speicher
mit zugehörigen Motorlaufcodewörtern
besetzen, kann mit indexierter
Adressierung im Programm der Motor sehr einfach gesteuert werden. Diese RAM Speicher
werde im Initialisierungsprogramm des Microcomputers geladen und die Schreibung
sieht folgendermassen aus: 0001 1C 0002 07 0003 OD 0004 31 0005 34 0006 13 Der Motor
arbeitet nach der aufgeführten Adresstabelle korrekt, wenn die drei Anschlüsse des
Motores und die drei Anschlüsse der Fühler, sowie die Winkellage der Blende inbezug
auf die magnetischen Pole des Rotors richtig ausgeführt sind. Zur korrekten Einjustierung
gehe man am besten praktisch vor. Man kommutiere die Motoranschlüsse 5, 6 und 7
zu den drei Darlingtonanschlüssen in den sechs möglichen Kombinationen. Nur in einer
Kombination läuft der Motor ruhig und mit wenig Strom. Die korrekte Winkellage der
Blende 29 zum Rotor 3 liegt beim Miminum des Stromverbrauches des Motores im Leerlauf
und kann durch Drehen der Blende gegenüber dem Rotor schnell gefunden werden. Damit
der Motor auch in der anderen Richtung dreht, braucht man lediglich die drei Signale
der Fühler umzukehren, was "softwaremässig" mit dem ZComplementZ Befehl für die
Codewörter der Fühler erreicht wird.
-
Die eindeutige Auf und Abzählung der einzelnen Winkelschritte des
Motores erfolgt rein zsoftwaremässig" mit Hilfe aller drei Signale der Fühler, d.h.
mit den Fühlercodewörtern. Es könnte aber auch eine verdrahtete Logikschaltung mit
handelsüblichen IC zur Auf und Abzählung verwendet werden. Wegen seiner Bedeutung
sei das Auf-Abzählungsprogramm des Microcomputers, das im Gesamtprogramm als SubroutineZ
behandelt ist, ausgeführt. Es ist für einen Motorola Microprozessor MC 6800
erstellt.
-
1152 DE 20 LDX M0020 Lade das Index Register vom Auf-Abzählspeicher
0020 und 0021 54 86 4000 LDA M4000 Lade den Akkumulator mit dem Fühlercode 57 84
07 AND 07 Lese nur die ersten 3 Bits heraus 59 81 01 CMP 01 Vergleiche mit Fühlercode
01 5B 27 16 BEQ 1173 wenn gleich, springe auf Adresse 1173 5D 81 03 CMP 03 Vergleiche
mit Fühlercode 03 5F 27 28 BEQ 1189 Wenn gleich, springe auf Adresse 1189 61 81
02 CMP 02 Vergleiche mit Fühlercode 02 1163 27 3A BEQ 119F wenn gleich, springe
auf Adresse 119F 65 81 06 CMP 06 Vergleiche mit Fühlercode 06 67 27 4C BEQ 1185
wenn gleich, springe auf Adresse 1185 69 81 04 CMP 04 Vergleiche mit Fühlercode
04 68 27 SE BEQ 11CB wenn gleich, springe auf Adresse 11CB 6D 81 05 CMP 05 Vergleiche
mit Fühlercode 05 6F 27 70 BEQ 11E1 wenn gleich, springe auf Adresse 11El 71 39
RTS Kehre ins Hauptprogramm zurück Dieses Vorprogramm kontrolliert welcher Fühlercode
momentan auf den Microprozessor geschaltet ist. Es kann in jedem Moment nur eines
der sechs Fühlercodewörter auf den Microprozessor geschaltet sein. Sollte die Messung
gerade auf einen Uebergang von einem Codewort zum andern fallen, so springt das
Programm auf Adresse 1171 ins Hauptprogramm zurück ohne einen Fühlercode konstatiert
zu haben. Normalerweise führt aber ein gemessener Fühlercode an einer der sechs
Adressen 115B 115F 1163 1167 1168 und 116F zu einem Programmsprung auf eines der
folgenden sechs Programme. Diese sechs Programme sind einander sehr ähnlich - und
da zum Verständnis des Auf Abzählvorganges nur drei solcher Programme benötigt werden,
seien auch nur drei der sechs Programme aufgeführt.
-
1173 7F 0051 CLR M0051 Setze Sperrspeicher M0051 auf null 76 96 55
LDA M0055 Lade Akkumulator aus M0055 78 26 04 BNE 117E Wenn null fahre weiter, ansonst
springe auf Adresse 117E 7A 08 INX Erhöhe Indexregister um eins 7B 7C 0055 INC M0055
Erhöhe Sperrspeicher M0055 um eins 7E 96 53 LDA M0053 Lade Akkumulator aus M0053
80 26 04 BNE 1186 Wenn null fahre weiter, ansonst springe auf Adresse 1186 82 09
DEX Erniedrige Indexregister um eins 1183 7C 0053 INC M0053 Erhöhe Sperrspeicher
M0053 um eins 86 DF 20 STX M0020 Speichere Inhalt des Indexregisters in Adressen
0020 und 0021 88 39 RTS Kehre ins Hauptprogramm zurück 1189 7F 0053 CLR M0053 Setze
Sperrspeicher M0053 auf null 8C 96 51 LDA M0051 Lade Akkumulator aus M0051 8E 26
04 BNE 1194 Wenn null fahre weiter, ansonst springe auf Adresse 1194 90 OS INX Erhöhe
Indexregister um eins 91 7C 0051 INC M0051 Erhöhe Sperrspeicher M0051 um eins 94
96 52 LDA M0052 Lade Akkumulator aus M0052 96 26 04 BNE 119C Wenn null fahre weiter,
ansonst springe auf Adresse 119C 98 09 DEX Erniedrige Indexregister um eins 99 7C
0052 INC M0052 Erhöhe Sperrspeicher M0052 um eins 9C DF 20 STX M0020 Speichere Inhalt
des Indexregisters in Adressen 0020 und 0021 9E 39 RTS Kehre ins Hauptprogramm zurück
119F 7F 0052 CLR M0052 Setze Sperrspeicher M0052 auf null A2 96 53 LDA M0053 Lade
Akkumulator aus M0053 A4 26 04 BNE 11AA Wenn null fahre weiter, ansonst springe
auf Adresse 11AA
A6 08 INX Erhöhe Indexregister um eins A7 7C 0053
INC M0053 Erhöhe Sperrspeicher M0053 um eins AA 96 56 LDA M0056 Lade Akkumulator
aus M0056 AC 26 04 BNE 1182 Wenn null fahre weiter, ansonst springe auf Adresse
11B2 AE 09 DEX Erniedrige Indexregister um eins 11AF /C 0056 INC M0056 Erhöhe Sperrspeicher
M0056 um eins B2 DG 20 STX M0020 Speichere Inhalt des Indexregisters in Adressen
0020 und 0021 B4 39 RTS Kehre ins Hauptprogramm zurück Angenommen der vom Microcomputer
abgetastete Fühlercode sei 03. Der Microcomputer springt folglich von der Adresse
115F auf die Adresse 1189. Sämtliche Sperrspeicherplätze 0051 bis und mit 0056 waren
im Initialisierungsprogramm des Microcomputers auf 01 gesetzt worden. Somit wird
das Indexregister unter Adresse 1190 weder erhöht noch unter Adresse 1198 erniedrigt.
Es findet keine Zählung statt, aber der Sperrspeicher 0053 wurde auf null gesetzt.
Wenn wir nun die Blende des Motores langsam drehen, so wird in einer Richtung der
Fühlercode 01 und in der andern Richtung der Fühlercode 02 auf den Microcomputer
geschaltet. Ist es 01, dann springt der Microcomputer von Adresse 1158 auf Adresse
1173 und zählt das Indexregister nicht auf, da der Inhalt des Sperrspeichers M0055
nicht null war, aber zählt eins vom Indexregister ab, da der Inhalt des Sperrspeichers
M0053 null war. Nach der Abzählung um eins wird unter Adresse 1183 der Inhalt des
Sperrspeichers M0053 wieder um eins erhöht sodass beim nächsten Durchgang des Microcomputers
keine Zählung mehr stattfinden kann. Wenn wir aber die Blende des Motores in der
andern Richtung gedreht hätten, so wäre der Fühlercode 02 auf den Microcomputer
geschaltet worden. In diesem Falle springt der Microcomputer von Adresse 1163 auf
Adresse ll9F und da der Inhalt des Sperrspeichers M0053 null war, wird der Inhalt
des
Indexregisters um eins erhöht, aber sofort nachher unter Adresse 11A7 ebenfalls
der Sperrspeicher M0053 um eins erhöht, sodass keine weitere Zählung mehr stattfinden
kann.
-
Die gleichen Ueberlegungen gelten für alle sechs der drei gezeigten
Programme, die zusammen mit dem Vorprogramm unter Adresse 1152 bis 1171 die eindeutige
Motorschrittzählung in vorwärts und rückwärts Drehrichtung garantieren. Dazu werden
bei einem Dreiphasenmotor drei gleichzeitge Fühlerinformationen benötigt.
-
Auf das gesamte Programm des Microcomputers sei nicht eingegangen,
denn es lässt sich je nach dem gewünschten Endziel in hunderten von Varianten ausführen.
Grundsätzlich wird aus einem Speicherplatz vom Microcomputer die gewünschte Schrittzahl,
die der Motor ausführen soll, herausgelesen. Wie diese Schrittzahl in den Speicherplatz
kommt ist für meine Erfindung nicht von Bedeutung. Der Microcomputer steuert den
Motor, bis sein Auf-Abzählspeicher mit der gewünschten Schrittzahl übereinstimmt.
Nun sind wieder verschiedene Varianten des Einpendelns auf die gewünschte Schrittzahl
möglich. Z.B. könnte der Motor kurz vor dem Erreichen der gewünschten Schrittzahl
auf niedrige Drehzahlen geschaltet werden, oder man lässt den Motor mit voller Geschwindigkeit
über das Ziel hinausschiessen, kehrt den Drehsinn um und lässt den Motor um den
Sollwert einpendeln. Man könnte den Motor nach Erreichen des Sollwertes auch abbremsen
indem man seine drei Wicklungsanschlüsse mit dem Codewort 2A "softwaremässig" kurzschliesst
und dann wieder im Langsamgang zurücklaufen lässt. Alle diese verschiedenen Methoden
haben mit der Erfindung nichts zu tun und seien hier darum nur am Rande erwähnt.
-
Hingegen ist meine Erfindung auch dadurch gekennzeichnet, dass die
Magnetfeldrichtungen der Phasenwicklungen des mehrphasigen Elektromotores, die seinem
letzten gezählten Schritt einer vorbestimmten Schrittzahl zugeordnet sind, über
die Steuerschaltung um neunzig elektrische Winkelgrade
gedreht
werden und diese neuen Feldrichtungen den Rotor des mehrphasigen Elektromotores
in seiner Endlage festhalten.
-
Die erfindungsgemässe Steuerung eines mehrphasigen Elektromotores
mit polarisiertem Rotor steuert den Motor während seines Laufes so, dass die induzierte
Spannung an zwei der drei Anschlüsse 5, 6 und 7, die in einem gegebenen Moment mit
der Gleichstromenergiequelle verbunden sind, ungefähr gleich gross ist wie die Spannung
dieser Energiequelle. Daraus ergibt sich der hohe Wirkungsgrad des Motores während
seines Laufes. Die Rotorstellung während des Laufes des Motores hinkt aber der statischen
Stellung, also bei Stillstand des Motores, um 90 elektrische Winkelgrade hintennach.
Folglich muss die Magnetisierung der Statorwicklungen des Motores, nachdem er seinen
letzten Schritt einer eingegebenen Schrittzahl ausgeführt hat, so korrigiert werden,
dass die Feldrichtungen um 90 elektrische Winkelgrade geändert werden. Bei einem
vierpoligen Motor entspricht dies 45 mechanische Winkelgrade. Die Motorlaufcodewörter
34, IC, OD, 07, 13 und 31 bewegen den Rotor in Schritten von 30 mechanischen Graden.
Die Motorstopcodewörter 30, 3C, OC, OF, 03 und 33 für die Endposition des Rotors
würden den Rotor um 15 mechanische Winkelgrade verschoben gegenüber den Motorlaufcodewörtern
drehen lassen.
-
Folglich kann dem letzten Motorlaufcodewort einer Schrittreihe ein
Motorstopcodewort für die Endposition des Rotors zugeordnet werden, das zwischen
dem vorangehenden und zweiten vorangehenden Motorlaufcodewort liegt. Die Zuordnungen
sind die folgenden Motorlaufcodewörter Motorstopcodewörter für die 34 Endposition
33 IC 30 OD 3C 07 OC 13 OF 31 03 "Softwaremässig ist das Programm für die Festlegung
der Endstellung des Motores nach Ausführung einer vorbestimmten
Schrittzahl
sehr einfach. Die Motorstopcodewörter des Motores werden im Initialisierungsprogramm
den Adressen 0061 03, 0062 30, 0063 33, 0064 06, 0065 OF, 0066 3C eingegeben. Dann
sieht das Positionierungsprogramm des Motores folgendermassen aus 111F B6 4000 LDA
M4000 Letzter Fühlercode des letzten Schrittes 22 84 07 AND 07 24 97 OB STA MOOOB
Speichere in MOOOB, MOOOA sei null 1126 DE DA LDX MOOOA Lade Indexregister mit Inhalt
MOOOA und MOOOB 28 A6 60 LDA x/60 Lade Akkumulator indexiert aus Speicher M00061
bis M0066 2A B7 4002 STA 4002 Führe diesen Motorstopcode auf den Motor Das heisst,
nachdem das letzte Fühlercodewort einer eingegebenen Schrittzahl festgestell wurde
wird das Motorstopcodewort, das diesem Fühlercodewort zugeordnet ist, auf den Motor
geschaltet und der Rotor hält mit Haltedrehmoment auf der diesem Motorstopcodewort
zugeordneten Winkelstellung. In diesem letzten Moment erst arbeitet die erfindungsgemässe
Motorsteuerung so wie eine übliche Schrittmotorsteuerung mit aufgezwungenen Motor
impulsen und der Motor hat dementsprechend in dieser Betriebsart einen schlechten
Wirkungsgrad. Da der Motor aber in der Haltestellung keine mechanische Leistung
mehr liefern muss, spielt der schlechte Wirkungsgrad nur insofern eine Rolle, wenn
der Motor sich zu stark erwärmen würde. Darum ist in den meisten Fällen zu empfehlen,
das Motorstopcodewort nur ca. eine Sekunde auf den Motor einwirken zu lassen und
den Motor Wsoftwaremässig" mit dem Codewort 15 abzuschalten. Das Codewort 15 schaltet
alle sechs Darlingtontransistoren auf passiven Betrieb.