NL7908565A - Inrichting en werkwijze voor het reduceren van snel- heidsfluctuaties van een synchrone motoras. - Google Patents

Description

4 49 371/AH/AS - 1 - *"

Inrichting en werkwijze voor het reduceren van snelheids-fluctuaties van een synchrone motoras

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting en werkwijze voor het reduceren van fluctuaties van de rotatie-snelheid van een synchrone motoras en meer in het bijzonder van de as van een stappenmotor. Een stappenmotor is een 5 synchrone motor, waarvan de uitgangsas stapsgewijze draait in antwoord op een reeks veranderingen van een ingangs-stuursignaal. Wanneer de regeling op juiste wijze plaats vindt zal het aantal stappen aan de uitgang steeds geÜLjk zijn aan het aantal ingangssignaalveranderingen. Voor na-10 dere informatie met betrekking tot de theorie en de werking van dergelijke stappenmotoren kan bij voorbeeld worden verwezen naar het boek "Theory and Applications of Step Motors" van de auteur Benjamin C. Kuo, uitgegeven door West Publishing Co., St.Paul, 1974.

15 Zoals bekend, worden stappenmotoren op ruime schaal gebruikt over een ruim toepassingsgebied van regeltechnieken. Gedurende de laatste tijd worden zij toegepast in alle soorten computerhulpapparatuur zoals drukkers, bandaandrijfinrichtingen, geheugentoegangmechanismen en stappengrafiekschrij-20 vers. raar zij inrichtingen met zelfstandige afzonderlijke bewegingsstappen vormen,zijn stappen^motoren verenigbaar met digitale regeltechnieken en een tijdens hun werking eventueel ingevoerde positiefout is niet cumulatief. Bovendien is het mogelijk om een nauwkeurige positie- en snelheids- ( 25 regeling te bereiken ineen open lusconfiguratie. Bij het in werking zijn van een stappenmmotor onder deze voorwaarde (open lusconfiguratie) kunnen drie hoofdwerkingswijzen worden onderscheiden, te weten een draaibeweging, bestaande uit afzonderlijke draaistappen, een continue draaibeweging in één draai-30 richting en een overgangsfase tussen de stappenbeweging en continue draaibeweging. In de werkingswijze van de stappen.. draaibeweging komt het rotorelement van de motor tussen opeenvolgende draaistappen tot rust, terwijl bij de bewegingswijze van de continue draaibeweging dit niet het geval is en de 35 motor zich geheel als een synchrone motor gedraagt. In de over-gangswerkingsfase zal de als draaibeweging enigszins 790 85 65 - -2-. tèi.

* onregelmatig en onvoorspelbaar zijn.

Een bekend probleem van stappenmotoren is, dat wanneer zij in de continue draaibewegingswerkstand werkzaam zijn, hun rotatieassen de neiging hebben om met een fluctuerende 5 rotatiesnelheid te draaien, welk verschijnsel overeenkomt met de rotatievariatiekarakteristieken van een synchroon-motor. Dergelijke fluctuaties hebben een oscillerend karakter en neigen op te treden telkens wanneer de frequentie van de motorstuur- of bekrachtigingsstroom gelijk wordt 10 aan een hogere harmonische van een of een natuurlijke of resonantiefrequentie van de veer-massa^equivalent v^an de motor en haar bijbehorende belasting, De amplitude van de snehheidsfluctuaties is een functie van zowel de amplitude als de frequentie van de stuurstroom, aangelegd aan 15 de motor.

De fluctuaties van de asrotatiesnelheid zullen wanneer zij niet gecorrigeerd of gereduceerd zijn tot een onbeduidend niveau leiden tot onaanvaardbare nietlineariteiten in de werking van de betreffende inrichting, die door de motor wordt 20 geregeld. Een dergelijke correctie of reductie is in het bijzonder van belang bij stappengrafiekschrijvers, waar dergelijke nietlineariteiten de geschiktheid van de inrichting tot het leveren van grafieken met een hoog scheidend vermogen in ernstige mate beperken.

25 De bekende methoden voor het regelen van oscillaties in een stappenmotorsy'-steem zijn in het algemeen gericht op het dempen van de oscillaties gedurende de draaistappenwerkings-wijze ten opzichte van de continue draaibewegingswerkings-wijze. Een aantal van deze methoden zijn beschreven in de 30 bovengenoemde referentie van B.C.Kujo en hierbij wordt gebruik gemaakt van mechanische traagheidsdempers en van elec-tronische schakelschema's, die kenmerkend verschillen van hetwelk volgens de uitvinding wordt voorgesteld, terwijl verder wijzigingen van mechanische en electrische motorparame-35 ters zijn voorgesteld. Andere middelen en methoden voor het regelen van de werking van stappenmotoren zijn beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 4 126 821, 4 104 574, 4 087 732 en 3 908 195,

De uitvinding beoogt te voorzien in een inrichting en 790 85 65 - 3 - * werkwijze voor het reduceren, van fluctuaties van de rotatie-snelheid van een synchrone motoras, in het bijzonder de as van een stappenmotor van het permanent magnetische rotor-of synchrone inductortype, die werkt in de continue draai-5 bewegingsstand. Hiertoe wordt volgens de uitvinding voorzien in een stappenmotorregelinrichting, die een orgaan bevat voor het vergelijken van een signaal, dat een gewenste motorstuurfrequentie voorstelt, met een of meer signalen, die tevoren afgeleide resonantiefrequenties van een bepaal-10 de te regelen stappenmotor met bijbehorende belasting voorstellen, alsmede een orgaan, dat reageert op deze vergelijking voor het kiezen van een amplitude van een op bekende . wijze aan de motor aan te leggen stuurstroom, teneinde de neiging van de motoras om met een fluctuerende rotatie-15 snelheid te draaien tot een minimum te beperken. De verwerking van de gewenste en de resonantiesignalen kan hetzij op digitale hetzij op analoge wijze plaats vinden.

Zoals bekend, zal de asrotatiesnelheid van een stappen-motor, die in de continue draaibewegingsstuurwerkstand werkt, 20 neigen tot resonenrend fluctueren om de frequentie van de stuurstroom, aangelegd aan de motor, waarbij de fluctuatie-amplitude afhankelijk is van de amplitude en de frequentie van de stuurstroom. Bij bepaalde stuurstroomfrequenties zullen bij het kleiner worden van de stuurstroomamplitude de 25 snelheidsfluctuaties worden verkleind, terwijl bij bepaalde andere stuursignaalfrequenties een toename van de stuur-stroomamplitudejde fluctuaties doen verkleinen. Het is der- i halve mogelijk om de amplitude van de snelheidsfluctuaties te regelen door de amplitude van de stuurstroom op een te-30 voren bepaalde wijze te kiezen.

De inrichting volgens de uitvinding bevat een orgaan, dat geschikt is voor het uitvoeren van tevoren bepaalde verge lij kbewerkingen, een orgaan voor het opzamelen van een hoeveelheid informatie, waarna deze bewerkingen kunnen wor-35 den uitgevoerd, en een stuurketen voor het in antwoord op elke vergelijkbewerking leveren van een stapsgewijze varia- t bel stuursignaal met een tevoren gekozen amplitude.

Alvorens de inrichting in werking wordt gesteld, worden de verschillende stuurstroomfrequenties en -amplituden, waar- 790 85 65 «r "4 - mede de asrotatiesnelheid van een bepaalde s tappenmotor met bijbehorende belastingen resonerend fluctueert met een amplitude, die groter is dan een tevoren bepaalde maximumwaarde, eerst bepaald door een van de verschillende bekende 5 middelen, bij voorbeeld door de asrotatiesnelheid te bepalen met een tachometer en een frequentiespectrumonderzoek-toestel of, in het geval van een stappengrafiekschrijver door het waarnemen van de afwijkingen van een reeks rechte lijnen, getrokken door de grafiekschrijver. Signalen, die 10 de aldus bereikte resonantiefrequenties voorstellen, of signalen, die de boven- en ondergrens van een frequentie-band, waarbinnen deze resonantiefrequenties liggen, voorstellen, worden opgezameld in het geheugenorgaan.

Tijdens het in werking zijn ontvangt de inrichting van 15 een externe bron een signaal, dat een stuurfrequentie voorstelt, waarbij het gewenst is, dat de motor wordt bediend.

Na ontvangst wordt elk stuurfrequentiesignaal vergeleken met het opgezamelde aantal signalen, die de tevoren bepaalde resonantiefrequenties of frequentiegrenzen hiervan voorstel-20 len. Indien er tussen de ontvangst van de frequentiesignalen en de opgezamelde resonantiefrequentiesignalen geen overeenstemming blijkt te bestaan, wordt de motorregelketen vrijgegeven voor het bekrachtigen van de motor met een maximum-stroomsterkte. Indien daarentegen een overeenstemming blijkt 25 te bestaan, wordt de regelketen vrijgegeven voor het bekrachtigen van de motor met een verzwakt stuurstroomniveau, waarvan het bekend is, dat de hieruit voortvloeiende asrotatie-snelheidsfluctuaties minimaal zijn. De vergelijkings-, eventuele verzwakkings- en vrijgeefbewerkingen worden uit--. 30 gevoerd telkens wanneer een nieuw stuurfrequentiesignaal wordt ontvangen, teneinde de automatische en dynamische regeling v^an de werking van de stappenmotor op zodanige wijze mogelijk te maken, dat de resonantie-invloeden op de rotatiesnelheid van haar uitgangsas tot een minimum wor-35 den beperkt.

D.'e uitvinding beoogt in principe een systeem te verschaffen voor het automatisch en dynamisch reduceren van fluctuaties in asrotatiesnelheid van een stappenmotor, die in de continue draaibewegingswerkstand werkt.

790 85 65 5

Verder beoogt de uitvinding een werkwijze voor het reduceren van dergelijke fluctuaties te verschaffen.

Het systeem volgens de uitvinding heeft het voordeel, dat mechanische dempers overbodig worden, 5 waardoor een besparing van de kosten voor dergelijke dempers worden bereikt en tevens een besparing aan nergieverlies, dat dergelijke dempers met zich mede brengen, welke bespaarde energie beschikbaar komt voor het sturen van de belasting.

10 Een kenmerk van de uitvinding bestaat hierin, dat signalen, die gewensre stappehmotorstuurfrequenties voorstellen, worden vergeleken met een aantal signalen, die tevoren afgeleide resonantiefrequenties voorstellen, op een zodanige wijze, dat een automatische en dynami-15 sche regeling van de amplitude van een motorstuursignaal wordt mogelijk gemaakt in een richting, waarin de invloed op de werking bij dergelijke resonantiefrequenties tot een minimum wordt gereduceerd.

De uitvinding zal hieronder nader worden toege-20 licht aan de hand van de tekening, waarin bij wijze van voorbeeld een gunstige uitvoeringsvorm van een motor-regelketen voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding is weergegeven. Hierin toont: fig. 1 een logisch schema van het motorregel-25 schema, dat deel uitmaakt van het motorregelsysteem volgens de uitvinding, fig. 2 een blokschema van de motorregelketen, die deel uitmaaktVan het motorregelsysteem volgens de uitvinding, * 30 fig. 3 een gunstige uitvoeringsvorm van het motorregelsysteem volgens de uitvinding, en fig. 4 een blokschema van een gunstige uitvoeringsvorm van de ketenconstructie van een deel van het

V

schema uit fig. 1, 35 Fig. 1 toont het logische schema van de regel functies voor de werking van de in fig. 2 weergegeven keten voor het sturen van een stappenmotor. In fig. 1 is met het blok 20 de ontvangst voorgesteld van een digitaal signaal, dat representatief is voor een gewenste 790 8 5 65 * 6 snelheid en richting van een inrichting die geregeld wordt met een stappenmotor. Van het snelheidssignaal wordt in het blok 22 een motorstuurfrequentie berekend, waarna bij 24 een bewaarde tabel van tevoren bepaalde 5 resonantiestuurfrequenties wordt gezocht. Al naar gelang de uitkomst 26 hiervan zal dan een signaal 28 of 30 worden afgegeven, dat een aanwijzing verschaft van een gewenste stuursignaalamplitude. Bij 32 wordt de motorstuurketen. (fig. 2) vrijgegeven teneinde de 10 stappenmotor in de gewenste richting te sturen met de gewenste stuurfrequentie en met het gewenste stuur-signaalniveau. Verder is een voorziening getroffen voor het controleren, voorgesteld door het blok 34, van de werking van de stuurketen teneinde bij 36 te 15 detecteren wanneer de motoras een gewenst aantal om wentelingen of omwentelingsdelen heeft gedraaid. De letter A, C, D, E in fig. 1 duiden op informatie- en stuursignaalwegen, die zijn aangesloten op de met dezelfde letters aangeduide aansluitcontacten in de 20 keten volgens fig. 2. Een meer gedetailleerde beschrij ving van de werking van de keten aan de hand van het logische schema volgens fig. 1 zal later worden gegeven .

De in fig. 2 weergegeven stuurketen volgens de 25 uitvinding bevat de volgende delen: een programmeerbare pulssnelheid- of pulsfrequentiegenerator 40 voor het selectief leveren van een constante stroom van digitale signaalpulsen met een frequentie, die correspondeert met de eerder berekende stuurfrequentie, en een teken-30 signaal, dat correspondeert met de eerder ontvangen gewenste richting van de inrichting, een digitale teller-moduul 42 voor het stapsgewijze doen toenemen van een bewaarde variabele met een frequentie en een richting zoals bepaald door de signalen, geleverd door de 35 frequentiegenerator 40, een sinusmoduul 44 en cosinus moduul 46 voor het selectief leveren van digitale signalen, die de sinus en cosinus van elke waarde van de in de tellermoduul 42 bewaarde variabele voorstellen, __ twee digitaal/analoog-omzettermoduuls 48 en 50 voor het 790 8 5 65 * 7 omzetten van de digitale signalen, resp. geleverd door de sinus- en cosinusmoduuls 46 en 48, in analoge span-ningsignalen, die representatief zijn voor deze digitale signalen, twee programmeerbare spanningsverzwak-5 kers 42 en 44 voor het selectief invoeren van een te voren bepaalde mate van verzwakking in de signalen, geleverd door de digitaal/analoog-omzetters 48 en 50, twee stroommodesversterkers 56 en 58 voor het leveren van een analoog stroomsignaal met een grootte, die 10 evenredig is met die van het selectief verzwakte span- ningssignaal van de digitaal/analoog-omzetters '48 en 50, en een stappenmotor 60 met een rotorelement 62, dat draaibaar en houdbaar is in een rotatiestand, die éénduidig bepaald is door de sinus- en cosinusstroomsig-15 nalen van de versterkers 56 en 58. Het zal voor de vak man duidelijk zijn, dat de in de keten volgens fig. 2 toegepaste delen op zichzelf conventioneel zijn, doch het is een combinatie en functionele onderlinge betrekking, in combinatie met een operationele regeling 20 volgens het logische schema van fig. 1, dat de basis vormt van het motorregelsysteem volgens de uitvinding.

Voor de doelmatige werking van het systeem volgens de uitvinding, voorgesteld door het logische schema van fig. 1 en de keten in fig. 2, staat centraal, 25 dat een beginonderzoek van de stappenmotor 60 met haar bijbehorende belasting wordt uitgevoerd voor het bepalen van de stuurfrequenties in de continue draaiwerk-stand, waarbij de rotatiesnelheid van het rotorelement 62 de neiging verkrijgt om in belangrijke mate te 30 fluctueren. Dit onderzoek kan worden uitgevoerd door middel van verschillende methoden zoals bijvoorbeeld door het voeren van een frequentiespectrumonderzoek van een uitgangssignaal, geleverd door een tachometer, die bevestigd is aan het rotorelement, gedurende de 35 werkingsfase van het continu draaien van de motor met belasting. Een tweede methode, die in het bijzonder geschikt is voor een grafiekschrijvermechanisme, waarin gebruik wordt gemaakt van stappenmotoren voor de aandrijvingen in cfeX- en Y-richtingen, bestaat hierin, dat het 790 8 5 65 8 schrijf element, van. de gr afiekschrij ver. wordt gedwongen rechte lijnen te trekken vanuit een gemeenschappelijk punt onder hoeken, die variëren van 0 tot 90°, waarbij de lijnen, die duiden op een niet-lineaire werking 5 worden beschouwd en de motorstuurfrequenties worden berekend uit de bekende schrijfelementsnelheid en onder-line overbrengingsverhoudingen. Het hoekgebied van 0 tot 90° is gekozen omdat hierbij de motor zal werken over haar gehele snelheidgebied van 0 tot aan een te-10· voren gekozen maximum. Indien iets anders dan een reciproke niet-lineairiteit wordt verwacht, d.w.z. indien een omkeerwerking van de motoren met bijbehorende belastingen worden verwacht teneinde niet-lineairi-teiten te doen ontstaan, die verschillen van de voor-15 waartse draairichting, kan een soortgelijke reeks lijnen getrokken vanuit andere punten en met andere hoeken en worden de waarnemings- en berekeningsstappen herhaald. Wegens de inherente niet-lineairiteiten in een motor-gedreven systeem zullen dergelijke onderzoeken, uitge-20 voerd op een bepaald mechanisme, gewoonlijk verschillen de stuurfrequentiegebieden blootleggen, die een ongewenste trillingswerking veroorzaken.

Zoals eerder vermeld, is vastgesteld, dat de resonantiefrequentiekarakteristieken van een bepaalde 25 stappenmotor met bijbehorende belasting zullen veran deren wanneer de amplitude van de stuurstroom verandert. Dit volgt uit de. analogie tussen een stappenmotor en belasting en een mechanische veer/massa-combinatie.

(Onder stuurstroom en stuursignaal wordt in dit verband 30 steeds verstaan het totale signaal, aangelegd aan de motor 60, bijvoorbeeld beide fasen van een twee-fasig signaal, terwijl onder amplitude de maximum waarde van een wisselstroomsignaal wordt verstaan en met "grootte" de momentele waarde van een dergelijk signaal 35 wordt bedoeld). Een stappenmotor in rust zal onder inv^loed van een bepaalde combinatie van constante stuurstromen weerstand vertonen tegen het in beweging komen van haar rotorelement, welke bewegingsweerstand evenredig is met de respectieve grootten van de stuur- 7908565 9 stromen. Naarmate de grootte van de stuurstromen toeneemt of afneemt zal ook de bewegingsweerstandskracht toenemen of afnemen. Een dergelijke betrekking tussen de grootte van de stuurstromen en de bewegingsweer-5 stand komt rechtstreeks overeen met de betrekking tus sen de veerconstante van een mechanische veer en de weerstand van de veer tegen uitrekking of samendruk-king. Met de bestaande analogie tussen de stuurstroom-grootte en de mechanische veerconstante zal het duide-10 lijk zijn, dat voor het variëren van de grootte van de stuurstroom de resonantiefrequentiekarakteristieken van het veer/massa-stelsel, voorgesteld door de motor met bijbehorende belasting zal variëren. Bijgevolgd zal een herhalen van de bovenbeschreven test van een 15 grafiekschrijvermechanisme bij verschillende amplituden van de stuurstroom gewoonlijk verschillende gebieden van resonerende stuurfrequenties blootleggen. Door een oordeelkundige keuze van stuurstroomamplituden is het mogelijk om een reeks stuurstroomamp1itude/stuurstr oom-20 frequentie-combinaties af te leiden, waarmede op doel treffende wijze elke ongewenste niet-lineairiteit uit het systeem wordt geëlimineerd. Bij een bepaald grafiekschrijvermechanisme, dat onderworpen was aan een dergelijk onderzoek, was het-mogelijk om twee stuurstroom-25 amplituden te bepalen, die onderling bij factor 3 verschillen, waarbij door het afwisselend kiezen van deze twee amplituden aanvaardbare rechte lijnen over het gehele gebied van motorstuursnelheden worden verschaft.

30 Aangenomen wordt, dat er slechts twee stuur stroomamplituden nodig zijn voor het verschaffen van een aanvaardbare werking van het systeem, d.w.z. de trillingswerking bij een eerste stuurstroomamplitude wordt gereduceerd tot een aanvaardbare grens door te 35 schakelen op een tweede amplitude en omgekeerd. Men behoeft dus alleen de resonantiefrequentiegebieden, die behoren bij een eerste stuurstroomamplitude, in het systeem op te slaan en er behoeven slechts twee stuurstroomamplitudeniveaus dienstbaar te zijn. Het is 790 85 65 4.

10 duidelijk, dat dit systeem kan worden uitgebreid voor het opslaan van resonantiefrequentiegebieden, die behoren bij meer dan twee amplituden van de stuur-stroom en voor het kiezen van meer dan twee stuur-5 stroomamplituden zonder hierbij buiten het kader van de uitvinding te treden.

De werking van het bovenbeschreven systeem, gevormd door de combinatie van het logische schema uit fig. 1 en de keten volgens fig. 2, zal hieronder 10 nader worden uiteengezet. Fig. 3 toont een blokschema van dit systeem, waarbij in het ingangs/uitgangs-blok 80 de verwerking van ingang- en uitganginformatie aan stuursignalen plaats vindt, in het procesvormblok 82 en het geheugenblok 84 de logische bewerkingen, voor-15 gesteld door het logische schema uit fig. 1, worden uitgevoerd, en met het referentiecijferloze blok de keten volgens fig. 2 is voorgesteld, terwijl met het verwijzingscijfer 60 de stappenmotor is aangeduid.

Het schema volgens fig. 1 kan een software programma 20 voorstellen, dat uitvoerbaar is door een universele processor 82 en een geheugen 84, of de processor en het geheugen kunnen een meer gespecialiseerde uitvoering hebben, waarbij het logische schema volgens fig. 1 is opgenomen in de hardware constructie hiervan.

25 Een belangrijk deel van het logische schema volgens fig. 1 kan ook worden uitgevoerd door analoge ketens voor meer speciale doeleinden. Voor het in werking stellen wordt' de ontvangst van een digitaal signaal, dat de gewenste snelheid en richting van een inrichting 30 geregeld met het rotorelement 62 van de stappenmotor 60, voorstelt, welke ontvangst in het logische schema volgens fig. 1 met het blok 20 is aangeduid, behandeld door de processor 82 voor de berekening (blok 22 in fig. 1) van een signaal, dat representatief is voor een 35 gewenste motorstuurfrequentie en richting. Dit signaal wordt via de informatieweg D aangelegd aan de programmeerbare frequentiegenerator 40 voor het verschaffen van de snelheid- en richtingsignalen, die de teller-moduul 42 besturen. Voordat de pulsfrequentie of snelheid- 790 85 65 11 generator wordt vrijgegeven wordt evenwel een onderzoek uitgevoerd (blok 24 in fig. 1) van de resonantie-frequenties die tevoren zijn afgeleid en opgeslagen in het geheugen 84, bijvoorbeeld door het signaal, dat 5 de gewenste stuurfrequentie voorstelt, te vergelijken met elk opgeslagen frequentiesignaal, of door te vergelijken met opgeslagen frequentiesignalen, die de boven- en ondergrens van een frequentieband voorstellen, teneinde vast te stellen (blok 26 in fig. 1) of de 10 gewenste stuurfrequentie naar waarschijnlijkheid tril lende fluctuaties in de resulterende rotatiesnelheid van het rotorelement 62 zal veroorzaken wanneer de motor 60 wordt gedreven met een tevoren bepaalde maximum stuurstroomamplitude. Indien er een overeenstemming 15 blijkt te bestaan tussen de gewenste stuurfrequentie en een eerder opgeslagen resonantiefrequentie zal (in het blok 28 in fig. 1) een instelsignaal worden afgegeven en via de regelweg A worden aangelegd aan de programmeerbare verzwakkers 52 en 54 teneinde de ampli-20 tuden van de respectieve te verzwakken stuurstromen in een tevoren bepaalde mate te verzwakken, bijvoorbeeld met een factor 1/3, op welk niveau de werking van de motor 60 zal plaatsvinden zonder noemenswaardige snelheids fluctuaties . Indien daarentegen geen overeenstem-25 ming is gebleken uit de vergelijking, zal geen verzwak- kingssignaal worden afgegeven en wordt elk tevoren voortgebracht verzwakkingssignaal gewist (blok 30 in fig. 3), ook via de regelweg A, waardoor de werking van de rotor bij de maximum stuurstroomamplitude wordt 30 toegelaten. De pulsfrequentiegenerator 40 wordt dan vrijgegeven (blok 32 in fig. 1) door een signaal, aangelegd via de regelweg C.

Tijdens het in werking zijn van de keten volgens fig. 2 wordt de waarde, opgeborgen in de tellermoduul 42, 35 verhoogd met een bedrag en in een richting zoals aange geven door de signalen, geleverd door de pulsfrequentiegenerator 40. De waarde, opgeborgen in de tellermoduul 42, kan worden ingeleid door een niet nader weergegeven geschikt conventioneel orgaan teneinde te corresponderen 790 85 55 * ψ 12 met een gewenste oriëntatie van het rotorelement 62.

De uitgang, van de tellermoduul 42, bijvoorbeeld een digitaal signaal 0 van een 7-bits, wordt gelijktijdig aangelegd aan zowel de sinusmoduul 44 als de cosinus-5 moduul 46, die elk bij voorkeur bestaan uit een conven tionele vrij toegankelijke permanente geheugenmoduul, die een éénduidig sinus- of cosinussignaal van 8 bits kan leveren voor elke waarde van het informatie-ingangssignaal van 7 bits. Het is duidelijk, dat het 10 aantal bits in de uitgangssignalen van de tellermoduul 42 en de vrij toegankelijke geheugens 44 en 46 een ontwerpkeuzë is en dat moduuls, die signalen leveren met een grotere of kleinere bitdichtheid even zeer kunnen worden gebruikt.

15 De 8 bitssignalen van de sinusmoduul 44 en cosinusmoduul 46 worden respectievelijk aangelegd aan een paar digitaal/analoog-omzetters 4‘8 rn 50 teneinde op conventionele wijze te worden omgezet in analoge spanningssignalen, waarvan de grootte en richting 20 correspondeert met de grootte en het teken aan de betreffende ingangsfunctie (v^^ = k^ sin 0, v2 = ^ cos 0) . De spanningssignalen v^, v2 worden op hun beurt aangelegd aan respectieve programmeerbare verzwakkers 52 en 54 teneinde te worden verzwakt indien eerder een over-25 eenstemming is gebleken tussen de gewenste motorstuur- frequentie en de bewaarde resonantiefrequentie, terwijl deze spanningssignalen zonder verzwakking worden verder gevoerd indien geen overeenstemming werd geconstateerd. Zoals eerder is aangegeven, wordt bij voorkeur de ver-30 zwakkingsfactor van 1/3 gekozen zodat de uitgangssig nalen van de verzwakkers 52 en 54 respectievelijk v^ = k2 sin 0, v^ = k2 cos 0, waarin k2 = ^/3 voor een eerder genoemde frequentieovereenstemming een k2 = kj^ indien er geen overeenstemming is. Het is 35 duidelijk, dat de verzwakkingsfactor een ontwerpkeuze is, die kan variëren in afhankelijkheid van de karakteristieken van het betreffende systeem.

Tenslotte worden de spanningssignalen v^, v^ van de verzwakkers 52, 54 resp. aangelegd aan een paar 790 85 65 13 stroommodusversterkers 56, 58 teneinde te worden omgezet in stroomsignalen i1 = sin 0, i^ = k^ cos 0/ waarin kg = = ^2^2 en vervolgens te worden aangelegd v3 v4 aan de stuurspoelen 64, 66 5 van de motor 60. De op een gegeven tijdstip aan de motor 60 aangelegde stuurstromen zijn derhalve direct evenredig met de sinus- en cosinusfuncties van de waarde bewaard in de tellermoduul 42, welke waarde verandert met een veranderingssnelheid, die evenredig is met de 10 pulsfrequentie van de programmeerbare pulsfrequentie- generator 40. Daar het rotorelement 62 van de motor 60 beweegbaar is naar en tot stilstand te brengen is in een rotatiestand, die éénduidig bepaald is door de relatieve amplituden van de twee stuurstromen, zal elk opeenvolgende 15 verandering van de waarde, bewaard in de tellermoduul 42 een corresponderende opeenvolgende bewerking van het rotorelement tot gevolg hebben, waarbij een afzonderlijke veranderingsstap een afzonderlijke bewegingsstap en een continue verandering een continue beweging veroorzaakt 20 en waarbij de snelheid en richting van de beweging bepaald worden door de snelheid en richting van de verandering.

In een praktische uitvoeringsvorm volgens de uitvinding werd gebruik gemaakt van een stappenmotor 25 met draaistappen van 1,8°, die een wisselend motor- stuursignaal van 50 Hz nodig had voor het uitvoeren van één volledige omwenteling van haar rotorelement 62.

Gewoonlijk zal een gestuurde frequentie van 50 Hz een dergelijke motor drijven met één omwenteling per 30 seconde. Doordat echter de stuurketen volgens fig. 2 elke cyclus van sinus- en cosinus-stuursignalen op 7 doeltreffende wijze verdeelt in 2 of 128 delen, is een stuurfrequentie van 6400 Hz nodig om de motor aan te drijven met één omwenteling per seconde. Het voor-35 deel van een dergelijke cyclusverdeling bestaat hierin, dat een fijnere rotorbewegingsregeling te bereiken, waarbij de rotor tot stilstand kan komen in één van de 6400 verschillende rotatiestanden. Het is duidelijk, dat ten behoeve van het vergelijken alle frequenties 790 85 65 * * 14 moeten zijn gestandadiseerd tot hetzelfde punt van het systeem.

Voor het controleren van de beweging van het rotorelement 62 wordt de bit van lage orde van de 5 tellermoduul 42 afgetast in het blok 34 in fig. 1 via de informatieweg E totdat de waarde, bewaard in de teller, is toegenomen met een gewenst aantal aanheden. Voor een lagere dichtheid kunnen bits van hogere orde van de tellermoduul worden afgetast. Wanneer het rotor-10 element eenmaal gedraaid is over het gewenste aantal van 36 gedeeltelijke of volledige omwentelingen, wordt de pulsfrequentiegenerator 40 vrijgegeven (het blok 37 in fig. 1) en zal indien dit gewenste is het proces worden herhaald,(blok 38 in fig. 1).

15 Aangenomen wordt, dat de pulsfrequentiegene- rator 40 voorzien is van conventionele middelen voor het regelen van de pulsfrequentie gedurende de beginperiode van het telkens vrijgeven op een wijze, die het mogelijk maakt, dat het rotorelement 62 van de 20 motor synchroon blijft in de versnellingsfase vanuit de rusttoestand. Een dergelijke regeling kan bijvoorbeeld de vorm aannemen van een experimentieel afnemend pulsinterval van de gedaante PIs + PIi.e~t^T, waarin PIg het constante pulsinterval, PI^ een vertragings-25 factor kleiner dan PIg en T een tijdconstante, waarmede het pulsinterval zal afvallen van PI + PI. tot PI .

si s

Een soortgelijke regeling wordt uitgevoerd tijdens het afremmen. Daar dergelijke regelmiddelen op zichzelf conventioneel zijn, behoeven zij niet nader te worden 30 uiteengezet.

Zoals eerder was opgemerkt, kan een belangrijk deel van het logische schema volgens fig. 1 worden uitgevoerd door analoge ketens voor speciale doeleinden die werken op analoge signalen, die de bovenbeschreven 35 gewenste en resonantiestuurfrequenties voorstellen.

Een dergelijke keten is weergegeven in fig. 4 en bestaat bijvoorbeeld uit een frequentie/spanning-omzetter 70 voor het omzetten van het door de pulsfrequentie- ' generator 40 geleverde digitale pulsfrequentiesignalen 790 85 65 15 in een analoog signaal, dat de digitale pulsfrequentie voorstelt, en uit een spanningsvergelijker 72 voor het vergelijken van het analoge pulsfrequentiesignaal met een aantal tevoren ingestelde referentiespanningen 5 V (ref 1) ... V (ref n) , die de tevoren afgeleide resonantiefrequenties of frequentiegrenswaarden voorstellen. Een geschikte vergelijker 72 is die, welke bekend is als "venster"vergelijker, waarmede een aanwijzing kan worden verschaft telkens wanneer een in-10 gangssignaal binnen een "venster" valt, dat wordt afgebakend door een paar vooringestelde bovenste en onderste grenzen. Telkens wanneer het signaal, geleverd door de frequentie/spanning-omzetter 70 overeenkomt met een signaal of "venster" van signalen, ingesteld 15 in de vergelijker 72, wordt een instelsignaal afgege ven over de informatielijn A teneinde de juiste mate van verzwakking in te voeren in het stuursignaal, dat wordt aangelegd aan de motor. Indien geen overeenstemming wordt geconstateerd zal geen instelsignaal worden 20 afgegeven. Evenals voorheen zullen ter keuze meerdere niveaus van stuursignaalverzwakking worden verschaft.

De delen van het logische schema volgens fig. 1, uitgevoerd door de bovenbeschreven analoge keten, omvat het onderzoek (blok 24 in fig. 1), de analyse van het 25 onderzoek (blok 26) en het instellen (blok 28) en vrijgeven (blok 30) van het stuursignaalniveau. Een zekere regelgeschiktheid is nog altijd gewenst teneinde de stuurfrequentie te berekenen (blok 22), de motorregelketen vrij te geven (blok 32), haar werking 30 te controleren (blokken 34 en 36) en bij het bereiken van een gewenste stand van de motorrotor 62 vrijgeven van de keten (blok 37).

Hoewel het bovenbeschreven uitvoeringsvoorbeeld volgens de uitvinding betrekking heeft op een stappen-35 motor en een stappengrafiekschrijver zal het duidelijk zijn, dat het systeem volgens de uitvinding evenzeer toepasbaar is op het nauwkeurig regelen van synchroon motoren in het algemeen over een ruim toepassingsgebied.

"" Het zal dan ook duidelijk zijn, dat de uit- 790 85 65 16 vinding geenszins beperkt is tot het bovenbeschreven uitvoeringsvoorbeeld, doch dat velerlei, gewijzigde uitvoeringsvormen kunnen worden ontwikkeld zonder hierbij buiten het kader van de uitvinding te treden.

Conclusies.

790 8 5 65

Claims (14)

1. Motorregelinrichting met een motoraan-drijfinrichting voor het reduceren van fluctuaties van de rotatiesnelheid van het rotorelement van een synchroon motor, werkzaam in de continue draaibewe-5 gingswerkstand, met het kenmerk, dat deze inrichting bestaat uit een orgaan voor het bewaren van een signaal, dat representatief is voor een stuurfrequentie, waarbij de rotatiesnelheid van het rotorelement resonerend fluctueert wanneer be-10 stuurd in een continue éénrichtings werkstand, uit een orgaan voor het opvangen van een signaal, dat representatief is voor een stuurfrequentie, waarbij het gewenst is de motor te besturen, uit een bij het bewaarorgaan en het ontvangsignaal behorend orgaan 15 voor het vergelijken van het gewenste frequentie- signaal met het resonantiefrequentiesignaal, uit een orgaan voor het leveren van een motorstuursignaal met een frequentie, die venredig is met de frequentie, voorgesteld door het gewenste frequentiesignaal, en 20 uit een orgaan, dat reageert op de vergelijking tussen het gewenste frequentiesignaal en het resonantiefre-quentiesignaal teneinde het stuursignaal te voeren aan de motor met een eerste tevoren gekozen amplitude indien de signalen niet gelijk zijn en met een tweede 25 tevoren gekozen amplitude indien de signalen gelijk zijn.

2. Motorregelinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het signaalbewaar-orgaan bestaat uit een orgaan voor het bewaren van een aantal van dergelijke resonantiefrequentiesignalen, 30 dat het vergelijkorgaan bestaat uit een orgaan voor het vergelijken van het gewenste frequentiesignaal met elk van de bewaarde resonantiefrequentiesignalen, en dat het signaaltoevoerorgaan bestaat uit een orgaan voor het toevoeren van het stuursignaal aan de motor 35 met een tweede amplitude indien het gewenste frequentie- signaal gelijk is aan één van de resonantiefrapentie- signalen. 790 85 65

3. Motorregelinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het signaalbewaar-orgaan bestaat uit een orgaan voor het bewaren van de twee frequentiesignalen, die respectievelijk de 5 bovengrens en de ondergrens van een tevoren bepaalde frequentieband voorstellen, die gecentreerd is om de hierin gelegen resonantiefrequentie, dat het vergelijk-orgaan bestaat uit een orgaan voor het vergelijken van het gewenste frequentiesignaal met het bovengrens- 10 en het ondergrensfrequentiesignaal, en dat het signaal- toevoerorgaan bestaat uit een orgaan voor het toevoeren van het stuursignaal aan de motor met de tweede ampl-tude indien de frequentie, voorgesteld door het gewenste frequentiesignaal, is gelegen binnen de frequentieband, 15 afgebakend door de grensfrequentiesignalen.

4. Motorregelinrichting volgens conclusie 1, 2 of 3,met het kenmerk, dat de tweede amplitude van het stuursignaal kleiner is dan de eerste amplitude.

5. Motorregelinrichting volgens conclusie 1, 2 of 3,met het- kenmerk, dat de tweede amplitude van het stuursignaal groter is dan de eerste amplitude.

6. Motorregelinrichting volgens conclusie 1, 25 met het kenmerk, dat het resonantiefrequentie- signaal en het gewenste frequentiesignaal digitaal zijn'.

7. Motorregelinrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het signaalbewaarorgaan bestaat uit een digitaal geheugenorgaan voor het be- 30 waren van het digitale resonantiefrequentiesignaal en dat het vergelijkorgaan bestaat uit een digitale processor, die in verbinding staat met het geheugenorgaan.

8. Motorregelinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het resonantiefrequentie- 35 signaal en het gewenste frequentiesignaal in analoge vorm zijn. 790 8 5 65

9. Motorregelinrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het signaalbewaar-orgaan bestaat uit een orgaan voor het leveren van een tevoren gekozen analoog referentiesignaal, dat 5 representatief is voor de resonantiefrequentie, en dat het vergelijkorgaan bestaat uit een analoge signaalvergelijker voor het vergelijken van de grootte van het gewenste frequentiesignaal met de grootte van het resonantiefrequentiereferentiesignaal.'

10. Werkwijze voor het reduceren van fluctuaties van de rotatiesnelheid van het rotorelement van een synchroon motor, die werkzaam is in de continue draai-bewegings werkstand, welke werkwijze bestaat uit het leveren van een signaal, dat representatief is voor 15 een motorstuurfrequentie, waarbij de rotatiesnelheid van het rotorelement resonerend fluctueert wanneer bestuurd in een continue éênrichtingsdraaibewegings-werkstand, uit het ontvangen van een signaal, dat representatief is voor een stuurfrequentie, waarbij 20 het gewenst is om de motor te besturen, uit het leveren van een motorstuursignaal met een frequentie die evenredig is met de frequentie, voorgesteld door het gewenste frequentiesignaal, uit het vergelijken van het gewenste frequentiesignaal met het resonantie-25 frequentiesignaal, en uit het reageren op de verge lijking tussen het gewenste frequentiesignaal en het resonantiefrequentiesignaal door het toevoeren van een stuursignaal aan de motor met een eerste tevoren gekozen amplitude indien de signalen niet gelijk zijn 30 en met een tweede tevoren gekozen amplitude indien de signalen gelijk zijn.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, me t het kenmerk, jlat zij bestaat uit het leveren van een aantal van dergelijke resonantiefrequentie-35 signalen, dat het gewenste frequentiesignaal wordt vergeleken met elk van de geleverde resonantiefre-quentiesignalen, en dat het stuursignaal aan de motor 790 85 65 wordt aangelegd met een tweede amplitude indien het gewenste frequentiesignaal gelijk is aan êén. van de resonantiefrequentiesignalen.

12. Werkwijze volgens conclusie 10, me t 5 het kenmerk, dat zij bestaat uit het bewaren van twee frequentiesignalen, die respectievelijk representatief zijn voor de bovengrens en de ondergrens van een tevoren bepaalde frequentieband, die gecentreerd is om een hierin gelegen resonantiefre-10 quentie, dat het gewenste frequentiesignaal wordt ver geleken met zowel het bovengrensfrequentiesignaal als het ondergrensfrequentiesignaal, en dat het stuursignaal van de motor wordt toegevoerd met de tweede amplitude indien de frequentie, voorgesteld door het 15 gewenste frequentiesignaal, is gelegen in de frequentie band, afgebakend door de grensfrequentiesignalen.

13. Werkwijze volgens conclusie 10, 11 of 12, met het kenmerk, dat de tweede amplitude van het stuursignaal kleiner is dan de eerste amplitude.

14. Werkwijze volgens conclusie 8, 9 of 10, met het kenmerk, dat de tweede amplitude van het stuursignaal groter is dan de eerste amplitude. 790 85 35