CS242985B1

CS242985B1 - Stepper motor stabilization circuit wiring

Info

Publication number: CS242985B1
Application number: CS844315A
Authority: CS
Inventors: Jaromir Kolouch; Hynek Prikryl; Mojmir Prokop; Jaroslav Hlavaty; Stanislav Holubec
Original assignee: Jaromir Kolouch; Hynek Prikryl; Mojmir Prokop; Jaroslav Hlavaty; Stanislav Holubec
Priority date: 1984-06-07
Filing date: 1984-06-07
Publication date: 1986-05-15
Also published as: CS431584A1

Abstract

Zapojení stabilizačního obvodu krokového motoru, sestávajícího ze zdroje impulsů s modulací kmitočtu, opatřeného řídicím vstupem a připojeného svým výstupem na vstup napáječe, jehož silový výstup je připojen na napájecí svorky krokového motoru, má napáječ opatřen na vstup zdroje modulačního signálu, tvořeného alespoň snímačem kmitů rotoru krokového motoru. Zdroj modulačního signálu je napojen výstupem na modulační vstup zdroje impulsů, přičemž výstup proudového signálu je napojen na fázová vinutí krokového motoru. Tím se odstraní nestabilita chodu krokového motoru, bez použití dalších mechanických prvků a úprav.The connection of the stabilization circuit of the stepper motor, consisting of a pulse source with frequency modulation, provided with a control input and connected by its output to the input of the power supply, the power supply of which is connected to the power terminals of the stepper motor, has a source of modulation signal at the input, formed by at least a sensor of the rotor oscillations of the stepper motor. The source of modulation signal is connected by its output to the modulation input of the pulse source, while the output of the current signal is connected to the phase windings of the stepper motor. This eliminates the instability of the operation of the stepper motor, without the use of additional mechanical elements and modifications.

Description

(54) Zapojení stabilizačního obvodu krokového motoru(54) Stepper Motor Stabilization Circuit Connection

Zapojení stabilizačního obvodu krokového motoru, sestávajícího ze zdroje impulsů s modulací kmitočtu, opatřeného řídicím vstupem a připojeného svým výstupem na vstup napáječe, jehož silový výstup je připojen na napájecí svorky krokového motoru, má napáječ opatřen na vstup zdroje modulačního signálu, tvořeného alespoň snímačem kmitů rotoru krokového motoru. Zdroj modulačního signálu je napojen výstupem na modulační vstup zdroje impulsů, přičemž výstup proudového signálu je napojen na fázová vinutí krokového motoru. Tím se odstraní nestabilita chodu krokového motoru, bez použití dalších mechanických prvků a úprav.Connection of the stabilization circuit of the stepper motor, consisting of a frequency modulated pulse source provided with a control input and connected to its output to the feeder input whose power output is connected to the stepper motor power terminals, has the feeder provided at the input of the modulation signal source. stepper motor. The modulation signal source is connected to an output to the pulse source modulation input, wherein the current signal output is connected to the phase windings of the stepper motor. This eliminates the instability of the stepper motor without the use of additional mechanical elements and adjustments.

Obr. 1Giant. 1

Obr. 2Giant. 2

Vynález se týká zapojení stabilizačního obvodu krokového motoru, sestávajícího ze zdroje impulsů s modulací kmitočtu, opatřeného řídicím vstupem, připojeného svým výstupem na vstup napáječe, jehož silový výstup je připojen na napájecí svorky vinutí krokového motoru.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a stepping motor stabilization circuit comprising a frequency modulated pulse source having a control input connected to its output to a feeder input whose power output is connected to the stepping motor winding power terminals.

U krokových motorů se v oblasti vyšších rychlostí otáčení, při nichž se již V důsledku filtračních vlastností Induktivní složky impedance vinutí krokového motoru a mechanické setrvačnosti rotoru neprojevuje nespojitý charakter řídicího signálu, objevuje nestabilita chodu, spočívající v kývání rotoru kolem polohy, odpovídající rovnoměrnému otáčení rotoru, danému řídicím signálem. Tato nestabilita byla dosud odstraňována obvykle použitím zpětné vazby, získané ze snímače polohy nebo rychlosti otáčení rotoru, například z taehogenerátoru spojeného s hřídelí krokového motoru.In stepper motors, the discontinuous nature of the control signal no longer appears due to the filtering properties of the stepper motor winding impedance and the mechanical inertia of the stepper motor in the region of higher rotational speeds; to the control signal. This instability has hitherto been eliminated usually by using feedback obtained from a position sensor or rotor rotation speed, for example from a tae generator connected to the stepper motor shaft.

Jiný způsob spočívá v úpravě parametrů zátěže, například použitím prvků s vazkým třením. Tyto způsoby však vyžadují mechanické úpravy pohonu s krokovým motorem a případně použití dalších mechanických prvků.Another method is to adjust the load parameters, for example by using viscous friction elements. However, these methods require mechanical adjustments of the stepper motor drive and possibly the use of other mechanical elements.

To vede ke snížení spolehlivosti celého zařízení, zvětšení jeho hmotnosti, výrobní pracnosti a ceny, větší spotřebě materiálu a zvětšení vestavných rozměrů krokového motoru.This leads to a reduction in the reliability of the whole device, an increase in its weight, labor cost and cost, a greater consumption of material and an increase in the built-in dimensions of the stepper motor.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny zapojením stabilizačního obvodu krokového motoru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že napáječ je opatřen alespoň jedním výstupem proudového signálu, získaného z proudu protékajícího fázovým vinutím krokového motoru, který je připojen na vstup zdroje modulačního signálu, tvořeného alespoň snímačem kmitů rotoru krokového motoru, přičemž zdroj modulačního signálu je napojen výstupem na modulační vstup zdroje impulsů, zatímco výstup proudového signálu je připojen na fázová vinutí krokového motoru.The above-mentioned drawbacks are eliminated by connecting the stabilization circuit of the stepper motor according to the invention, characterized in that the feeder is provided with at least one current signal output obtained from the current flowing through the phase winding of the stepper motor connected to the input of the modulation signal source. the oscillation of the stepper motor rotor, wherein the modulation signal source is connected to the output of the pulse source while the current signal output is connected to the phase windings of the stepper motor.

Řešením podle vynálezu se docílí odstranění nestability chodu krokového motoru, případně snížení jeho sklonu k nestabilitě. Tím se rozšíří jeho pracovní rozsah do oblasti vyšších rychlostí, v nichž je krokový motor schopen pracovat s požadovanými vlastnostmi. V oblasti nestability se docílí zvětšení mezního provozního momentu, který je krokový motor schopen překonat. ¹ The solution according to the invention achieves the elimination of the instability of the operation of the stepper motor or the reduction of its propensity to instability. This extends its working range to the higher speed range at which the stepper motor is able to work with the desired characteristics. In the area of instability, the limit operating torque that the stepper motor can overcome is increased. ¹

Na připojených výkresech, je znázorněn příklad zapojení stabilizačního obvodu krokového motoru podle vynálezu, kde na obr. 1 blokové schéma celého stabilizačního obvodu krokového motoru, na ,obr. 2 je blokové schéma zdroje impulsů, na obr. 3 je blokové schéma modulátoru kmitočtu impulsů a na obr. 4 je sche^řma zapojení zdroje modulačního signálu.In the accompanying drawings, an example of a stepping motor stabilization circuit according to the invention is shown, in which FIG. 1 is a block diagram of the entire stepping motor stabilization circuit; 2 is a block diagram of the power pulse in Fig. 3 is a block diagram of modulator pulse frequency and FIG. 4 is a wiring scheme, ^R m and the modulation signal source.

Blokové schéma celého stabilizačního obvodu krokového motoru £ na obr. 1 sestává ze zdroje £ impulsů, opatřeného řídicím vstupem 11. Výstup 13 zdroje £ impulsů je napojen na vstup 21 napáječe £, jehož silový výstup 22 je připojen na napájecí dvorky 44 vinutí krokového motoru £ a výstup 23 proudového signálu, získaného z proudu, protékajícího fázovým 'vinutím krokového motoru 4, je připojen k prvnímu vstupu 31 zdroje £ modulačního signálu, jehož výstup 32 je modulačním vstupem 12 zdroje £ impulsů.The block diagram of the whole stabilization circuit of the stepper motor in FIG. 1 consists of a pulse source 6 provided with a control input 11. The output 13 of the pulse source 6 is connected to the input 21 of the feeder 6, whose power output 22 is connected to the power yards 44. and the current signal output 23 obtained from the current flowing through the phase winding of the stepper motor 4 is connected to the first input 31 of the modulation signal source 6, whose output 32 is the modulation input 12 of the pulse source 6.

Zdroj £ impulsů s modulací kmitočtu na obr. 2_ sestává z obvodu generátoru 110 impulsů, bez modulace kmitočtu, jehož výstup 112 je připojen na krokovací vstup 124 modulátoru 120 kmitočtu impulsů a první vstup 111 tvoří první vstup 11 zdroje £ impulsů s modulací kmitoču.The pulse source 6 of the frequency modulation in FIG. 2 consists of a pulse generator 110 without a frequency modulation whose output 112 is connected to the step input 124 of the pulse frequency modulator 120 and the first input 111 constitutes the first input 11 of the pulse source 6.

' Modulačním vstupem 122 modulátoru 120 kmitočtu impulsů je modulační vstup 12 zdroje £ impulsů a výstupem 123 modulátoru 120 kmitočtu impulsů je výstup 13 zdroje £ impulsů. Modulátor 120-kmitočtu impulsů na obr. 3 je tvořen citacím obvodem 1210, jehož první vstup 1211 tvoří krokovací vstup 124 modulátoru 120 kmitočtu impulsů a výstup 1213 je připojen jednak ke vstupu 1241 detektoru 1240 nuly, jednak na číslicový vstup 1232 násobícího převodníku 1230 D/A, jehož analogový vstup 1231 tvoří modulační vstup 122 modulátoru 120 kmitočtu impul3 sů a jehož výstup 1233 je připojen k proudovému vstupu 1251 převodníku 1250 proud-frekvence, vybaveného ještě blokovacím vstupem 1252, který je připojen k výstupu 1242 detektoru 1240 nuly, přičemž výstup 1253 převodníku 1250 proud-frekvence, tvořící výstup 123 modulátoru 120 kmitočtu impulsů, je připojen na druhý vstup 1212 čítacího obvodu 1210.The modulation input 122 of the pulse frequency modulator 120 is the pulse source modulation input 12 and the output 123 of the pulse frequency modulator 120 is the output 13 of the pulse source 6. The pulse frequency modulator 120 of FIG. 3 is formed by a citation circuit 1210 whose first input 1211 is a step input 124 of the pulse frequency modulator 120 and an output 1213 is connected to the input 1241 of the zero detector 1240 and to the digital input 1232 of the 1230 D / A, whose analog input 1231 is a modulation input 122 of the pulse rate modulator 120 and whose output 1233 is connected to the current input 1251 of the current-frequency converter 1250, further equipped with a blocking input 1252, which is connected to the output 1242 of the zero detector 1240; the current-frequency converter 1250 forming the output 123 of the pulse frequency modulator 120 is connected to the second input 1212 of the counting circuit 1210.

Zdroj 2 modulačního signálu na obr. 4 je tvořen odporovým blokem 310, na jehož výstup 312 je připojen vstup 321 snímače 320 kmitů rotoru krokového motoru £. Odporový blok 310 je sestaven z rezistorů 3110,*počtem odpovídajících počtu výstupů 23 proudových signálů napáječe 2., jejichž první přípoje 3111 jsou zároveň vstupy 311 odporového bloku 310 a vstupy 31 proudových signálů zdroje 2 modulačního signálu, přičemž jejich druhé přípoje 3112 jsou vzájemně propojeny a tvoří výstup 312 odporového bloku 310. výstup 322 snímače 320 kmitů rotoru krokového motoru £ je současně výstupem 32 zdroje 2 modulačního signálu.The modulation signal source 2 of FIG. 4 is formed by a resistor block 310, to whose output 312 the input 321 of the oscillation sensor 320 of the stepper motor rotor 6 is connected. Resistor block 310 is made up of resistors 3110, by a number of corresponding number 23 of the power supply current signal outputs 23, the first terminals 3111 of which are the inputs 311 of the resistor block 310 and the current signal inputs 31 of the modulation signal source 2. and forms the output 312 of the resistor block 310. The output 322 of the oscillation sensor 320 of the rotor motor 6 is simultaneously the output 32 of the modulation signal source 2.

Zdroj' £ impulsů s modulací kmitočtu bývá tvořen generátorem impulsů, umožňujícím modulaci kmitočtu impulsů, nebo je s výhodou tvořen nezávislým generátorem 110 impulsů, neumožňujícím modulaci kmitočtu a modulátorem 120 kmitočtu impulsů, přičemž jako nezávislý generátor 110 impulsů pak můžte být použito některého ze stávajících řídicích systémů, běžně používaných pro řízení krokových motorů.The pulse source with frequency modulation may be a pulse generator allowing pulse frequency modulation, or preferably an independent pulse generator 110 not modulating the frequency and a pulse frequency modulator 120, wherein one of the existing pulse generator 110 may be used as an existing pulse generator systems commonly used to control stepper motors.

Podstatou vynálezu je kmitočtová modulace signálu na řídicím vstupu 11 napáječe 2_ .The subject of the invention is the frequency modulation of the signal at the control input 11 of the feeder 2.

signálem získaným z proudu, protékajícího fázovými vinutími krokového motoru £, který obsahuje informaci o případném rozkmitání rotoru krokového motoru £ v důsledku uvedené nestability. _; a signal obtained from the current flowing through the phase windings of the stepper motor 6, which contains information about a possible oscillation of the rotor of the stepper motor 6 due to said instability. _;

Využitím tohoto signálu pro stabilizaci chodu krokového motoru £ se docílí obdobného účinku, jako při použití signálu ze snímače polohy nebo rychlosti otáčení, připojeného k hřídeli krokového motoru £, avšak bez již uvedených nevýhod.By using this signal to stabilize the operation of the stepper motor 6, an effect similar to that of using a signal from a position or rotation speed sensor connected to the shaft of the stepper motor 6 is obtained, but without the aforementioned disadvantages.

Jako snímače proudu, protékajícího fázovými vinutími krokového motoru £ je možno s výhodou využít snímače proudu použitího v napáječi 2 ke stabilizaci proudu, tekoucího fázovými vinutími krokového motoru £ nebo rezistorů, omezujícího tento proud na požadovanou hodnotu.As a current sensor flowing through the phase windings of the stepper motor 6, it is advantageous to use the current sensors used in the feeder 2 to stabilize the current flowing through the phase windings of the stepper motor 6 or the resistors limiting this current to a desired value.

Pokud dojde ke kývání rotoru krokového motoru £, způsobí výstupy 23 proudových signálů, prostřednictvím zdroje 3 modulačního signálu, modulaci kmitočtu impulsů, přiváděných na krokovací vstup 21 napáječe 2., čímž dojde k utlumení tohoto kývání.If the rotor of the stepper motor 6 oscillates, the current signal outputs 23, via the modulation signal source 3, modulate the frequency of the pulses supplied to the stepper input 21 of the feeder 2, thereby attenuating this oscillation.

Citaci obvod 1210 modulátoru 120 kmitočtu impulsů 120 vytváří rozdíl mezi počtem impulsů, které jsou přivedeny na jeho vstupy 1211 á 1212. S ohledem na realizaci detektoru 1240 nuly je výhodné, aby tento rozdíl byl čítán v inverzním kódu.Citation circuit 1210 of pulse frequency modulator 120 creates a difference between the number of pulses that are applied to its inputs 1211 and 1212. With respect to the realization of the zero detector 1240, it is preferred that this difference be read in the inverse code.

Pak může být detektor 1240 tvořen součinovým členem. Pokud je rozdíl na výstupu 1213 čítacího obvodu 1210 nulový, je detektorem 1240 nuly Blokován převodník 1250 proud-frekvence a na výstupu 123 modulátoru 120 je napětí klidové úrovně.Then, the detector 1240 may be a product member. If the difference at the output 1213 of the counting circuit 1210 is zero, the current-frequency converter 1250 is blocked by the zero detector 1240, and the bias voltage is output at the output 123 of the modulator 120.

Pokud je přiveden na vstup 124 modulátoru 120 kmitočtu impulsů impuls, objeví se na výstupu 1213 čítacího obvodu 1210 stav odlišný od nuly a odblokovaný převodník 1250 proud-frekvence generuje na svém výstupu Γ253 impuls, který vynuluje čítači obvod 1210, takže převodník 1250 proud-frekvence je poté opět zablokován.When pulse is applied to input 124 of pulse frequency modulator 120, a non-zero condition occurs at output 1213 of counting circuit 1210, and unlocked current-frequency converter 1250 generates a pulse at its output 3253 that resets counter 1210 so that current-frequency converter 1250 is then blocked again.

Přivede-li se na vstup 124 modulátoru Γ20 kmitočtu impulsů signál o vyšším kmitočtu, vzrůstá obsah čítacího obvodu 1210 tak dlouho, až násobící převodník 1230 D/A vytvoří na svém výstupu 1233 takový proud, který je potřebný k vyrovnáni kmitočtu na křokovacím vstupu 124 a výstupu 123 modulátoru 120 kmitočtu impulsů.If a higher frequency signal is applied to the pulse rate modulator input 124, the counting circuit 1210 increases until the 1230 D / A multiplier converter 1233 generates at its output 1233 the current required to equalize the frequency at the input 124 and output 123 of the pulse frequency modulator 120.

Na modulační vstup 122 modulátoru 120 kmitočtu impulsů je přiváděno modulační napětí, které má určitou klidovou - stejnosměrnou - složku. Při změně modulačního napětí se mění také proud na výstupu 1233 násobícího převodníku 1230 D/A a tím dochází k modulaci kmitočtu na vý stupu 123 modulátoru 120 kmitočtu impulsů. Je výhodné, aby převodník 1250 proud-frekvence byl vybaven zdrojem přídavného proudu, přiváděného do vstupu 1251, který zajistí, že až do určitého kmitočtu vstupních impulsů, který je možno nastavit velikostí přídavného proudu, nemůže být rozdíl mezi počtem impulsů, přivedených na krokovací vstup 124 a impulsů vyslaných na výstup 123 modulátoru 120kmitočtu impulsů, větší než 1.The modulation input 122 of the pulse frequency modulator 120 is supplied with a modulation voltage having a certain quiescent - DC component. When the modulation voltage changes, the current at the output 1233 of the multiplication converter 1230 D / A also changes, thereby modulating the frequency at the output 123 of the pulse frequency modulator 120. It is preferred that the current-frequency converter 1250 be provided with an additional current source supplied to input 1251 that ensures that up to a certain frequency of input pulses that can be adjusted by the amount of additional current cannot be the difference between the number of pulses applied to the step input. 124 and pulses sent to the output 123 of the pulse frequency modulator 120 greater than 1.

Přerušení sledu impulsů na výstupu 123, při nulovém rozdílu na výstupu 1213 čítacího obvodu 1210, je zajištěno působením blokovacího vstupu 1252 převodníku 1250 proud-frekvence. Je výhodné připojit ke každému výstupu 2 3 proudového signálu napáječe 2_ jeden vstup 31 proudových signálů zdroje £ modulačního signálu a využít tak signál ze všech fázových vinutí krokového motoru _4, poněvadž se tím sníží podíl rušivých složek v modulačním signálu,, které jsou způsobeny přepínáním spínačů v silovém obvodu napáječe 2.An interruption of the pulse train at output 123, at a zero difference at the output 1213 of the counting circuit 1210, is provided by the blocking input 1252 of the current-frequency converter 1250. It is advantageous to connect to each output 23 of the feeder current signal 23 one signal input 31 of the modulation signal source 6 and thus utilize the signal from all the phase windings of the stepper motor 4, as this reduces the fraction of interfering components in the modulation signal. in the power circuit of the UPS 2.

Snímač 320 kmitů rotoru krokového motoru £ zajištuje vhodnou velikost a fázový posuv modulačního signálu. Bývá tvořen filtrem, který omezuje rušivé složky signálu s kmitočtem odpovídajícím kmitočtu krokování..Stepper motor vibration sensor 320 provides a suitable magnitude and phase shift of the modulation signal. It is made up of a filter that limits the interfering components of the signal at a frequency corresponding to the stepping frequency.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. Connection of a stabilization circuit of a stepper motor, consisting of a frequency modulated pulse source provided with a control input, connected to its output to a feeder input whose power output is connected to the stepping motor winding power terminals, characterized in that the feeder (2) is provided with at least one current signal output (23), which is connected to an input (81) of a modulation signal source (3), comprising at least a rotor vibration sensor (320) of the stepper motor (4), wherein the modulation signal source (3) is connected to output (32) to the modulation input (12) of the pulse source (1), while the current signal output (23) is connected to the phase windings of the stepper motor (4).

Wiring according to claim 1, characterized in that the pulse source (1) with frequency modulation comprises a pulse generator (110) without frequency modulation and a pulse frequency modulator (120), whose step input (124) is connected to an output (124). 112 (pulse generator), modulation input (122) is simultaneously modulation input (12) of pulse source (1) and output (123) is output (13) of pulse source (1), whose control input (11) is also input (111) pulse generator.

3. The circuit according to claim 2, wherein the pulse frequency modulator (120) comprises a counting circuit (1210), the first input (1211) of which is a pulse frequency modulator input (124) and an output (1213). connected both to the input (1241) of the detector (1240) and to the digital input (1232) of the multiplier converter (1230) D, and the analog input (1231) of the multiplier converter (1230) to the modulator input (120) pulse frequency and output (1233) of multiplier converter (1230) D / A is connected to current input (1251) of current-frequency converter (1250), equipped with a blocking input (1252), which is connected to output (1242) a zero-detector (1240), wherein the output (1253) of the current-frequency converter (1250) forming the output (123) of the pulse frequency modulator (120) is connected to the second input (1212) of the counting circuit (1210).

4. The circuit according to claim 1, wherein the modulation signal source comprises a resistor block 310 and a stepper motor rotor sensor 320, the resistor block 3110 consisting of resistors 3110. whose number corresponds to the number of outputs (23) of the current signals of the feeder (2) and whose first connections (3111) represent the inputs (311) of the resistance block (310) and simultaneously the inputs (31) of the current signals of the source (3) the connections (3112) are interconnected to form an output (312) of the resistor block (310), which is connected to the input (321) of the oscillator sensor (320) of the stepper motor rotor, whose output (322) is simultaneously the output (32) of the modulation signal source.

5. Connection according to claim 3, characterized in that the output of the auxiliary current source is connected to the current input (1251) of the current-frequency converter (1250).