DE862811T1 - Schrittmotor mit offenem regelkreis - Google Patents

Schrittmotor mit offenem regelkreis

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DE862811T1
DE862811T1 DE0862811T DE96931523T DE862811T1 DE 862811 T1 DE862811 T1 DE 862811T1 DE 0862811 T DE0862811 T DE 0862811T DE 96931523 T DE96931523 T DE 96931523T DE 862811 T1 DE862811 T1 DE 862811T1
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DE
Germany
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motor
mode
stepper motor
phase
control system
Prior art date
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DE0862811T
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English (en)
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Charles R. San Diego Ca 92119 Holdaway
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CareFusion 303 Inc
Original Assignee
Alaris Medical Systems Inc
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Publication date
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/22—Control of step size; Intermediate stepping, e.g. microstepping
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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Claims (28)

Patentansprüche:
1. Steuersystem zum Steuern der Bewegung eines Motors, mit einer Steuereinrichtung, welche Energie an den Motor nichtlinear zunehmend anlegt, um die Bewegung des Motors zu starten.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung Energie von dem Motor nichtlinear abnehmend wegnimmt, um die Bewegung des Motors zu stoppen.
3. Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung Energie an den Motor exponentiell zunehmend anlegt, um die Bewegung des Motors zu starten.
4. Steuersystem nach Anspruch 2, bei dem die Steuereinrichtung Energie von dem Motor exponentiell abnehmend wegnimmt, um die Bewegung des Motors zu stoppen.
5. Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung Energie an den Motor in einem "Eine-Phase-Ein"-Antriebsmodus anlegt, der modifiziert ist, um während der Bewegung des Motors zwischen den "Eine-Phase-Ein"-Stellungen Mikroschritte auszuführen.
6. Steuersystem nach Anspruch 5, bei dem die Steuereinrichtung während des Anlegens des modifizierten "Eine-Phase-Ein" -Antriebsmodus jeden Motorschritt in einer "Eine-Phase-Ein" -Stellung beendet.
BOEHMERT & BOE
7. Steuersystem nach Anspruch 5, bei dem die Steuereinrichtung Energie an den Motor in einem Vollschritt-Antriebsmodus anlegt, nachdem der Motor eine vorgegebene Geschwindigkeit erreicht hat.
8. Steuersystem nach Anspruch 5, bei dem die Steuereinrichtung den Motor gesteuert beschleunigt, indem sie die Anzahl der Mikroschritte pro Motorschritt senkt, während eine konstante Mikroschritt-Periode beibehalten wird.
9. Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung Energie von dem Motor in einem "Eine-Phase-Ein"-Antriebsmodus wegnimmt, der so modifiziert ist, daß er während der Bewegung des Motors zwischen den "Eine-Phase-Ein" -Stellungen Mikroschritte durchführt, die für den letzten Schritt des Motors bei einer "Eine-Phase-Ein"-Stellung enden, bevor die Energie vollständig weggenommen wird.
10. Steuersystem nach Anspruch 9, bei dem die Steuereinrichtung den Motor gesteuert abbremst, indem sie die Anzahl der Mikroschritte pro Motorschritt erhöht, während eine konstante Mikroschritt-Periode beibehalten wird.
11. Steuersystem für einen Schrittmotor mit wenigstens zwei Phasen und einem Permanentmagneten, der eine Haltestellung definieren kann, mit einer Motorsteuereinrichtung, die ein Ansteuersignal eines ersten Modus für den Schrittmotor vorsieht, um den Schrittmotor zunehmend, nichtlinear bis zu einer konstanten Geschwindigkeit zu beschleunigen; wobei die Motorsteuereinrichtung ein Ansteuersignal eines zweiten Modus für den Schrittmotor vorsieht, um die konstante Geschwindigkeit beizubehalten.
DE/..EP..Q..862 8.
BOEHMERT & BOEHMERT' : 5 *· .·#.:..:#.·"
12. Steuersystem nach Anspruch 11, bei dem die Motorsteuereinrichtung ein Ansteuersignal eines dritten Modus vorsieht, um den Schrittmotor von der konstanten Geschwindigkeit nichtlinear, abnehmend bis zur Haltestellung abzubremsen,
wobei die Motorsteuereinrichtung nach dem Anhalten des Motors bei der Haltestellung während einer vorgegebenen Zeitspanne keine Ansteuersignale an den Motor liefert.
13. Steuersystem nach Anspruch 11, bei dem das Ansteuersignal des ersten Modus den Schrittmotor in einem "Eine-Phase-Ein"-Modus ansteuert, der modifiziert ist, um zwischen "Eine-Phase-Ein"-Stellungen des Motors Mikroschritte auszuführen; und
das Ansteuersignal des zweiten Modus den Schrittmotor in einem Vollschrittmodus ansteuert, bei dem eine von wenigstens zwei Phasen des Schrittmotors ihre Polarität ändert, während die andere Phase auf einem konstanten Wert bleibt, wobei die Schrittrate so gewählt ist, daß die Polaritätsänderung in einer Motorschrittperiode durchgeführt wird, wodurch sich eine gleichmäßige Feldverschiebung des Motors ergibt.
14. Steuersystem nach Anspruch 13, bei dem das Ansteuersignal des dritten Modus den Schrittmotor in einem "Eine-Phase-Ein" -Modus ansteuert, der modifiziert ist, um zwischen "Eine-Phase-Ein"-Stellungen Mikroschritte auszuführen.
15. Steuersystem nach Anspruch 11, bei dem die Steuereinrichtung eine Verträglichkeitsspannung hat, und der Schrittmotor eine Induktivität aufweist und jede Phase einen Wicklungsstrom umfaßt; und
bei dem eine von wenigstens zwei Phasen des Schrittmotors ihre Polarität als eine Funktion der Zeit nach Maßgabe der folgenden Funktion ändert:
BOEHMERT
DE/EP P 862 «1
W T T/
aJ-winding _ compliance
dt ~ L
wobei IwrNDING der Wicklungsstrom ist, VC0MPLIANCE ist die Verträglichkeitsspannung der Steuereinrichtung, und L ist die Induktivität der Motorwicklung; wobei die Schrittrate so gewählt ist, daß die Polaritätsänderung in einer Motorschrittperiode ausgeführt wird, wodurch sich eine gleichmäßige Feldverschiebung des Motors ergibt.
16. Steuersystem nach Anspruch 11, bei dem das Steuersignal von der Motorsteuereinrichtung den Schrittmotor in einer Reihe von Motorschritten ansteuert; jeder Motorschritt für das Ansteuersignal des ersten Modus mehrere Mikroschritte umfaßt, wobei jeder Mikroschritt eine konstante Periode aufweist; jeder Motorschritt für das Ansteuersignal des zweiten Modus eine Periode aufweist, die gleich der Mikroschrittperiode ist; wobei
ein Motorschritt für das Ansteuersignal des ersten Modus länger ist als ein Motorschritt für das Ansteuersignal des zweiten Modus.
17. Steuersystem nach Anspruch 11, bei dem die Motorsteuereinrichtung eine Verarbeitungseinrichtung und eine Ansteuereinrichtung mit einer &EEgr;-Brücke und einem Zerhacker aufweist, wobei die Steuereinrichtung Polaritätssignale und Betragssignale an den Zerhacker liefert, um die Ausgangsströme der &EEgr;-Brück zu steuern, um die Phasen des Schrittmotors anzusteuern.
QEAE.? Q. 8.6.2 AU &tgr;1
BOEHMERT & BOl
18. Pumpe zur Abgabe von Fluid an einen Patienten mit folgenden Merkmalen:
einen Schrittmotor, der wenigstens zwei Phasen und einen Permanentmagneten aufweist, der eine Halte-Ruhestellung definieren kann; und
eine Motorsteuereinrichtung, die Ansteuersignale vorsieht, um die Phasen des Schrittmotors anzuregen und den Schrittmotor zu steuern, wobei die Motorsteuereinrichtung einen Speicher aufweist, umfassend einen erste Nachschlagetabelle, die Werte für ein Ansteuersignal eines ersten Modus enthält, welches den Schrittmotor zunehmend nichtlinear bis zu einer konstanten Geschwindigkeit beschleunigt; eine zweite Nachschlagetabelle, die Werte für ein Ansteuersignal eines zweiten Modus enthält, das die konstante Geschwindigkeit des Schrittmotors aufrechterhält; und eine dritte Nachschlagetabelle, die Werte für ein Ansteuersignal des dritten Modus enthält, das den Schrittmotor von der konstanten Geschwindigkeit nichtlinear abnehmend bis zur Haltestellung abbremst; wobei die Motorsteuereinrichtung auf den Speicher und die Nachschlagetabellen zugreift und die mehreren Antriebsmodi abhängig von den Werten der Nachschlagetabellen an den Motor anlegt, um die Motorstellung zu steuern; und wobei die Motorsteuereinrichtung keine Ansteuersignale an den Motor liefert, nachdem der Motor während einer vorgegebenen Zeitspanne bei der Haltestellung gehalten hat.
19. Steuersystem nach Anspruch 18, bei dem das Ansteuersignal des ersten Modus den Schrittmotor in einem "Eine-Phase-Ein"-Modus ansteuert, der modifiziert ist, um zwischen "Eine-Phase-Ein"-Stellungen des Motors Mikroschritte auszuführen ; und
das Ansteuersignal des zweiten Modus den Schrittmotor in einem Vollschrittmodus ansteuert, bei dem eine von wenigstens zwei Phasen des Schrittmotors ihre Polarität ändert, während die andere Phase auf einem konstanten Wert
BOEHMERT &&Bgr;&Ogr;&Egr;&EEgr;&Mgr;&Egr;&Kgr;&Ggr;.". »·","" · ··"·
bleibt, wobei die Schrittrate so gewählt ist, daß die Polaritätsänderung in einer Motorschrittperiode durchgeführt wird, wodurch sich eine gleichmäßige Feldverschiebung des Motors ergibt; und das Ansteuersignal des dritten Modus den Schrittmotor in einem "Eine-Phase-Ein"-Modus ansteuert, der modifiziert ist, um zwischen "Eine-Phase-Ein"-Stellungen Mikroschritte durchzuführen.
20. Steuersystem nach Anspruch 19, bei dem der Schrittmotor eine Verträglichkeitsspannung und eine Induktivität aufweist und jede Phase eine Wicklung mit einem Wicklungsstrom aufweist; und
eine von wenigstens zwei Phasen des Schrittmotor ihre Polarität als eine Funktion der Zeit nach Maßgabe der folgenden Funktion ändert:
winding- ^compliance
dt L
wobei IWINDING der Wicklungsstrom ist, VC0MPIlIANCE ist die Verträglichkeitsspannung der Steuereinrichtung, und L ist die Induktivität der Motorwicklung; wobei die Schrittrate so gewählt ist, daß die Polaritätsänderung in einer Motorschrittperiode ausgeführt wird, wodurch sich eine gleichmäßige Feldverschiebung des Motors ergibt.
21. Steuersystem nach Anspruch 18, bei dem das Steuersignal von der Motorsteuereinrichtung den Schrittmotor in einer Reihe von Motorschritten ansteuert; jeder Motorschritt für das Ansteuersignal des ersten Modus mehrere Mikroschritte umfaßt, wobei jeder Mikroschritt eine konstante Periode aufweist; jeder Motorschritt für das Ansteuersignal des zweiten
BOEHMERT & BOEHMEKP : *. **
&eegr; &rgr; / &rgr; &rgr; &ogr; ® &bgr; ? &eegr; &igr; i &tgr;
Modus eine Periode aufweist, die gleich der Mikroschrittperiode ist; wobei
ein Motorschritt für das Ansteuersignal des ersten Modus langer ist als ein Motorschritt für das Ansteuersignal des zweiten Modus.
22. Steuersystem nach Anspruch 18, bei dem die erste Nachschlagetabelle Werte für das Ansteuersignal des ersten Modus enthält, um den Schrittmotor exponentiell zunehmend bis auf eine konstante Geschwindigkeit zu beschleunigen; und
die dritte Nachschlagetabelle Werte für das Ansteuersignal für den dritten Modus enthält, das den Schrittmotor von der konstanten Geschwindigkeit exponentiell abnehmend bis zur Haltestellung abbremst, um die Bewegung des Motors zu stoppen.
23. Verfahren zum Steuern eines Schrittmotors mit wenigstens zwei Phasen und einem Permanentmagneten, der eine Halte-Ruhestellung definiert, mit folgenden Verfahrensschritten:
Beschleunigen des Schrittmotors zunehmend nichtlinear bis zu einer vorgegebenen Motordrehzahl; Aufrechterhalten der vorgegebenen Drehzahl während einer ersten vorgegebenen Zeitspanne; und Abbremsen des Schrittmotors von der vorgegebenen Drehzahl nichtlinear, abnehmend bis zur Haltestellung nach der ersten vorgegebenen Zeitspanne, wobei die Motorsteuereinrichtung ferner keine Ansteuersignale an den Motor liefert, nachdem der Motor während einer zweiten vorgegebenen Zeitspanne in der Haltestellung gehalten hat.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das Beschleunigen die Ansteuerung des Schrittmotors in einem "Eine-Phase-Ein"-Modus umfaßt, der modifiziert ist, um während der Bewe-
BOEHMERT &&Bgr;&Ogr;&Egr;&EEgr;&Mgr;&Egr;&Idigr;&Tgr;·"· I I .' I I'..*
gung des Motors zwischen den "Eine-Phase-Ein"-Stellungen Mikroschritte auszuführen; und
das Aufrechterhalten der Geschwindigkeit die Ansteuerung des Schrittmotors in einem Vollschrittmodus umfaßt, so
daß eine von wenigstens zwei Phasen des Schrittmotors
ihre Polarität ändert, während die andere Phase auf einem konstanten Wert bleibt, und wobei die Schrittrate so gewählt wird, daß die Polaritätsänderung in einer Motorschrittperiode ausgeführt ist, wodurch eine gleichmäßige Feldverschiebung des Motors erreicht wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem das Abbremsen die
Ansteuerung des Schrittmotors in einem "Eine-Phase-Ein"-Modus umfaßt, der modifiziert wurde, um während der Bewegung des Motors zwischen den "Eine-Phase-Ein"-Stellungen Mikroschritte durchzuführen.
26. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der Schrittmotor eine Verträglichkeitsspannung und eine Induktivität aufweist und jede Phase eine Wicklung mit einem Wicklungsstrom
umfaßt; und bei dem
das Aufrechterhalten der Geschwindigkeit die Ansteuerung des Schrittmotors in einem Vollschrittmodus umfaßt, bei dem eine von wenigstens zwei Phasen des Schrittmotors
ihre Polarität als eine Funktion der Zeit gemäß der folgenden Funktion ändert:
winding _ compliance
dt ~ L
wobei IwiNDiNG der Wicklungsstrom ist, VCOMPIjIW,CE ist die
Verträglichkeitsspannung der Steuereinrichtung, und L ist die Induktivität der Motorwicklung;
wobei die Schrittrate so gewählt wird, daß die Polaritätsänderung in einer Motorschrittperiode ausgeführt
DEJ E P D JL62..81
BOEHMERT & BOEHlViERT : &iacgr; &Sgr; ·# &iacgr; ·!··'
wird, wodurch sich eine gleichmäßige Feldverschiebung des Motors ergibt.
27. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem
das Beschleunigen des Schrittmotors eine exponentielle Beschleunigung umfaßt; und
das Abbremsen des Schrittmotors eine exponentielle Abbremsung umfaßt.
28. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Schrittmotor mit einer Folge von Motorschritten angesteuert wird, wobei jeder Motorschritt für das Ansteuersignal des ersten Modus mehrere Mikroschritte umfaßt, wobei jeder Mikroschritt eine konstante Periode aufweist; jeder Motorschritt für das Ansteuersignal des zweiten Modus eine Periode aufweist, die gleich der Mikroschrittperiode ist; wobei
ein Motorschritt für das Ansteuersignal des ersten Modus langer ist als ein Motorschritt für das Ansteuersignal des zweiten Modus.
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