DE102014226727A1 - Method for driving a load device by a stepper motor - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antrieb eines Lastgeräts durch einen Schrittmotor, wobei vorzugsweise ein wohldefinierter Drehmomentverlauf erreicht werden soll, durch eine Anpassung von Ist-Schrittzeiten an Soll-Schrittzeiten in einer auf die gemessene Abweichung folgenden Periode. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine periodisch arbeitende Vorrichtung mit der dieses Verfahren ausgeführt wird.The present invention relates to a method for driving a load device by a stepping motor, wherein preferably a well-defined torque curve is to be achieved by adapting actual step times to desired step times in a period following the measured deviation. The present invention also relates to a periodically operating device with which this method is carried out.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antrieb eines Lastgeräts durch einen Schrittmotor, sowie eine periodisch arbeitende Vorrichtung, aufweisend einen Schrittmotor und ein Lastgerät, mit der dieses Verfahren ausführbar ist.The present invention relates to a method for driving a load device by a stepper motor, as well as a periodically operating device comprising a stepper motor and a load device, with which this method is executable.
Schrittmotoren weisen bisher normalerweise einen ungleichmäßigen Drehmomentverlauf auf. Diese Drehmomentschwankungen werden oft auch als Drehmomentrippel bezeichnet und führen zu einer Schrittzeitvariation. Sie können beispielsweise von der diskreten Zahl von Schritten des Schrittmotors verursacht werden. Neben dem Schrittmotor kann auch der Drehmomentverlauf eines Lastgeräts Drehmomentrippel aufweisen. Ursache kann zum Beispiel eine Unwucht im Lastgerät sein. Betreibt man mit einem Schrittmotor nun zum Beispiel ein Lastgerät, kann sich der Effekt der Drehmomentschwankungen des Schrittmotors um die Drehmomentrippeln dieses Lastgeräts verstärken, sodass es zu einem gemeinsamen Drehmomentrippel kommt. Betreibt man den Schrittmotor mit geringer Drehzahl, so kann der Schrittmotor in einem solchen Fall zunehmend unrund laufen oder sogar aussetzen bzw. nicht mehr steuerbar sein.Stepper motors usually have a non-uniform torque curve so far. These torque fluctuations are often referred to as torque ripple and lead to a step time variation. For example, they may be caused by the discrete number of steps of the stepper motor. In addition to the stepper motor, the torque curve of a load device can also comprise torque ripple. Cause can be, for example, an imbalance in the load device. If, for example, a load device is now operated with a stepper motor, the effect of the torque fluctuations of the stepper motor can be amplified by the torque ripples of this load device so that a common torque ripple occurs. If the stepping motor is operated at low speed, the stepping motor in such a case can increasingly run out of alignment or even be stopped or can no longer be controlled.
Der Stand der Technik löst dieses Problem, indem jeweils eine Schrittzeit des jeweils letzten Schrittes bestimmt wird und basierend darauf ein unmittelbar folgender Schritt korrigiert wird. Es handelt sich hier also um eine Anpassung von einem Schritt zum Nächsten.The prior art solves this problem by determining a respective step time of the last step and, based thereupon, correcting an immediately following step. So this is an adaptation from one step to the next.
Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, dass die überlagerten Drehmomentschwankungen der jeweiligen direkt aufeinander folgenden Schritte so unterschiedlich sein können, dass die Regelung der Schrittzeit jeweils in die falsche Richtung regelt und somit die Schwankungen im Drehmomentverlauf noch verstärkt werden.Disadvantage of this method, however, is that the superimposed torque fluctuations of the respective directly successive steps can be so different that the regulation of the step time in each case controls in the wrong direction and thus the fluctuations in the torque curve are still amplified.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Schrittmotor ein Lastgerät bei wohldefinierter Drehzahl bzw. bei wohldefiniertem Drehmoment betreiben kann, und außerdem eine periodisch arbeitende Vorrichtung anzugeben, mit der dieses Verfahren ausführbar ist.Starting from the prior art, it is therefore an object of the present invention to provide a method by which a stepper motor can operate a load device at a well-defined speed or well-defined torque, and also to provide a periodically operating device with which this method is executable.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Antrieb eines Lastgeräts durch einen Schrittmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch die periodisch arbeitende Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Die jeweiligen abhängigen Patentansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 bzw. der periodisch arbeitenden Vorrichtung gemäß Patentanspruch 10.This object is achieved by the method for driving a load device by a stepper motor with the features of claim 1, as well as by the periodically operating device having the features of
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antrieb eines Lastgeräts durch einen Schrittmotor. Ein Schrittmotor weist typischerweise einen Rotor auf, also ein drehbares Motorteil mit Welle. Der Rotor kann dabei durch ein gesteuertes, schrittweise rotierendes, elektromagnetisches Feld von Statorspulen in einem nicht drehbaren Motorteil um einen Schritt oder sein Vielfaches drehbar sein. Der Schrittmotor kann zum Beispiel ein Reluktanz-Schrittmotor, ein Permanentmagnet- Schrittmotor oder ein Hybridschrittmotor sein.The present invention relates to a method for driving a load device by a stepper motor. A stepper motor typically has a rotor, ie a rotatable motor part with shaft. The rotor can be rotatable by a step or its multiple by a controlled, stepwise rotating, electromagnetic field of stator coils in a non-rotatable motor part. The stepper motor may be, for example, a reluctance stepper motor, a permanent magnet stepper motor or a hybrid stepper motor.
Der Schrittmotor kann vorteilhafterweise auch ein Gleichstrommotor oder ein Synchronmotor sein. Ein Gleichstrommotor ist typischerweise eine rotierende elektrische Maschine, die mit Gleichstrom betrieben wird. Ein Merkmal des herkömmlichen Gleichstrommotors ist beispielsweise ein mechanischer Wechselrichter. Dieser wird auch als Kommutator oder als Polwender bezeichnet. Der Kommutator, bzw. Polwender kann durch Umpolung bzw. Stromwendung einen drehzahlabhängigen Wechselstrom erzeugen. Der Gleichstrommotor kann vorteilhafterweise ein bürstenloser Gleichstrommotor sein. Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor kann eine elektronische Kommutierung, d. h. Umpolung, von der Rotorposition, der Rotordrehzahl und dem Drehmoment abhängig gemacht werden bzw. eine Kommutierzeit geregelt werden. Die Kommutierzeit ist typischerweise die Zeitdifferenz zwischen zwei Umpolungen.The stepper motor may advantageously also be a DC motor or a synchronous motor. A DC motor is typically a DC rotary electric machine. A feature of the conventional DC motor is, for example, a mechanical inverter. This is also referred to as commutator or as Polwender. The commutator or Polwender can generate a speed-dependent alternating current by reversing or current application. The DC motor may advantageously be a brushless DC motor. In a brushless DC motor, electronic commutation, i. H. Umpolung be made dependent on the rotor position, the rotor speed and the torque or a Kommutierzeit be controlled. The commutation time is typically the time difference between two polarity reversals.
Mit dem Oberbegriff Schrittmotor kann vorteilhafterweise insbesondere ein Permanenterregter Synchronmotor bezeichnet werden, welcher zum Beispiel elektronisch durch eine Blockkommutierung angesteuert wird. Typischerweise wird beim Synchronmotor der Rotor von einem veränderlichen magnetischen Drehfeld im Stator mitbewegt, wobei der laufende Synchronmotor eine zur Wechselspannung synchrone Bewegung ausführt. The generic term "stepper motor" may advantageously be used to designate, in particular, a permanent-magnet synchronous motor which, for example, is controlled electronically by a block commutation. Typically, in the synchronous motor, the rotor is moved by a variable magnetic rotating field in the stator, wherein the running synchronous motor performs a synchronous to the AC voltage movement.
Der Schrittmotor durchläuft bei jeder Umdrehung eine Mehrzahl von Schritten. Ein Schritt ist typischerweise ein minimaler Winkel, um den der Rotor gedreht werden kann. Die Anzahl der Schritte kann beispielsweise durch die Anzahl der Zähne eines gezahnten Weicheisenkern beim Reluktanz-Schrittmotor oder beispielsweise auch durch die Anzahl der Pole oder der Statorspulen beim Permanentmagnet-Schrittmotor vorgegeben sein. Beim bürstenlosen Gleichstrommotor kann die Anzahl der Schritte beispielsweise durch die Anzahl der Kommutierungen vorgegeben sein.The stepper motor goes through a plurality of steps each revolution. One step is typically a minimum angle by which the rotor can be rotated. The number of steps may be predetermined, for example, by the number of teeth of a toothed soft iron core in the reluctance stepper motor or, for example, by the number of poles or stator coils in the permanent magnet stepper motor. In the brushless DC motor, the number of steps may be predetermined, for example, by the number of commutations.
Der Schrittmotor durchläuft die jeweiligen Schritte jeweils mit einer Schrittzeit. Die Schrittzeiten können definiert werden als zeitliche Abstände von einem Beginn der Ausführung eines Schrittes zu einem Beginn der Ausführung des jeweils nächsten Schrittes. Dieser zeitliche Abstand kann auch durch eine Zeit gegeben sein, die beispielsweise zwischen einem Beginn des Zuführens der zur Ausführung des jeweiligen Schrittes zugeführten Energie und einem Beginn des Zuführens der zur Ausführung des jeweiligen nächsten Schrittes zugeführten Energie verstreicht. Die Schrittzeiten sind zum Beispiel Kommutierzeiten.The stepper motor runs through the respective steps with a step time. The step times can be defined as time intervals from a start of execution of a step to a start of the execution of the next one Step. This time interval can also be given by a time which elapses, for example, between a start of supplying the energy supplied for carrying out the respective step and a start of supplying the energy supplied for carrying out the respective next step. The step times are, for example, commutation times.
Ein Lastgerät ist normalerweise ein Gerät, das Arbeit verrichtet, wie zum Beispiel eine Pumpe. Vorzugsweise ist die Pumpe eine Kraftstoffpumpe und/oder ein Gerotor. Ein Gerotor ist eine Verdrängerpumpe, die einen inneren und einen äußeren Rotor aufweist, wobei der innere Rotor n Zähne hat und der äußere Rotor n + 1 Zähne hat. Die beiden Rotoren können jeweils verzahnt rotieren, wobei der innere Rotor exzentrisch zum äußeren Rotor gelagert ist. Zwischen den Zähnen des inneren und des äußeren Rotors entstehen aufgrund der Geometrie des Gerotors n verschieden große Volumina. Aufgrund der exzentrisch gelagerten Verzahnung von innerem und äußerem Rotor kann das Volumen zwischen den Zähnen bei der Rotation jeweils expandieren bzw. kontrahieren. So kann, mittels eines so entstehenden Über- bzw. Unterdrucks in den jeweiligen Volumina, eine Flüssigkeit gepumpt werden. A load device is usually a device that does work, such as a pump. Preferably, the pump is a fuel pump and / or a gerotor. A gerotor is a positive displacement pump having an inner and an outer rotor, the inner rotor having n teeth and the outer rotor having n + 1 teeth. The two rotors can each rotate toothed, wherein the inner rotor is mounted eccentrically to the outer rotor. Between the teeth of the inner and the outer rotor arise n different sized volumes due to the geometry of the gerotor. Due to the eccentrically mounted toothing of the inner and outer rotor, the volume between the teeth can respectively expand or contract during the rotation. Thus, by means of a resulting positive or negative pressure in the respective volumes, a liquid can be pumped.
Das Lastgerät weist normalerweise Drehmomentschwankungen, auch Drehmomentrippel genannt, auf. Diese können durch die Konstruktionsweise des Lastgeräts vorgegeben sein, zum Beispiel durch eine Unwucht, durch Bauteile oder Fertigungstoleranzen. Die Drehmomentrippel des Lastgeräts können mit den Drehmomentrippeln des Schrittmotors wechselwirken, sodass sich gemeinsame Drehmomentrippel ergeben können.The load device normally has torque fluctuations, also called torque ripple on. These can be predetermined by the design of the load device, for example, by an imbalance, by components or manufacturing tolerances. The torque ripple of the load device may interact with the torque ripple of the stepper motor so that common torque ripple may result.
Das Lastgerät erreicht nach einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen des Schrittmotors mit einer Periode periodisch wiederkehrend erneut einen Ausgangszustand. Für den Gerotor kann dies zum Beispiel nach n·(n + 1)Schritten der Fall sein. Schrittmotor und Lastgerät bilden dabei ein mechanisches System. Der Ausgangszustand kann ein beliebiger, wohldefinierter Zustand dieses mechanischen Systems sein. Die eine Periode kann definiert werden als das Zeitintervall, das beginnt zu dem Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Zustand eingenommen wird, und endet zu dem Zeitpunkt, zu dem dieser Zustand das nächste Mal eingenommen wird. Normalerweise tritt in jeder solchen Periode der gleiche Drehmomentverlauf auf, wenn keine Korrektur vorgenommen wird. Das Lastgerät kann den Ausgangszustand beispielsweise nach jeweils einer Umdrehung des Lastgeräts wieder erreichen, wenn während jeder einzelnen Umdrehung des Lastgeräts der gleiche Drehmomentverlauf auftritt. Auch der Schrittmotor kann beispielsweise eine baubedingte Anzahl von m Schritten aufweisen, welche eine mechanische Umdrehung (360°) ergeben. Für das beispielhafte mechanische Gesamtsystem aus Schrittmotor und Gerotor kann sich dann in diesem Beispiel eine Anzahl von m·n·(n + 1) Schritten in einer Periode ergeben. The load device reaches after a certain number of revolutions of the stepping motor with a period recurring again an initial state. For the gerotor, for example, this may be the case after n × (n + 1) steps. Stepper motor and load device form a mechanical system. The initial state can be any well-defined state of this mechanical system. The one period may be defined as the time interval that begins at the time a particular state is entered and ends at the time this state is next taken. Normally, the same torque curve occurs in each such period when no correction is made. The load device can reach the initial state, for example, after each one revolution of the load device again, if the same torque curve occurs during each individual revolution of the load device. Also, the stepper motor, for example, have a construction-related number of m steps, which result in a mechanical rotation (360 °). For the exemplary overall mechanical system of stepper motor and gerotor, a number of m * n * (n + 1) steps in one period can then result in this example.
In jeder Periode kann der Schrittmotor eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen jeweils mit einer Mehrzahl von Schritten durchlaufen. In einer Periode mit N Schritten können dabei N Ist- Schrittzeiten t1, t2, ..., ti, ..., tN auftreten. Für eine Vielzahl von in einer der Perioden durchlaufenden Schritte des Schrittmotors sind Soll-Schrittzeiten vorgegeben. Die Soll-Schrittzeiten t1´, t2´, ..., ti´, ..., tN´ können für die N Schritte einer Periode vorgegeben werden, um idealerweise eine wohldefinierte, vorzugsweise konstante Drehzahl, und/oder ein wohldefiniertes, vorzugsweise konstantes, Drehmoment zu erreichen. In einem nächsten Vorgang können die Soll-Schrittzeiten t1´, t2´, ..., ti´, ..., tN´ in einer Periode mit den tatsächlichen Ist-Schrittzeiten t1, t2, ..., ti, ..., tN in dieser Periode verglichen werden. Bei einer Abweichung kann gegebenenfalls eine Korrektur der Ist- Schrittzeiten in einer späteren Periode herbeigeführt werden.In each period, the stepping motor may undergo a certain number of revolutions each in a plurality of steps. In a period with N steps, N actual step times t 1 , t 2 ,..., T i ,..., T N can occur. For a multiplicity of steps of the stepping motor passing through in one of the periods, predetermined stepping times are predetermined. The desired step times t 1 ', t 2 ',..., T i ',..., T N ' can be specified for the N steps of a period, ideally a well-defined, preferably constant speed, and / or to achieve well-defined, preferably constant, torque. In a next process, the target step times t 1 ', t 2 ', ..., t i ', ..., t N ' in a period with the actual actual step times t 1 , t 2 , ... , t i , ..., t N are compared in this period. In the event of a deviation, a correction of the actual step times in a later period can optionally be brought about.
Es werden dazu eine Vielzahl von tatsächlichen Ist-Schrittzeiten, die in zumindest einer der Perioden vorkommen, bestimmt, die den jeweiligen Soll-Schrittzeiten entsprechen. Es seien dabei t1, t2, ..., ti, ..., tN die in der zumindest einen Periode ge- messenen, tatsächlichen Ist-Schrittzeiten und t1´, t2´, ..., ti´, ..., tN´ die vorgegebenen Soll-Schrittzeiten für diese Periode, die eine Vielzahl von N Schritten aufweist. Dann werden die tatsächlichen Ist-Schrittzeiten ti der jeweiligen Schritte i in einer Periode und die vorgegebenen Soll-Schrittzeiten ti´ des jeweiligen Schrittes i in dieser Periode als entsprechend angesehen.For this purpose, a multiplicity of actual actual step times, which occur in at least one of the periods, are determined which correspond to the respective desired step times. Let t 1 , t 2 , ..., t i , ..., t N be the actual actual step times measured in the at least one period and t 1 ', t 2 ', ..., t i ', ..., t N ' the predetermined target step times for this period, which has a plurality of N steps. Then the actual actual step times t i of the respective steps i in one period and the predetermined set step times t i 'of the respective step i in this period are considered to be corresponding.
In einer Periode, die auf jene Perioden folgt, in der die Vielzahl der N Ist-Schrittzeiten bestimmt werden, wird eine zur Ausführung des jeweiligen Schrittes i zugeführte Energie verringert, sofern die Ist-Schrittzeit ti kleiner ist als die entsprechende Soll-Schrittzeit ti´, und/oder die zur Ausführung des jeweiligen Schrittes i zugeführte Energie wird erhöht, sofern die Ist-Schrittzeit ti größer ist als die entsprechende Soll-Schrittzeit ti´.In a period following those periods in which the plurality of N actual step times are determined, an energy supplied for executing the respective step i is reduced as long as the actual step time t i is smaller than the corresponding target step time t i ', and / or the energy supplied for the execution of the respective step i is increased if the actual step time t i is greater than the corresponding set step time t i '.
Die zur Ausführung des jeweiligen Schrittes i zugeführte Energie wird vorzugsweise durch eine Erhöhung bzw. Verringerung der im Schritt i selber zugeführten Energie angepasst. Die Energiezufuhr in einem Schritt i, kann jedoch auch Auswirkungen auf die Ausführung eines benachbarten Schrittes i – 1 oder i + 1 haben. Aufgrund einer Verzögerung der auf die Energiezufuhr folgenden Beschleunigung kann die zur Ausführung des jeweiligen Schrittes i zugeführte Energie deshalb beispielsweise auch durch eine Erhöhung bzw. Verringerung der zugeführten Energie in einem benachbarten Schritt i – 1 bzw. i + 1 angepasst werden.The energy supplied for executing the respective step i is preferably adjusted by increasing or decreasing the energy supplied in step i itself. The energy supply in a step i, however, may also have effects on the execution of an adjacent step i-1 or i + 1. Due to a delay of the acceleration following the energy supply, the energy supplied for executing the respective step i can therefore also be supplied, for example, by an increase or decrease in the supplied energy Energy in an adjacent step i - 1 or i + 1 are adjusted.
Sowohl Drehzahl als auch Schrittzeit sind typischerweise abhängig von der dem Schrittmotor zugeführten Energie. Es kann also die zugeführte Energie verringert bzw. vergrößert werden, um so eine Korrektur der Ist-Schrittzeiten zu erreichen. Die Erniedrigung bzw. Erhöhung der im jeweiligen Schritt i zugeführten Energie kann dabei in einer späteren Periode, die auf jene Periode folgt, in der die Vielzahl der Ist-Schrittzeiten t1, t2, ..., ti, ..., tN bestimmt werden, erfolgen. Vorzugsweise folgt die Periode, in der die dem Schrittmotor zugeführte Energie im jeweiligen Schritt i vergrößert bzw. verringert wird, unmittelbar auf die zumindest eine der Perioden, in der die Ist-Schrittzeit ti bestimmt worden ist. In der späteren Periode kann so gegebenenfalls erneut die Abweichung Δti = ti´ – ti der Ist-Schrittzeiten t1, t2, ..., ti, ..., tN von den entsprechenden Soll-Schrittzeiten t1´, t2´, ..., ti´, ..., tN´ bestimmt werden. Diese kann in einer noch späteren Periode weiter verringert werden. Durch eine Anpassung der Menge der zugeführten Energie über mehrere Perioden, kann so idealerweise eine Konvergenz der Ist-Schrittzeiten t1, t2, ..., ti, ..., tN und der entsprechenden Soll-Schrittzeiten t1´, t2´, ..., ti´, ..., tN´ erreicht werden. So können die vorgegebene, wohldefinierte Drehzahl und/oder der vorgegebene wohldefinierte Drehmomentverlauf erreicht werden. Both speed and step time are typically dependent on the energy supplied to the stepper motor. Thus, the supplied energy can be reduced or increased, so as to achieve a correction of the actual step times. The reduction or increase in the energy supplied in each step i can in a later period, which follows the period in which the plurality of actual step times t 1 , t 2 , ..., t i , ..., t N be determined done. Preferably, the period in which the energy supplied to the stepper motor is increased or decreased in the respective step i directly follows the at least one of the periods in which the actual step time t i has been determined. In the later period can, if appropriate, again the deviation .DELTA.t i = t i '- t i is the actual step times t 1, t 2, ..., t i, ..., N t of the respective target step times t 1 ', T 2 ', ..., t i ', ..., t N ' are determined. This can be further reduced in an even later period. By adjusting the amount of power supplied over several periods, can thus ideally a convergence of the actual step times t 1, t 2, ..., t i, ..., t N and the corresponding target step times t 1 ', t 2 ', ..., t i ', ..., t N 'can be achieved. Thus, the predetermined, well-defined speed and / or the predetermined well-defined torque curve can be achieved.
Energie kann dem Schrittmotor im jeweiligen Schritt vorzugsweise dadurch zugeführt werden, dass ein elektrischer Strom mit einer bestimmbaren Stromstärke und/oder Spannung zugeführt wird. Die dem Schrittmotor im jeweiligen Schritt zugeführte Energie wird vorzugsweise dadurch verringert bzw. erhöht, dass die dem Schrittmotor zugeführte Stromstärke verringert bzw. erhöht wird. Alternativ kann beispielsweise auch die Spannung geändert werden. Außerdem kann die Energie auch durch einen gepulsten elektrischen Strom zugeführt werden. Die Ist-Schrittzeit wird dann vorzugsweise dadurch angepasst, dass die Pulsbreite des gepulsten elektrischen Stroms verringert bzw. erhöht wird.Energy can be supplied to the stepping motor in the respective step, preferably by supplying an electric current with a determinable current intensity and / or voltage. The energy supplied to the stepping motor in the respective step is preferably reduced or increased by reducing or increasing the current intensity supplied to the stepping motor. Alternatively, for example, the voltage can be changed. In addition, the energy can also be supplied by a pulsed electric current. The actual step time is then preferably adjusted by reducing or increasing the pulse width of the pulsed electrical current.
Die zur Ausführung des jeweiligen Schrittes zugeführte Energie kann um einen Prozentsatz von zumindest 0,2 %, bevorzugt zumindest 0,5 %, besonders bevorzugt zumindest 0,8 % und/oder höchstens 5 %, bevorzugt höchstens 2 %, besonders bevorzugt höchstens 1,3 % verringert werden, wenn die Ist-Schrittzeit kleiner ist als die entsprechende Soll-Schrittzeit, und/oder erhöht werden, sofern die Ist-Schrittzeit größer ist als die entsprechende Soll-Schrittzeit.The energy supplied for carrying out the respective step can be reduced by a percentage of at least 0.2%, preferably at least 0.5%, particularly preferably at least 0.8% and / or at most 5%, preferably at most 2%, particularly preferably at most 1, 3% are reduced if the actual step time is smaller than the corresponding desired step time, and / or increased, if the actual step time is greater than the corresponding desired step time.
Vorzugsweise kann zusätzlich zur Regelung der Schrittzeiten eine übergeordnete Regelung der Drehzahl vorgesehen sein. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn die Korrektur der einzelnen Schrittzeiten t1, t2, ..., ti, ..., tN, in einer Periode, die auf jene Periode folgt, in der die Vielzahl von Ist-Schrittzeiten bestimmt werden, insgesamt zu einer Veränderung einer Gesamt-Drehzahl führt. Die Gesamt-Drehzahl kann beispielsweise über die Dauer dieser späteren Periode gemittelt gemessen werden. Die Regelung der Drehzahl geschieht vorzugsweise dadurch, dass eine Ist-Dauer T zumindest einer der Perioden bestimmt wird, eine Soll-Dauer T´ dieser zumindest einen Periode vorgegeben wird, und die Soll-Schrittzeiten t1´, t2´, ..., ti´, ..., tN´ für diese oder eine folgende Periode so angepasst werden, dass die Abweichung ΔT = T´ – T der Ist-Dauer T von der Soll-Dauer T´ verringert wird. Die Korrektur ti´ + Δti´ der Soll-Schrittzeiten t1´, t2´, ..., ti´, ..., tN´ kann daher auf einer Abweichung ΔT = T´ – T der Ist-Dauer T von der Soll-Dauer T´ basieren. Dazu wird beispielsweise ein Basiswert der Soll-Schrittzeit ti` korrigiert. Dieser Basiswert ti` ist der Wert der Soll-Schrittzeit aus der zumindest einen der Perioden, in der die Ist-Dauer der Periode bestimmt wurde. In einer späteren Periode kann dann der korrigierte Wert ti´ + Δti´ als neue Soll-Schrittzeit vorgegeben werden. Vorzugsweise werden die Soll-Schrittzeiten in einer auf die Periode der Ist-Dauer T unmittelbar folgenden Periode korrigiert und der korrigierte Wert nunmehr vorgegeben. Bei der Korrektur Δti´ kann es sich beispielsweise um eine relative Korrektur handeln Δti´ = ΔT/T·ti´, die proportional zur Abweichung ΔT ist.Preferably, in addition to the regulation of the step times, a higher-level regulation of the rotational speed can be provided. This is advantageous, for example, when the correction of the individual step times t 1, t 2, ..., t i, ..., t N, in a period subsequent to that period in which the plurality of actual step times determined will result in an overall change in overall speed. For example, the total speed may be measured averaged over the duration of this later period. The regulation of the rotational speed preferably takes place in that an actual duration T of at least one of the periods is determined, a nominal duration T 'of this at least one period is predetermined, and the target step times t 1 ', t 2 ',... , t i ', ..., t N ' for this or a subsequent period be adapted so that the deviation .DELTA.T = T'-T the actual duration T is reduced by the target duration T '. The correction t i '+ Δt i ' of the desired step times t 1 ', t 2 ',..., T i ',..., T N ' can therefore be based on a deviation ΔT = T'-T of the actual Duration T is based on the target duration T '. For this purpose, for example, a base value of the target step time t i `is corrected. This base value t i `is the value of the target step time from the at least one of the periods in which the actual duration of the period was determined. In a later period, the corrected value t i '+ Δt i ' can then be specified as the new setpoint step time. Preferably, the target step times are corrected in a period immediately following the period of the actual duration T and the corrected value is now preset. The correction Δt i 'can be, for example, a relative correction Δt i ' = ΔT / T * t i ', which is proportional to the deviation ΔT.
Vorzugsweise wird bei der Bestimmung der Ist-Dauer der zumindest einen Periode, die Ist-Dauer von zumindest einer Periode, bevorzugt von zumindest drei Perioden, besonders bevorzugt von zumindest fünf Perioden und/oder von höchstens zwanzig Perioden, bevorzugt von höchstens fünfzehn Perioden, besonders bevorzugt von höchstens zehn Perioden bestimmt.Preferably, in determining the actual duration of the at least one period, the actual duration of at least one period, preferably at least three periods, more preferably at least five periods and / or at most twenty periods, preferably at most fifteen periods, especially preferably determined by at most ten periods.
Die Regelung der dem Schrittmotor zugeführten Energie kann typischerweise durch einen Regler geschehen. Der Regler kann in einem elektrischen Regelkreis die Soll-Schrittzeiten, also die Führungsgröße, mit den Ist-Schrittzeiten, also der Regelgröße vergleichen. Aus dem Unterschied, der auch als Regelabweichung bezeichnet werden kann, kann die Stellgröße, also vorzugsweise die zugeführte elektrische Energie, ermittelt und entsprechend eingestellt werden. Vorzugsweise ist der Regler ein PI-Regler oder ein P-Regler. The regulation of the energy supplied to the stepper motor can typically be done by a regulator. The controller can compare the setpoint step times, ie the reference variable, with the actual step times, ie the controlled variable, in an electrical control loop. From the difference, which can also be referred to as control deviation, the manipulated variable, ie preferably the supplied electrical energy, can be determined and adjusted accordingly. Preferably, the controller is a PI controller or a P controller.
Der PI-Regler ist beispielsweise ein linearer Standard-Regler mit einem proportionalen und integralem Verhalten, d. h. einer Überlagerung aus einer Sprungantwort und einer proportionalen Antwort. Der P-Regler weist beispielsweise eine charakteristische Sprungantwort auf.For example, the PI controller is a standard linear controller with proportional and integral behavior, i. H. a superposition of a step response and a proportional response. For example, the P-controller has a characteristic step response.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren beispielhaft erläutert werden, ohne die Erfindung auf die dort dargestellten Ausführungsformen zu beschränken. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen dabei gleiche oder entsprechende Merkmale. Die in den Beispielen beschriebenen Merkmale können auch zwischen den Beispielen kombiniert werden und unabhängig vom konkreten Beispiel realisiert sein. Es zeigen:In the following, the invention will be explained by way of example with reference to some figures without the To limit the invention to the embodiments shown there. The same reference numerals designate the same or corresponding features. The features described in the examples can also be combined between the examples and be realized independently of the specific example. Show it:
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kommutierzeit bzw. Ist-Schrittzeit Commutation time or actual step time
- 22
- Umdrehungswinkel des Schrittmotors Rotation angle of the stepper motor
- 33
- Verlauf der Kommutierzeit als Funktion des Umdrehungswinkels Course of the commutation time as a function of the rotation angle
- 44
- Sollwert bzw. Soll-Schrittzeit Setpoint or set step time
- 55
- Regelungspunkte der Kommutierzeit bzw. Schritte Control points of the commutation time or steps
- 66
- Periode mit Adaptierung, d. h. Vergleich Ist-Schrittzeit/Soll-Schrittzeit Period with adaptation, d. H. Comparison actual step time / set step time
- 77
- Periode mit adaptierten Kommutierzeiten bzw. Ist-Schrittzeiten Period with adapted commutation times or actual step times
- 88th
- Anzahl der Umdrehungen, bis der Ausgangszustand wieder erreicht ist Number of revolutions until the initial state is reached again
- 99
- Drehmomentrippel torque ripple
- 1010
- Innerer Rotor Inner rotor
- 1111
- Äußerer Rotor Outer rotor
- 12 12
- Ausgang der PumpeOutput of the pump
- 1313
- Eingang der Pumpe Input of the pump
- 14 14
- Zähne der RotorenTeeth of the rotors
- 15 15
- Drehrichtung im UhrzeigersinnDirection of rotation in clockwise direction
- 1616
- Gehäuse casing
Claims (12)
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-
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-
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