DE2360657B2

DE2360657B2 - Steuerschaltung für einen Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2360657B2
Application number: DE2360657A
Authority: DE
Inventors: Tadasu Tachikawa Tokio Sato; Chuichi Tokio Yoshitake
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1972-12-05
Filing date: 1973-12-05
Publication date: 1978-11-23
Also published as: CA997413A; GB1440335A; US3953774A; SE397417B; DE2360657A1; DE2360657C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aufgrund der zunehmenden Schnelligkeit von Computern und der damit ermöglichten Schnelligkeit der Datenausgabe besteht das Bedürfnis nach Zeilendrukkern mit möglichst großer Druckgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit. In einem Zeilendrucker wird ein langes, bandförmiges Papier mit Hilfe eines Antriebsmotors vorgeschoben. Der Antriebsmotor hält während einer Zeit an, in der Druckzeichen, die vom Computer ausgewählt werden, längs einer gewünschten Zeile auf dem Papier durch Drucktypen, die beweglich und mit geringem Abstano über dem Papier angeordnet sind, gedruckt werden. Wenn die Drucktypen den Druck der ausgewählten Druckzeichen auf der gewünschten Zeile des Papiers beenden, bewegt der Antriebsmotor das Papier mit vorgegebener hoher Geschwindigkeit vorwärts, und zwar gemäß einer Programmkurvc, die vorher auf einen Computerformatsteuerstreifen aufgebracht worden ist, oder gemäß Befehlsimpulsen vom Computer. Dann hält der Antriebsmotor der Programmkurve entsprechend plötzlich an, und das Papier wird dadurch an einer Position angehalten, in der die Druckposition der Drucktypen mit der nächsten gewünschten Zeile auf dem Papier übereinstimmt. Dann beginnen die Typen die vom Computer ausgewählten Druckzeichen auf die gewünschte Linie zu drucken. Die Zeilendrucker jüngerer Zeit bedrucken pro Minute 1500 bis 2000 Zeilen. Man bedenke, daß der Antriebsmotor

das Papier mit hoher Geschwindigkeit bewegt und dieses dann an der Position anhält, in welcher die Druckposition der Drucktypen mit der gewünschten Zeile auf dem Papier fehlerlos übereinstimmt.

Gewöhnlich handelt es sich bei dem Antriebsmotor im Zeilendrucker um einen Schrittmotor. Der Schrittmotor wird mit Hilfe von Impulsen angetrieben und hat den Vorteil, daß er in einem Verfahren mit offener Schleife getrieben werden kann. Der Schrittmotor weist jedoch den Mangel auf, daß er eine diskontinuierliche Drehung erzeugt. Eine kontinuierliche Drehung des Antriebsmotors für den Zeilendrucker ist jedoch wesentlich geeigneter, da das Papier vom Antriebsmotor bei hoher Geschwindigkeit gleichmäßig transportiert werden muß.

Für einen Gleichstrommotor als Antriebsmotor sind zwei Arten von Steuerverfahren bekannt, nämlich das digitale Steuerverfahren und das analoge Steuerverfahren. Das digitale Steuerverfahren ist für einen Antriebsmotor geeignet, der sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt. Der Grund liegt darin, daß die hohe Leistung, die zur Bewegung des Antriebsmotors bei hoher Geschwindigkeit erforderlich ist, für ein System mit digitaler Steuerung durch Verwendung eines extrem hoch verstärkenden Leistungsverstärkers leicht und wirtschaftlich zu erhalten ist. Da jedoch die digital gesteuerte Leistung den Impulsen entsprechend erzeug! wird, ist der minimale Drehschritt des Antriebsmotor, und damit die örtliche Genauigkeit beschränkt auf die minimale Periode zwischen den Impulsen. Im allgemeinen ist das analoge Steuerverfahren für einen Antriebsmotor geeignet, wenn eine genaue örtliche Steuerung erforderlich ist. Ks ist jedoch schwierig, den Antriebsmotor mit hoher Geschwindigkeit zu treiben. Das liegt daran, daß die hohe Leistung, die /ur Bewegung des Antriebsmotors bei hoher Geschwindigkeit erforderlich ist, für ein System mit analoger Steuerung nur schwer und nicht wirtschaftlich zu erhalten ist.

Aus der GB-PS 8 16 360 ist ein analoges Steuerverfahren für einen Gleichstrommotor bekannt, mit welchem ein Werkzeughalter einer Bearbeitungsmaschine in eine vorgegebene Position bewegt werden soll. Zur Grobsteuerung, d. h. dazu, den Werkzeughalter in die Nähe der gewünschten Position zu bringen, wird dem Antriebsmotor ein Analogsignal in Form einer Gleichspannung zugeführt, und zwar so lange, bis ein die Umdrehungen des Motors zählender Zähler einen vorgegebenen Zählstand erreicht hat. Bei Erreichen dieses Zählstands erfolgt zur Feineinstellung der Position des Werkzeughalters eine Umschaltung von dem analogen Gleichspannungssignal auf ein analoges Wcchselstromsignal, dessen Amplitude vor- der Winkelstellung der Motorantriebsachse und dessen Periode von der Drehgeschwindigkeit des Antriebsmotors abhängig ist. Nach dem Umschalten auf dieses analoge Wcchselsignal wird der Gleichstrommotor mit der oder einem Teil der letzten Halbwolle dieses amplitudcnverändcrlichcn analogen Signals angetrieben, bis dieses beim Schnittpunkt mit der Nullachse zu Null wird und der Motoi anhält. Mit diesem bekannten Steuerverfahren läßt sich der Werkzeugschaltcr zwar genau in eine gewünschte Position bringen, zu einem schnellen Vorschub in die Nähe der gewünschten Position eignet sich dieses Steuerverfahren jedoch aus den bereits genannten Gründen nicht, so daß es für den Vorschub eines schnelldruckenden Zeilendrucker ungeeignet ist.

Aus der DE-PS 10 87 676, von der im Oberbegriff des Anspruches 1 ausgegangen ist. ist ein Verfahren und eine Steuerschaltung zum Umschalten von digitalem Grobkanal auf analogen Feinkanal bei Regelanordnungen bekannt, bei dem während der digitalen Grobsteuerang das Ausgangssigna) eineü digitalen Sollwertgebers mit dem eines digitalen Istwertgebers verglichen und ein Verstellmotor über einen Leistungsverstärker mit Hilfe der beim Vergleich erhaltenen digitalen Regelabweichung gesteuert wird. Ist eine bestimmte Annäherung des Istwertes an den Sollwert erreicht, wird eine Umschalteinrichtung betätigt, mit welcher der Eingang des Leistungsverstärkers von der die digitale Regelabweichung zuführenden Leitung auf eine eine analoge Regelabweichung zuführende Leitung umgeschaltet wird. Danach erfolgt die Feinsteuerung bis zum Sollwert. Allerdings wird auch während der sogenannten Feinsteuerphase zum Sollwert-Istwert-Vergleich ein digitales Sollwertsignal herangezogen, das erst mittels eines Digital-Analog-Wandlers in ein analoges Sollwertsignal umgewandelt wird. Der Digital-Analog-Umwandlung haften jedoch von Natur aus Ungenauigkeiten an, die im Größenordnungsbereich der Quantisierungsschritte des umzuwandelnden Digitalsignals liegen. Die Verwendung des Digital-Analog-Wandlers bedingt nicht nur eine relativ ungenaue Feinsteuerung, sonderen sie bedeutet auch einen höheren Aufwand und damit erhöhte Kosten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorausgesetzte Steuerschaltung für einen Gleichstrommotor derart zu verbessern, daß sie sich bei möglichst geringem Schaltungsaufwand zur Steuerung sehr schnell druckender Zeilendrucker eignet, also eine sehr hohe Vorschubgeschwindigkeit und dennoch eine sehr exakte Feinsteuerung in eine vorbestimmte .Sollposition erlaubt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in den Unteransprüchen vorteilhaft weitergebildet.

Mit der neuen Steuervorrichtung läßt sich der zu bewegende Gegenstand zunächst mit hoher Vorschubgeschwindigkeit in die Nähe der gewünschten Position bringen und danach unter Feinsteuerung exakt in die gewünschte Position. Da einerseits die hohe Vorschubgeschwindigkeit unter Digitalsteuerung erfolgt, andererseits die Feineinstellung bei langsamer Drehung des Motors geschieht, kommt man sowohl in der Phase der digitalen als auch in der Phase der analogen Steuerung ohne einen Gleichstrom oder Gleichspannungsverstärker für hohe Leistung aus. Auch ein Digital-Analog-Wandler ist nicht erforderlich, so daß erhebliche Kosten vermieden werden können. Außerdem wird während der digitalen Steuerung eine Bcschleunigungs- und eine Abbremsphase ermöglicht, was besonders beim schnellen Vorschub von Papier von großem Vorteil ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. I eine schematische Darstellung eines Zcilendruckermechanismus,

F i g. 2 die Darstellung einer Programmkurve,

F i g. 3A ein Blockschaltbild einer Ausführungsform oer erfindungsgemäßen Steuerschaltung,

Fig. 3B ein Schaltbild eines in F i g. 3A gezeigten Leistungsverstärkers 15,

Fig. 4A eine Teilschnittansicht eines in Fig. 3A dargestellten Positionsfühlers 17,

F i g. 4B eine Detaildraufsicht auf den Positionsfühler,

Fig.4C eine zeitliche Darstellung der Ausgangssignale des Positionsfühlers,

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer in F i g. 3A dargestellten Logiksteuerschaltung und

F i g. 6 eine Zeitdarstellung der Steuerfolge der erfindungsgemäßen Steuerschaltung.

In Fig. 1 stellt 1 ein langes bandförmiges Papier dar, auf welchem bestimmte, durch einen Computer ausgewählte Druckzeichen durch (nicht dargestellte) Drucktypen längs Zeilen Lo, L\, Li ... L_n ... gedruckt :< werden. Das Papier 1 weist Löcher 2 auf seinen beiden Seiten auf, und die Löcher sind längs einer zu den Zeilen Li, i-2... senkrecht verlaufenden Richtung in gleichmäßigem Abstand angeordnet. Ferner steht das Papier 1 über die Löcher 2 mit Transportzahnrädern 3 und 4 in : · Eingriff, und letztere drehen sich zur selben Zeit mit Hilfe eines Synchronisierriemens 5, bei dem es sich auch um eine Kette oder ähnliches handeln kann. Die Transportzahnräder 3 und 4 werden über andere Zahnräder von einem Gleichstrommotor 6 angetrieben. ·■ Wenn der Gleichstrommotor 6 durch einen (nicht dargestellten) Leistungsverstärker erregt wird, bewegt sich das Papier 1 in Richtung der in F i g. 1 eingezeichneten Pfeile. Mit 7 ist ein Formatsteuerstreifen gekennzeichnet. Dieser ist vorher mit Signalen 8 versehen worden. Die Signale 8 entscheiden, welche Zeile an der Druckposition der Drucktypen anzuhalten ist. Die Signale 8 werden von einem Detektor 9 abgetastet, und die abgetasteten Signale werden auf einen Eingang einer (nicht dargestellten) logischen > · Steuerschaltung geführt. Die logische Steuerschaltung steuert den Gleichstrommotor 6 durch Vergleich der abgetasteten Signale mit dem Signal 8. So hält der Gleichstrommotor6das Papier 1 genau ander Position an, an der eine gewünschte Zeile mit der Druckposition der Drucktypen übereinstimmt. Natürlich können die Signale 8 auch vom Computer ohne Verwendung des Formatsteuerstreifens 7 bereitgestellt werden.

Gewöhnlich wird das Papier 1 durch den Antriebsmotor gemäß einer Geschwindigkeitskurve, das heißt einer ■ Programmkurve, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist, transportiert. F i g. 2 zeigt die Beziehung zwischen einer Papiervorschubgeschwindigkeit V und einer Zeit f. Natürlich entspricht die Beziehung einer Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotorrotors. In Fig. 2 ■ beginnt sich das Papier von einer Position S aus zu bewegen, die einer ersten gewünschten Zeile entspricht, auf welcher ausgewählte Druckzeichen gedruckt worden sind. Die Geschwindigkeit des Papiers wird vom Motor während eines Intervalls tα in F i g. 2 beschleunigt und erreicht eine vorgegebene maximale Geschwindigkeit V_m„. Darauf bewegt sich das Papier während einer Zeit ff mit konstanter Geschwindigkeit V_n,,,. Wenn das Papier nahe an eine Position P in F i g. 2 kommt, die einer zweiten gewünschten Zeile entspricht, auf welcher · · ausgewählte Druckzeichen gedruckt werden sollen, wird das Papier 1 während einer Zeit to in Fig.2 verzögert Auf diese Art wird eine gewünschte Zeile zur Druckposition der Drucktypen mit hoher Geschwindigkeit transportiert. Wenn der Abstand zwischen einer · ersten und einer zweiten gewünschten Zeile kurz ist, rückt die Position P zu einer Position P' in Fi g. 2, und demzufolge verkürzt sich die Zeitdauer, in welcher das Papier 1 mit konstanter Geschwindigkeit V_mtx transportiert wird, auf ff in F i g. 2.

Erfindungsgemäß wird der Antriebsmotor, das heißt ein Gleichstrommotor, von einem Leistungsverstärker getrieben, und der Leistungsverstärker wird durch ein digitales Signal gesteuert, so daß die Papiertransportgeschwindigkeit V gemäß der in Fig. 2 dargestellten Geschwindigkeilskurvc sehr schnell erreicht werden kann. Wenn die gewünschte Zeile in die Nähe der Druckposition der Drucktypen kommt, wird der Gleichstrommotor durch das analoge Signal gesteuert, und die gewünschte Zeile wird mit hoher Genauigkeit mit der Druckposition der Drucktypen in Übereinstimmung gebracht. F i g. 3A zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung der erfindungsgemäßen Steuerschaltung. In F i g. 3A wird ein Befehlsimpuls, der den Beginn des Papiertransports auslöst, einem ersten Eingang 10 einer logischen Steuerschaltung 11 zugeführt. Zunächst gibt die logische Steuerschaltung 11 Signale über Steuerleitungen 20/4 und 2OD auf Schalter 5W, bzw. SW₂. Zu diesem Zeitpunkt werden ein Feldeffekttransistor (FET) A in SW₁ und ein Feldeffekttransistor (FET) B in 5W₂ nichtleitend, und ein Feldeffekttransistor (FET) D wird leitend. SW₁ schaltet abwechselnd zwei Steuerarten um, nämlich einer analogen Steuerart und einer digitalen Steuerart. Demzufolge werden FET A und FET D nicht gleichzeitig leitend (oder nichtleitend). Zunächst wird, wie oben erwähnt. FET D leitend, und darauf werden positive Steuerimpulse von der logischen Steuerschaltung 11 über eine Zuführungsleitung 19 und einen Schalter 5Wi einem Leistungsverstärker 15 zugeführt. Der Leistungsverstärker 15 führt einem Gleichstrommotor 16, der dem Gleichstrommotor 6 in Fig. 1 entspricht, eine digital gesteuerte hohe Leistung zu. Darauf beginnt der Rotor des Gleichstrommotors 16 sich zu drehen. Ein Positionsfühler 17, der auf einer Welle des Rotors befestigt ist. beginnt Positionssignale über eine Signalleitung 17' auf eine Wellenformschaltung 12 zu geben. Die Wcllenformschaltung 12 formt die Positionssignalc vom Positionsfühler 17 in eine Wellenform um. mit der die logische Steuerschaltung 11 umgehen kann. Die umgeformten Positionssignale von der Wellenformschaltung 12 gelangen über eine Signalleitung 12' zur logischen Steuerschaltung 11. Die Drehgeschwindigkeit des Rotors des Gleichstrommotors 16. wie auch die Papiervorschubgeschwindigkeit, wird durch die logische Steuerschaltung 11 abgetastet. Die logische Steuerschaltung 11 führt die positiven Steuerimpulse über den Schalter 5 Wj auf den Leistungsverstärker 15. bei dem es sich um einen extrem hoch verstärkenden Leistungsverstärker handelt, bis die Papiervorschubgeschwindigkeit Vin F i g. 2 die vorausbestimmte Geschwindigkeit V_mä, in Fig. 2 erreicht. Die positiven Steuerimpulse werden auf den Leistungsverstärker 15 gegeben und machen einen Transistor T,\ in Fig. 3B des Leistungsverstärkers 15 leitend. Darauf wird vom Leistungsverstärker 15 eine sehr hohe positive Spannung auf den Gleichstrommotor 16 gegeben, wodurch die Papiervorschubgeschwindigkeil während der Zeit t\ in F i g. 2 beschleunigt wird. Während der Zeit f<- in Fig.2 erzeugt die logische Steuerschaltung 11 kleine Impulse, um die Papiervorschubgeschwindigkeit konstant auf V_m„ zu halten. Wenn der Zählstand der Positionssignale einen vorgegebenen Wert erreicht, der beispielsweise durch den Formatsteuerstreifen vorgesehen ist, wird ein Befehlsimpuls, der eine Verzögerung der Papierbewegung auslöst, auf den ersten Eingang 10 der logischen Steuerschaltung 11 gegeben. Zu dieser Zeit werden negative Steuerimpulse von der logischen Schaltung 11 über den Schalter SWi auf den Leistungsverstärker 15 gegeben. Die negativen Steuerimpulse machen einen Transistor T_Ti in Fig.3B leitend. Darauf wird dem

Gleichstrommotor 16 eine sehr hohe negative Spannung zugeführt, und der Gleichstrommotor 16 wird gebremst, wodurch die Papiervorschubgeschwindigkeit während der Zeit ίο in F i g. 2 plötzlich verzögert wird. Während der Zeit to bewegt sich eine gewünschte Zeile nahe zur Druckposition der Drucktypen.

Es ist schwer, durch Verwendung der digital gesteuerten Leistung das Papier in eine Position zu bringen, in der die Druckposition der Drucktypen exakt mit der gewünschten Zeile übereinstimmt. Das liegt daran, daß die digitale Steuerung, wie oben erwähnt wurde, zur genauen örtlichen Steuerung nicht geeignet ist. Wenn die gewünschte Zeile nahe an die Druckposition der Drucktypen kommt, das heißt, wenn sich die Papiervorschubgeschwindigkeit V in F i g. 2 mit ihrer Änderung fast am Ende der Zeit ίο befindet, macht deshalb die logische Steuerschaltung 11 zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Befehlsimpuls »Stop« auf den Eingang 10 gegeben wird, den FET D nichtleitend und die FET A und B leitend. Dies ändert die Steuerart von digitaler zu analoger Steuerart. Wenn der FET A leitend wird, wird ein negativer RUckkopplungsweg über eine Leitung 18 und einen Pufferverstärker 14, der eine Signalimpedanz puffert, zum Leistungsverstärker wirksam. Demzufolge wirkt der Leistungsverstärker 15 als linearer Leistungsverstärker, der jeder kleinen Änderung des analogen Signals folgen kann. Der Positionsfühler erzeugt ein Positionssignal, dessen Frequenz sehr niedrig ist, wenn die Papiervorschubgeschwindigkeit V nahe an den Punkt P in F i g. 2 herankommt. Wenn sich der Rotor des Gleichstrommotors 16 mit hoher Geschwindigkeit dreht, bilden die Positionssignale vom Positionsfühler Spannungsimpulse, die als Digitalsignale auftreten. Wenn sich andererseits der Rotor des Gleichstrommotors 16 mit sehr niedriger Geschwindigkeit dreht, wird das Positionssignal als ein analoges Signal verfügbar. Wenn eine gewünschte Zeile nahe an die Druckposition der Drucktypen herankommt, wird dieses analoge Signal dem Leistungsverstärker 15 über den FET B, ein Kompensationsnetzwerk 13, den Pufferverstärker 14, den FET A und ebenfalls über die Rückkopplungsleitung 18 zugeführt. Das Kompensationsnetzwerk 13 ist eingefügt, um im analogen Steuersystem Stabilität zu erzielen. Der Leistungsverstärker 15 hört mit der Leistungserzeugung auf, wenn der Pegel des analogen Signals vom Positionsfühler 17 mit dem Nullpotentialpegel zusammenfällt, bei dem die Drehung des Rotors des Gleichstrommotors 16 aufhört. Wenn die gewünschte Zeile sich vor der Druckposition der Drucktypen befindet, liegt der Pegel des analogen so Signals über dem Nullpotentialpegel, das heißt, das analoge Signal ist positiv und der Gleichstrommotor 16 bewegt das Papier so lange vorwärts, bis die gewünschte Zeile mit der Druckposition der Drucktypen übereinstimmt Ist die gewünschte Zeile über die Druckposition der Drucktypen hinaus bewegt worden, liegt der Pegel des analogen Signals unter dem Nullpotentialpegel, das heißt, das analoge Signal ist negativ, und die Drehung des Gleichstrommotorrotors wird umgekehrt, und die gewünschte Zeile wird zur Druckposition der Drucktypen zurückgeführt

Die Wirkungsweise der Steuerung des Gleichstrommotors wird anhand der Fig.4A, 4B, 4C, 5 und 6 erläutert. Fig.4A zeigt eine Teilschnittansicht des Positionsfühlers 17, der die Positionssignale erzeugt, welche die Position angeben, in welcher sich die Zeile auf dem Papier tatsächlich befindet Der Positionsfühler umfaßt: eine kreisförmige Scheibe 21, die am Ende der Welle des Rotors des Gleichstrommotors 16 befestigt ist und drei Arten von durchgehenden Löchern 25a, 256 und 25c aufweist; eine Platte 23, die mit drei Arten von Schlitzen 23a, 236 und 23c versehen ist; drei Lampen; und drei Arten Fotozellen 24a, 246 und 24c Somit wird jedes Lichtstrahlenbündel von den Lampen 22 durch Löcher und Schlitze 25a und 23a, 256 und 236 und 25c und 23c auf die Fotozellen 24a, 246 bzw. 24c projiziert.

Fig.4B zeigt die Anordnung der drei Arten von durchgehenden Löchern 25a, 256 und 25c Hinsichtlich Fig.4B sei bemerkt, daß die durchgehenden Löcher 25a, 256 und 25c in Wirklichkeit längs dreier jeweiliger Kreise auf der kreisförmigen Scheibe 21 angeordnet sind. Doppelt schraffierte Teile in F i g. 4B kennzeichnen nichtdurchlässige Teile. Drei Schlitze 23a, 236 und 23c sind in der in Fig.4B durch gestrichelte Linien dargestellten Art angeordnet Ein jedes Lichtstrahlenbündel von den Lampen 22 wird auf die Fotozellen 24a, 246 und 24c lediglich dann projiziert, wenn die doppelt schraffierten Teile, das heißt die nichtdurchlässigen Teile, die Schlitze 23a, 236 und 23c in Richtung des Lichtstrahlenbündels gesehen nicht überdecken. Wie in Fig.4B dargestellt ist, sind die Schlitze 25a in einem gleichmäßigen, kleinen Abstand, die Schlitze 256 in einem gleichmäßigen Abstand, der viel größer als der der Schlitze 25a ist, und die Schlitze 25c in einem gleichmäßigen Abstand, der viel größer als der der Schlitze 256 ist angeordnet Die unter Verwendung der Schlitze 256 und auch 25c erzeugten Signale bestimmen einen Abstand, in welchem die in F i g. 1 dargestellten Zeilen Lo, Li, L2,... angeordnet sind. Die Positionssignale von den Schlitzen 256 bestimmen einen ersten Abstand, der acht Zeilen pro 2,54 cm entspricht Die Positionssignale vom Schlitz 25c bestimmen einen zweiten Abstand, der sechs Zeilen pro 2,54 cm entspricht Im Zeilendrucker wird ein Abstand, mit welchem die Zeilen Zo, L\, Lz, ... auf dem Papier angeordnet sind, gewöhnlich in diesen ersten und in diesen zweiten Abstand hineingebracht.

F i g. 4C zeigt einen Zeitzuordnungsplan der von den Fotozellen 24a, 246 und 24c erzeugten Positionssignale. Während der Zeit während welcher sich der Rotor des Gleichstrommotors 16 dreht ist das Positionssignal von der Fotozelle 24a eine hochfrequente Rechteckwellenform 26 in Fig.4C, und die Positionssignale von den Fotozellen 246 und 24c sind niederfrequente Trapezwellenformen 27 bzw. 28 in Fig. 4C. Wenn sich der Rotor des Gleichstrommotors 16 mit hoher oder niedriger Drehgeschwindigkeit dreht werden die Frequenzen der Wellenformen 26,27 und 28 ebenfalls hoch bzw. niedrig. Schrägen 27a oder 276 der Trapezwellenform 27 in Fig.4C erhält man, wenn ein Ende des doppelt schraffierten Teiles in F i g. 4B über den Schlitz 236 läuft Das Lichtstrahlenbündel durch den Schlitz 236 wird gemäß der Änderung der Drehgeschwindigkeit der Scheibe ti durch einen doppelt schraffierten Teil zunehmend abgedeckt Die Schräge kann man in der Rechteckwellenform 26 nicht sehen, da die Breite des Schlitzes 23a zu klein ist um die Schräge hervorzurufen. Die Rechteckwellenform 26 wirkt als Skalenimpulse. Wenn die Zahl der trapezförmigen Wellen 27 eine Anzahl erreicht die beispielsweise in dem Formatsteuerstreifen 7 gespeichert ist und wenn die Schräge 27a der Trapezwellenform 27 erzeugt wird, wird ein Befehlsimpuls, der eine Verzögerung des Papiers auslöst an den ersten Eingang 10 gegeben. Wenn eine vorherbestimmte Zahl Skalenimpulse vergangen ist, gerechnet vom Auftreten der Schräge 27a, entsteht die

Schräge 27b von der Fotozelle 246. In F i g. 4C gibt ein Punkt P eine Position an, in der die Drehung des Gleichstrommotors 16, und auch der Vorschub des Papiers, anhalten soll. Der Punkt P ist ein Schnittpunkt zwischen dem Nullpotentialpegel und dem Potentialpegel der Schräge 27. Folglich entspricht die Schräge 27b dem obenerwähnten analogen Signal. Dieses analoge Signal wird dem Leistungsverstärker 15 über den FET B, das Kompensationsnetzwerk 13, dem Pufferverstärker 14 und den FET A (siehe F i g. 3A) zugeführt. In F i g. 4C wird das analoge Signal, das heißt die Schräge 276, zur Steuerung eines Feinbereichs 2<5 verwendet Befindet sich die gewünschte Zeile auf dem Papier vor der Druckposition der Drucktypen, bewegt ein positives analoges Signal im Bereich -<$ das Papier ein wenig vorwärts. Wenn sich die gewünschte Zeile auf dem Papier jenseits der Druckposition der Drucktypen befindet, bewegt ein negatives analoges Signal im Bereich + δ das Papier zurück.

Fig.5 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm der logischen Steuerschaltung U. Ein Befehlsimpuls, der den Beginn der Papierbewegung auslöst, wird auf den ersten Eingang 10 und ferner auf einen Beschleunigungs-Verzögerungs-Schaltkreis 40 gegeben. Das Ausgangssignal des Schaltkreises 40 verbindet den gemeinsamen Kontakt cedes Schalters SW₃ über eine Leitung 50 mit einem Beschleunigungskontakt ac Gleichzeitig wird das Ausgangssignal des Schaltkreises 40 auch über eine Leitung 49 einer Beschleunigungsschaltung 41 zugeführt, welche eine Flip-Flop-Schaltung FFaufweist. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt das Flip-Flop FF ein Beschleunigungssignal, und dieses wird über eine ODER-Schaltung 52 und SlV₃ auf die Zuführungsleitung 19 gegeben. Gleichzeitig wird ein Schalter 51 durch das Ausgangssignal des Schaltkreises 40 gesteuert Daraufhin wird der FET D durch ein vom Schalter 51 über die Steuerleitung 2OD zugeführtes Signal leitend gemacht Zu diesem Zeitpunkt wird das Beschleunigungssignal über die Zuführungsleitung 19 auf den Leistungsverstärker 15 gegeben. Als Folge davon beginnt sich der Rotor des Gleichstrommotors zu drehen und beschleunigt sehr schnell. Außerdem wird das Positionssignal durch den Positionsfühler 17 zusammen mit der Drehung des Rotors des Gleichstrommotors 16 erzeugt. Die Skalenimpulse 26 werden über eine Leitung 57 einem ersten Eingang einer UND-Schaltung 54 in einer Beschleunigungszeitsteuerschaltung 44 zugeführt Andererseits werden Ausgangssignale von einem monostabilen Multivibrator MM42, der durch die Skalenimpulse über die Leitung 57 getriggert wird, einem zweiten Eingang der UND-Schaltung 54 zugeführt Die Impulsbreite, das heißt PWin F i g. 6, des Ausgangssignals von MM 42 ist vorher so festgelegt worden, daß sie gleich der minimalen Impulsperiode des Skalenimpulses 26 ist die dann erzeugt wird, wenn die kreisförmige Scheibe 21 mit vorgegebener maximaler Drehgeschwindigkeit rotiert, das heißt mit anderen Worten, wenn die maximale Papiervorschubgeschwindigkeit VW in F i g. 2 vorliegt Eine Impulsperiode der Skalenimpulse ist in F i g. 6 durch ein Bezugssymbol PPdargestellt Der Gleichstrommotor 16 wird während einer Zeit erregt, in der die Impulsperiode PP langer als die Impulsbreite PWist Dieser Vergleich der Impulsperiode .PP und der Impulsbreite PW wird durchgeführt durch die UND-Schaltung 54 in der Beschleunigungssteuerschaltung 44. Wenn die Impulsperiode PP gleich oder kleiner als die Impulsbreite PW wird, wenn mit anderen Worten die maximale Papiervorschubgeschwindigkeit V_m in F i g. 2 erreicht ist, liegen die Ausgangssignale, die auf den ersten und den zweiten Eingang der UND-Schaltung 54 gegeben werden, gleichzeitig auf hohem Pegel. Diese Zeitsteuerung entspricht einer Zeit fi in F i g. 6.

Darauf stellt ein Ausgangssignal der UND-Schaltung 54 das Flip-Flop FF zurück. Der Rotor des Gleichstrommotors rotiert dann mit einer vorgegebenen maximalen Drehgeschwindigkeit, und das Papier läuft mit maximaler Papiervorschubgeschwindigkeit V_max. Der obenerwähnte Ablauf wird klarer durch Bezugnahme auf den in F i g. 6 dargestellten Zeitbezugsplan. In F i g. 6 entspricht das oben dargestellte Diagramm dem in F i g. 2 gezeigten Diagramm. Das Bezugszeichen 26 kennzeichnet eine Zeitbezugsdarstellung der Skalenimpulse 26, wobei in Fig.6 allerdings lediglich der Anstiegsteil eines jeden Skalenimpulses 26 dargestellt ist Das Bezugszeichen MM kennzeichnet eine Zeitbezugsdarstellung des Ausgangssignals des monostabilen Multivibrators MM42, dessen Impulsbreite PlV ist Der Beschleunigungsstrom beginnt zu fließen, wenn ein Befehlsimpuls »Start« auf den ersten Eingang 10 gegeben wird. Der Beschleunigungsstrom wird nicht auf den Gleichstrommotor 16 gegeben, wenn PP zu dieser Zeit Λ gleich PW wird. Während der Zeit t_c in F i g. 6 läuft das Papier mit der vorgegebenen Papiervorschubgeschwindigkeit VWr- Letztere wird jedoch durch mechanische Reibung verringert Wenn die Papiervorschubgeschwindigkeit reduziert wird, wird die Impulsperiode PP zur Zeit d\ in F i g. 6 größer als PW, und ein Spalt zwischen den Impulsen von MM, wie er in F i g. 6 durch g dargestellt ist wird mit Hilfe einer Inverterschaltung 48 in einen positiven Impuls umgewandelt Dieser positive Impuls wird über eine Leitung 54, die ODER-Schaltung 52 und den Schalter SW₃ auf die Zuführungsleitung 19 gegeben, und der geringe Beschleunigungsstrom d\, der die Papiervorschubgeschwindigkeit auf V_m„ hält wird wiederum auf den Gleichstrommotor 16 gegeben. In F i g. 6 tritt dieser Fall zu Zeiten di, ch,. ■ ■ auf. Wenn der Befehlsimpuls »Stop« zur Zeit t₂ entsprechend beispielsweise dem Formatsteuerstreifen auf den ersten Eingang 10 gegeben wird, und wenn die Schräge 27a der Trapezwellenform 27 in Fig. 10 erzeugt wird, wird ein Verzögerungsstrom in einer unten beschriebenen Weise an den Gleichstrommotor 16 angelegt In Fig.5 wird der Befehlsimpuls »Stop« auf den ersten Eingang 10 gegeben und wird ferner dem Beschleunigungs-Verzögerungs-Schaltkreis 40 zugeführt Der Schaltkreis 40 erregt eine Verzögerungssteuerschaltung 45, und diese verbindet über eine

so Leitung 56 den gemeinsamen Kontakt cc des Schalters SW₃ mit einem Verzögerungskontakt de, wenn die Schräge 27a der Trapezwellenform 27 erzeugt wird, und er erregt ferner über eine Leitung 60 einen Zähler 46. Die Trapezwellenform 27 wird mit derselben Zeitsteuerung erzeugt, wie die Zeilen auf dem Papier Zeile für Zeile vorwärts bewegt werden. Wenn die Schräge 27 erzeugt wird, beginnt der Zähler 46 über eine Leitung 57 die Anzahl der Skalenimpulse 26 zu zählen. Jedesmal wenn vom Zähler 46 ein Skalenimpuls 26 empfangen wird, triggert der Zähler 46 einen monostabilen Multivibrator, so daß monostabile Multivibratoren MMu MM₂, MM₃, ... AfAf₁, einer nach dem anderen getriggert werden. Dies kann man aus F i g. 6 ersehen, wo die monostabilen Multivibratoren AfAfi, MMi, MM₃, ... MM_n mit demselben Schrittabstand getriggert werden, mit welchem die Skalenimpuls 26 erzeugt werden. Ferner ist vorher festgelegt, daß die Impulsbreite TI des Ausgangssignals von MM₂ größer als die

Impulsbreite T₀ des Ausgangssignals von MM\ ist, und ferner ist vorher festgelegt, daß die Impulsbreite T₂ des Ausgangssignals von MM₃ größer ist als die Impulsbreite Ti. In gleicher Weise erhält man die Beziehungen

Tz> T₂, T₄ > Γ₃,...Γ/ν> T_n-U

Zudem sind die Impulsbreiten To, Ti, Tj,..., Ts vorher so ausgewählt, daß sie gleich den Impulsabständen Po', Pi',

P₂ Pr/ der Skalenimpulse 26 sind, die erzeugt

werden, wenn sich der Rotor des Gleichstrommotors 16 entsprechend der Programmkurve Kq (oben in F i g. 6 dargestellt) der Papiervorschubgeschwindigkeit während der Verzögerungszeit ίο dreht Die Papiervorschubgeschwindigkeit ist in Wirklichkeit höher als die Programmkurve Ko, wie es durch eine strichpunktierte Linie K\ oben in F i g. 6 angedeutet ist. Folglich sind die Impulsperioden Pq, P\, P₂,..., Pnder Skalenimpulse 26 kleiner als die Impulsbreiten TO, Ti, T₂,..., Tu, die, wie

oben erwähnt, den Impulsabständen AV, P\, Pi Pn

gleich sind. Wie aus Fig.6 ersichtlich ist, ist die Impulsbreite To zur Zeit cU um ein Intervall Do größer als die Impulsperiode Po- Dieses Intervall Db wird erzeugt mit Hilfe des monostabilen Multivibrators MM\, des Ausgangssignals von P₁ des Zählers 46 und einer UND-Schaltung 47-1 in Fig.5. Darauf wird ein Verzögerungssignal, das dem Intervall Db proportional ist, über eine ODER-Schaltung 53, den Kontakt de des Schalters SW₃ und die Zuführungsleitung 19 auf den Leistungsverstärker 15 gegeben. Zu dieser Zeit wird der Verzögerungsstrom während einer Zeitdauer, die gleich dem Impulsintervall Do ist, dem Gleichstrommotor 16 zugeführt Darauf wird das Papier gebremst und die wirkliche Papiervorschubgeschwindigkeit Ki ist der Programmkurve Ko in Fig.6 gleich. Wenn der Verzögerungsstrom dem Gleichstrommotor nicht zugeführt wird, wird die Papiervorschubgeschwindigkeit K\ zur Zeit ds größer als die Programmkurve Ko, und die Impulsperiode Pi wird um ein Impulsintervall Di kleiner als die Impulsbreite Ti. Dieses Intervall Di wird, wie oben angeführt, mittels des monostabilen Multivibrators MM₂, des Ausgangssignals von P₂ des Zählers 46 und einer UND-Schaltung 47-2 in F i g. 5 erzeugt. Dann wird ein dem Intervall Di proportionales Signal über eine ODER-Schaltung 53, den Kontakt de des Schalters SW₃ und die Zuführungsleitung 19 auf den Leistungsverstärker 15 gegeben. Nun wird der Verzögerungsstrom während der Zeit d₅ dem Gleichstrommotor 16 zugeführt Darauf wird das Papier gebremst und die wirkliche Papiervorschubgeschwindigkeit /Ci ist wieder der Programmkurve K₀ gleich. Somit bewegt sich das Papier entsprechend der Programmkurve K₀ zur Position P', in welcher sich die gewünschte Zeile auf dem Papier sehr nahe an der Druckposition der Drucktypen befindet Da die Programmkurve K₀ vorher so aufgestellt worden ist, daß η Teile der Skalenimpulse in der Zeit von 27a bis 276 der Trapezwellenform 27 in F i g. 4C eingeschlossen sind, erzeugt die Fotozelle 236 die Schräge 27b der Trapezwellenform 27 in F i g. 4C, wenn der monostabile Multivibrator MM_n mit der Erzeugung eines Impulses Tj^v-i) am Ende einer Zeit d_n aufhört. Wenn MM_n in Fi g. 5 mit der Erzeugung eines Impulses T^n-\) aufhört, und wenn der nächste Skalenimpuls auf den Zähler 46 gelangt, erzeugt letzterer ein Ausgangssignal auf einer Leitung 58. Das

to Ausgangssignal auf der Leitung 58 schaltet den Kontakt im Schalter 51 um. Darauf werden der FET A und auch der FET B in F i g. 3B durch ein Signal durch eine Steuerleitung 2OA in den F i g. 3A und 5 leitend gemacht Der FET D ist nun nichtleitend. Die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe 21 ist sehr niedrig, da sich das Papier nun mit der Papiervorschubgeschwindigkeit bewegt, die durch den Punkt P' oben in F i g. 6 dargestellt ist. Demzufolge kann der Positionsfühler 17 bei einer so niedrigen Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe 21 nicht länger die Skalenimpulse 26 erzeugen. Deshalb wird lediglich die Schräge 276 der Trapezwellenform 27 als ein analoges Steuersignal über den FET B, die Kompensationsschaltung 13, den Pufferverstärker 14 und den FET A auf den Leistungsverstärker 15 geführt.

Zusätzlich kann auch über die Leitung 18, den Pufferverstärker 14 und den FET A die Rückkopplungsschleife wirksam werden. In der unten in Fig.6 dargestellten Schräge 276 deutet der Punkt P die Position an, in welcher die gewünschte Zeile mit der Druckposition der Drucktypen übereinstimmt Befindet sich die gewünschte Zeile auf dem Papier vor der Druckposition der Drucktypen, das heißt, erzeugt die Schräge 276 des analogen Signals 27 ein positives analoges Signal im Bereich — ό, so wird dem Gleichstrommotor 16 vom Leistungsverstärker 15 eine positive Spannung zugeführt, bis der Pegel der Schräge 276 Null wird. Befindet sich die gewünschte Zeile auf dem Papier hinter oder jenseits der Druckposition der Drucktypen, das heißt, erzeugt die Schräge 276 des analogen Signals 27 ein negatives analoges Signal im Bereich +ό, so wird dem Gleichstrommotor 16 vom Leistungsverstärker 15 eine negative Spannung zugeführt bis der Pegel der Schräge 276 Null wird. Somit erreicht die gewünschte Zeile mit hoher Genauigkeit eine Übereinstimmung mit der Druckposition der Drucktypen. In F i g. 3A ist der FET B eingefügt, um zu verhindern, daß Kondensatoren während der oben in F i g. 6 dargestellten Zeiten Ia, te und ίο aufgeladen werden. Wenn die Kondensatoren während der Zeiten

so tA, te und tD aufgeladen werden, verschiebt sich der Potentialpegel des analogen Signals, das heißt der Schräge 276, entsprechend den Potentialpegeln dieser Kondensatoren nach oben oder nach unten. Demgemäß kann keine sehr genaue Steuerung erreicht werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerschaltung für einen Gleichstrommotor, mit einem den Motor treibenden Leistungsverstärker und einem an eine Motorwelle angebrachten Positionsfühler, der ein Positionssignal abgibt, das über eine Schalteranordnung auf den Leistungsverstärker geführt ist; mit einer Schaltersteuerschaltung, die ebenfalls das Positionssignal zugeführt erhält und die Schalteranordnung derart steuert, daß über diese zunächst ein digitales Grobsteuersignal für den Vorschub eines Gegenstandes bis in die Nähe einer Sollposition und danach durch Umschalten der Schalteranordnung ein analoges Feinsteuersignal auf den Eingang des Leistungsverstärkers geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Positionsfühler (17) handelt, der sowohl ein trapezförmiges Signal (27) als auch Skalenimpulse (26) mit zur Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors proportionalen Perioden erzeugt, wobei die Länge eines Trapezteils (27a, 27d, 27b) des trapezförmigen Signals etwa einem vorbestimmten Vorschubintervall (tu) entspricht, innerhalb dessen ein Gegenstand mit dem Gleichstrommotor dicht vor eine Sollposition gesteuert werden soll, und im Vorschubintervall eine vorbestimmte Anzahl Skalenimpulse (26) auftritt, und wobei die Amplitude des Trapezteils an dessen Abfallflanke (27b) proportional ist zur Abweichung zwischen der Soll- und einer Istposition des Gegenstandes und eine Polarität aufweist, die davon abhängt, ob sich der Gegenstand vor oder hinter der Sollposition befindet;

daß die Schaltervorrichtung einen ersten (A) und einen zweiten (D) Schalter aufweist, die abwechselnd leitend geschaltet sind und von denen der erste (A) das vom Positionsfühler (17) stammende Ausgangssignal und der zweite (D) ein Steuersignal auf den Leistungsverstärker (15) führt; daß eine Logiksteuerschaltung (II) das positive (du di, d)) und negative (dt, d·,, dt» dj ... d„) pulsbreitenmodulierte digitale Impulse enthaltende Steuersignal erzeugt entsprechend einer Programmkurve (Ko), die das Vorschubintervall (to) und erste (PW) und zweite (To, Tu T₂ ...) Zeitintervalle zur Motorsteuerung enthält, wobei der Gegenstand als Ergebnis eines Vergleichs zwischen der Skalenimpulsperiode und den ersten Zeitintervallen (PW) mit einer vorbestimmten Beschleunigung und danach mit einer vorbestimmten Vorschubgeschwindigkeit unter Verwendung der positiven pulsbreitenmodulierten digitalen Impulse zur Sollposition vorgeschoben und als Ergebnis eines Vergleichs zwischen der während des Vorschubintervalls (Id) auftretenden Skalenimpulsperiode (P₀, Pi, P₂ ... Pn) und den zweiten Zeitintervallen (T₀, 71, T₂ ...) mit einer vorbestimmten Verzögerung unter Verwendung der negativen pulsbreiteiimoduliertn digitalen Impulse bis dicht an die Sollposition herangeführt wird; und daß der zweite Schalter (D) leitend geschaltet ist, bis der Gegenstand bis dicht an die Sollposition herangeführt ist, und dann der erste Schalter (A) leitend geschaltet ist und die Abfallflanke (27d) des Trapezteils des trapezförmigen Signals (27) als Feinsteuersignal zum Leistungsverstärker (15) durchläßt.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß ein monostabiler Multivibrator (42) zur Erzeugung der ersten Zeitintervalle (PW) vorgesehen ist.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine UND-Schaltung (54) vorgesehen ist, der an einem Eingang die Skalenimpulsperiode (26) und an einem zweiten Eingang die ersten Zeitintervallsignale (PW), die von dem durch die Skalenimpulse getriggerten monostabilen Multivibrator (42) stammen, zugeführt sind, so daß an dem Ausgang der UND-Schaltung die positiven puisbreitenmodulierten digitalen Impulse bereitstehen, die den Abweichungen zwischen der Skalenimpulsperiode und den ersten Zeitintervallsignalen entsprechen.

4. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von monostabilen Multivibratoren (MM 1, MM 2, MM 3, ...) vorgesehen ist, die der Reihe nach synchron mit den Skalenimpulsen (26) je eines der Zeitintervallsignale (T₀, Ti, T₂...)erzeugen.

5. Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der negativen pulsbreitenmoduliertcn digitalen Impulse weitere UND-Schaltungen (47-1, 47-2, 47-3 ...) vorgesehen sind, daß den ersten Eingängen der UND-Schaltungen die Skalenimpulse (26) der Reihe nach über je einen zugeordneten aus der Reihe der monostabilen Multivibratoren (MMi, MM2, MM3 ...) von je einem zugeordneten von mehreren Ausgängen (Pn, P\, P₂, Pi--) eines Zählers(46) zugeführt werden und daß den zweiten Eingängen dieser UND-Schaltungen je Skalenimpulse (26) der Reihe nach von je einem der Ausgänge (Pl, P2, P 3 ...) des Zählers (46) direkt zugeführt werden.