DE2923296A1

DE2923296A1 - Digitales servokontrollsystem

Info

Publication number: DE2923296A1
Application number: DE2923296A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Inada; Tadashi Nomura
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1978-06-09
Filing date: 1979-06-08
Publication date: 1980-01-10
Also published as: NL7904548A; NL188460B; FR2428278A1; IT7923411A0; GB2026205B; DE2923296C2; NL188460C; US4259626A; IT1202934B; GB2026205A; FR2428278B1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein digitales Servokontrollsystem der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 gekennzeichneten Art.

Es hat die Aufgabe, angesteuert von einer äußeren Quelle abgegebenen Befehlssignalen, jeweils in zeitlichen Abstäncen einen Motor, dessen Drehbewegung wieder rückgekoppelt wird, so anzutreiben, daß ein bewegbares Element nacheinander die verschiedenen durch die Befehlssignale gekennzeichneten erwünschten Positionen annimmt, d.h. an diesen Positionen zur Ruhe kommt. Insbesondere ist ein derartiges digitales Servokontrollsystem dazu geeignet, dazu eingesetzt zu werden, den Laufwagen eines Reihendruckers anzutreiben, der mit Anschlag arbeitet, oder bei dem auf dem Laufwagen ein Typenrad, eine Trommel oder ein Zylinder angeordnet ist.

Eine derartige Antriebseinheit wird im allgemeinen von einem elektronischen digitalen Computer gesteuert, wobei der Laufwagen von einem Laufwagenmotor angetrieben wird, der den Laufwagen linear entlang einem vorbestimmten Weg in einem von zwei möglichen Richtungssinnen antreibt, wobei ein Positionssteuerungssystem vorgesehen ist, um den Motor so anzutreiben, daß er nacheinander den Laufwagen an den verschiedenen nacheinander von dem Computer angegebenen Positionen zum Stillstand bringt. L'in drehbares

909882/0684

Typenrad, das mehrere Typen trägt, ist auf dem Laufwagen zusammen mit einem Typenradmotor, der eine Drehung desselben in beiden Richtungssinnen bewirken kann, vorgesehen. Ein ähnliches Positionssteuerungssystem treibt den Typenradmotor an, so daß er in Abständen an bestimmten winkelmäßig oder drehungsmäßig bestimmten Positionen zur Ruhe kommt, die ebenfalls von dem Computer angegeben werden. Nacheinander derart ausgewählte Typenelemente werden somit in Druckposition gebracht, die gegenüber dem Laufwagen bestimmt ist.

Ein Positionssteuerungssystem, das zur Steuerung eines derartigen bewegbaren Elementes, bspw. also eines Laufwagens oder eines darauf angeordneten Typenrades , in eine erwünschte Position geeignet ist, weist u.a. einen Inkrementkodierer oder Positionsübertrager auf, der mechanisch oder anderweitig mit dem Antriebsmotor des Elementes gekoppelt ist. Dabei ist es im Stande der Technik (DE-OS 28 23 571) bereits bekannt, diesen Inkrementkodierer so aufzubauen, daß er ein Paar Positionsinkrementsignale, d.h. Signale, die die Veränderung der Position des bewegbaren Elementes anzeigen, abgibt. Diese Signale zeigen Polaritätsänderungen mit einer bestimmten zwischen ihnen gegebenen Phasendifferenz immer dann auf, wenn sich das Winkelinkrement (die Winkelveränderung) des Drehwinkels des Motors um einen bestimmten Betrag verändert hat. Die aufeinanderfolgenden Veränderungen der Polarität entsprechen somit einer Veränderung der gerade gegebenen momentanen

909882/0684

Winkelposition des Motors und damit einer bestimmten momentanen linearen oder winkelmäßig bestimmten Position des bewegbaren Elementes. Das Auftreten der durch diese Polaritätsänderungen gegebenen Impulse ist also, gemessen in der Häufigkeit pro Zeiteinheit, ein Maß für die augenblickliche Winkelgeschwindigkeit. Die Phasendifferenz zeigt an, in welcher Richtung sich die gegenwärtige Position mit dieser Geschwindigkeit verändert. Diese Positionssignale werden vom Befehlssignal abgezogen, um so einen Positionsfehler zwischen der gegenwärtigen und der erwünschten Position zu ermitteln. Der Motor wird dann so gesteuert, daß sich der Positionsfehler zu Null hin verändern soll.

In der US-Patentschrift 39 54 163 (A. Gabor) ist ein Positionssteuerungssystem für einen Anschlagsreihendrucker beschrieben, bei dem entweder ein einen Laufwagen antreibender Motor oder ein Motor für ein drehbares Druckrad zunächst in einem Geschwindigkeitssteuerungsmodus und danach in einen Positionssteuerungsmodus betrieben wird, wobei das bewegbare Element in aufeinanderfolgenden Schritten von jeder erwünschten Position in die nächstfolgende erwünschte Position gebracht wird. Im Geschwindigkeitssteuerungsmodus wird der Motor so angetrieben, daß er einer bestimmten Bezugswinkelgeschwindigkeit folgt, die in Anbetracht des Positionsfehlers ausgewählt ist und durch ein analoges Bezugsgeschwindigkeitssignal dargestellt wird. Dieser Betriebsmodus

909882/0684

wird so lange fortgesetzt, bis das bewegbare Element von einer befohlenen Position bis zu einem bestimmten Punkt weiterbewegt worden ist, der von der nächstfolgenden erwünschten Position ein vorbestimmtes Längenstück entfernt ist. Im Positionssteuerungsmodus wird der Motor mit einer Geschwindigkeit angetrieben, die zu einem analogen Positionsfehlersignal in Beziehung steht, das den Positionsfehler darstellt, so daß sich dann schließlich ergibt, daß das bewegbare Element an der nächstfolgenden erwünschten Position zum Stillstand kommt.

Die Verwendung von analogen Signalen in einem Servokontrollsystem, das seinerseits in einem derartigen Positionssteuerungssystem eingesetzt wird, macht es schwierig, die erwarterermaßen ausgezeichneten Ergebnisse in Betrieb und bei der Wartung nun tatsächlich auch zu erzielen. Es ist darüber hinaus schwierig ein entsprechendes kompaktes Servokontrollsystem zu schaffen. Das Kontrollsystem wird vielmehr, baut man es nach diesen Grundsätzen als analoges System auf, räumlich aufwendig und teuer.

In der eigenen älteren Patentanmeldung P 28 23 571.4 (offengelegt am 1. März 1979) ist bereits ein digitales Servokontrollsystem vorgeschlagen worden, das gegenüber dem oben erwähnten gemäß der US-PS 39 54 163 wesentliche Verbesserungen enthält. Das dort gezeigte Servokontrollsystem

909882/0684

(22) ist jedoch noch nicht volldigitalisiert betreibbar. Es hat noch den Nachteil, daß ein bestimmtes Phänomen auftritt, das man als "Grenzzyklus" ("limit cycle") bezeichnet. Dieses Phänomen wird weiter unten im Laufe der Beschreibung noch diskutiert (vgl. dazu Fig. 3, 20). Es verschlechtert die Arbeitsweise eines derartigen digitalen Systems sehr stark, da es zu unerwünschtem Rauschen führt. Es ist darauf zurückzuführen, daß sich bei digitaler Steuerung stets ein toter Bereich bzw. eine Totzone um die angesteuerte erwünschte Position herum ergibt, weil der Inkrementkodierer bzw. Positionswandler, der die momentane Position des Motors erfasst und ein entsprechendes digitales Signal zur Berechnung des Positionsfehlers weiter gibt, ja keine unendlich feine Auflösung aufweist.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Servokontrollsystem der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das voll digital arbeitet und bei dem die Auswirkungen des unerwünschten Grenzzyklusphänomens ausgeschaltet sind bzw. dieses Phänomen selbst so weit wie möglich unterdrückt wird. Dabei soll das gesamte Servokontrollsystem mit hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision betreibbar sein und gleichzeitig dem Aufbau nach einfach, kompakt und billig sein.

909882/0684

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.

Das erfindungsgemäße System wird von einem Befehlssignal angesteuert, das eine erwünschte Position eines bewegbaren Elementes anzeigt. Weiterhin wird es angesteuert von einem Paar von Positionsinkrementsignalen, deren Häufigkeit des Auftretens die momentane Geschwindigkeit des Antriebsmotors für das bewegbare Element und deren Phasendifferenz den momentanen Richtungssinn der Drehrichtung desselben Motors anzeigt. Daraus leitet das Servokontrollsystem ein Antriebssignal für den Motor ab, der dann so entsprechend gesteuert wird, daß er das bewegbare Element an die gewünschte Position bringt, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Motors, die damit angesteuert wird, zwei verschiedene Drehrichtungen haben kann und ihr Betrag verschiedene Werte annehmen kann. Das digitale Kontrollsystem enthält einen Schaltkreis zur Erzeugung von Positionsimpulsen, d.h. von Impulsen, die die momentane Position des bewegbaren Elementes bzw. des dies antreibenden Motors anzeigen. Diese Positionsimpulse werden aus den genannten Positionsinkrementsignalen, die die Veränderung der momentanen Position darstellen, abgeleitet. Erfindungsgemäß ist nun eine Schalteinheit vorgesehen, die die Verschiebung, die jeweils

909882/0684

in einem bestimmten Moment zwischen der gegenwärtigen Position des bewegbaren Elementes und der erwünschten Position, auf die es zubewegt wird, berechnet und in einer ersten Phase der Steuerung (Geschwindigkeitssteuerungsmodus) ein digitales Steuerungssignal zur Ableitung des Antriebssignal für den Motor abgibt, das eine bestimmte Bezugswinkelgeschwindigkeit darstellt, die für den Antriebsmotor in Anbetracht der Verschiebung, die berechnet worden ist, ausgewählt wurde. Dieser Modus dauert bis zu dem Augenblick, an dem der Absolutbetrag der Verschiebung auf einen vorbestimmten Wert reduziert worden ist. Während einer zweiten Phase, die sich an diesen Zeitpunkt anschließt, stellt das digitale Steuerungssignal einen ersten Positionsfehler dar, der von der Verschiebung bestimmt ist, d.h. der z.B. proportional dieser Verschiebung ist. Diese zweite Phase dauert ein bestimmtes zeitliches Intervall an, das einstellbar ist und das vorzugsweise so bestimmt ist, daß das bewegbare Element bereits während dieser Zeit die erwünschte Position einnimmt. Nach Ablauf eines weiteren bestimmten Intervalles ab dem genannten Zeitpunkt des Überganges der ersten in die zweite Phase (wobei diese jetzt genannte zweite vorbestimmte Zeit in den Ausführungsbeispielen gleich der erstgenannten vorbestimmten Zeit ist) ergibt sich nun die dritte Phase, in der das digitale Steuerungssignal einen zweiten Positionsfehler darstellt, dessen Absolutwert bei Vorhandensein einer Verschiebung wächst, d.h. der bspw. für die Dauer des Vorhandenseins einer Verschiebung das Integral bestimmter

909882/0684

Taktimpulse nein kann, ν,ο daß bei längerem Andauern der Verschiebung in dieser Phase der Regelung entsprechend mit Zeitablauf ein wachsender Wert durch das digitale Steuerungssignal angezeigt wird.

Durch Verwendung des "zweiten" Positionsfehlers, der nach Verstreichen der genannten bestimmten Zeit durch das digitale Steuerungssignal dargestellt wird und mit der Zeit bei Vorhandensein einer Verschiebung anwächst, wird der Grenzzyklus unterdrückt. Man kann die Auswirkungen des Grenzzyklus auch dadurch beseitigen, daß man während dieser vorbestimmten Zeit durch Modifizierung des "ersten" Positionsfehlersignales den Grenzzyklus bewußt erzwingt, so daß während dieser Periode des bewußten Erzwingens des Grenzzyklus das bewegbare Element im wesentlichen die erwünschte Position einnimmt. Das erhöht die Geschwindigkeit und die Präzision eines Positionssteuerungssystems unter Verwendung eines Servokontrollsystems gemäß der Erfindung. Dabei ist das gesamte System digital betreibbar. Unter Verwendung einer Pulsbreitenmodulation gemäß einer Weiterbildung der Erfindung gilt dies auch für die Ableitung des Antriebssignals für den Motor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihre vorteilhaften Weiterbildungen werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:

909882/0684

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Positionssteuerungssystems unter Verwendung eines Servokontrollsystems;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Servokontrollsystems gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einige Signale in dem Servokontrollsystem nach Fig. 2;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Integrators 51 in Fig. 2;

Fig. 5 verschiedene Signale im Integrator nach Fig. 4;

Fig. 6 ein Blockschaltbild der Steuerschaltung 46 in Fig. 2;

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Taktimpulsgenerators nach Fig. 2;

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines Geschwindigkeitsdetektors 64.nach Fig. 2;

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Geschwindigkeitsdetektors nach Fig . 2 ;

909882/0684

Fig. 10 ein Blockschaltbild eines Addierer/Subtrahierers

49 nach Fig. 2 ;

Fig. 11 ein Blockschaltbild eines Pulsbreitenmodulators 5 5 nach Fig. 2;

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Treiberschaltung nach Fig . 2 ;

Fig. 13 ein Blockschaltbild einer weiteren Treiberschaltung 59 nach Fig. 2;

Fig. 14 ein Blockschaltbild einer¹ weiteren Treiberschaltung 59 nach Fig. 2;

Fig. 15 eine teilweise perspektivische Ansicht eines Inkrementkodierers 3 2 nach Fig. 2;

Fig. 16 ein Blockschaltbild eines Positionsimpulserzeugerschaltkreises 61 nach Fig. 2;

Fig. 17 eine schematische Darstellung des Verlaufs

mehrerer Signale in den Schalteinheiten nach Fig. 11, 12 bzw. 14;

Fig. 18 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles ;

9 0 9 8 S 2 / 0 R 8 4

Fig. 19 die Darstellung verschiedener Signale im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2;

Fig. 20 die schematische Darstellung mehrerer Signale im Ausführungsbeispiel nach Fig. 18;

Fig. 21 ein Blockschaltbild einer Positionsmodifizierungsschaltung nach Fig. 18;

Fig. 22 ein Blockschaltbild einer weiteren Positionsmodif ikationsschaltung , wie sie in Fig. 18 verwendet wird.

8098S2/06S4

2923236

Zu Beginn der Beschreibung sei darauf hingewiesen, daß die Signale und die Leitungen, auf denen sie übertragen werden, oft mit demselben Bezugszeichen versehen sind. In Fig. 1 ist ein Servokontrollsystem, bei dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist, gezeigt. Es dient zum Einsatz in einem Positionskontrollsystem, das zur Einstellung eines bewegbaren Elementes 25, bspw. des Wagens eines Seriendruckers, der durch Anschlag druckt, dient. Ferner weist das System einen Motor 26 auf, dessen Achse oder Welle mit veränderbarer Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird. Lediglich der Einfachheit der Darstellung halber ist die Achse so dargestellt, daß sie durch den Motor 26 hindurchgeht. Die Achse ist mit dem Element 25 über ein Antriebsrad 27, welches mit der Achse fest verbunden ist, und einen Draht oder Riemen 28, der vom Antriebsrad 2 7 bewegt wird, verbunden. Der Motor 26 verändert so die laufende oder momentane Position des Elementes 25 in steuerbarer Weise. Das Positionskontrollsystem wird derart eingesetzt, daß es von einem Befehlssignalgenerator oder einer äußeren Quelle 29, bspw. einem elektronischen digitalen Computer, gesteuert wird, der digitale Befehlssignale erzeugt, die im allgemeinen aufeinanderfolgende befohlene Positionen (Sollpositionen) des Elementes 25 anzeigen. Ohne Verlust an Allgemeinheit kann man annehmen, daß die Achse des Motors in vorbestimmter Richtung gehalten wird. Die "Winkelgeschwindigkeit", von der im vorliegenden Zusammenhang

§09882/0684

die Rede ist, wird daher lediglich durch ihre Größe und ihren Umdrehungssinn spe/i I i /..i ort . Im folgenden werden die Ausdrücke auch so verwendet, daß der "Motor" 26 jeweils in der einen oder anderen Drehrichtung zu irgendeinem Zeitpunkt drehbar ist.

Das Positionskontrollsystem nach Fig. 1 enthält, wie bereits erwähnt, ein Servokontrollsystem 31 und einen Inkrementkodierer oder Positionswandler 32, der mechanisch oder auf irgendeine andere Weise mit dem Motor 26 so gekoppelt ist, daß er ein Paar Positionsinkrementsignale 34 und 35 derart, wie sie oben beschrieben worden sind, erzeugt und an das Servokontrollsystem 31 abgibt. Das Befehlssignal für jede befohlene Position oder jeden Endpunkt wird von dem Befehlssignalgenerator 29 erzeugt. Dies geschieht, wenn jeweils ein neue Daten anforderndes Anforderungssignal 36 vom Servokontrollsystem 31 an den Befehlssignalgenerator 29 gelangt, wie das weiter unten noch beschrieben wird. Ein Befehlssignal besteht aus einem Richtungssinnsignal 37 und einem Abstandssignal 38, die beide an das Servokontrollsystem 31 gelangen. Das Abstandssignal stellt üblicherweise den Abstand des Endpunktes von einer in jeweils als nächstem vorhergehenden Schritt befohlenen Position oder einem Startpunkt dar und besteht aus einer vorbestimmten Anzahl von Bits, bspw. 11 Bits. Das Richtungssinnsignal 37 stellt einen Richtungssinn dar, wobei entweder¹ ein l'lur;- oder¹ positiver oder ein Minus- oder negativer Richtungssinn in Frage kommt,

109882/0684

bspw. eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn, wobei sich dieser Richtungssinn auf die Drehung des Motors 26 zu einem bestimmten Zeitpunkt bezieht und durch ein zusätzliches Bit, bspw. das zwölfte Bit des Befehlssignals 37-38 dargestellt sein kann. Liegt nun ein bestimmtes Befehlssignal 37 und Positionsinkrementsignale und 35 vor, dann gibt das Servokontrollsystem 31 ein Motorantriebssignal 39 an den Motor 26 ab, das bewirkt, daß das bewegbare Element 2 5 sich schließlich zum gewünschten Endpunkt hin bewegt, wie das im folgenden noch beschrieben wird.

Nach Fig. 2 wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines Servokontrollsystems 31 der Erfindung gebildet durch einen Taktimpulsgenerator 40, der verschiedene Folgen von Taktimpulsen erzeugt, so eine Folge von Taktimpulsen 41 für die Integration, eine Folge von Taktimpulsen für die Pulsbreitenmodulation (PBM), ein Paar von Folgen 43 und 44 von Bezugstaktimpulsen und eine Folge 45 von Abtasttaktimpulsen. Die Wiederholungsfrequenzen oder Taktraten der entsprechenden Folgen 41 - 45 der Taktimpulsfolgen werden später erläutert werden. Es sei nun angenommen, daß das Richtungssinnsignal eine positive Drehrichtung des Motors 26 anzeigt. Wenn diese Signale vorliegen, dann werden das Richtungssinnsignal 37 und die Abstandssignale 3 8 in einer Steuerschaltung 46 gespeichert. Die Steuerschaltung 46 produziert ein Modensignal 47. Dieses Modensignal 47 zeigt zunächst den Modus der Geschwindigkeitskontrolle an, der bereits eingangs erwähnt wurde. Die Steuerschaltung 46 produziert weiter ein

809882/068A

29232S6

digitales Steuersignal 38. Dieses Steuersignal stellt eine Bezugswinkelgeschwindigkeit dar, die für den Motor 26 im Hinblick auf den von der Steuerschaltung 46 berechneten Positionsfehler ausgewählt ist. Dieser wird zu Beginn des Steuerungsvorganges durch das Abstandssignal 38 bestimmt. Das Steuersignal 4-8 gelangt dann an einen Addierer/Subtrahierer 49 und einen Integrator 51. Die Aufgabe des Integrators 51 ist es in später zu erwähnendem Zusammenhang - eine Integration der Taktimpulse 41 vorzunehmen. Jedoch ist zunächst sein Ausgangssignal 52 während der steuerung im Geschwindigkeitssteuerungsmodus gleich null. Zunächst findet also noch keine Integration statt. Der Addierer/Subtrahierer 49 gibt ein algebraisches Summensignal 5 3 ab. In diesem Zeitpunkt, in dem das Ausgangssignal 52 des Integrators 51 noch null ist, ist also das Summensignal gleich der Bezugswinkelgeschwindigkeit, die vom Steuersignal 4 8 dargestellt wird. Angesteuert durch die Taktimpulse 42 führt ein Pulsbreitenmodulator (PBM) 55 eine Pulsbreitenmodulation des algebraischen Summensignals 5 3 durch, d.h. die Breite seines Ausgangssignals 56 oder 57 ist proportional der Höhe des Summensignals 53. Dieses PBM-Signal erscheint auf einem der beiden Ausgänge 56 und 57. Erscheint es auf Ausgang 56, so wird es im folgenden als positives, erscheint es auf Ausgang 57, so wird es als negatives Signal bezeichnet. Diese Signale gelangen an die Treiberschaltung 59. Diese leitet aus den Signalen an den Ausgängen 56 (oder 57) ein Motorantriebssignal 39 ab, das den Motor 26 in positiver (negativer) Drehrichtung antreibt, wobei seine gerade gegebene Winkelgeschwindigkeit in Richtung auf die vorgewählte Bezugswinkelgeschwindiekeit zunimmt.

609882/0684

Sobald der Motor 26 sich in positiver Drehrichtung zu drehen beginnt, produziert der in Fig. 2 auch dargestellte Inkrernentkodierer 32 Positionsinkrementsignale 34 und 35, die die positive Drehrichtung durch die Phasendifferenz zwischen den Signalen und die gerade gegebene Winkelgeschwindigkeit durch die Impulsrate darstellen. Zur Feststellung der Phasenbeziehung und der Impulsrate in Bezug auf die Folgen 43 und 44 der Bezugstaktimpulse ist ein Positionsimpulserzeugerschaltkreis 61 vorgesehen, der in diesem Fall eine Folge 62 von plus- oder positiven Positionsimpulsen erzeugt. Der Positionsimpulserzeugerschaltkreis 61 produziert abweichend hiervon eine Folge 6 3 von minus- oder negativen Positionsimpulsen, wenn der Motor sich in negativer Richtung dreht. Unabhängig davon, welche der beiden Folgen 6 2 und 6 3 vorliegt, wird die Größe der gerade gegebenen Winkelgeschwindigkeit des Motors 26 durch ein variables Impulsintervall T. der Impulse 6 2 bzw. 6 3 angegeben. Bei Auftreten der positiven Positionsimpulse und der Folge 45 von Abtasttaktimpulsen produziert ein Geschwindigkeitsdetektor 64 ein Geschwindigkeitssignal 65, das die gegenwärtige Winkelgeschwindigkeit darstellt. In der Steuerschaltung 46 werden die Impulse der Folge 62 der positiven Positionsimpulse von dem Abstandssignal 38 abgezogen. Die Differenz stellt den Positionsfehler dar. Man kann nun verstehen, daß diese Berechnung vorgenommen wird, um eine Verschiebung gegenüber der gegenwärtigen Position des

SO98S2/OS04

Motors 26 oder des bewegbaren Elementes 25 gegenüber dessen befohlener bzw. erwünschter Position zu berechnen. Sofern diese Verschiebung eine vorbestimmte Richtung hat, ist sie durch eine Größe und entweder einem positiven oder negativen Richtungssinn definiert. Die Größe wird durch die Differenz angegeben. Wie im folgenden noch deutlich werden wird, wird der Richtungssinn zum gegenwärtigen Zeitpunkt durch das Richtungssinnsignal 3 7 angegeben. Im allgemeinen wird dann auch im Hinblick auf den sich verändernden Positionsfehler die Bezugswinkelgeschwindigkeit schrittweise reduziert. Mittlererweile wird das Geschwindigkeitssignal in dem Addierer/Subtrahierer 49 von der Bezugswinkelgeschwindigkeit subtrahiert, so daß die gegenwärtige Winkelgeschwindigkeit des Motors 2 6 der Bezugswinkelgeschwindigkeit folgt. Der Geschwindigkeitsdetektor 64 und der Addierer/ Subtrahierer 49 stellen so eine Geschwindigkeitsrückkopplung dar.

Wenn die Verschiebung, die in der Steuerschaltung 46 nach Fig. 2 berechnet wird, im Absolutwert auf einen vorbestimmten Wert absinkt, dann beginnt das Modensignal 47 den Positionssteuermodus anzuzeigen, auf den eingangs bereits hingewiesen worden ist. Das digitale Steuersignal 48 stellt nun nicht mehr die Bezugswinkelgeschwindigkeit, sondern den Positionsfehler dar. Wie weiter unten noch deutlich werden wird, hat der Positionsfehler im Positionssteuermodus entweder positives oder negatives Vorzeichen. Der Richtungssinn

809882/0684

der Verschiebung wird durch das Vorzeichen angegeben. Der Integrator 51 führt noch keine Integration durch. Der Geschwindigkeitsdetektor 64 und der Addierer/Subtrahierer 49 stellen, wie erwähnt, eine Geschwindigkeitsrückkopplung dar, die nun als Dämpfung wirkt. Der Integrator 51 beginnt nun seine Integration durchzuführen, und zwar ein vorbestimmtes zeitliches Intervall 82 (vgl. Fig. 5) nach dem Augenblick, an dem das Modensignal 4 7 umgeschaltet worden ist, um nunmehr den Positionssteuermodus anzuzeigen, um den Grenzzyklus zu unterdrücken, wie ebenfalls noch deutlich werden wird. Es sei hier erwähnt, daß der Motor 26 innerhalb dem vorbestimmten Intervall im wesentlichen zu der befohlenen Position getrieben worden ist. Das vorbestimmte Intervall kann bspw. einige Millisekunden lang sein.

Im folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Es sei angenommen, daß das bewegbare Element 2 5 und daher auch der Motor 26 sich an einer erwünschten Position 66 befinden, die in der oberen Zeile der Figur dargestellt ist. Infolge der digitalen Operationsweise, spezifiziert der Inkrementkodierer 32 die befohlene Position 66 als ein totes Band oder eine tote Zone 67, deren Breite umgekehrt proportional zur Anzahl der positiven oder negativen Positionsimpulse 6 2 oder 63 ist, die von dem Positionsimpulserzeugerschaltkreis pro vollständige Umdrehung des Motors 26 produziert werden. Nimmt der Positionsfehler ab, wie bspw. im linken Endbereich

ß098ä2/06S4

der oberen Zeile bei 6 8 dargestellt, dann wird der Motor zum Stillstand verzögert. Das Geschwindigkeitssignal· 65 ist dann sehr klein. Das digitale Steuersignal 48, das den Positionsfehler darstellt, mit den Werten +2 und +1, wird nun fortlaufend bei Annäherung an den Motor 26 rückgekoppelt. Wird der Positionsfehler weiter innerhalb der toten Zone 6 7 reduziert, dann erhält der Motor 2 6 von dem Servokontrollsystem 31 kein Antriebssignal mehr. Infolge der Trägheit wird der Positionsfehler -1 und hat die Tendenz, eine Übergangsschwingung zwischen +1 und -1 auszuführen, bevor der Motor 26 schließlich an der befohlenen Position zum Stillstand kommt. Wird nun am Motor 26 während dieser Übergangsdrehschwingung bspw. in positiver Richtung bei von den (nicht gezeigten) Motorbürsten und/oder dem Antriebsmechanismus des bewegbaren Elementes, der den Draht 2 8 mit enthält, eine äußere Kraft wirksam, dann dauert die Übergangsdrehschwingung zumindest zwischen +1 und 0, wie bei 69' dargestellt, lange, wobei der Spitze- zu- Spitze-Wert ungefähr gleich 2, ausgedrückt in der Anzahl der Impulse der positiven oder negativen Positionsimpulse 62 oder 63, ist. Dieses Phänomen nennt man den Crenzzyklus und es führt zu unliebsamem Rauschen.

In Fig. 4 ist nun ein Beispiel eines Integrators 51 dargestellt. Er enthält einen monostabilen Multivibrator 71, an den das Modensignal 47 gelangt. Er gibt von seinem invertierten Ausgang Q ein reversiertes Ausgangssignal ab,

809882/0684

welches an einen der beiden Eingänge eines mit zwei Eingängen versehenen UND-Verknüpfungsgliedes 7 2 gelangt. Das Modensignal 47 gelangt direkt an den anderen Eingang des UND-Verknüpfungsgliedes 72. Für die ganze folgende Beschreibung der Figuren 5-22 sei nun angenommen, daß das Modensignal 47 die Geschwindigkeits- bzw. Positionssteuermoden durch eine logische "0" (niedriger Pegel) bzw. eine logische "1" (hoher Pegel) anzeigt. Das reversierte Ausgangssignal wird vom Pegel "0" auf den Pegel "1" umgeschaltet, wenn das vorbestimmte Zeitintervall nach dem oben erwähnten Augenblick abgelaufen ist. Von dem UND-Verknüpfungsglied 72 gelangt dann ein Signal "1" an den Rückstelleingang R eines Integrationszählers 73 über einen Inverter 74. Ferner gelangt ein Signal "0" direkt an die Eingänge je eines ersten und eines zweiten drei Eingänge aufweisenden UND-Verknüpfungsgliedes 76 und 77 während derjenigen Zeit, während der das Modensignal 47 den Geschwindigkeitssteuermodus anzeigt, sowie während des vorbestimmten Zeitintervalles. Währenddessen wird der Zähler in seinem rückgesetzten Zustand gehalten, so daß das Signal 52 am Ausgang des Integrators gleich Null bleibt.

In Fig. 4 gibt nun ein erster Detektor 78 ein Signal "1" an den zweiten Eingang des ersten UND-Verknüpfungsgliedes bei Auftreten des digitalen Steuersignals 48, wenn dieses Signal 48 eine Zahl darstellt, die gleich oder größer +1 ist. Gleichermaßen gibt ein zweiter Detektor 79 ein Signal "1"

909882/0604

an einen zweiten Eingang des zweiten UND-Verknüpfungsgliedes 77, wenn das digitale Steuersignal 48 eine Zahl darstellt, die gleich oder kleiner als -1 ist. Die UND-Verknüpfungsglieder 76 und 77 werden somit im Positionssteuermodus dann aktiviert, wenn der Positionsfehler gleich oder größer +1 und gleich oder kleiner als -1 ist. Die Taktimpulse 41, die ebenfalls, wie bereits erwähnt, zur Integration benötigt werden, gelangen an die dritten Eingänge der UND-Verknüpfungsglieder 76 und 77. Wenn nun der Zähler, nachdem das vorbestimmte Zeitintervall vergangen ist, zu arbeiten beginnt, dann zählt der Zähler 7 3 aufwärts oder abwärts die Taktimpulse 41, die an ihn über die aktivierten ersten oder zweiten UND-Verknüpfungsglieder 76 bzw. 77 gelangen. Sie gelangen an die für die Aufwärts- bzw. Abwärts zählung bestimmten Eingänge U oder D. Auf diese Weise erhält man ein Ausgangssignal 52 am Ausgang des Integrators, dessen Wert zunimmt und nicht mehr nur Null ist. Es sei nun das signifikanteste Bit (MSB) des digitalen Steuersignals 48 das Vorzeichenbit, das das Vorzeichen des Positionsfehlers im Positionssteuerinodus anzeigt. Der erste Detektor 7 8 sei nun eine UND-Verknüpfungsschaltung, an deren einen Eingang das signifikanteste Bit MSB des digitalen Steuersignals 48 gelange, und an dessen anderen Eingang nach Durchlaufen eines ODER-Verknüpfungsgliedes dasselbe Signal 48, jedoch mit Ausnahme des meistsignifikanten Bits gelange. Der zweite Detektor 79 kann dadurch gebildet werden, daß er einen Inverter für das signifikanteste Bit MSB enthält. Auf

109882/0684

diese Weise führt der Integrator 51 die Integration des Positionsfehler in der Richtung bzw. mit dem Vorzeichen aus, welches das Vorzeichen hat.

Im folgenden sei Fig. 5 erläutert. Es sei nun angenommen, daß das Servokontrollsystem 31 vom Geschwindigkeitssteuermodua auf den Position.ssteuermodus dann umgesteuert wird, wenn der Absolutwert der Verschiebung von vier auf drei abnimmt. Das digitale Steuersignal 48 zeigt jetzt den Positionsfehler an, der wie bei 81 in der obersten Zeile angezeigt abnimmt. Das Modensignal 47 wird dann, wie in der nächsten Zeile gezeigt, von "0" auf "1" umgeschaltet. Wenn nun ein vorbestimmtes Zeitintervall 82 vergeht, nachdem das Modensignal 47 auf "1" umgeschaltet worden ist, dann gibt das UND-Verknüpfungsglied 7 2 ein Signal 82' ab, das "1" ist. Mittlererweile wird der·Positionsfehler auf Null reduziert. Wie jedoch bei 83 in der obersten Zeile von Fig. 5 dargestellt, tritt nun ein Grenzzyklus auf. Der erste Detektor 78 erzeugt intermittierend Signale 84, die den Wert "1" haben und aktiviert damit das erste der 3-Eingangs-UND-Verknüpfungsglieder, nämlich das UND-Verknüpfungsglied 76. Die der Integration dienenden Taktimpulse 41 werden daher zur Aufwärts zählung an die entsprechende Klemme U des Integrationszähler 73 weitergeleitet, wie bei 85 in Fig. 5 gezeigt. Das Ausgangssignal 82 am Ausgang des Integrators 51 steigt somit stufenweise an, wie ebenfalls in Fig. 5 dargestellt. Ein Grenzzyklus wird nunmehr dann unterdrückt, wenn die äußere Kraft durch ein Drehmoment ausgeglichen wird,

909882/0684

2923236

das der Motor 26 bei Ansteuerung durch das Ausgangssignal 52 de:; Integrator« bl aur.ni)t . Π.ιΙκί" hat dar; Aunp.arigsr.ign.iJ !>'/>, wie beispielhaft bei 85' dargestellt, einen bestimmten Pegel. Es ist daher möglich, das bewegbare Element 25 sehr schnell an die erwünschte Position 66 zu bringen.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeipiel einer Steuerschaltung 46, die der in der erwähnten älteren Patentanmeldung in Fig. 3 gezeigten äquivalent ist. Sie weist einen Abwärtszähler 86 auf j in den das Abstandssignal 38 als Anfangszählwert eingegeben ist. Ferner ist ein Register 87 vorgesehen, um das Richtungssinnsignal 37 zu speichern. Es ist ferner ein Aufwärts /Abwärts-Zähler 88 vorgesehen, der aufwärts die positiven Positionsimpulse 62 oder abwärts die negativen Positionsimpulse 6 3 zählt und an den Abwärtszähler 86 über das ODER-Verknüpfungsglied 89 Abwärts- bzw. Aufwärts-Übertragungsimpulse abgibt. Entsprechend diesen entweder Abwärts- oder Aufwärts-Obertragungsimpulsen zählt nun der Abwärts zähler 86 vom anfänglichen Zählwert abwärts und erzeugt somit ein erstes Positionsfehlersignal 91, das die Größe der oben erwähnten Verschiebung darstellt, und zwar ausgedrückt in der Einheit, in der das Abstandssignal 3 8 vorliegt, wobei der Richtungssinn desselben durch das Richtungssinnsignal 37 im Register 87 angegeben wird. Eine Kombination des Richtungssignals 37 und des ersten Positionsfehlersignals 91 wird dazu verwendet, eine Adresse in einem Speicher 9 2 zu spezifizieren, das die verschiedenen Bezugswinkelgeschwindigkeitssignale speichert. Adressiert durch die Signale 37 und 91,

909882/0684

liest der Speicher 9 2 auf Leitung 9 3 ein Signal aus, das einer ausgewählten Bezugswinkelgeschwindigkeit entspricht. Wenn das Abstandssignal 38 ein 11-Bitsignal ist, wie oben als Beispiel dargestellt, dann ist der Aufwärts/Abwärts-Zähler 88 vorzugsweise ein 3-Bit-Zähler, der ein zweites Positionsfehlersignal 95 abgibt, das beim Positionssteuermodus die Größe der Verschiebung ausdrückt, und zwar als Anzahl der positiven oder negativen Positionsimpulse 62 bzw. 33, wobei der Sinn der Verschiebung durch das Vorzeichen des Zählerstandes im Zähler 8 8 gegeben ist.

In Fig. 6 gelangt nun das erste Positionsfehlersignal 91 an einen Null-Detektor 96. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Modensignal 47 den Geschwindigkeits- bzw. den Positionssteuermodus anzeigt, wenn das erste Positionsfehlersignal Null darstellt bzw. nicht darstellt. Ein Zeitschalter 97 produziert ein neues Datenanforderungssignal 36 ein vorbestimmtes Zeitintervall nach dem Augenblick, in den das Modensignal 4-7 von "0" (Geschwindigkeitssteuermodus) auf "1" (Positionssteuermodus) umgeschaltet worden ist. Das Modensignal 47, das die Steuerung im Geschwindigkeitssteuerungsmodus anzeigt, gelangt an die Wählschaltung 99. Diese erzeugt daraufhin das Bezugswinkelgeschwindigkeitssignal 9 als digitales Steuersignal 48. Zeigt das Modensignal 47 an, daß der gerade verwendete Modus der Positionssteuermodus ist, so gibt die Wählschaltung 99 das zweite Positionsfehlersignal 95 als digitales Steuersignal 48 ab.

909882/0684

Es ist möglich, in Fig. 6 einen weiteren Null-Detektor vorzusehen (Bezujjszeichen 6 2 in rig. 3 der erwähnten älteren Anmeldung), an die das Modensignal 4 7 und das zweite Positionsfehlersignal 9 5 gelangen und welche daraus ein neues Datenanforderungssignal 36 ableitet, wenn das zweite Positionsfehlersignal 95 im Positionssteuermodus Null anzeigt. Alternativ kann der Befehlssignalgenerator so programmiert werden, daß er eine vorbestimmte Zeitdauer nach der Erzeugung des Befehlssignales 37-38 für einen Endpunkt ein weiteres Befehlssignal 37-38 für einen neuen Endpunkt produziert.

Im folgenden wird auf Fig. 7 Bezug genommen. Der Taktimpulsgenerator UO besteht vorzugsweise aus einem Standard-Taktgenerator 100, der eine Standard-Taktimpulsfolge mit genügend hoher Taktimpulsfrequenz erzeugt. Ein Zähler 101 ist dazu vorgesehen, diese Frequenz derart zu dividieren, daß man die Folge 41 von Taktimpulsen, die für die Integration benötigt werden, erhält. Die Standard-Taktimpulsfolge selbst wird auch als Taktimpulsfolge 42 für die Pulsbreitenmodulation verwendet. Sie wird ebenfalls als eine der Bezugstaktimpulsfolgen 43 eingesetzt. Die andere Bezugstaktimpulsfolge 44 erhält man über einen Inverter 102. Der Zähler 101 führt ferner bezüglich der Standard-Taktimpulsfolge eine Frequenzteilung durch, um eine Taktimpulsfolge mil langsamerer Rate abzugeben, die von einer Impulsformschaltung 103 so geformt wird, daß man die Abtastzeittaktimpulsfolge 4 5 erhält.

§09882/0634

Folgendes sind Zahlenbeispiele: Die Standard-Taktimpulsfolge und demgemäß auch die Impulsfolge für die Pulsbreitenmodulation und die Bezugstaktimpulsfolgen 42 und 44 sind 1 MHz. Die Taktimpulsfrequenzen 41 und 45 bis zur Integration bzw. zur Abtastung haben Frequenzen von 10 kHz bzw. 3,3 kHz.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel eines Geschwindigkeitsdetektors Er weist einen Aufwärts/Abwärts-Zähler 106 auf, der aufwärts und abwärts die positiven bzw. negativen Positionsimpulse 62 bzw. 63 zählt und ein Zählsignal an ein Register 107 abgibt. Die Abtasttaktimpulse 45 gelangen an den Setzeingang S des Registers 107 direkt und an den Rückstelleingang R des Zählers 106 über eine Verzögerungsschaltung 108. Jeweils dann, wenn ein Abtastimpuls 4 5 auftritt, wird der Zählerstand im Register 107 gezählt bzw. gesetzt, so daß er aus dem Register als Geschwindigkeitssignal 65 ausgelesen werden kann. Unmittelbar danach wird der Zähler 106 zurückgestellt. Das Geschwindigkeitssignal 65 stellt somit die Anzahl der positiven oder negativen Positionsimpulse 62 bzw. 63 dar, die von dem Positionsimpulserzeugerschaltkreis 61 innerhalb eines Zeitintervalles erzeugt worden sind, welches von der Folge 45 von Abtastzeittaktimpulsen definiert wird.

Fig. 9 zeigt ein weiteres Beispiel eines Geschwindigkeitsdetektors 64. Auch er weist einen Aufwärts/Abwärts-Zähler 106, ein erstes Register 107, eine erste Verzögerungsschaltung

909882/0684

nach Art und Funktionsweise der im Zusammenhang mit TMg. H beschriebenen auf. Jedoch wird das Zählsignal, das im Register 107 eingestellt wird, als Geschwindigkeitssignal 65 nur dann über eine Wählschaltung 109 abgegeben, wenn das Modensignal 47 den Positionssteuermodus anzeigt. Für die dargestellte Schaltung 64 produziert der Taktimpulsgenerator 40 eine Folge 110 von Taktimpulsen (nicht gezeigt in Fig. 2 und 7)'mit relativ hoher Wiederholungsfrequenz, z.B. 300 kHz. Ein Aufwärts-Zähler 111, ein zweites Register 112 und eine zweite Verzögerungsschaltung 113 arbeiten gleichermaßen wie der Aufwärts/Abwärts-Zähler 106, das erste Register 107 bzw. die erste Verzögerungsschaltung 108. Die zweite Verzögerungsschaltung 113 ist über ein ODER-Verknüpfungsglied 114 für jede der positiven und negativen Positionsimpulse 62 bzw. 63 vorgesehen. Der Aufwärts-Zähler

111 zählt aufwärts die mit relativ hoher Frequenz auftretenden Taktimpulse 110. Die positiven und negativen Positionsimpulse 62 und 63 gelangen dann an einen Flip-Flop 116, das von ihnen gesetzt bzw. zurückgestellt wird.

In Fig. 9 gelangen nun das Ausgangssignal in gesetztem Zustand, wie es dann am Ausgang Q des Flip-Flops auftritt (alternativ das Ausgangssignal im zurückgesetzten Zustand) und das Zählsignal, das im zweiton Register 11? gespeichert ist, an einen Speicher 117 und bezeichnen dort eine Adresse. Wie man daraus ersieht, stellt das von dem zweiten Register

112 abgegebene Signal das oben beschriebene Pulsintervall T^

909882/0684

dar und demgemäß eine Zahl, die gleich der invertierten Motorgeschwindigkeit ist. Der Speicher 117 gibt nun ein an der bezeichneten Adresse gespeichertes Signal ab, das als Geschwindigkeitssignal 65 nur dann über die Wählschaltung 109 abgegeben wird, wenn das Modensignal 4 7 anzeigt, daß das Servokontrollsystem im Geschwindigkeitssteuermodus arbeitet. Es ergibt sich also daraus, daß die dargestellte Schaltung 64 das Pulsintervall T. in Gestalt der relativ schnellen Taktimpulse 110 im Geschwindigkeitssteuermodus misst, um somit exakt die Motorgeschwindigkeit zu bestimmen. Die Anzahl der positiven oder negativen Positionsimpulse 62 oder 63, die im Positionssteuermodus von den Abtastzeittaktimpulsen 45 abgetastet werden, dient dazu, den Aufwärts-Zähler 111 am Oberlauf zu hindern.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel eines Addierers/Subtrahierers Dieser weist einen Multiplizierer 121 auf, der das digitale Steuersignal 48 mit einem ersten Faktor K. multipliziert, sowie einen zweiten Multiplizierer 122, der das Geschwindigkeitssignal 65 mit einem zweiten Faktor K„ multipliziert. Der Addierer 123 addiert das Signal 52 vom Ausgang des Integrators 51, das im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben worden ist, zu dem multiplizierten Signal, das vom ersten Multiplizierer K^ abgegeben wird. Der Subtrahierer 124 zieht das multiplizierte Signal des zweiten Multiplizierers 122 von einem Ausgangssignal 125 des Addierers 123 ab, um so das algebraische Summensignal 53 zu produzieren. Die Multipli-

809882/0684

zierer 121 und 122 entsprechen Verstärkern mit Verstärkungsfaktoren K. und K_. In der Praxis wird man vorsehen, daß die Multiplizierer 121 und 122 die entsprechenden Signale 48 und 45 so verschieben, daß man Verstärkungsfaktoren von 2ⁿ, wobei η eine ganze Zahl ist, erhält. Die Verstärkungsfaktoren K₁ und K~ sind z.B. 1 (die Einheit) und entweder 4 bzw. 8. In diesem Falle wird das Geschwindigkeitssignal 65 lediglich von der am wenigsten signifikanten Ziffer bzw. Ziffern des Ausgangssignals 125 des Addierers abgezogen. Wie man daraus ersieht, können die Multiplizierer 121 und 122 im Integrator 51 oder in dem Geschwindigkextsdetektor 64 enthalten sein.

Fig. 11 zeigt ein Beispiel eines Pulsbreitenmodulators 55. In ihm ist ein Zähler 126 vorgesehen, der die hierfür vorgesehenen Taktimpulse 42 zählt. Das Zählsignal, das der Zähler

126 abgibt, hat die Form einer Zackenkurve und nimmt innerhalb eines Zählzyklus abwechselnd Werte zwischen Zählerstand Null und dem vollen Zählerstand an. Der Zählzyklus wird so ausgewählt, daß die Wiederholungsfrequenz dieser Zackenkurvenoszillation bspw. 20 kHz ist. Es ist natürlich auch ohne weiteres möglich, vorzusehen, daß das Zählsignal zwischen einem negativen Wert und einem positiven Wert, die im wesentlichen gleichen Absolutwert haben, variiert. Ein Vergleicher

127 vergleicht nun das algebraische Summensignal 53, das an seine Eingangsklemme a gelangt, mit dem oszillierenden Zählerstandsignal, welches an die Li ngangsklemme l> gelangt. Wenn

909882/0684

das algebraische Summensignal 5 3 nicht weniger als bzw. weniger als das oszillierende Zählsignal ist, dann stellen sich die Ausgangssignale des Vergleichers 127 so ein, daß im ersteren Falle die positiven Ausgangssignale 56 und im zweiten Falle die negativen Ausgangssignale 57 den Wert einer logischen "1" (hoher Pegel) haben. Der Vergleicher gibt also eine logische "1" während jedes Zählzyklus im Zähler 126 einmal als positive Ausgangssignale 56 und ferner als negative Ausgangssignale 57 ab. Wenn das algebraische Summensignal 53 einen positiven Pegel aufweist, dann ist die Dauer des Ausgangssignals 56 mit hohem Pegel proportional zum hohen Pegel langer als die Dauer, während der das negative Ausgangssignal 57 den hohen Pegel aufweist. Die Leitungen 56 und 57 werden so mit einem Signal beaufschlagt, das pulsbreitenmoduliert ist, wobei die Pulsbreite proportional zum algebraischen Summensignal 53 sich verändert.

Fig. 12 zeigt ein Beispiel einer Treiberschaltung 59, die erste und zweite Transistoren 131 und 132 aufweist, die miteinander verbunden und Zwischenklemmen mit positiver bzw. negativer Speisespannung +ES bzw. -ES in Reihe geschaltet sind. Das positive Ausgangssignal 56 gelangt über eine Torschaltung 134 an den NPN-Transistor 133. Das negative Ausgangssignal 57 gelangt über eine Inverter-Torschaltung an einen PNP-Tran:; i:; I.or 13b. Wenn das positive? Ausgangssi filial 56 hohen Pegel hat, dann werden die NPN- und PNP-Transistoren 133 bzw. 136 leitend bzw. nichtleitend, so daß wieder dadurch

90 9 882/0684

der erste bzw. der zweite der Treibertransistoren 131 bzw. 132 ein- bzw. ausgeschaltet werden. Somit ergibt sich, daß der Punkt der Verbindung der beiden Transistoren 131 und 132 jeweils leistungsmäßig mit einer Spannung versorgt wird, die ungefähr gleich der positiven Speisespannung +ES ist. Ist das negative Ausgangssignal 57 auf hohem Pegel, dann hat der Verbindungspunkt der Transistoren 131 und 132 eine Leistungsversorgung mit einer Spannung, die fast gleich der negativen Speisespannung -ES ist. Die am Verbindungspunkt abgeleitete Leistung hat so eine Spannung, die im Durchschnitt dem algebraischen Summensignal 53 proportional ist und wird als Signal 39 zum Motorantrieb eingesetzt. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß der Motor 26 eine elektrische Zeitkonstante hat, die sich als Tiefpassphänomen darstellt und eine Grenzfrequenz definiert. Wird die Taktimpulsfrequenz der Taktimpulse 42, die zur Pulsbreitenmodulation herangezogen werden, hinreichend höher als die Grenzfrequenz gewählt, wie oben gezeigt, dann kann man auf diese Weise dafür sorgen, daß der dem Motor 2 6 zugeführte elektrische Strom proportional im algebraischen Summensignal 53 ist.

Fig. 13 zeigt ein weiteres Beispiel der Treiberschaltung 59, das im Gegentaktbetrieb gefahren werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel weist Treibertransistoren 141 und 142 auf, die miteinander verbunden und dann ebenfalls, zusätzlich zu den Treibertransistoren 131 und 132 nach Fig. 12 zwischen den Anschlußklemmen für positive bzw. negative Speisespannung -L'S

§09882/0684

bzw. +ES in Reihe geschaltet sind. Ansonsten sind die Elemente mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 12 versehen. Das positive Ausgangssignal 56 gelangt an einen weiteren PNP-Transistor 143 über eine Torschaltung 134 und einen Inverter 144. Das negative Ausgangssignal 57 gelangt über die Torschaltung 137 mit invertiertem Ausgang und einen weiteren Inverter 147 an den zusätzlich vorgesehenen NPN-Transistor 146. Hat das positive Ausgangssignal 56 den hohen Pegel, dann sind die ersten Treibertransistoren 131 und 141 leitend, wobei die zweiten Treibertransistoren 132 und 142 abgeschaltet sind. Das derart produzierte Treibersignal 39 zwischen den Leitungen und 152, die mit den erwähnten Verbindungspunkten der Transistoren verbunden sind, hat somit eine Spannung von fast gleich +2ES. Hat das negative Ausgangssignal 57 hohen Pegel, dann hat das Motorantriebssignal 39 eine Spannung von fast -2ES. Die dargestellte Treiberschaltung 59 ist daher geeignet, den Verstärkungsfaktor des Servokontrollsystems 31 anzuheben und somit seine Regelungseigenschaften zu verbessern.

Fig. 14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Treiberschaltung 59, die insbesondere für einen Motor 26 geeignet ist, bei dem die Magnetisierung auftritt, wenn der Antriebsstrom einen bestimmten Wert überschreitet. Die dargestellte Treiberschaltung 59 weist ähnliche Schaltelemente wie die in Fig. 12 dargestellte auf, die insoweit mit den-

909882/0684

selben Bszugszeichen versehen sind; sie weist ferner einen Widerstand 156 auf. Dieser ist zwischen die Leitung 152, die als Rückleiter für den Motorstrom dient, und einen Punkt gemeinsamen Potentials geschaltet, um den durch den Motor 26 fließenden Strom festzustellen. Die über dem Widerstand 156 entstehende Spannung wird mit einer im Hinblick auf den Stromgrenzwert ausgesuchten Bezugsspannung in entweder in den positiven Vergleicher 157 oder den negativen Vergleicher 158 verglichen. Wenn der Motorstrom so fließt, daß sich eine positive Drehrichtung ergibt, und wenn er diese Grenze überschreitet, dann gibt der Vergleicher 157 ein Signal "1" ab. Die Ausgangssignale der Vergleicher 157 und 158 schließen bzw. deaktivieren die Torschaltungen 13¹) und 137 über ein NOR-Verknüpfungsglied 159 und verhindern damit, daß der Motorstrom den Grenzwert überschreitet.

Fig. 15 ist im wesentlichen eine Wiedergabe von Fig. 8 der oben genannten älteren Anmeldung und zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Inkrementkodierers 32, der eine lichtundurchlässige Scheibe 161 aufweist, die mechanisch mit der Motorachse gekoppelt ist, so daß cie sich mit dem Motor 26 dreht und die entlang ihres Azimuth im gleichen Abstand voneinander vorgesehene radiale Schlitze oder Positionsinformationsmuster 162 aufweist. Die Abstände der radialen Schlitze 162 entlang des Azimuth werden im Hinblick auf cue gewünschten Winkelinkremente bei Drehung des Motors bestimmt. Die Anzahl der radialen Schlitze 16 2 kann z.B.

909882/0684

600 sein. Eine Lichtquelle 163 erleuchtet die radialen Schlitze 162. ".'Ine feststehende lichtundurchlässige Platte 164 weist ein Paar von Schlitzen 165 auf, mit der zwei der radialen Schlitze 162 nacheinander sich ausrichten, wenn der Motor 26 rotiert. Das Paar von Schlitzen 16 5 hat voneinander einen Abstand, der sich von dem Abstand der Schlitze, die entlang des Azimuth der Scheibe vorgesehen sind,, um ein Viertel unterscheidet. Mit dem Paar von Schlitzen 165 ist ein Paar optischer Sensoren 166 und

167 ausgerichtet, so daß sich intermittierende Impulse mit einer Wiederholungsrate ergeben, die zu der Winkelgeschwindigkeit der Scheibe 161 proportional ist. Die intermittierenden Impulse werden von einem Paar von Vergleichern

168 und 169, denen eine gemeinsame Bezugsspannung zugeführt wird, in Positionsinkrementsignale 34 und 35 geformt.

In Fig. 16 ist ein Ausführungsbeispiel eines Positionsimpulserzeugerschaltkreises 61 dargestellt. Er weist erste und zweite Flip-Flops 171 und 172 mit Dateneingängen D auf, an die die Positionsinkrementsignale 34 und 35 gelangen. An den Takteingang Cp der Flip-Flops 171 und 172 gelangt die Folge 43 von Bezugstaktimpulsen. Eine weitere Folge 44 von bezugstaktimpulsen gelangt an die Takteingänge Cp dritter und vierter Flip-Flops 17 3 und 174. Die an den Q-Ausgängen der ersten und zweiten Flip-Flops 171 und 172 abgeleiteten Ausganf,K".i gnale A und R werden als erstes Paar von Adressensignalen für einen Speicher 175 verwendet. Die beiden

909862/068 4

2923236

Ausgangssignale j die dadurch aus dem Speicher 175 ausgelesen werden, gelangen an Dateneingangsklemmen D der dritten und vierten Flip-Flops 173 bzw. 174. Die ersten und zweiten Flip-Flops 171 und 172 tasten somit die Positionsinkrementsignale 34 und 35 mit dem Takt der Bezugstaktimpulsen 43 ab. Die Ausgangssignale X und Y, die gleichermaßen von dem dritten bzw. dem vierten Flip-Flop 173 bzw. 174 mit Hilfe der anderen Bezugstaktimpulsfolge 44 aus den aus dem Speicher 175 ausgelesenen Signalen P und Q abgetastet werden, werden als zweites Paar von Adressensignalen für den Speicher 175 eingesetzt. Zwei andere Signale F und R werden aus der spezifizierten Adresse ausgelesen.

In Fig. 16 werden die Signale im Speicher 175 derart gespeichert, daß die ausgelesenen Signale F und R den beiden folgenden logischen Gleichungen genügen:

. F = Α.Χ.Ϋ + Ä.X.Y + Β.Χ.Ϋ + B.X.Y R = A.X.Y + Ä.X.Y + Β.Χ.Ϋ + B.X.Y,

wobei P=A und Q=B ist. Es ist dadurch möglich, durch das Aufbauen bzw. Abbauen der Positionsinkrementsignale 34 und 35, die während der positiven Drehung des Motors 26 erzeugt werden, eines der Auslesesignale F zu erzeugen, das als positive Positionsimpulse 6 2 dient. Gleichermaßen kann das Aufbauen und Abbauen der Positionsinkrementsignale 34 und 3 5 bei Drehung des Motors in negativer Drehrichtung dazu verwendet werden, das andere Auslesesignal R zu erzeugen, das die negativen Positionsimpulse 63 ergibt.

909882/0684

Bezüglich Fig. 16 sei darauf hingewiesen, daß der Positionsimpulserzeugerschaltkreis 61 auch ferner auf (nicht gezeigte) verschaltete logische Netzwerke als hardware enthalten kann, wie sie in Fig. 10 oder Fig. 11 der bereits erwähnten parallelen Patentanmeldung erwähnt sind.

Im folgenden wird nun auf Fig. 17 Bezug genommen. Es sei angenommen, daß das algebraische Summensignal 53, das an die Eingangsklemme a des Vergleichers 127 gelangt, sich so verändert, wie dies in der obersten Zeile dargestellt ist. Das an die Eingangsklemme b des Vergleichers 127 gelangende Zählsignal schwingt so, wie es in der nächsten Zeile dargestellt ist, wo jedoch die Darstellung als Analogsignal lediglich der Einfachheit halber gewählt ist. Unter diesen Umständen verändern sich die positiven und negativen Ausgangssignale 56 und 57 des Vergleichers 127 in Fig. 11 so, wie das in den beiden nachfolgenden Zeilen dargestellt ist. Das Motorantriebssignal 39 verläuft dann so wie in der vorletzten Zeile dargestellt. Das Antriebssignal 39 variiert zwischen +2ES und -2ES, wenn eine Treiberschaltung 59 nach Fig. 13 verwendet wird. In jedem Fall ergibt sich ein Stromfluß durch den Motor 26, wie er in der letzten Zeile bei 129 dargestellt worden ist, als Ergebnis des Tiefpass-Phänomens des Motors 26.

909882/0684

Betrachtet man nun noch einmal zusammenfassend die Fig. 2, 8-14, und 17 so ergibt sich daraus folgendes: Der PuIsbreitenmodulator 55, die Treiberschaltung 59, der Geschwindigkeitsdetektor 64 und der Subtrahierer 124 stellen zusammen eine Einheit zur Erzeugung eines Motorantriebssignals dar. Dieses wird erzeugt bei Auftreten eines Steuersignals 125, das von dem Addierer 123 und den Positionsimpulsen 62 oder 63 produziert wird. Letztere werden von dem Geschwindigkeitsdetektor 64 herjzugef ührt, um daraus das Motorantriebssignal 39 abzuleiten. Der Geschwindigkeitsdetektor 64 und der Subtrahierer 124 wirken hier zusammen zur Erzeugung eines Eingangssignals, das bei Auftreten eines Steuersignals 125 und der Positionsimpulse 62 und 63 abgegeben wird und an den Pulsbreitenmodulator 55 ein Eingangssignal abgibt mit einem Pegel, der sich in Abhängigkeit vom Steuersignal 12 5 und dem Pulsintervall T. der Positionsimpulse 6 2 und 6 3 verändert.

Fig. 18 zeigt ein Servokontrollsystem 31 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem die einzelnen Schaltungsbestandteile, sofern sie dieselben wie in Fig. 2 sind, mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Es arbeitet im Prinzip ähnlich. Es ist jedoch vorgesehen, daß das digitale Steuersignal 48 von der Steuerschaltung 46 an eine Positionsmodifikationsschaltung 181 gelangt, an welche auch das Modensignal 47 gelangt. Im Geschwindigkeitssteuerungsmodus, gibt die Positionsmodifizierungsschaltung 181 das digitale

909882/0684

Steuersignal 48 ohne jegliche Modifizierung an den Addierer/Subtrahierer 49 als "modifiziertes" Positionssignal 182 weiter.

Während eines vorgeschriebenen Zeitintervalles nach dem Augenblick, in welchem das Modensignal 47 den Positionssteuermodus anzuzeigen beginnt, produziert die Positionsmodifikationsschaltung 181 ein modifiziertes Positionssignal 182. Dabei wird eins oder die Einheit zu den Werten des Positionsfehlers addiert, der von dem digitalen Steuersignal 48 dargestellt wird, die nicht negativ sind. Inzwischen wird das Ausgangssignal 52 des Integrators 51 auf Null gehalten. Das Geschwindigkeitssignal 65, das im Addierer/Subtrahierer 49 von dem modifizierten Positionssignal 182 abgezogen werden soll, ist in diesem Augenblick fast gleich Null. Der Motor 26 wird daher ungefähr entsprechend dem modifizierten Positionssignal 182 angetrieben, um so stabil zu oszillieren, worauf kurz eingegangen sind, und zwar in Nähe eines speziellen Punktes, der einen Bereich in zwei Teile unterteilt, in dem der Positionsfehler nur zwei Werte 0 und -1, ausgedrückt in der im digitalen Steuersignal 48 verwendeten Einheit, hat. Auf diese Weise erzeugt man vorübergehend während dem vorgeschriebenen Intervall zwangsweise den Grenzzyklus , wobei die tote Zone vom Positionsfehler ausgeschlossen ist. Der spezielle Punkt, der oben erwähnt worden ist, wird dabei als objektive Position bezeichnet.

909882/068 4

In /ig. 18 gibt die Positionsmodifikationsschaltung 181 wiederum das digitale Steuersignal 48 als "modifizierter;" Positionssignal 182 an den Addierer/Subtrahierer 49 ab, wenn das vorgeschriebene Zeitintervall verstrichen ist. Das modifizierte Positionssignal 182 stellt dann den Positionsfehler dar, der mit der toten Zone einhergeht. Der Integrator 51 gelangt nun in Betriebszustand. Das dargestellte Servokontrollsystem 31 arbeitet daher unter diesen Umständen genau wie das im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebene. Es ergibt sich daraus, daß das für die Positionsmodifikationsschaltung 181 vorgeschriebene Zeitintervall nicht langer dauert als das für den Integrator 51 vorbestimmte Intervall. Praktisch richtet man es so ein, daß beide Intervalle gleich sind. Es ist auch klar, daß der erzwungene Grenzzyklus deshalb nichts schadet, weil er nur einige Millisekunden andauert .

Im Zusammenhang mit Fig. 18 sei darauf hingewiesen, daß das Drucken normalerweise mit einem Hochgeschwindigkeits-Anschlag-Reihendrucker erfolgt, und zwar zu einem früheren Augenblick jedesmal, nachdem das Servokontrollsystem 31 in den Positionssteuermodus gebracht worden ist. Durch die Verwendung des erzwungenen Grenzzyklus, der mit keiner toten Zone verbunden ist, werden der Laufwagen und das Typenrad genauer an den aufeinanderfolgender« objektiven Positionen zu den entsprechenden Zeitpunkten des Drückens gebracht.

909882/0684

In Fig- 19 sei nun wie in Fig. 3 angenommen, daß der Motor 26 auf eine befohlene Position 66 eingestellt werden soll. Die Breite der vorübergehenden Schwingung liegt zwischen +1 und -1, ausgedrückt als Positionsfehler. Bei einem Hochgeschwindigkeitsdrucker wird das Drucken zu einem Zeitpunkt durchgeführt, der in dem bei 185 beispielhaft dargestellten Intervall liegt, bevor der Motor 26 an der befohlenen Position 66 zum Stillstand gekommen ist. Um die Breite der Drehschwingung des Motors 2 6 zu reduzieren, ist es notwendig, die Auflösung des Inkrementkodierers 3 2 zu steigern. Das macht jedoch das Positionssteuerungssystem teuer.

In Fig. 20 ist ein Zeiteinstellsignal 186 in der obersten Zeile dargestellt, welches dazu benützt wird, ein vorgeschriebenes Zeitintervall 187, das im Zusammenhang mit Fig. 18 erwähnt worden ist, zu spezifizieren. Während dieses vorgeschriebenen Intervalles 187 werden anstelle des Positionsfehlers, wie er bei Auftreten einer toten Zone 67 durch das digitale Steuersignal 48 dargestellt wird, nunmehr in der unteren Zeile die Angaben dargestellt, die das modifizierte. Positionssignal darstellen. Die objektive Position ist bei 189 gezeigt. Da während des vorgeschriebenen Intervalles 187 ungefähr das modifizierte Positionssignal 182, das in der untersten Zeile dargestellt ist, zum Motor 26 rückgekoppelt wird, wird der Grenzzyklus zwangsweise so erregt, daß er zwischen +1 und -1, bezogen auf die Werte des modifizierten

909882/0684

Positionssignals 182 und dementsprechend zwischen +1 und 0 bezogen auf den Positionsfehler auftritt. Der Motor 26 wird daher durch eine Schwingung in Nähe der objektiven Position 189 gebracht, wobei man ungefähr eine doppelt so hohe Präzision erhält als diejenige, die bei dem Servokontrollsystem 31 nach Fig. 2 gegeben ist.

Fig. 21 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Positionsmodifikationsschaltung 181. Sie besteht aus einem monostabilen Multivibrator 191, der von dem Modensignal 47, das den Positionssteuerungsmodus anzeigt, angestoßen wird und dann ein Zeiteinstellsignal 161 von dem Wert einer logischen "1" (hoher Pegel) während der Dauer eines vorgeschriebenen Zeitintervalles 187 (Fig. 20), nachdem das Modensignal 47 von "0" auf "1" umgeschaltet worden ist, erzeugt. Das Zeiteinstellsignal 186 und das signifikanteste Bit MSB des digitalen Steuersignales 48 gelangen an ein 2-Eingangs-UND-Verknüpfungsglied 192, welches ein Signal vom logischen Wert "1" an eine Übertragseingangsklemme C eines Addierers 193 abgibt, wenn der Positionsfehler, der von dem digitalen Steuersignal 48 dargestellt wird, nicht negativ ist. Der Addierer 193 empfängt ebenso das digitale Steuersignal 48 und addiert eins (Einheit) zu dem Positionsfehlersignal, wenn an ihn das Signal mit dem logischen Wert "1" an seine Übertragseingangsklemme C gelangt. Er erzeugt so das modifizierte Positionssignal 182.

909882/0684

Fig. 22 zeigt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Positionsmodifikationsschaltung 181, die ebenfalls wie diejenige nach Fig. 21 einen monostabilen Multivibrator 191 aufweist. Das Zeiteinstellsignal 186, das dadurch erzeugt wird, und das digitale Steuersignal ^s gelangen an einen Speicher 196 und bezeichnen dort eine Adresse desselben. Auf diese Weise adressiert, produziert der Speicher 196 ein modifiziertes Positionssignal 182, das die Bezugswinkelgeschwindigkeit oder den Positionsfehler darstellt, ohne jegliche Modifikation, wenn das Zeiteinstellsignal 186 einen einer logischen "0" zugeordneten Pegel aufweist. Das modifizierte Positionssignal 182 stellt dann den Wert des Positionsfehlers plus Eins dar, wenn der vom digitalen Steuersignal 48 dargestellterPositionsfehler entweder Null oder positiv ist, wenn das Zeiteinstellsignal den einer logischen "1" zugeordneten Pegel aufweist.

Aus einer zusammenfassenden Betrachtung der Fig. 2,4-6 und 10 ersieht man, daß die Steuerschaltung 46, der Integrator 51 und der Addierer 12 3 als edne Einheit zusammenwirken, die ein Steuersignal erzeugt, und zwar bei Vorliegen eines Befehlssignals 37 - 38 und der Positionsimpulse 6 2 oder 63. Sie bezeichnet die oben beschriebene Verschiebung und erzeugt das vorerwähnte Steuersignal 125, das digital eine Bezugswinkelgeschwindigkeit· darstellt, die für den Motor 2 6 unter Berücksichtigung der berc hneten Verschiebung ausgewählt wird. Dieser Vorgang läuft bis zu einem Zeitpunkt, bei welchem der Absolutwert der Verschiebung auf einen vorbestimmten Wert reduziert worden ist.

909882/0684

Die genannte Einheit 4-6, 51, 123 produziert dann ein Steuersignal 125, das einen ersten Positionsfehler darstellt, der von der Verschiebung während des vorgeschriebenen Zeitintervalls bestimmt ist, welches im Zusammenhang mit Fig. 18-22 beschrieben worden ist; das Steuersignal 125 stellt danach einen zweiten Positionsfehler dar, dessen Absolutwert bei einer Verschiebung zunimmt, wenn das oben erwähnte erstgenannte Zeitintervall nach dem genannten Zeitpunkt verstrichen ist.

Aus den Fig. 2,4-6 und 10 ergibt sich ferner, daß die Steuerschaltung 46 als eine erste Signalerzeugungsschaltung angesehen werden kann, die von dem Befehlssignal 37 - 3 8 und den Positionsimpulsen 6 2 oder 6 3 angesteuert wird, die Verschiebung berechnet, und daraus ein Modensignal 47 und ein erstes digitales Signal zu produzieren, das die Bezugswinkelgeschwindigkeit bis zu dem genannten Zeitpunkt darstellt, den ersten Positionsfehler während des vorgeschriebenen Intervalls, und einen Differenzfehler entsprechend der Verschiebung nach Verstreichen des vorgeschriebenen Zeitintervalles. Im Beispiel entsprechen sowohl der erste Positionsfehler und der Differenzfehler dem Positionsfehler, der im Zusammenhang mit den genannten Figuren beschrieben worden ist. Das erste digitale Signal ist das digitale Steuersignal 48.

909882/0684

Der Integrator 51 kann als zweite Signalerzeugerschaltung angesehen werden, die von dem Modensignal 47 und dem ersten digitalen Signal 4 8 angesteuert wird und ein zweites digitales Signal 52 produziert, das während des vorgeschriebenen Intervalls Null ist und nach Verstreichen des vorbestimmten Zeitintervall den Differenzfehler integriert, so daß dann das zweite digitale Signal 52 den integrierten Differenzfehler als zweiten Positionsfehler darstellt.

Nach Fig. 18 - 2 2 und 2,4-6 und 10, kann man davon ausgehen, daß die Positionsmodifikationsschaltung 181 sowohl als Teil der das Steuersignal erzeugenden Einheit oder der ersten Signalerzeugungsschaltung angesehen werden kann. Das modifizierte Positionssignal 182 entspräche dem Steuersignal oder dem ersten digitalen Signal. Alternativ hierzu kann man die Steuerschaltung 46 als erste Schalteinheit, die Teil der das Steuersignal erzeugenden Einheit ist, betrachten, die von dem Befehlssignal 37-38 und den Positionsimpulsen 6 2 oder 6 3 angesteuert wird, daraufhin die oben erwähnte Verschiebung berechnet und so ein Modensignal 47 und ein digitales Steuersignal 48 ableitet, das bis zum erwähnten Zeitpunkt eine Bezugswinkelgescheindigkeit, danach einen Positionsfehler, der der Verschiebung nach diesem Zeitpunkt entspricht, darstellt. Die Positionsmodifikationsschaltung 181 kann man auch als zweite Schalteinheit betrachten, die ebenfalls Teil der ersten Signalerzeugungsschaltunp ist und von dem Modensignal ¹17

909882/0684

und dem digitalen Steuersignal 48 angesteuert wird, um lediglich das digitale Steuersignal 4 8 als erstes digitales Signal 182, das die Bezugswinkelgeschwindigkeit darstellt, passieren zu lassen, wenn das Modensignal 47 den Betrieb in Geschwindigkeitssteuerungsmodus anzeigt, und um den Positionsfehler in einen ersten modifizierten Positionsfehler zu modifizieren während des vorgeschriebenen Intervalls, um somit ein erstes digitales Signal 182 zu schaffen, das den ersten modifizierten Positionsfehler darstellt, und um das digitale Steuersignal 48, das den zweiten modifizierten Positionsfehler darstellt, als erstes digitales Signal, das den Differenzfehler nach dem Verstreichen des vorbestimmten Intervalles darstellt, lediglich zu übertragen. Insbesondere bedeutet das, daß entweder ein Addierer 193 oder ein Speicher 196, der in der zweiten Schalteinrichtung 181 miteinbegriffen ist und von dem Modensignal und dem digitalen Steuersignal 48 angesteuert wird, das digitale Steuersignal 48, das die Bezugswinkelgeschwindigkeit und den Differenzfehler darstellt, lediglich überträgt, wenn das Modensignal 47 den Geschwindigkeitssteuerungsmodus anzeigt, und nach Verstreichen eines vorbestimmten Zeitintervalles; es erfolgt dann eine Modifizierung des Positionsfehlers in einen ersten modifizierten Positionsfehler während des vorgeschriebenen Intervalles durch Addition von Eins (Einheit) zu dem Positionsfehler, der einer ganzen Zahl oder 0 entspricht. Der Positionsfehler, der negativen ganzen Zahlen entspricht, wird so wie er dasteht belassen.

909882/0684

Es sind lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit einigen Modifikationen beschrieben worden. Für den Durchschnittsfachmann ergibt sich daraus jedoch, daß der Erfindungsgedanke auch noch in abgewandelter Form realisiert werden kann. Die Ausführungsbeispiele, die insbesondere im Vorhergehenden bezüglich einer Vorwärtsbewegung des Wagens eines Druckers beschrieben worden sind, sind natürlich auch für die Rückkehr des Wagens geeignet. Das bewegbare Element 2 5 kann das Schreibrad, ein Papiervorschubmechanismus oder eine Achse eines Motors als solche sein, Auch sind andere Anwendungen, wie sie in der oben erwähnten älteren Anmeldung beschrieben worden sind, ebenfalls auch mit dem Gegenstand der vorliegenden Anmeldung möglich. Man kann ferner die Positionsmodifikationsschaltung 181 so verändern, daß Eins (Einheit) zu den Null- und positiven Werten des Positionsfehlers lediglich während der Drehung des Motors 26 in positiver Drehrichtung addiert wird und daß Eins von den Null- und negativen Werten des Positionsfehlers subtrahiert wird, wenn der Motor 26 in negativer Drehrichtung rotiert.

- Ende der Beschreibung -

909882/0684

Claims

PAT Eh.¹ TAr J WÄLT E

DREISS & FUHLENDORF oqoooqc

_UWF „_Kr;lss SCHICKSTR. 2, D - 7OOO STUTTGART 1

[Jt jut Mipl Inc) . M Sc ' "^Y TF I071I) 245734

JÖRN I Ulli KNDOW S t J TG LIDEPAT

IJipl Inc) Vy>^ TX ΐ 22 247 udpa d

DREISS S FUHLENDORF. SCHK':KSTR 2 I) 70OO STUTTGART I /

Anmelder:

■ I i ρροπ i;i(>c t r ΐ c Cu . , !, td .

..!3-1, Shiba Gochorne
Minato-ku

T ο k y ο 10 8 / Japan

Λ m HAkIZ Ihr Zeichen Mein Zeichen Datum

CMf Scr Nc» Your Rfjf My «Rf Dato

. Ni -IGHU 7.6.19 79 D/T

Prioritäten: 1· Patentanmeldung 7OO7U/1978 v. 9.6.1978; Japan

2. Patentanmeldung 137495/1978 v.8.11.1978; Japan

3. Patentanmeldung 39168/1979 v. 30.3.1979; Japan

4. Patentanmeldung v. 20.4.1979; Japan

Titel: Digitales Servokontrollsystern

Patentansprüche

1.) Digitales Servokontrol !system zur Erzeugung eines Antriebssignals (39) für einen mit verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten und in verschiedenen Drehrichtungen antreibbaren Stellmotor (26) für ein bewegbares Element (25) bei Auftreten einen He fehl nr; i gnalr; (37, 3H), das die erwünschte Position (66) des bewegbaren Elementes anzeigt, und eines Paares von Positionsinkrementsignalen (34, 35), die mit einer die Drehrichtung angebenden Phasendifferenz für je ein bestimmtes Inkrement des Drehwinkels des Motors ■!■:'"

Θ09882/0684

Dresdner Bank Stuttgart 1919 854 (BLZ 600 800 00), Postscheckkonto Stuttgart 507 71-705 ~ Z~

treten, bei dem ein Fositionsimpulserzeugerschaltkreis (32) aus den Positionsinkrementsignalen (34, 35) Positionssignale (62, 63) ableitet, die die Veränderung der jeweiligen Position des bewegbaren Elementes darstellen, und bei der eine Steuerschaltung (46) vorgesehen ist, die aus den Positionssignalen (62, 63) und dem Befehlssignal (37, 3S) ein Steuersignal (48) ableitet, aus dem danach eine Treiberschaltung (59) das Antriebssignal (39) ableitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (46) aus dem Befehissignal (38) den Positionssignalen (62, 63) die Verschiebung der gegenwärtigen Position des bewegbaren Elementes (25) gegenüber der erwünschten Position berechnet und ein digitales Steuersignal (48) abgibt, das bis zu einem Zeitpunkt, in dem der Absolutwert der Verschiebung auf einen vorbestirnmten Wert reduziert ist, eine von mehreren Bezugswinkelgeschwindigkeiten ausgewählte Bezugswinkelgeschwindigkeit darstellt, und daß das digitale Steuersignal (48) während eines ersten bestimmten Zeitintervalles nach dem genannten Zeitpunkt einen ersten von der Verschiebung bestimmten Positionsfehler (81) darstellt, und daß das digitale Steuersignal (48) nach Ablauf eines zweiten bestimmten Intervaller; (82) nach dein genannten Zeitpunkt einen zweiten Positions fehler (85') darstellt, dessen Absolutwert bei Vorhandensein einer Verschiebung zunimmt, wobei das erste bestimmte Intervall nicht größer als das zweite bestimmte Intervall ist und das zweite Intervall so bestimmt ist, daß das bewegbare Element innerhalb desselben im wesentlichen die erwünschte Position einnimmt .

809882/0684

2. Digitales Servokontrollsystem. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (46) aus der aus dem Befehlssignal (37, 38) und den Positionsimpulsen (62, (> 3 ) berechneten Verschiebung ein Modensignal (»t 7) ableitet, das bis zu dem genannten Zeitpunkt einen ersten Wert annimmt, der einen Geschwindigkeitssteuerungsmodus darstellt, und nach dein genannten Zeitpunkt einen zweiten Wert annimmt, der einen Positionssteuerungsmodus darstellt, und daß das Modensignal (47) an einen Integrator (51) gelangt, dessen Ausgangssignal (52) vor dem genannten Zeitpunkt und wahrend des genannten ersten vorbestimmten Intervalles (52) gleich Null ist, und nach Verstreichen des genannten zweiten Intervalles (32) das integrierte Fehlersignal des zweiten Positionsfehlers darstellt und daß ferner das erstgenannte digitale Steuersignal (48) und das digitale Signal (52) am Ausgang des Integrators (51) in einer weiteren Schalteinheit (49) addiert werden, und aus dem Summensignal (53) das Antriebssignal (39) abgeleitet wird.

3. Digitales Servokontrollsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verschiebung eine Größe aufweist, die eine positive ganze Zahl, Null, oder eine negative ganze Zahl jeweils zu einem bestinmten Zeitpunkt ist, wobei aus der Verschiebung das die Verschiebung anzeigende Steuersignal ( 4 R) dadurch abgeleitet wird, daß dieser;, sofern es dort ersten Pos i f.ion:: f eli l.cr d.irst.ellt, gif ich der j cwi■ i 1. i <·,«.> n

909882/0684

Größe der Verschiebung ist, aus der zu diesem Zeitpunkt der Positionsfehler ermittelt wird.

^l\. Digitales Servokontrollsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Positionsmodifikationsschaltung (82) vorgesehen ist, der das Modensignal (47) zugeführt wird, die dieses unverändert als erstes digitales Steuersignal, das eine Bezugswinkelgeschwindigkeit darstellt, weiterleitet, wenn das Modensignal den genannten Geschwindigkeitssteuerungsmodus anzeigt, und die während des erstgenannten vorbestimmten Intervalles (187) den Positionsfehler in einen ersten modifizierten Positionsfehler umwandelt und diesen als digitales Steuersignal weiterleitet, und die nach Verstreichen des zweiten vorbestimmten Intervalles (82) den Positionsfehler als erstes digitales Steuersignal, das den Differenzfehler darstellt, weiterleitet.

5. Digitales Servokontrollsystem nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß die Modifizierung darin besteht, da*ß zu dem Wert des Positionsfehlers während den ersten vorbestimmten Intervalles (187) eins hinzugezählt wird, sofern der Wert des Positionsfehlers positiv ist, und der Positionsfehler, sofern er negativ ist, unverändert belassen wird.

909882/0684

G. Digitales Servokontrollsystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung des Antriebssignals (39) eine Pulsbreitenmodulationsschaltung (55) vorgesehen ist, die aus einem ihr zugeführten Signal (53), dessen Höhe sich verändert, ein entsprechend pulsbreitenmoduliertes Signal (56, 57) ableitet, das der Treiberschaltung (59) zur Umsetzung in das Antriebssignal zugeführt wird.

7. Digitales Servokontrollsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Geschwindigkeit'sdetektor (G4) vorgesehen ist, eier aus den Positionsimpulsen (62, G3) ein Geschwindigkeitssignal (65) ableitet, das die veränderbare Winkelgeschwindigkeit des Motors (26) darstellt, das an eine weitere Schalteinheit (49) geleitet wird, die daraus und aus dem digitalen Steuersignal (48) ein für die Ableitung des Antriebssignals (39) maßgebendes Signal (53) ableitet.

- Ende der Ansprüche -

909882/0684