DE3204943A1 - Steuersystem fuer einen hin- und herbewegenden motor - Google Patents
Steuersystem fuer einen hin- und herbewegenden motorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für einen hin- und herbewegenden Motor, und betrifft insbesondere ein Steuersystem
für einen Motor, der verwendet wird, um für eine wiederholte Hin- und Herbewegung einen Wagen eines Kopiergeräts,
welcher eine Lampe, Spiegel usw. trägt, einen Abtastkopf eines Faksimilegeräts, einen Aufzeichnungskopf
eines Druckers oder ein ähnliches bewegbares Teil anzutreiben.
Beim Steuern eines Motors der vorbeschriebenen Art sollte de-T Motor so schnell wie möglich nach einem Beginn seiner
Bewegung auf eine konstante Geschwindigkeit kommen. Ein bisher bekanntes Motorantrieb-Steuersystem ist entsprechend
ausgelegt, um mit Hilfe einer phasenstarren Schaltung oder
einer PLL-Schaltung eine konstante Geschwindigkeitssteu-20
erung durchzuführen. Ein phasenstarres Steuersystem weist üblicherweise einen mit einem Motor verbundenen, kodierten
Drehgeber bzw. rotierenden Kodierer, ein Schleifenfilter und eine Motoransteuerschaltung auf, welche wiederum
einen Servoverstärker hat. Bei einem solchen Steuersystem 25
benötigt der Motor jedoch eine beträchtliche Zeitspanne, um von einem Stillstand oder von einer Drehrichtungsumkehr
einen konstanten Geschwindigkeitssteuerbetrieb zu erlangen. Dies beruht auf der Tatsache, daß infolge des Vorhandenseins
des Schleifenfilters ein der Zeitkonstante des Schleifenfilters entsprechender Zeitabschnitt erforderlich ist,
bevor der Motor eine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit ausführt. Üblicherweise wurde dieser Nachteil dadurch
überwunden, daß eine Spannung mit einem vorgegebenen Pe-„P-gel
bei Beginn des Motorbetriebs als Anregungssignal an die Motoransteuerschaltung angelegt wird, wobei sich während
dieses Zeitabschnitts das Schleifen- oder Schaltungs-
filter lädt, so daß seine Ausgangsspannung für eine konstante Geschwindigkeitssteuerung einen eine konstante Geschwindigkeit
anzeigenden Pegel erreicht (wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 54-35312/1979 beschrieben
ist). Wenn der Motor bis auf die vorbestimmte Geschwindigkeit
beschleunigt ist oder wenn eine vorbestimmte Erregungszeit vom Start des Motors an verstrichen ist,
wird das Schleifenfilter entladen, um die Motoransteuerschaltung zum Schalten mit dessen Ausgangsspannung zu versorgen.
Diese Ausführungsform des herkömmlichen Steuersystems hat den Vorteil, daß der Zeitabschnitt, welchen der
Motor benötigt, um eine vorbestimmte Geschwindigkeit zu erreichen, kurz ist, daß der Motor ohne irgendein nennenswertes
Pendeln der Drehzahl auf den Steuerbetrieb mit konstanter Drehzahl übergeht, und daß die Aufbauzeit, die der
Motor benötigt, um nach einem Start auf einen Betrieb mit konstanter Drehzahl zu kommen, kurz ist.
Bei dem vorbeschriebenen, herkömmlichen Steuersystem kann jedoch ein komplizierter Aufbau nicht vermieden werden.
Wenn beispielsweise eine Anzahl Motorgeschwindigkeiten genau festgelegt werden kann, d.h. wenn Impulse, die synchron
zu der tatsächlichen Drehzahl eines Motors sind, mit Bezugsimpulsen zu vergleichen sind, deren Periode einer
ganz bestimmten Motorgeschwindigkeit entspricht, muß die Spannung an dem Schleifenfilter einen Pegel erreichen,
welcher der genau festgelegten Motorgeschwindigkeit entspricht, bevor der Motor auf einen Steuerbetrieb mit konstanter
Geschwindigkeit übergeht. Das Steuersystem be- ou nötigt folglich Schaltungen zum Einstellen der Ausgangsspannung,
deren Anzahl gleich einer bestimmbaren Anzahl von Stufen der Motorgeschwindigkeit ist und die in dem
Schleifenfilterabschnitt oder dem Eingangsabschnitt oder
zwischen dem Schleifenfilter und der Motoransteuerschal-
tung vorgesehen sind, und benötigt ferner eine Wählschaltung, um jeweils eine der Schaltungen zum Einstellen der
Ausgangsspannung auszuwählen.
O Λ
ν-
Da jedoch die Reibungskräfte in einem von dem Motor angetriebenen
Abtastmechanismus verhältnismäßig groß sind (und/ oder die Schleifenverstärkung verhältnismäßig klein ist)
muß der Motor ein großes Drehmoment ausüben. Wenn eine An-5 Ordnung so ausgelegt ist, daß ein Strom, der größer als ein
bestimmter Wert ist, bei einem Steuerbetrieb mit konstanter Geschwindigkeit an den Motor angelegt werden kann, wird die
Phasendifferenz bei einem Wert stabilisiert, der den Reibungskräften
entspricht, während die Ausgangsspannung des Schleifenfilters auf der Motorbeschleunigungsseite bezüglich
des Nullpegels auf einen vorgegebenen Pegel kommt. Eine Schwierigkeit ergibt sich jedoch dadurch, daß der Motor
bei einer Verschiebung des Startbetriebs auf einen Steuerbetrieb mit konstanter Drehzahl vorübergehend verzögert
und dann wieder beschleunigt wird, bis der Ausgang des Schleifenfilters den vorgegebenen Pegel auf der Motorbeschleunigungsseite
erreicht, was dann zu einer vorübergehenden Schwankung des Motors und folglich des Abtastmechanismus
führt.
Die Erfindung soll daher ein Steuersystem für einen hin- und herbewegenden Motor schaffen, welches ohne Rücksicht
auf eine festgelegte Geschwindigkeit von selbst schnell und stetig von einem Startbetrieb auf einen Steuerbetrieb
25 mit konstanter Geschwindigkeit verschoben werden kann.
Ferner soll gemäß der Erfindung eine Servoverstärkerschaltung geschaffen werden, welche eine Motoransteuerschaltung
aufweist. Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Steuersystem für einen hin- und herbewegenden Motor durch die
Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Steuer-
system für einen hin- und herbewegenden Antriebsmotor ein Schleifenfilter und einen Phasenvergleicher auf, welcher
eine Phasendifferenz zwischen Bezugsimpulsen mit. einer einer
genau festgelegten Geschwindigkeit entsprechenden Periode
und Impulsen unterscheidet, die synchron zu der tatsächlichen Drehzahl eines Motors sind, und welcher, wenn eine
Phasendifferenz besteht, in Abhängigkeit von der Phasennacheilung/-voreilung
Impulse mit jeweils einem vorbestimmten Pegel erzeugt. Zwischen dem Schleifenfilter und dem Phasenvergleicher
ist eine Ladungspump-schaltung angeordnet, welche eine Spannung mit einem Nullpegel, wenn die Phasendifferenz
null ist, eine positive (negative) Spannung, wenn die Phase voreilt, und eine negative(positive) Spannung
erzeugt, wenn die Phase nacheilt. Die Ausgangsspannung des
Schleifenfilters wird mit Hilfe von Schalteinrichtungen auf
dem Nullpegel gehalten, bis der Motor auf einen Steuerbetrieb mit konstanter Geschwindigkeit übergeht. Wenn bei
einem Steuerbetrieb mit konstanter Geschwindigkeit die Phasendifferenz null ist (wenn sich der Motor mit einer genau
festgelegten Drehzahl dreht) werden die Ausgangsspannung der Ladungspumpschaltung und die des Schleifenfilters unabhängig
von der festgelegten Geschwindigkeit null gemacht; wenn sich die Arbeitsweise von einem Startbetrieb zu einem
Steuerbetrieb mit konstanter Geschwindigkeit verschiebt, wird die Ausgangsspannung des Schleifenfilters unabhängig
von der festgelegten Geschwindigkeit auf einen Nullpegel gebracht. Ferner weist das Steuersystem Ausgleichsspannungen
anlegende Einrichtungen auf, welche bei einem Steuerbetrieb mit konstanter Geschwindigkeit den Motor mit einem
Strom versorgen, der groß genug ist, um Reibungskräfte in
einem von dem Motor angetriebenen System zu überwinden. Durch die Erfindung ist somit ein insgesamt verbessertes
^O Steuersystem für einen hin- und herbewegenden Antriebsmotor
geschaffen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die anliegenden
Ο [T .
nungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Steuersystems mit einem hin- und herbewegenden Antriebsmotor gemäß der
Erfindung;
Fig. 2 eine ins einzelne gehende Schaltung eines Teils des in Fig. 1 dargestellten Steuersystems;
Fig. 3 ein Zeitdiagramm, das Eingänge und Ausgänge eines Phasenvergleichers und einer Ladungspumpschaltung
zeigt;
Fig. 4 eine Ausführungsform einer schaltenden Servoverstärkerschaltung,
die in dem Steuersystem der Fig. 1 vorgesehen ist;
Fig. 5 eine Ausführungsform eines ebenfalls in dem
Steuersystem der Fig. 1 vorgesehenen monostabilen Mulitvibrators;
20 Fig. 6 eine Kurve, in welcher eine Arbeitsweise des Steuersystems wiedergegeben ist;
Fig. 7 eine'verbesserte Ausführungsform der in Fig. 4
dargestellten Servoverstärkerschaltung; 25
Fig. 8 eine Brückenschaltung von vier Schaltanordnungen die bei einer Servoverstärkerschaltung mit einer
Stromquellenbrücke verwendet sind, welche bei dem Steuersystem der Fig. 1 verwendbar ist;
30
Fig. 9(a) bis 9(d) Wellenformen zur Erläuterung der Nacheilung
bei den Ein-Ausschaltvorgängen der Schaltanordnungen in Fig. 8;
Fig. 10 eine herkömmliche Verstärkerschaltung mit einer Stromquellenbrücke;
/T-
* Fig. 11(a) bis 11(g) Signalformen, welche die Arbeitsweise
einer Schaltung wiedergeben, die der herkömmlichen Servoverstärkerschaltung mit einer Stromquellenbrücke
zugeordnet sind, um einen Kurz-
5 schlußbetrieb zu verhindern;
Fig. 12 eine Verbesserung der Servoverstärkerschaltung der Fig. 10;
Fig. 13 eine Ausführungsform einer in der Schaltung der
Fig. 12 vorgesehenen Verzögerungsschaltung;
Fig. 14(a) bis 14(d) Signalwellenformen zur Erläuterung
der Arbeitsweise einer der Schaltung der Fig. · 12 zugeordneten Schaltung, um einen Kurzschluß
zu verhindern und
Fig. 15 eine Ausführungsform einer Schaltung, um eine
vorbestimmte Vorspannung zu einem Steuersignal zu addieren.
In Fig. 1 steuert ein Steuersystem einen Motor 10, der
beispielsweise zum Hin- und Herbewegen eines Wagens eines Kopiergeräts verwendet wird, welcher üblicherweise eine
Lampe und Spiegel trägt. Der Wagen hat bezüglich seiner Vorwärtsrichtung oder bezüglich des Abtasthubes eine Ausgangsstellung
vor einem Belichtungsbereich. Wie im einzelnen noch beschrieben wird, ist ein Photofühler einer Fühleinheit
in der Ausgangsstellung angeordnet. Der Wagen wird durch den Motor 10 für einen Vorwärtshub zu dem Belichtungsbereich angetrieben, der bei dessen Ausgangsstellung beginnt,
wobei während dieses Zeitabschnitts ein mit dem Motor 10 verbundener, rotierender Kodierer 12 Impulse A erzeugt.
Diese Ausgangsi'mpulse A des Kodierers 12 oder genaugenommen Ausgangsimpulse S eines Multiplexers 14 werden
nacheinander von einer Steuereinheit 16 gezählt. Wenn die
Vorwärtsbewegung eine vorbestinunte Weite oder einen entspre-
O I* <· w » w -
chenden Hub erreicht, wird der Wagen für einen Rückwärtsoder Rückkehrhub über die Ausgangsstellung hinaus angetrieben.
Während einer derartigen Hin- und Herbewegung des Wagens öffnet und schließt die Steuereinheit 16 selektiv
Schalter SWA', SWA, SWB, SWC, und SWD (siehe Fig. 2 für den Schalter SWD), wodurch die Ausgangspolarität eines
Verstärkers 18 geschaltet wird, welcher wahlweise in invertierendem und nichtinvertierendem Betrieb betreibbar
ist.
Das Steuersystem weist eine phasenstarre Schleife oder eine PLL-Rückkopplungssteuerschaltung auf, welche aus
einer eine genau festgelegte Geschwindigkeit haltenden und Bezugsimpulse erzeugenden Einrichtung, die einen ImpuiLsoszillator,
einen Zähler 22, ein Ausgangsverknüpfungsglied 24, ein Register 26 und einen Dekodierer 28 aufweist,
einer Schaltanordnung aus einem Phasenvergleicher 30, aus einer Ladungspumpschaltung 32, einem Schleifenfilter
34 sowie Schaltern SWA", SWA bis SWC, einem Servoverstärker 3 6 und dem rotierenden Kodierer 12 gebildet
ist. Das Steuersystem weist auch eine analoge Rückkopplungssteuereinheit, die aus einer eine genau festgelegte
Geschwindigkeit haltenden und einen analogen Sollwert erzeugenden Schaltung besteht, die durch den Verstärker 18,
einen Digital-Analog-Umsetzer 38 und ein Register 4 0 gebildet ist, eine digital verarbeitende, analoge Rückkopplungsschaltung,
die durch einen Frequenzteilerzähler 42, einen Multiplexer 14, einen Frequenz-Spannungs-Umsetzer
und einen invertierenden/nichtinvertierenden Verstärker
46 gebildet ist, einen Differenzverstärker 48 und eine
Phasenausgleichsschaltung 50 auf. Diese PLL-Rückkopplungssteuerschaltung
und die analoge Rückkopplungssteuerschaltung werden wahlweise durch die Schaltanordnung SWA1, SWA
bis SWC mit dem Servoverstärker 36 verbunden. Das Steue'rsystem weist ferner eine Ausgangsstellungsantrieb-Steuerschaltung
auf, welche aus einer eine Ausgangsstellung feststellenden Einheit 52 mit dem Photofühler und einer Phasen-
ausgleichsschaltung 54 gebildet ist. Die Ausgangsstellungsantrieb-Steuerschaltung
wird ebenfalls wahlweise über die Schaltanordnung mit dem Servoverstärker 3 6 verbunden, so
daß der Motor 10 betätigt wird, um den Wagen aus einer Rückkehrstellung in die Ausgangsstellung zu verschieben.
In der PLL-Rückkopplungssteuerschaltung hält das Register
26 Daten, welche eine Geschwindigkeit festlegen. Der Dekodierer 28 formt die Ausgangsdaten des Registers 26 in ein
Zählausgang-Auswählsignal um, welches an das Ausgangsverknüpfungsglied 24 angelegt wird. Der Zähler 22 zählt Ausgangsimpulse
des Impulsoszillators 20 (Impulse C), um an seinem Ausgangsanschluß "0" eine.Impulsfolge zu erzeugen,
deren Dauer die Hälfte der Dauer der Impulse C und deren Tastverhältnis 50%, an seinem Ausgangsanschluß "1" eine
Impulsfolge, deren Dauer das Vierfache der Dauer der Impulse C ist, und an seinem Ausgangsanschluß "2" eine Impulsfolge,
deren Dauer das Achtfache der Dauer der Impulse C ist; d.h. an seinem Ausgangsanschluß "i" erzeugt er eine
Impulsfolge, deren Dauer das "21 "fache der Dauer der Impulse C ist. Das Ausgangsverknüpfungsglied 24 versorgt den
Phasenvergleicher 30 mit Impulsen, die an einem der Ausgangsanschlüsse des Zählers 22 anliegen, der durch einen
ausgewählten Ausgang des Dekodierers 28 festgelegt ist, wobei die Impulse als Geschwindigkeitsbezugsimpulse R dienen.
Andererseits kann der Zähler 22 ein voreinstellbarer Dekrementzähler sein, welcher so angeordnet ist, daß er
ein Fremsignal (borrow) an einem voreingestellten Anschluß und einen Ausgang des Registers 26 an einem voreingestellten
Eingangsanschluß erhält. Bei dieser Anordnung können das Verknüpfungsglied 24 und der Dekodierer 28 entfallen.
An den Phasenvergleicher 30 werden auch Ausgangsimpulse A des rotierenden Kodierers 22 als Impulse V angelegt, welche
synchron mit der Drehbewegung des Motors 10 sind. Einzelheiten des Phasenvergleichers 30, der Ladungspumpenschaltung
32 und des Schleifenfilters 34 sind in Fig. 2 dargestellt, "-■■_" _ g _
während die Ein- und Ausgänge des Vergleichers 30 und der Ladungspumpschaltung 32 in Fig. 3 dargestellt sind. Wie aus
Fig. 3 zu ersehen, erzeugt, wenn die Phase der Impulse V, die synchron mit der Motordrehbewegung sind, bezüglich der
Phase der Bezugsimpulse R verzögert, der Phasenvergleicher 30 einen Impuls U mit niedrigem Pegel, dessen Dauer gleich
einem ganz bestimmten Voreilwert ist.. Die Ladungspumpschaltung 32 ist entsprechend ausgelegt, um eine konstante
Spannung -V mit !negativem Pegel, solange der Impuls U einen niedrigen Pegel hat, eine konstante Pegel +V mit
CC
positivem Pegel, solange der Impuls D einen niedrigen Pegel hat, und eine Spannung mit einem Pegel null zu erzeugen,
solange die beiden Impulse U und D einen hohen Pegel haben. Anders ausgedrückt, der Ausgang der Ladungspump-
15 schaltung 32 hat im Falle einer Phasenabweichung von
null einen Pegel null, wird aber im Falle einer Phasenabweichung in der Nacheil- oder Voreilrichtung positiv
oder negativ. Das Schleifenfilter 34 integriert eine Ausgangsspannung
der Ladungspumpschaltung 32; die intergrierte Spannung bleibt auf einem Pegel null, während ein Schalter
SWD, welcher ein zusätzliches Element zur praktischen Ausführung der Erfindung ist, geschlossen ist. Solange der
Schalter SWD offen ist, wird eine Spannung LP, die durch Integrieren eines Ausgangs CP der Ladungspumpschaltung
32 gegeben ist, von dem Schleifenfilter 34 aus dem Schalter
SWA zugeführt. Diese Ausgangsspannung LP wird an den Servoverstärker 36 angekoppelt, wenn der Schalter SWA geschlossen
ist. Bei einem Steuerbetrieb mit konstanter Spannung schließt, wie noch beschrieben wird, die Steuereinrichtung
16 die Schalter SWA1, SWA,SWC, so daß der Servoverstärker
36 mit drei verschiedenen Spannungen versorgt wird, die einander überlagert oder zueinander addiert sind: nämlich
einer Spannung Ef, die eine Vorspannung anzeigt, um ein Drehmoment zu erzeugen, das groß genug ist, um Reibungskräfte
zu überwinden, eine PLL-Steuerspannung LP und eine analoge Rückkopplungssteuerspannung oder ein Fehlersignal
EROR. Folglich erhöht der Ausgang LP des Schleifenfilters
- 10 -
34 den Motorstrom, wenn die Impulse V in der Phase bezüglich der Bezugsimpulse R nacheilen, verringert ihn, wenn
die Impulse V voreilen, und hält sie auf demselben Pegel, wenn die Impulse V mit den Impulsen R genau in Phase sind.
5
Die analoge Rückkopplungssteuerschaltung hat den folgenden Aufbau. In dieser Ausführungsform wird der Wagen nur von
der analogen Rückkopplungssteuerschaltung für einen Rückkehrhub mit hoher Geschwindigkeit angetrieben. Der rotierende
Kodierer 12 erzeugt Impulse A und B, die synchron zu der Drehbewegung des Motors 10 und umÜt^/I zueinander in
der Phase verschoben sind. Diese Impulse A und B werden an eine Unterscheidungsschaltung 56 angelegt, welche die
Drehrichtung des Motors anhand einer Phasendifferenz zwisehen
den Impulsen A und B unterscheidet. Der Richtungsdiskriminator 56 erzeugt ein Richtungssignal CW/CLW, welches
logisch "0" ist oder einen niedrigen Pegel hat, wenn sich der Motor 10 in Vorwärtsrichtung oder im Uhrzeigersinn
dreht, aber eine logische "1" oder hoch ist, wenn er sich in umgekehrter Richtung oder entgegen dem Uhrzeigersinn
dreht. Das Richtungssignal CW/CLW wird zu dem Verstärker 46 und der Steuereinheit 16 durchgelassen. Vor
einem Vorwärts- oder Abtasthub des Wagens hält die Steuereinheit 16 die Geschwindigkeit festlegende Daten in dem
^° Register 26 und 40, konditioniert den Verstärker 18 für
einen positiven Ausgang und befiehlt dem Multiplexer 14, die Impulse A zu erzeugen. Bei einer Vorwärtsdrehung des
Motors 10 gibt der Richtungsdiskriminator 56 an den Verstärker
4 6 ein Signal CW/CLW mit niedrigem Pegel ab, um
30
dadurch einen Schalter SWE zu öffnen. Als Ergebnis wird dann eine analoge Spannung oder ein (positives) Sollgeschwindigkeitssignal,
das den die Geschwindigkeit festlegenden Daten entspricht, von dem Verstärker 18 an den
positiven Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 48
35
angelegt; eine von exner Frequenz in eine Spannung umgewandelte
Spannung oder ein Geschwindigkeitsrückkopplungssignal, das durch denFrequenz-Spannungsumsetzer 44 aus
- 11 -
-TT-
den Impulsen A geschaffen ist, wird mit positiver Polarität von dem Verstärker 4 6 an den negativen Eingangsanschluß
des Differenzverstärkers 48 angelegt; ein Signal, das eine Differenz zwischen dem Sollgeschwindigkeitssignal und dem
Geschwindigkeitsrückkopplungssignal anzeigt, wird von dem Differenzverstärker 48 an den Phasenausgleicher 50 als
ein Fehlersignal ERROR angelegt. Dieser Phasenausgleicher 50 weist eine bekannte Beschleunigungs-Verzögerungsschal-'
tung auf, welche ein Überschwingen des Wagens in dessen Aufbaustufe unterdrückt. Der Phasenausgleicher 50 legt eine
zusammengesetzte Steuerspannung aus einem Fehlersignal ERROR und einer überschwingausgleichskomponente über den
Schalter SWC an den Servoverstärker 36 an. Die Steuereinheit 16 wird vorher mit Daten versorgt, die eine ganz bestfimmte
Abtastbreite anzeigen, um eine Stellung festzulegen, in welcher ein Vorwärtshub des Wagens gestoppt und
durch einen Rückkehrhub ersetzt werden soll.
Hierzu ersetzt die Steuereinheit 16 die Daten in dem Register 4 0 zu vorbestimmten Zeitpunkten durch allmählich abnehmende
Daten, bevor der Wagen die Stoppstellung erreicht; und zwar wird dies durch Zählen der Impulse A erreicht,
wobei von der Ausgangsstellung an begonnen wird und die Zählergebnisse werden dazu verwendet, die Zeitpunkte festzulegen.
Der Wagen wird folglich, wenn er die Stoppstellung erreicht, stark verzögert. Wenn der Zählstand der
Impulse A mit der Zahl übereinstimmt, welche der festgelegten Abtastbreite entspricht, konditioniert die Steuereinheit
16 den Verstärker 18 für einen negativen Ausgang ou (führt einen hohen Pegel oder einen logischen Ausgang "1"
zu), gibt ein logisches Steuersignal "1" an den Multiplexer 14 ab, um einen frequenzgeteilten Zählimpuls-Ausgangsbetrieb
zu bewirken, und hält Rückführgeschwindigkeitsdaten in dem Register 40. Der Strom fließt nunmehr in der entgegengesetzten
Richtung durch den Motor 10, wodurch dieser (10) in umgekehrter Richtung angetrieben wird. Dann wird
das Äusgangssignal CW/CLW des Richtungsdiskriminators 56
- 12 -
logisch "1", wodurch der Schalter SWE des Verstärkers geschlossen wird, um einen negativen Ausgang zu erzeugen.
Bei einem solchen Rückkehrhub wird die frequenzgeteilte
Ausführung der Impulse A (der Ausgang des Zählers 42) dem Frequenz-Spannungs-Umsetzer 44 zugeführt, so daß, vorausgesetzt,
daß das Sollgeschwindigkeitssignal denselben Pegel hat wie das für den vorherigen Vorwärtshub, die Rückkehrgeschwindigkeit
das "n"-fache der Vorwärtsgeschwindigkeit (wobei η die Dauer bzw. Periode von Ausgangsimpulsen
des Frequenzteilerszählers 42 geteilt durch die Dauer bzw. Periode der Impulse A ist). Die Rückkehrgeschwindigkeit
kann natürlich durch die Daten festgelegt werden, die in dem Register 40 während eines Rückkehrhubs gehalten sind.
Da auf jeden Fall die Rückführgeschwindigkeit höher ist a Xs die Abtastgeschwindigkeit, ist es für die Steuereinheit
16 schwierig, die Impulse A zu zählen und im Verlauf eines Rückkehrhubs eine Zeitsteuerung aufgrund des Zählergebnisses
der Impulse A durchzuführen. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, zählt beim Rückkehrhub die Steuereinheit
16 frequengeteilte Impulse und steuert die Zeitsteuervorgänge
aufgrund dieses Zählergebnisses. Im einzelnen erhält die Steuereinheit 16 eine Rückführbreite aus einer Abtastbreite,
um eine Endrückkehrstellung vorbei an der Ausgangsstellung
einzustellen und ersetzt die Daten in dem Re-
25 gister 40 durch allmählich abnehmende Daten.
Nunmehr werden die Steuervorgänge für einen Abtast- und einen Rückkeh.rhub des Wagens beschrieben., wobei hauptsächlich
die Arbeitsweise der Steuereinheit 16 erfaßt
wird. Verschiedene Steuerzeitpunkte sind in Tabelle 1 aufgeführt.
- 13 -
ω
ο
ο
to O
CJl
CJi
Netz an | Abtasthub | Aufbau | konstante Geschwin digkeit |
Stop | Rückkehrhub | Stop | Bereit | Abtasthub | konstante Geschwin digkeit |
geschlos sen |
I | |
SWA1 ' | offen | offen (ge schlossen |
geschlos sen |
offen | offen | schaft | Aufbau | geschlos sen) ο tfe*i |
geschlos sen |
ι Oe | ||
SWA | offen | offen | geschlos sen |
offen | offen | offen | offen | offen | offen | |||
SWB | geschlos sen |
offen | offen | offen | offen | offen | offen | offen | geschlos sen |
C ««4 *« e • s « ** |
||
SWC | offen | geschlos sen |
geschlos sen |
geschlos sen |
offen | geschlos sen |
geschlos sen |
geschlos sen |
offen | e | ||
SWD | geschlos sen |
geschlos sen |
offen sen |
geschlos sen |
geschlos sen |
geschlos sen |
offen | geschlos sen |
Impuls A | eft* t « <r t |
||
14 AUSGANG | Impuls A | Impuls A | Impuls A | geschlos sen |
@AUSGANC | geschlos sen |
Impuls A | + | ||||
18 AUSGANG | + | + | + | @AUSGANG | — | + | ||||||
- | ||||||||||||
Startsignal
Startsignal
CJ
κι:
1 4 I
CO CO
-ut-
Wenn die Energiequelle angeschaltet wird, schließt die
Steuereinheit 16 die Schalter SWB und SWD, während sie die übrigen Schalter öffnet. An den Servoverstärker 36 wird
folglich nur der Ausgang des Phasenausgleichers 54 angelegt, welcher genauso ausgelegt ist wie der Phasenvergleicher 50. Der Phasenvergleicher 54 erzeugt einen Ausgang, welcher einen vorbestimmten positiven Pegel hat,
solange der Photofühler des Stellungsdetektors 52 den
Wagen nicht feststellt, fällt aber bei Feststellen des
folglich nur der Ausgang des Phasenausgleichers 54 angelegt, welcher genauso ausgelegt ist wie der Phasenvergleicher 50. Der Phasenvergleicher 54 erzeugt einen Ausgang, welcher einen vorbestimmten positiven Pegel hat,
solange der Photofühler des Stellungsdetektors 52 den
Wagen nicht feststellt, fällt aber bei Feststellen des
Wagens auf den Pegel null ab. Wenn somit der Wagen aus
der Ausgangsstellung in der Rückführrichtung verschoben
wird, wird der Motor 10 vorwärts angetrieben, bis der
Wagen wieder die Ausgangsstellung erreicht. Wenn der Wagen aus der Ausgangsstellung in der Abtastrichtung verschoben wird, wird der Motor 10 vorwärts angetrieben, so daß der Wagen in der Abtastrichtung bewegt wird, um einen (nicht dargestellten) End- bzw. Grenzwertschalter in der Nähe der Grenzwertstellung zu schließen. Entsprechend diesem Vorgang konditioniert die Steuereinheit 16 die verschiedenen Schalter für einen Rückführbetrieb, welcher in Tabelle 1 wiedergegeben und später beschrieben wird. Bei dem Rückführbetrieb wird die Bewegung des Wagens in einer Stellung gestoppt, die etwas über die Ausgangsstellung hinaus geht, worauf dann die Betriebsweise auf einen Bereitschaftsbetrieb geschaltet wird, wenn die Energiequelle angeschaltet worden ist. Bei dem Bereitschaftsbetrieb wird der Motor 10 durch einen Ausgang des Phasenvergleichers 54 vorwärts angetrieben, um den Wagen in der Ausgangsstellung
anzuordnen. Mit Hilfe eines Mikrocomputers LSI u.a. hält die Steuereinheit 16 entsprechend einem Startsignal Geschwindigkeitsanzeigedaten und die Abtastbreite anzeigende Daten,die von außen zugeführt worden sind, lädt die Geschwindigkeitsdaten in die Register 40 und 46, transformiert die die Abtastbreite anzeigenden Daten in einen Ab-
der Ausgangsstellung in der Rückführrichtung verschoben
wird, wird der Motor 10 vorwärts angetrieben, bis der
Wagen wieder die Ausgangsstellung erreicht. Wenn der Wagen aus der Ausgangsstellung in der Abtastrichtung verschoben wird, wird der Motor 10 vorwärts angetrieben, so daß der Wagen in der Abtastrichtung bewegt wird, um einen (nicht dargestellten) End- bzw. Grenzwertschalter in der Nähe der Grenzwertstellung zu schließen. Entsprechend diesem Vorgang konditioniert die Steuereinheit 16 die verschiedenen Schalter für einen Rückführbetrieb, welcher in Tabelle 1 wiedergegeben und später beschrieben wird. Bei dem Rückführbetrieb wird die Bewegung des Wagens in einer Stellung gestoppt, die etwas über die Ausgangsstellung hinaus geht, worauf dann die Betriebsweise auf einen Bereitschaftsbetrieb geschaltet wird, wenn die Energiequelle angeschaltet worden ist. Bei dem Bereitschaftsbetrieb wird der Motor 10 durch einen Ausgang des Phasenvergleichers 54 vorwärts angetrieben, um den Wagen in der Ausgangsstellung
anzuordnen. Mit Hilfe eines Mikrocomputers LSI u.a. hält die Steuereinheit 16 entsprechend einem Startsignal Geschwindigkeitsanzeigedaten und die Abtastbreite anzeigende Daten,die von außen zugeführt worden sind, lädt die Geschwindigkeitsdaten in die Register 40 und 46, transformiert die die Abtastbreite anzeigenden Daten in einen Ab-
tastbreiten-Zählwert (den Zählwert der Impulse A), stellt
die Schalter in den in Tabelle 1 dargestellten Abtasthub-Aufbaubetrieb und beginnt Ausgangsimpulse des Multiplexers
15 -
14 zu zählen. In der Aufbaustufe eines Abtasthubs wird an den Servoverstärker 36 ein zusammengesetztes Signal aus
einem Ausgang des Differenzverstärkers 48 und einer Phasenausgleichskomponente
angelegt, wodurch der Motor 10 einer analogen Rückkopplungsgeschwindigkeitssteuerung unterzogen
wird, wodurch ein Uberschwingen unterdrückt ist. Der Schalter SWD des Schleifenfilters 34 wird geschlossen, indem der
integrierte Ausgang des Schleifenfilters 34 auf den Pegel
null eingestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt kann dann der Schalter SWA1 geschlossen werden, um dem Motor einen vorbestimmten
Strom zuzuführen, der groß genug ist, um Reibungskräfte zu überwinden. Wenn die Ausgangsimpulse des Multiplexers
14 (die Impulse A) einen vorbestimmten Zählwert erreichen, ändert die Steuereinheit 16 die Stellungen der
1^ Schalter auf einen Konstantgeschwindigkeit-Steuerbetrieb.
In diesem Steuerbetrieb wird der Schalter SWD des Schleifenfilters 34 geöffnet, so daß an den Servomotor das kombinierte
PLL-Steuersignal LP, das Reibungsausgleichssignal Ef und ein analoges Rückkopplungs-Fehlersignal ERROR angelegt
wird. Während dieser Betriebsweise ist die tatsächliche Motorgeschwindigkeit im wesentlichen gleich der Sollgeschwindigkeit,
und folglich ist der Pegel des analogen Rückkopplungsfehlersignals niedrig, d.h. das PLL-Steuersignal
LP hat ein Übergewicht, welches eine feine Geschwindigkeitssteuerung durch Anpassen der Phase der Impulse
A(V) an die Bezugsimpulse R ermöglicht. Da der integrierte Ausgang des Schleifenfilters 34 zum Zeitpunkt einer
Phasenübereinstimmung durch den Schalter SWD auf den Pegel
null eingestellt worden ist, und da die tatsächliche Mo-30
torgeschwindigkeit während der Aufbausteuerung an die Sollgeschwindigkeit
angenähert ist, kann die Phase gesperrt bzw. synchronisiert werden, wodurch die Istgeschwindigkeit
genau auf der Sollgeschwindigkeit stabilisiert ist.
Wenn der Wert, der den Abtastbreitendaten entspricht, durch
den Zählwert der Impulse erreicht ist, konditioniert die Steuereinheit 16 die verschiedenen Schalter für einen in
- 16 -
-Ve-
Tabelle 1 dargestellten Abtasthubstopp und ersetzt zeitlich gesteuert durch den sich ändernden Zählwert der Impulse A
nacheinander die Daten in dem Register 4 0 durch kleinere (Abtasthub-Stoppbetrieb). Als nächstes ändert die Steuereinheit
16 die Stellungen der Schalter auf einen Rückführbetrieb der Tabelle 1, lädt das Register 4 0 wieder mit
den Daten, die beim Start des vorherigen Abtasthubs geladen worden sind, und zählt die Ausgangsimpulse des Multiplexers
14 (die Ausgangsimpulse des Zählers 4 2), welche eine Rückführbreite
genau festlegen, welche 1/n + α der Abtastbreite ist, wobei α einer Breite entspricht, welche sich der Wagen
über die Ausgangsstellung hinaus bewegt (die aus den Ausgangsimpulsen des Zählers 4 2 berechnet worden ist). Wenn
die verbleibende Strecke des Rückführhubs einen vorbestimmten Wert erreicht, ändert die Steuereinheit 16 nacheinander
die Daten in dem Register 40 in kleinere um (Rückführstoppbetrieb)
und konditioniert dann die Schalter für den Bereitschaftsbetrieb der Tabelle 1. Zu diesem Zeitpunkt hat
sich dann der Wagen über die Ausgangsstellung hinaus bewegt, so daß der Schalter bewirkt, daß bei dem Übergang von dem
Rückführ- auf den Bereitschaftsbetrieb der Motor durch einen
(positiven)Ausgang des Phasenäusgleichers 54 vorwärts
angetrieben wird. Wenn der Wagen die Stellung des Photofühlers des Stellungsdetektors 52 (die Ausgangsstellung)
erreicht, fällt der Ausgang des Phasenvergleichers 54 auf den Pegel null ab, um den Betrieb des Motors 10 zu stoppen.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die analoge 'Rückkopplungssteuerung dazu verwendet, die PLL-Motor-.
steuerung beim Aufbau der Drehzahl beim Beginn des Motorbetriebs zu erhöhen. Die analoge Rückkopplungsschaltung
schließt auch eine Konstantgeschwindigkeitssteuerung ein, um das Steuersystem zu stabilisieren. Jedoch beruht die
Konstantgeschwindigkeitssteuerung im wesentlichen auf der PLL-Steuerung im Hinblick auf die Tatsache, daß das analoge
Rückkopplungsfehlersignal ich dem Nullpegel annähert.
- 17 -
In der PLL-Konstantgeschwindigkeitssteuerung mit einer Ladungspumpschaltung
fallt bei einer Vollsynchronisierung der Ausgangspegel des Schleifenfilters auf null ab. Im Hinblick
hierauf wird bei der beschriebenen Ausführungsform die inte
grierte Spannung des Schleifenfilters auf null eingestellt,
bevor eine Konstantstromsteuerung begonnen wird, so daß die Notwendigkeit einer Änderung der voreingestellten Ausgangsspannung
des Schleifenfilters trotz einer Änderung der
Sollgeschwindigkeit und folglich die Notwendigkeit einer Spannungseinstellschaltung für jede festgelegte Geschwindig
keit entfällt, wobei auch ein Wähler zum Bestimmen einer ganz bestimmten Spannungseinstellschaltung unnötig ist.
Nachstehend werden einige Ausführungsformen des Servoverstärkers
3 6 beschrieben, welcher in dem oben beschriebenen Motorsteuersystem als Motoransteuerschaltung verwendet ist.
In Fig. 4 ist eine schaltende Servoverstärkerschaltung dargestellt, in welcher ein in der Kippzeit veränderlicher
monostabiler Multivibrator zum Steuern eines Stroms oder einer Spannung verwendet wird, der bzw. die über eine Pulsbreitenmodulation
an den Motor angelegt wird. Die Servoverstärkerschaltung der Fig. 4 weist einen Eingangsstufen-Servoverstärker
60 auf, welcher aus einem Operationsverstärker 62, Eingangswiderständen R1 und R_ und einer Reihenschaltung
aus einem Widerstand R., und einem Kondensator C1 gebildet ist, welche in der Rückkopplungsschaltung angeordnet
ist. An den Servoverstärker 60, welcher folglich ein integrierender Verstärker ist, wird über den Widerstand
R1 ein Servoverstärker-Steuersignal Sc, welches eine
on '
negative Spannung ist, und über den Widerstand R„ ein Rückkopplungssignal
Sf angelegt, welches eine positive Spannung an einem Widerstand R-, ist, welcher dazu verwendet wird,
einen durch den Motor 10 fließenden Strom festzustellen.
Folglich stellt der Servoverstärker 10 die Differenz zwischen den zwei Eingangsspannungen dar. Diese Ausgangsspannung
des Servoverstärkers 60 wird als eine konstante Span-
- 18 -
nung CV über einen Widerstand R. an einen monostabilen Multivibrator
64 angelegt, wodurch dessen Kippzeit gesteuert wird. Wenn die Ausgangsspannung des Servoverstärkers 60
negativ ist, wird sie durch eine Diode D getrennt bzw.
5 gesperrt.
Der monostabile Multivibrator 64 wird durch ein impulsförmiges
Signal T, das von einem Impulsoszilator 66 erzeugt worden ist, mit einer vorbestimmten Periode gesteuert, so
daß dessen Ausgang OUT für eine Kippzeit, die der Steuerspannung CV entspricht, auf einem hohen Pegel oder auf "H"
verbleibt. Eine Schaltanordnung 68 weist Transistoren Q.
und Q_ sowie Widerstände R5 bis R8 auf. Nur wenn der Ausgang
des monostabilen Multivibrators 64 einen hohen Pegel
1^ hat oder "H" ist, wird der Transistor Q1 angeschaltet,
um den Transistor Q2 anzuschalten. Entsprechend moduliert
dann die Ausgangsspannung des Servoverstärkers 60 einen Ausgang des monostabilen Multivibrators 64 bezüglich der
Impulsbreite und steuert dadurch den Strom, der über die
*Q Schaltanordnung 68 dem Motor 62 zugeführt wird.
Der monostabile Multivibrator 64 einer derartigen Servoverstärkerschaltung
kann auch beispielsweise den in Fig. dargestellten Aufbau haben. In Fig. 5 weist der monostabile
Multivibrator einen in seiner Gesamtheit mit 70 bezeichneten "555"-Zeitgeber auf. Ein Widerstand R~ ist zwischen einen
Energiequellenanschluß 72 und einen Entladeanschluß geschaltet, während ein Kondensator C„ zwischen einen
Schwellenwertanschluß 76 und Erde geschaltet ist. Der Entladeanschluß
geschlossen.
geschlossen.
geschaltet, während ein Kondensator C„ zwischen einen
Schwellenwertanschluß 76 und Erde qes
ladeanschluß 74 und der Schwellenwertanschluß 76 sind kurz-
Wie dargestellt, weist der "555"-Zeitgeber 70 einen Schwellenwertvergleicher
78, einen Triggervergleicher 80, ein 35
Flip-Flop 82, eine Ausgangsschaltung 84"und einen-Schalttransistor
86 auf. An den Schwellenwertvergleicher 78 wird eine Bezugsspannung angelegt, welche 2/3 der Quellenspannung
- 19 -
V ist, und an den Triggervergleicher 80 wird eine Be-Cc
zugsspannung angelegt, welche 1/3 der Quellenspannung
V ist, wobei eine Spannungsteilung mittels der Wider-
CC
stände R11 bis R1- durchgeführt wird. Wenn ein Triggerimpuls
an den Triggeranschluß 88 angelegt wird, wird der Ausgang OUT hoch oder geht auf einen Pegel "H", und der
Transistor 86 wird abgeschaltet, wodurch der .Kondensator Cn über den Widerstand Rn auf die Quellenspannung V ge-
\J \J CC
laden wird. Wenn der Spannungspegel auf dem Kondensator C0 an einem Steuerspannungsanschluß 90 einen Steuerpegel
CV erreicht, wird der Ausgang OUT niedrig oder hat einen Pegel "L", während der Transistor 86 angeschaltet wird,
um den Kondensator C„ schnell zu entladen.
De-r monostabile Multivibrator 64 mit dem vorbeschriebenen
Aufbau kann seine Kippzeit (den Zeitabschnitt, für welchen der Ausgang OUT hoch oder auf einen Pegel "H" verbleibt)
ändern, indem die Schwellenwertspannung durch die Steuerspannung
CV geändert wird.
In Fig. 6 ist eine Kurve dargestellt, welche die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung des Integrators, der durch
den Kondensator C- und den Widerstand R_ gebildet ist, und
der Schwellenwertspannung sowie der Kippzeit des monostabi- ^5 len Multivibrators wiedergibt. In der Kurvendarstellung
sind ein Maximalwert V„„ der Schwellenwertspannung, eine
Kippzeit t„, welche durch die maximale Schwellenwertspannung
Vcw festgelegt ist, ein Minimalwert VCT der Schwellen-'wertspannung
und eine Kippzeit tT dargestellt, welche durch
die minimale Schwellenwertspannung VCT festgelegt ist.
Aus der Kurve ist zu ersehen, daß für eine Quellenspannung V von 5V die Schwellenspannung in einem Bereich von 2,25
CC
bis 4,5 V veränderlich ist, und das Zeitverhältnis t /t
J-I Xl
0,36 ist. Wenn sich somit die Steuerspannung CV in dem Bereich von 2,25 bis 4,5V ändert, kann die Schwellenwertspannung
auf die gleiche Weise geändert werden, um wiederum die Kippzeit in dem Bereich von t, bis t zu ändern.
- 20 -
In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in welcher eine etwas verbesserte Ausführung
der anhand der Fig. 4 bis 6 beschriebenen, schaltenden S-ervoverstärkerschaltung
verwendet ist. In der Servoverstärkerschaltung der Fig. 4 bis 6 bleiben die Schwellenwertspan nung
und folglich die Kippzeit dieselbe, selbst wenn die Steuerspannung CV unter den minimalen Schwellenwert V_,T
OJ-J
erniedrigt wird. Hierdurch ist verhindert, daß die Ausgangsimpulsbreite
des monostabilen Multivibrators kurzer gemacht wird als der Zeitabschnitt tT, wodurch es unmöglich gemacht
wird, den Durchschnittswert des den Motor 10 zugeführten Stroms unter einen vorbestimmten Wert zu erniedrigen, selbst
wenn die Ausgangsspannung des Eingangsstufen-Servoverstärkers 60 unter den Pegel V„T fällt. Der Servoverstärker der
Oj-I
Fig. 7 ist so ausgelegt, daß dem Motor ein Strom zugeführt wird oder an ihn eine Spannung angelegt werden kann, der
bzw. die sogar niedriger als ein minimaler Strom oder eine minimale Spannung ist, was wiederum von der Kippzeit abhängt.
Hierzu weist der in Fig. 7 dargestellte Schaltungs-
•20 aufbau eine Ünterscheidungsschaltung bzw. einen Diskriminator
auf, um festzustellen, ob die Steuerspannung niedriger
ist als der Minimalwert der Schwellenwertspannung. Wenn festgestellt wird, daß die Steuerspannung niedriger als die
minimale Schwellenwertspannung ist, wird die Steuerung der Schaltanordnung durch den Ausgang des monostabilen Multivibrators
unterbrochen.
Im einzelnen unterscheidet sich die Servoverstärkerschaltung der Fig. 7 von der der Fig. '4 dadurch, daß sie einen
ow Vergleicher 92, der als Ünterscheidungsschaltung bzw.
Diskriminator dient, Widerstände R9 und ^10, die einen
Spannungsteiler bilden, welcher eine Bezugsspannung V für den Vergleicher 92 erzeugt, und ein UND-Glied 92 auf. Die
Bezugsspannung Vn, die durch Teilen der Quellenspannung
Vcc durch die Widerstände Rg und R10 geschaffen worden
ist, entspricht einem Minimalwert (in dem beschriebenen Beispiel 2,25V) der Schwellenwertspannung des monostabilen
- 21 -
Multivibrators 64. An den invertierenden Eingang des Vergleichers 92 wird diese Bezugsspannung V und an seinen
nichtinvertierenden Eingangsanschluß wird die Steuerspannung CV angelegt, welche ein Ausgang des Servoverstärkers 60 ist.
nichtinvertierenden Eingangsanschluß wird die Steuerspannung CV angelegt, welche ein Ausgang des Servoverstärkers 60 ist.
Obwohl bei dieser Ausführungsform die Steuerspannung CV höher
aus■die Bezugsspannung V ist, bleibt der Ausgang des
Vergleichers 92 hoch oder auf einem Pegel "H", um das UND-Glied 94 offenzuhalten, so daß der Ausgang des monostabilen
Multivibrators 64 an die Schaltanordnung 68 angekoppelt
wird. Unter dieser Voraussetzung wird dann der Motor 10
einer Steuerung auf der Basis einer Pulsbreitenmodulation unterzogen. Bei einem Abfall der Steuerspannung CV unter die Bezugsspannung V wird der Ausgang des Vergleichers
92'niedrig oder geht auf einen Pegel "L", wodurch das UND-Glied 94 geschlossen wird, und die Schaltanordnung 68 von dem monostabilen Multivibrator 64 getrennt wird. Folglich werden die Transistoren Q1 und Q2 der Schaltanordnung 68
wird. Unter dieser Voraussetzung wird dann der Motor 10
einer Steuerung auf der Basis einer Pulsbreitenmodulation unterzogen. Bei einem Abfall der Steuerspannung CV unter die Bezugsspannung V wird der Ausgang des Vergleichers
92'niedrig oder geht auf einen Pegel "L", wodurch das UND-Glied 94 geschlossen wird, und die Schaltanordnung 68 von dem monostabilen Multivibrator 64 getrennt wird. Folglich werden die Transistoren Q1 und Q2 der Schaltanordnung 68
nicht leitend gehalten, wodurch der Durchschnittswert
der Stromzuführung an den Motor 10 verringert wird. Hierdurch fällt dann das Rückkopplungssignal Sp ab, und folglich
steigt der Ausgang des Servoverstärkers 60 an mit dem Ergebnis, die Steuerspannung CV über den Bezugspegel V
hinaus zu erhöhen. Der Ausgang des Vergleichers 6 2 wird
dann hoch oder geht auf einen Pegel "H", um das UND-Glied
94 zu öffnen und um dadurch die Impulsbreitenmodulation zur Steuerung wieder durchzuführen, wodurch die
Stromzufuhr zu dem Motor 10 erhöht wird. Das heißt, solange der Steuereingang S an dem Servoverstärker 6 0 klein ist, wird der vorbeschriebene Vorgang wiederholt, um dem Motor 10 einen kleinen Strom zuzuführen.
Stromzufuhr zu dem Motor 10 erhöht wird. Das heißt, solange der Steuereingang S an dem Servoverstärker 6 0 klein ist, wird der vorbeschriebene Vorgang wiederholt, um dem Motor 10 einen kleinen Strom zuzuführen.
Der Spannungssteuerbereich kann auf dieselbe Weise in dem
Fall vergrößert werden, wenn der schaltende Servoverstär-35
ker eine Spannungsquelle aufweist. Erforderlichenfalls
kann der Ausgang des in Fig. 7 dargestellten Vergleichers 92 invertiert und an den Rücksetzeingang des in Fig. 5 dar-·
kann der Ausgang des in Fig. 7 dargestellten Vergleichers 92 invertiert und an den Rücksetzeingang des in Fig. 5 dar-·
- 22 -
gestellten "555"-Zeitgebers 70 angekoppelt werden, so daß
das UND-Glied 94 weggelassen werden kann. In einem solchen Fall kann eine Anordnung so ausgelegt werden, daß, wenn
die Steuerspannung niedriger als die minimale Schwellenwert Spannung ist, der monostabile Multivibrator 64 rückgesetzt
wird, um die Steuerung der Schaltanordnung 68 zu unterbrechen, welche durch den Ausgang des monostabilen Multivibrators
64 durchgeführt wird. Auf diese Weise kann eine schaltende Servoverstärkerschaltung in der in Fig. 7 dargestellten
Form den Motorstrom oder die Motorspannung über einen
ausgedehnten bzw. vergrößerten Bereich steuern.
Weitere Beispiele der Servoverstärkerschaltung, die bei der Erfindung anwendbar sind, insbesondere ein sogenannter Brük
kenservoverstärker, werden nachstehend beschrieben. Zuerst wird die allgemeine Ausführung und Arbeitsweise eines sogenannten
Brücken-Servoverstärkers beschrieben.
Eine Stromquellen-Brückenservoverstärkerschaltung ist für
^O die Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuerung eines Gleichstrommotors
in großem Umfang verwendet worden. Wie in Fig. 8 dargestellt, weist eine solche Servoverstärkerschaltung
eineBrückenschaltung aus vier Schaltanordnungen SW1
bis SW. auf, welche zwischen eine positive Leitung V+ und der Erdleitung GND einer Gleichspannungsquelle geschaltet
ist. Ein Gleichstrommotor 10 ist zwischen die Abgleichpunkte a und b der vier Schaltanordnungen SW1 bis SW. geschaltet.
Entsprechend einem Steuereingangssignal werden Steuersignale S1 bis s. an den entsprechenden Schaltanord-I
4
nungen gesteuert, so daß die Schaltanordnungen SW1, SW.
und die Schaltanordnungen SW-#· SW- wahlweise leitend gemacht
werden (und den Stromdurchgang ermöglichen). Gleichzeitig wird der Zeitabschnitt oder der Grad der Leitfähigkeit
gesteuert, um die Richtung und Größe des durch den 35
Motor 10 fließendenStroms zu steuern.
Die Endstufen-Schaltanordnung SW1 bis SW. einer derartigen
- 23 -
Servoverstärkerschaltung sind durch Transistoren oder ähnliche Halbleiterelemente gebildet. Infolge einer Verzögerung
bei der Schaltzeit kommt es manchmal zu einem Kurzschluß bei welchem die Schaltanordnungen, beispielsweise SW1 und
SW9 in Fig. 8 zusammen bzw. gleichzeitig leitend werden.
In der Schaltungsanordnung der Fig. 8 sollen die Steuersignale S1 und S. an den Schaltelementen SW1 und SW. eine
in Fig. 9a dargestellte Wellenform und die Steuersignale S9 und s_. an den Schaltelementen SW9 und SW-, eine in Fig.
9b dargestellte Wellenform haben. Dann werden die Schaltelemente
SW1 und SW. mit einer in Fig. 9c wiedergegebenen
Verzögerung leitend (angeschaltet) oder nichtleitend (abgeschaltet) . In ähnlicher Weise werden die Schaltelemente
SW9 und SW-, leitend (angeschaltet) oder nichtleitend (ab-
1^ geschaltet) , wie in Fig. 9d dargestellt ist. Somit besteht
die Möglichkeit von Kurzschlüssen in den schraffierten Zeitzonen der Fig. 9a bis 9d. Folglich muß ein Stromguellen-Brückenservoverstärker
der vorbeschriebenen Ausführungsform
mit einer Schaltung versehen sein, um solche Kurzschlüsse zu verhindern. In Fig. 10 sind die gleichen Elemente wie
in Fig. 8 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die in Fig. 10 dargestellte Schaltung weist Widerstände
R1 und R9 zum Erzeugen von Spannungen auf, die Strömen entsprechen,
welche durch den Motor 10 in der Richtung A bzw. B fließen. Eine Stromfühlschaltung 102 weist einen Operationsverstärker
OP1, Eingangswiderstände R_ und R4, einen
Erdungswiderstand R1- und einen Rückkopplungswiderstand
R, auf. Wenn an den Stromdetektor 102 eine Ausgangsspannung b
über den Widerstand R1 angelegt wird, erzeugt er eine negative
Spannung, welche der Eingangsspannung entspricht. Wenn der Eingang an dem Stromdetektor 102 eine Ausgangsspannung
am Widerstand R9 ist, erzeugt er eine positive Spannung,
welche der Eingangsspannung entspricht. 35
- 24 -
32049A3
Die Vergleicherschaltung 104 wird verwendet, um eine Ausgangsspannung
Vf des Stromdetektors 102 mit einem Steuereingangssignal
(Spannungssignal) V. zu vergleichen, welches an einem Eingangsanschluß 106 anliegt. Das Ausgangsspannungssignal
V des Vergleichers 104 hat eine Polarität und Größe, welche von der Beziehung in Größe und Differenz
zwischen den Spannung V^ und V. abhängt. Die Spannungssignale V. und Vf welche entgegengesetzte Polaritäten haben,
werden durch Widerstände R-,, RQ zueinander addiert, und die
/ ο
Differenz wird zu einem invertierenden Integrationsverstärker 104 durchgelassen, der einen Operationsverstärker OP-,
einenwiderstand R» und einen Kondensator C aufweist. Die
Funktionsweise des invertierenden Verstärkers entspricht der eines Tiefpaßfilters. Eine Absolutwertsschaltung 108
ist verwendet, um einen Absolutwert [V [einer Ausgangsspannung V0 des Vergleichers 104 zu erzeugen. Eine PuIsbreitenmodulationsschaltung
110 dient dazu, ein Impulssignal mit einer Dauer oder Breite zu erzeugen, welche einem
Ausgang I V | der Absolutwertspannung 108 entspricht. Ein
20 Vergleicher 112 wird verwendet, um die Polarität eines
Ausgangssignals V der Vergleicherschaltung 104 festzustellen; er erzeugt einen hohen Pegel oder einen logischen
Ausgang "1", wenn das Signal V positiv ist, und sonst einen
niedrigen Pegel oder einen logischen Ausgang "0". In Abhängigkeit von dem Ausgangspegel des Vergleichers 112 wird
ein UND-Glied 114 oder 116 geöffnet, um ein pulsbreitenmoduliertes
Signal von der Pulsbreitenmodulationsschaltung 110 zu dem Schaltelement SW1 oder SW3 durchzulassen.
Die Schaltung 118 zum Vermeiden eines Kurzschlusses weist monostabile Multivibratoren 120 und 122, Inverter 124 und
126, ein ODER-Glied 128 und UND-Glied 130 auf. Wenn der Ausgang V des Vergleichers 104 wiederholt auf die positive
und negative Seite schwingt, wie in Fig. 11a dargestellt ist, wird der Ausgang J VQ [ der Absölutwertschaltung
108 geändert wie in Fig. 11b dargestellt ist, während der
Ausgang CPQ des Vergleichers 112 geändert wird, wie in
- 25 -
":*32ÖV943
* Fig. 11c dargestellt ist. Folglich werden die Ausgänge OS1
und 0S„ der monostabilen Multivibratoren 120 und 122, der
Ausgang OR0 des ODER-Glieds 128 und der Ausgang IN„ des Inverters
126 so geändert, wie durch die Wellenformen in Fig.
lld bis 11g dargestellt. Solange der Ausgang IN- des Inverters
126 auf einem niedrigen Pegel oder dem logischen Wert "0" verbleibt, sperrt das UND-Glied 130 die Ausgangsimpulse
des Impulsbreitenmodulators 110 und hält dadurch die Schaltelemente SW1 und SW, nichtleitend. Die Schaltung
weist ferner Dioden D1 bis D. zum Unterdrücken von umge^
kehrten Spannungen auf, welche entstehend würden, wenn die Schaltelemente SW1 bis SW. abgeschaltet werden.
Wenn eine positive Spannung als der Steuereingang V. an den Eingangsanschluß 106 der in Fig. 10 dargestellten Servo
verstärkerschaltung angelegt wird, wird die Ausgangsspannung V des Ver"gleichers 104 negativ, und der Ausgang des
Vergleichers 112 wird "0". Hierdurch wird der Ausgang des
Inverters 124 eine logische "1", wodurch das Schaltelement
SW- angeschaltet wird, und gleichzeitig wird das UND-Glied
116 geöffnet, wodurch der"Ausgangsimpuls des Pulsbreitenmodulators
110 an das Schaltelement SW- als Steuersignal angelegt wird. Das Schaltelement SW- wird folglich für einen
Zeitabschnitt (Schaltdauer) angeschaltet, die der Brei-'
te des Eingangsimpulses entspricht. Dann fließt ein Strom durch den Motor 10 in der Richtung A, wodurch dieser in
Vorwärtsrichtung angetrieben wird. Der durch den Motor 10 fließende Strom wird mittels des Stromdetektors 102 festgestellt,
dessen Ausgangsspannung V^ (in diesem Fall eine negative Spannung) an den Vergleicher 104 rückgekoppelt
wird. Durch den Vergleicher 104 wird die Impulsbreite an dem Pulsbreitenmodulator 110 entsprechend der Differenz
zwischen der Spannung V- und dem Steuereingang V. geändert.
Folglich wird die Leitfähigkeitszeit des Schaltelements SW- gesteuert, um den durch den Motor 10 fließenden Strom
zu steuern, so daß der Motor 10 in Drehung versetzt und mit einer Drehzahl angetrieben wird, welche dem Steuerein-
- 26 -
1 gang an dem Servoverstärker entspricht.
Wenn die Spannung, die als Steuereingang V. angelegt worden ist, negativ ist, wird die Ausgangsspannung V des Vergleichers
104 negativ, und der Ausgang CP des Vergleichers 110 wird eine logische "1", wodurch das Schaltelement SW.
angeschaltet wird. Gleichzeitig wird der Ausgangsimpuls des
Pulsbreitenmodulators 110 an den Motor 10 angekoppelt, welcher
dann durch einen Strom, welcher nunmehr in der Richtung B fließt, in umgekehrter Richtung angetrieben wird. Zu diesem
Zeitpunkt wird der Ausgang Vf des Stromdetektors 102 als eine positive Spannung an den Vergleicher 104 rückgekoppelt.
Auf diese Weise bleibt, solange sich der Steuerausgang an dem Servoverstärker auf die Seite einer positiven Spannung
oder einen negativen Spannung ändert, der Ausgang des Vergleichers 104 im wesentlichen negativ oder positiv. Da jedoch
der Stromdetektor 102 seinen Ausgang V^ entsprechend
einer Änderung des Steuereingangs an dem Servoverstärker nicht ohne eine Verzögerung ändern kann, kann die Absolut—
wertbeziehung zwischen dem Steuereingang V. und dem Ausgang V.p des Stromdetektors 102 invertiert werden, wodurch
dann die Ausgangsspannung des Vergleichers 104 von negativ auf positiv oder umgekehrt verschoben wird, wie in Fig. 11a
dargestellt ist. Unter dieser Voraussetzung wird dann die einem Kurzschluß entgegenwirkende Schaltung 118 angeschaltet,
um die Schaltelemente SW1 und SW-. für einen Zeitabschnitt
abzuschalten, der durch den monostabilen Multivibrator 120 oder 122 festgelegt worden ist, und betätigt
danach die Schaltelemente SW1 bis SW., so daß ein Strom in
entgegengesetzter Richtung durch den Motor 10 fließt. Dann kehrt die Ausgangsspannung des Vergleichers 104 wieder auf
den negativen oder den positiven Pegel zurück. Wenn der Vergleicherausgang V0 den Nullpegel kreuzt, wird die einem
Kurzschluß entgegenwirkende Schaltung 118 wieder angeschaltet, um die Schaltelemente SVJ1 und SW_ abzuschalten. Solan-
- 27 -
ge die Schaltelemente SW. und SW3 abgeschaltet sind, ist
mit Sicherheit verhindert, daß der Stromdetektor 102 einen durch den Motor 10 fließenden Strom feststellt. Auf diese
Weise beeinflußt die Arbeitsweise der einem Kurzschluß entgegenwirkenden Schaltung nachteiligerweise die Möglichkeit,
einem Steuereingang zu folgen, und die Stabilität des Betriebs. In einem sich hin- und herbewegenden Abtaster
würde beispielsweise die schlechtere Folgefähigkeit sowie die schlechtere Stabilität nachteilig für die Stabilität
einer Konstantgeschwindigkeitssteuerung sein.
Die Brücken-ServoverStärkerschaltung, die bei der Erfindung
anwendbar ist, schafft hierbei eine Verbesserung gegenüber einem herkömmlichen Brücken-Servoverstärker und sie ist aus-
I^ gezeichnet dazu geeignet, einer Änderung des Steuereingangs
zu.folgen. Anhand von Fig. 12 bis 15 wird eine Ausführungsform einer Brücken-Servoverstärkerschaltung gemäß der Erfindung
beschrieben, In Fig. 12, welche ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Servoverstärkers ist, sind die glei-
20 chen Elemente wie die in der herkömmlichen, in Fig. 10
dargestellten Schaltung mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben.
Wie dargestellt, wird das Ausgangssignal V eines Vergleichers 104 an einen invertierenden/nichtinvertierenden Verstärker
140 angelegt, dessen Ausgang wiederum an eine Pulsbreiten-Modulationsschaltung 110 angelegt wird. Der
Verstärker 140 weist einen Operationsverstärker OP3, Eingangswiderstände
R1n und R11, einenRückkopplungswiderstand
IU ι ι
R12 und ein Schaltelement SW5 auf; hierbei arbeitet der
Verstärker 140 als ein invertierender Verstärker, wenn das Schaltelement SW1. angeschaltet ist, und als ein nichtinvertierender
Verstärker, wenn es abgeschaltet ist. Das Schaltelement SW1- wird durch einen Ausgang eines Vergleichers 142
gesteuert, wodurch die Polarität eines Steuereingangs V. an dem Servoverstärker festgelegt wird. Wenn der Steuereingang
V. positiv ist, ist der Ausgang des Vergleichers
142 eine logische "1", um das Schaltelement SWj. über ein
ODER-Glied 144 anzuschalten. Wenn der Steuereingang V. negativ ist, ist der Ausgang des Vergleichers 142 logisch "0",
wodurch das Schaltelement SWn. über das ODER-Glied 144 abgeschaltet
wird. Ein Widerstand R1-, und eine Diode D- sind
in dem Servoverstärker vorgesehen, um einen Eingang an den Pulsbreitenmodulator 110, wenn.der Ausgang des Vergleichers
140 negativ ist, in einem Verhältnis anzulegen, welches einem Spannungsabfall in der Durchlaßrichtung der Diode
D1. entspricht.
Der Ausgang des Vergleichers 142, der über das ODER-Glied
144 durchgelassen wird, wird über eine einem Kurzschluß entgegenwirkende Schaltung 146 an die Endstufen-Schaltelemente
SWJ bis SW4 und an UND-Glieder 148, 150, 114 und 116 angelegt,
die zum Steuern des Betriebs des Servoverstärkers verwendet werden.
Die einem Kurzschluß entgegenwirkende Schaltung 146 weist eine Verzögerungsschaltung 152, ein UND-Glied 154 mit positivem
Eingang und ein UND-Glied 156 mit negativem Eingang auf, um eine UND-Funktion aus einem Eingangssignal DL. und
einem Ausgangssignal DL der Verzögerungsschaltung zu erhalten. Die Verzögerungsschaltung 152 kann so wie beispielsweise
in Fig. 13 dargestellt ist, ausgeführt sein. Der von dem Vergleicher 142 kommende Signaleingang DL. an der
Verzögerungsschaltung 152 soll sich so ändern, wie in Fig. 14a dargestellt ist. Die Verzögerungsschaltung 152
erzeugt dann das Signal DL. nach Verstreichen einer vor-'
χ
bestimmten Verzögerungszeit T,, wie in Fig. 14b dargestellt ist. Der Ausgang A- des UND-Glieds 154 wird nur dann logisch
"1", wenn die beiden Signale DL. und DL logisch "1" sind, wie in Fig. 14c dargestellt ist, während der
Ausgang A2 des UND-Glieds 156 nur dann logisch "1" wird,
wenn die beidenSignale DL. und DL logisch "0" sind, wie in Fig. 14d dargestellt ist. Folglich bleiben für einen
Zeitabschnitt, welcher der Verzögerungszeit T, entspricht,
- 29 -
die Ausgänge des UND-Glieds 154 und 156 und folglich die der UND-Glieder 148 und 150 gemeinsam logisch "0", wodurch
alle Schaltelemente SW1 bis SW. abgeschaltet werden, so
daß ein Kurzschlußbetrieb verhindert ist, welcher sonst im Falle einer Änderung im Schaltzustand der Schaltelemente
auftreten würde. Ferner ist ein Eingangsanschluß 158 für einSignal vorgesehen, welches eine Drehrichtung des Gleichstrommotors
10 festlegt. Wenn dieses Signal einen logischen Pegel "1" hat, kann der Motor 10 unabhängig von dem Ausgang
des Vergleichers 142 in der Vorwärtsrichtung gedreht werden. Ferner ist noch ein Freigabesignalanschluß 160 vorgesehen.
Der Servoverstärker wird freigegeben, wenn das Freigabesignals logisch "1" ist, wird aber gesperrt, wenn
es logisch "0" ist.
15 ·' '
In der beschriebenen Servoverstärkerschaltung macht eine
positive Spannung, welcher als der Steuereingang V. angelegt worden ist, den Ausgang des Verstärkers 142 logisch
"1", wodurch das Schaltelement SW^ des Verstärkers 140 geschlossen
ist, um einen invertierenden Betrieb zu schaffen.
Der Ausgang V des Vergleichers 104 ist negativ, folglich ist der Ausgang des Verstärkers 140 positiv, so daß der
Pulsbreitenmodulator 110 ein impulsförrniges Signals mit einer Dauer erzeugt, welche der Größe des positiven Ausgang
des Verstärkers 140 entspricht. Nach Verstreichen der Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 152 wird der
Ausgang des UND-Glieds 154 logisch "1", wodurch der Ausgang des UND-Glieds 148 logisch "1" wird, wenn das Freigabesignal
logisch "1" ist. Das Schaltelement SW. wird
30 4
dann angeschaltet, während der impulsförmige Ausgang
des Pulsbreitenmodulators 110 über das UND-Glied 114 an
das Schaltelement SW1 angekoppelt wird, um dessen Leitfähigkeitszeit
zu steuern. Folglich wird dem Motor 10 ein Strom in der Richtung A der Fig. 12 zugeführt und
dieser dadurch in Vorwärtsrichtung angetrieben (entgegengesetzt zu der herkömmlichen Anordnung der Fig. 10 in dieser
Ausführurigsform). Dieser durch den Motor 10 fließende
- 30 -
f """ 320A943
Strom wird mittels des Stromdetektors 102 festgestellt, so daß eine negative Spannung V, von dem Stromdetektor
an den Vergleicher 104 rückgekoppelt wird,
Selbst wenn der Absolutwert der Spannung Vf stärker wächst
als der des Steuereingangs V., um die Polarität der Ausgangs spannung V des Vergleichers 104 von negativ auf positiv zu
ändern, bleiben die Bedingungen bzw. die Stellungen der Schaltelemente SW. bis SW. dieselben, während der Ausgang
des Verstärkers 140 negativ wird. Folglich wird an den Pulsbreitenmodulator 110 eine verhältnismäßig niedrige
Spannung angelegt, welche durch die Diode D5 gehalten wird.
Da der Ausgangsimpuls üblicherweise eine vorgegebene verhältnismäßig
geringe Breite hat, wird dem Motor 10 fortlaufend ein verhältnismäßig kleiner Strom in der Richtung
A zugeführt.
Dies gilt nur, wenn die Polarität des Steuereingangs V. von positiv auf negativ oder umgekehrt geändert wird, da
^O dann die Bedingungen an den Schaltelementen SW1 bis SW.
geändert werden. Im Augenblick einer Änderung in der Steuereingangspolarität
wird die einem Kurzschluß entgegenwirkende Schaltung 146 angeschaltet, um einen Kurzschluß zu
verhindern, und die Schaltelemente SW1 bis SW4 werden be-
op- I ft
tätigt, um die Flußrichtung des Stroms durch den Motor umzukehren. Auf diese Weise sind bei der Servoverstärkerschaltung
gemäß der Erfindung unnötige Schaltvorgänge der Schaltelemente und unnötige Betätigungen der einem Kurzschluß
entgegenwirkenden Schaltung ausgeschlossen,-solange
sich der Steuereingang nur zu der positiven oder negativen Seite hin ändert, wodurch ein ausgezeichnetes Folgen einer
Änderung des Steuereingangs erreicht ist.
In Verbindung mit einem solchen Brücken-Servoverstärker .
kann eine Schaltung verwendet werden, wie sie in Fig.
dargestellt ist, um dem Motor einen vorbestimmten Strom zuzuführen, welcher groß genug ist, um Reibungskräfte
- 31 -
1 in dem Abtastmechnismus zu überwinden.
Die Schaltung der Fig. 15 weist einen Verstärker 180, der
wahlweise invertierend oder nichtinvertierend betreibbar ist und eine invertierende Verstärkerschaltung 182 auf,
in welcher eine Ausgangsspannung des Verstärkers 180 zu
einem Steuereingang V. addiert wird. Der Verstärker 180 weist ein Schaltelement SVvV auf, welches durch ein Schaltsignal
SD an- und abgeschaltet wird, welches entsprechend
10 der Abtastrichtung erzeugt wird. Beispielsweise kann das
Schaltelement SVT, während eines Vorwärtshubs eines Abtasters
angeschaltet werden, so daß der Verstärker 180 als invertierenderVerstärker arbeitet, um eine vorbestimmte positive
Spannung V in eine negative Vorspannung zu invertieren
und zu verstärken. In diesem Fall ist dann der Steuereingang
V. für einen Vorwärtshub eine negative Spannung. Diese negative Spannung und die Vorspannung von_ dem Verstärker
180 werden durch die invertierende Verstärkerschaltung 182 zueinander addiert, deren Ausgang dann an den Eingangsanschluß
106 der Fig. 12 als ein positiver Steuereingang V. ' angekoppelt wird. Der Brücken-Servoverstärker mit dem
vorbeschriebenen Aufbau gemäß der Erfindung kann eine Steuerung durchführen, die genau einer Änderung eines angekoppelten
Steuereingangs folgt und welche insbesondere wirksam wird, wenn sie bei einer Konstantgeschwindigkeitssteuerung
eines sich hin- und herbewegenden, in Fig. 1 dargestellten Mechanismus u.a. angewendet wird. Im Vergleich
zu der herkömmlichen, einem Kurzschluß entgegenwirkenden Schaltung der Fig. 10 ist die in Fig. 12 dargestell-
te Schaltung gemäß der Erfindung im Aufbau ziemlich einfach,
da nur eine Verzögerungsschaltung, ein UND-Glied mit positivem Eingang und ein UND-Glied mit negativem Eingang
erforderlich sind, um eine UND-Funktion aus Eingangs- und
Ausgangssignalen der Verzögerungsschaltung zu erhalten. 35
Obwohl in der Ausführungsform der Fig. 12 die Schaltelemente durch einen Ausgang des Impulsbreitenmodulators an- und
abgeschaltet werden, um eine Leitfähigkeitszeit zu haben,
- 32 -
welche einer Breite des Modulatorausgangsimpulses entspricht, können die Schaltelemente, wie beispielsweise
Transistor einen Leitfähigkeitsgrad aufweisen, der linear durch einen Ausgang des Verstärkers 140 gesteuert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist
somit ein Steuersystem für einen hin- und herbewegenden Antriebsmotor einen Phasenvergleicher auf, welcher eine
Phasendifferenz zwischen Impulsen, die zu.der Drehbewegung
eines Motors synchron sind, und Bezugsimpulsen festlegt, deren Periode einer genau festgelegten Geschwindigkeit
entspricht, um einen Impuls, solange eine
Phasendifferenz besteht, und entsprechend der Phasenvor-/
nacheilung zu erzeugen. Eine Ladungspumpschaltung ist zwisehen den Phasenvergleicher und ein Schleifenfilter des
Steuersystems geschaltet, um eine Spannung zu erzeugen, welche einen Nullpegel hat, wenn die Phasendifferenz null
ist, und entsprechend dem Nullpegel gemäß der Phasenvor-/ -nacheilung positiv (negativ) oder negativ(positiv) ist.
Bis der Motor einen konstanten Geschwindigkeitssteuerbetrieb hat, wird der Ausgang des Schleifenfilters-durch
Schalteinrichtungen auf einem Nullpegel gehalten.
Solange bei einem konstanten Geschwindigkeitssteuerbetrieb die Phasendifferenz null ist (was bedeutet, daß die Drehbewegung
des Motors bei einer festgelegten Geschwindigkeit liegt) werden die Ausgangsspannungen der Ladungspumpschaltung
und des Schleifenfilters unabhängig von der festgelegten Geschwindigkeit auf einem Nullpegel gehalten. Wenn
3® sich die Arbeitsweise von einem Startbetrieb zu einem
konstanten Geschwindigkeitssteuerbetrieb verschiebt, wird die Ausgangsspannung des Schleifenfilters unabhängig von
der im einzelnen festgelegten Geschwindigkeit auf einem Nullpegel gehalten. Das Steuersystem weist ferner eine
Ausgleichsspannungs-Zuführeinrichtung auf, um den Motor mit einem Strom zu versorgen, welcher groß genug ist, um Reibungskräfte
eines Systems zu überwinden, das durch den Motor angetrieben wird.
Claims (5)
- PatentansprücheMy Steuersystem für einen hin- und herbewegenden Motor, g ekennzeichnet durch ein. Schleifenfilter (34), durch eine Motorantriebs-Steuerschaltung (36;68), durch eine Auswählschaltung (16) zum Auswählen entweder eines Startbetriebs oder eines Steuerbetriebs mit konstanter Geschwindigkeit, durch eine Generatorschaltung (20 bis 28) zum Erzeugen von Bezugsimpulsen, deren Periode einer genau festgelegten Geschwindigkeit entspricht, durch einen rotierenden Kodierer (12) zum Erzeugen von Impulsen, die synchron zu der Drehbewegung des Motors sind, durch einen Phasenvergleicher (3O)7 um die Bezugsimpulse in der Phase mit den synchronen Impulsen zu vergleichen, um einen Ausgang zu erzeugen, welcher die sich ergebende Phasendifferenz darstellt, durch eine Ladungspumpschaltung (32), die zwischen den Phasenvergleicher (30 ) und das Schleifenfilter (34) geschaltet ist, um eine Ausgangsspannung entsprechend der Phasendifferenz zu erzeugen, und durch Schalteinrichtungen (SWA1, SWA bis SWD), um einen Ausgang des Schleifenfilters (34) auf einem vorbestimmten Spannungspegel zu halten, bis das System auf einen konstanten- 2 VII/XX/Ktz■»(089)988272 Telegramme: . BjnHonlen: Hypo-Bank München 44101228501 Geschwindigkeitssteuerbetrieb übergeht.
- 2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß die Ladungspumpschaltung (32) eineSpannung erzeugt, welche einen Nullpegel hat, wenn die Phasendifferenz null ist.
- 3. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoransteuerschaltung eine Aus-gleichsspannungs-Zuführeinrichtung aufweist, um den Motor mit einem Strom zu versorgen, welcher groß genug ist, um Reibungskräfte eines Systems zu überwinden, d^s durch den Motor angetrieben wird .. wobei der vorbestimmte Pegel desAusgangs des Schleifenfilters null ist. 15
- 4. Steuersystem nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoransteuerschaltung eine schaltende Servoverstärkerschaltung (36; 6.0 bis 68) aufweist.
- 5. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoransteuerschaltung eine Brükken-Servoverstärkerschaltung (Fig. 8) aufweist.Ö.Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß die schaltende Servoverstärkerschaltung einen monostabilen Multivibrator (64), dessen Kippzeit dadurch geändert wird, daß die Schwellenwertspannung durch eine Steuerspannung geändert wird, und dessen Kippzeit unveränderbar wird, wenn die Steuerspannung (CV) untereinen Minimalwert der Schwellenwertspannung absinkt, einen Eingangsstufen-Servoverstärker (60), dessen Ausgang als Steuerspannung (CV) an der. monostabilen Multivibrator (64) angelegt wird, um dessen Kippzeit zu ändern, einen Impuls-__ oszillator (66) , mit dessenAusgangsimpulsen der monostabile 35Multivibrator (64) getriggert wird, eine Schaltanordnung (68), die durch einen Ausgang des monostabilen Multivibrators (64) gesteuert wird, um eine Strom oder eine Spannungzu steuern, der bzw. die einem Motor zugeführt wird, wobei der dem Motor zugeführte Strom oder die angelegte Spannung festgestellt wird und zu dem Eingangsstufen-Servoverstärker (60) rückgekoppelt wird, und eine Unterscheidungsschaltung (92;Rg, R10) aufweist, um festzustellen, ob die Steuerspannung niedriger als der Minimalwert der Schwellenwertspannung ist, wobei, wenn die Unterscheidungsschaltung feststellt, daß die Steuerspannung niedriger als die minimale Schwellenwertspannung ist, die Steuerung der Schaltanordnung durch den Ausgang des monostabilen Multivibrators (64) unterbrochen wird.7. Steuersystem nachAnspruch 5, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß die Brücken-Servoverstärkerschaltung folgende Teile aufweist: eine Brückenschaltung aus vier Schaltanordnungen (SW. bis SW.), die mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sind; einen Gleichstrommotor (10), der zwischen die Abgleichpunkte der vier Schaltanordnungen (SW1 bis SW.) geschaltet ist, von welchen wahlweise immerzwei zu einem bestimmten Zeitpunkt entsprechend einem Steuereingangssignal über eine Schaltung leitend gemacht werden, um einen Kurzschlußbetrieb zu verhindern, wobei die Leitfähigkeitszeit und der Leitfähigkeitsgrad der Schaltanordnungen entsprechend gesteuert werden,um die Richtung ° und Größe eines Stroms zu steuern, welcher durch den Gleichstrommotor fließt; eine Stromfühlschaltung (102) zum Feststellen eines durch den Gleichstrommotor (10) fließenden Strom; einen Vergleicher (104) zum Vergleichen eines Ausgangssignals der Stromfühlschaltung (102) mit dem Steu-ereingangssignal (V.), um ein Signal mit einer Polarität und Größe zu erzeugen, das der Größenbeziehung und der Differenz zwischen dem Stromdetektorausgang und dem Steuereingangssignal entspricht; einen Verstärker, der wahlweise invertierend und nichtinvertierend betreibbar ist, um denAusgang des Vergleichers zu invertieren oder nicht zu invertieren und zu verstärken, und eine Unterscheidungsschaltung zum Unterscheiden der Polarität des Steuereingangssignals,3204343-A-* wobei der Verstärker für eine der Betriebsarten konditioniert wird und wobei zwei der Schaltanordnungen leitend gemacht werden, die beide durch einen Ausgang der Unterscheidungsschaltung ausgewählt worden sind, wobei die Leitfähig- keitszeit und der Leitfähigkeitsgrad der ausgewählten zwei Schaltanordnungen entsprechend dem Ausgang des Verstärkers gesteuert wird.8. Steuersystem nach Anspruch 7, dadurch g e k e η n-zeichnet, daß in der Servo-Verstärkerschaltung eine Unterscheidungsschaltung zum Unterscheiden der Polarität des Steuereingangssignals und eine Schaltung vorgesehen sind, um ein Signal zuzuführen, welches eine Drehrichtung des Gleichstrommotors (10) festlegt, wobei der Verstärker wahlweise eine der Betriebsarten konditioniert, und wobei zwei der Schaltelemente leitend gemacht werden, indem sie durch einen Ausgang der Unterscheidungsschaltung oder durch ein die Richtung festlegendes Signal ausgewählt werden, wobei die Leitfähigkeitszeit und der Leitfähigkeits-grad der ausgewählten zwei Schaltanordnungen entsprechend dem Ausgang des Verstärkers gesteuert wird.9. Steuersystem nachAnspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Servo-Verstärkerschaltung eine Schaltung, um eine vorbestimmte Vorspannung zu einem Steuereingangssignal zu addieren, und eine Vergleicherschaltung vorgesehen sind, um das Steuereingangssignal, das durch die Schaltung zu der Vorspannung addiert worden ist, mit einem Ausgangssignal der Stromfühlschaltung zu vergleichen, um ein Signal mit einer Polarität und Größe zu erzeugen, das der Größenbeziehung und der Differenz zwischen dem Stromdetektorausgang und dem Steuereingangssignal entspricht.10. Steuersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurchgekennzeichnet, daß die Schaltung zum Verhindern eines Kurzschlußbetriebs eine Verzögerungsschaltungzum Erzeugen eines Ausgangs des Diskriminators nach einer vorbestimmten Verzogerungszext, ein UND-Glied mit positivem Eingang und ein UND-Glied mit negativem Eingang aufweist, 'um eine UND-Funktion aus Eingangs- und Ausgangssignalen der5 Verzögerungsschaltung zu erhalten.
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Representative=s name: SCHWABE, H., DIPL.-ING. SANDMAIR, K., DIPL.-CHEM. |
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