Die Erfindung betrifft eine inkremental regelbare Antriebsvorrichtung mit einem in einem Regelkreis liegenden Motor, der. von geregeltem Schrittmotorbetrieb auf kontinuierlichen Motorbetrieb umschaltbar ist, sowie mit einer Schaltung zur Erkennung ausgeführter Schritte, deren Ausgang mit dem Schrittbefehle aufnehmenden Eingang des Regelkreises verbunden ist.
In der Praxis stellt sich häufig das Problem, innerhalb einer möglichst kurzen Zeit von einer Position in eine andere Zielposition überzugehen. Ein Beispiel dafür ist ein Schreibkopfantrieb für Schreibwerke.
Es ist bekannt (DT-OS 2 246 543), für derartige Zwecke einen Geber für ein der jeweiligen Geschwindigkeit des anzutreibenden Körpers entsprechendes Signal und einen Geber für ein Signal vorzusehen, das der bis zum Erreichen der gewünschten Endstellung zurückzulegenden Weglänge entspricht.
Dabei ist dem Weglängengeber ein Speicher für den Zusammenhang zwischen den zulässigen Geschwindigkeitswerten und den bis zum Erreichen der Endstellung zurückzulegenden Weglängen zugeordnet.
Ferner ist eine Vergleichsvorrichtung vorhanden, die das Signal für die jeweilige Geschwindigkeit des Körpers mit einem Signal für die zulässige Geschwindigkeit vergleicht und den Antriebsmotor entsprechend dem Ergebnis dieses Vergleichs mit Strom beaufschlagt. Eine derartige Einrichtung erfordert jedoch einen verhältnismässig hohen Aufwand.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine wahlweise auf ungeregelten Motorbetrieb umstellbare Antriebsvorrichtung, die eine Schaltung zur Erkennung der ausgeführten Schritte aufweist, wobei der Ausgang der Schaltung zur Erkennung der ausgeführten Schritte mit dem Schrittbefehle aufnehmenden Eingang des Regelkreises verbunden ist, derart weiterzubilden, dass er für solche Positionierzwecke mit vergleichsweise geringem Aufwand vielseitig einsetzbar ist.
Ausgehend von einem derartigen Antrieb wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Umschaltauslösestufe vorgesehen ist, mittels derer beim Anhaltevorgang das Umschalten vom kontinuierlichen Motorbetrieb auf den geregelten Schrittmotorbetrieb selbsttätig auslösbar ist.
Die Erfindung erlaubt es, den Motor im kontinuierlichen Motorbetrieb rasch bis in eine in geeignetem Abstand vor der gewünschten Anhaltestellung liegende Position laufen zu lassen, worauf der Antrieb automatisch in den Schrittmotorbetrieb übergeht, im Verlaufe dessen die Sollposition mit hoher Zielgenauigkeit ansteuerbar ist.
Die Umschaltauslösestufe kann grundsätzlich auf verschiedenartige Kriterien ansprechen, z. B. den jeweiligen Abstand von der anzufahrenden Sollposition. Eine besonders betriebssichere Lösung wird erhalten, wenn die Umschaltauslösestufe so ausgelegt ist, dass sie während der Bremsphase des noch im kontinuierlichen Motorbetrieb laufenden Antriebsmotors das Erreichen einer vorbestimmten Abschaltdrehzahl erkennt.
Die Abschaltdrehzahl lässt sich dabei mit geringem Aufwand in der Weise erfassen, dass die Umschaltauslösestufe mit den Schrittbefehlen und mit Schritt ausgeführt -Signalen der Schaltung zur Erkennung der ausgeführten Schritte beanfschlag ist und anspricht, wenn das Zeitintervall zwischen einem Schrittbefehl und dem zugehörigen Schritt ausgeführt -Signal einen vorbestimmten Mindestwert erreicht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Schritt ausgeführt Signal der Schaltungsstufe zur Erkennung der ausgeführten Schritte im kontinuierlichen Motorbetrieb und im geregelten Schrittmotorbetrieb über je eine gesonderte Zeitverzögerungsstufe an den Schrittbefehleingang des Antriebes weitergebbar. Zur Auswahl der jeweils wirksam gemachten Zeitverzögerungsstufe ist vorzugsweise eine von der Umschaltauslösestufe gesteuerte Schaltstufe vorgesehen.
Während des Übergangs von einer zur nächsten Zielposition bewirkt vorzugsweise eine Entscheidungsstufe das selbsttätige Umschalten des Antriebes von Beschleunigen auf Bremsen im kontinuierlichen Motorbetrieb. Als Entscheidungsstufe kommen dafür insbesondere ein Rechner oder ein Zähler in Betracht.
Zweckmässigerweise liefert diese Entscheidungsstufe zusätzlich auch die Start- und Stoppbefehle sowie gegebenenfalls die Schrittimpulse für den Antrieb.
Zwischen der Schaltung zur Erkennung ausgeführter Schritte und dem Schrittbefehleingang des Antrieb es liegt vorzugsweise ein Gatter, das mittels des Stoppbefehls der Entscheidungsstufe sperrbar ist. Durch Sperrung dieses Gatters wird die Zufuhr weiterer Schrittbefehle zum Antriebsmotor unterbunden.
Der Motor wird in der Zielposition lagegeregelt.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung eines erfindungsgemäss aufgebauten Antrieb es,
Fig. 2 eine schematische Darstellung von verschiedenen bei dem Antrieb nach Fig. 1 auftretenden Signalen sowie die Winkelgeschwindigkeit des Motors in Abhängigkeit von der Zeit,
Fig. 3 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Antriebes,
Fig. 4 eine schematische Teildarstellung des optoelektronischen Weggebers des Antrieb es nach Fig. 3 und
Fig. 5 schematisch verschiedene der bei der Ausführungsform nach Fig. 3 im Schrittmotorbetrieb auftretenden Signale.
Entsprechend Fig. 1 weist der Antrieb einen Motor 1, beispielsweise einen kollektorlosen Gleichstrommotor, auf, der mit einer Wegmess- und Vergleichsstelle 2 verbunden ist. Die Wegmess- und Vergleichsstelle 2 ist ihrerseits an einen Regelverstärker 4 angeschlossen, der zusammen mit dem Motor 1 und der Wegmess- und Vergleichsstelle 2 einen geschlossenen Regelkreis bildet, wenn ein in der Verbindungsleitung von Regelverstärker 4 und Motor 1 liegender Schalter 58 die in Fig. 1 veranschaulichte Schaltstellung einnimmt. In dieser Schaltstellung arbeitet der Antrieb als Schrittmotor, dem über eine Leitung 27 Schrittbefehle SIM (Fig. 2d) zugeführt werden. In der anderen Schaltstellung des Schalters 58 ist der Regelkreis aufgetrennt. Der Motor 1 ist über einen Umschalter 51 an eine Steuerspannung +Ust oder eine Steuerspannung -Ust gelegt.
Er wird dabei als normaler Gleichstrommotor beschleunigt (+Ust) bzw. abgebremst (Ust).
Die Steuerung des Antriebes erfolgt ausgehend von einer Entscheidungsstufe 3, bei der es sich insbesondere um einen Rechner oder einen Zähler handeln kann. Die Entscheidungs- stufe 3 gibt Signale SSR (Fig. 2a), LAR (Fig. 2b) und LAR an Leitungen 8, 9 bzw. 11. An den Ausgang des Regelverstärkers 4 ist eine Erkennungsschaltung 13 angeschlossen.
Diese Schaltung erkennt die vom Motor 1 ausgeführten Schritte unabhängig davon, ob der Motor als Schrittmotor oder als Gleichstrommotor läuft. Sie liefert ein entsprechendes Schritt ausgeführt Signal (im folgenden kurz Signal SAR genannt) an eine Leitung 91 (Fig. 2c). Die Leitung 91 steht mit den Eingängen von zwei Zeitverzögerungsstufen 42, 43 und dem einen Eingang einer Umschaltauslösestufe 24 in Verbindung.
Zwei weitere Eingänge der Umschaltauslösestufe 24 sind an die Leitungen 8 bzw. 27 angeschlossen. Die Umschaltauslösestufe 24 liefert ein Signal GMM (Fig. 2e), das über eine Leitung 29 den Schalter 58 steuert.
Das komplementäre Signal GMM der Umschaltauslösestufe 24 geht über eine Leitung 34 an den einen Eingang einer NAND-Schaltung36, deren anderer Eingang mit der Leitung 11 verbunden ist. Der Ausgang der NAND-Schaltung 36 steuert über eine Leitung 47 einen Schalter 49, der den einen Eingang einer NAND-Schaltung 50 in der einen Schaltstellung mit dem Ausgang der Zeitverzögerungsstufe 42 und in der anderen Schaltstellung mit dem Ausgang der Zeitverzögerungsstufe 43 verbindet. Der andere Eingang der NAND-Schaltung 50 ist über eine Leitung 53 an die Leitung 8 angeschlossen, während der Ausgang der NAND-Schaltung 50 über eine Leitung 54 mit der Leitung 27 verbunden ist.
Bei den Schaltern 49, 51 und 58 kann es sich um elektromechanische oder elektronische Schalter beliebiger bekannter Art handeln.
Der Antrieb nach Fig. 1 arbeitet wie folgt:
In der Ruhestellung des Antriebes (to bis t1 in Fig. 2) liegen die Signale SSR, LAR und GMM auf 0. GMM ist L. Die Schalter 49, 51, 58 nehmen die in Fig. 1 veranschaulichte Schaltstellung ein. Der Motor 1 steht in der Ausgangsposition.
Legt nun die Entscheidungsstufe 3 zum Zeitpunkt t1 das Start-Stop-Signal SSR auf der Leitung 8 auf L (Startbefehl), springt das Signal GMM auf der Leitung 29 auf L (Befehl Gleichstrommotorbetrieb ). Der Schalter 58 wird in die in Fig. 1 untere Schaltstellung gebracht. Gleichzeitig legt die Entscheidungsstufe 3 das über die Leitung 9 gehende Signal LAR (Befehl LAUF ) auf L. Der Schalter 51 verbindet den Motor 1 mit der Steuerspannung +Ust. Der Motor 1 wird als Gleichstrommotor beschleunigt. Seine Winkelgeschwindigkeit w steigt entsprechend Fig. 2f an. Da die an den Leitungen 11 und 34 anstehenden Signale LAR bzw. GMM jetzt beide 0 sind, springt der Ausgang der NAND-Schaltung 36 auf L. Der Schalter 49 geht in die in Fig. 1 obere Schaltstellung, in der die Zeitverzögerungsstufe 42 mit dem einen Eingang der NAND Schaltung 50 verbunden ist.
Die Signale SAR der Erkennungsschaltung 13 werden mit der von der Stufe 42 bestimmten Zeitverzögerung über den Schalter 49, die NAND-Schaltung 50 und die Leitung 54 als Schrittbefehle SIM auf die Leitung 27 gegeben. Die Wegmess- und Vergleichsstelle 2 wird in Synchronismus mit dem Motor 1 virtuell weitergeschaltet. Diese Schaltungsauslegung erlaubt es, jederzeit von Gleichstrommotorbetrieb auf Schrittmotorbetrieb überzugehen, ohne dass der Antrieb ausser Tritt fällt. Die Zeitverzögerung der Stufe 42 ist ausreichend bemessen, um der Entscheidungsstufe 3 im Anschluss an jedes Signal SAR vor Anlegen des nächsten Schrittbefehls SIM an die Leitung 27 Zeit für die Entscheidung zu geben, ob der Motor 1 von Beschleunigen auf Bremsen umzuschalten ist.
Hat die Entscheidungsstufe 3 den Bremspunkt erkannt (t2 in Fig. 2), beispielsweise durch Auszählen der bis zur Zielposition noch zurückzulegenden Schrittzahl, innerhalb deren der Antrieb sicher zum Stillstand gebracht werden kann, geht das Signal LAR auf L. Damit wird die Leitung 34 über die NAND-Schaltung 36 auf die Steuerleitung 47 des Umschalters 49 durchgeschaltet. Das Signal LAR springt auf 0. Über die Leitung 9 wird der Umschalter 51 in die in Fig. 1 untere Schaltstellung gebracht. Der Motor 1 wird über die Schalter 51, 58 an die Steuerspannung Ust gelegt. Diese Umpolung der Motorspannung bewirkt, dass der Motor 1 als Gleichstrommotor gebremst wird (Fig. 2f).
Die Umschaltauslösestufe 24 spricht an (Zeitpunkt t3 in Fig. 2) und legt das Signal GMM auf 0, wenn die zwischen dem Auftreten eines Schrittbefehls SIM auf der Leitung 27 und dem Erscheinen eines Signals SAR auf der Leitung 91 verstreichende Zeitspanne einen vorbestimmten Mindestwert erreicht hat. Diese Zeitspanne ist von der momentanen Winkelgeschwindigkeit des Motors 1 abhängig. Der das Ansprechen der Stufe 24 bewirkende Mindestwert ist so gewählt, dass er einer Motordrehzahl w, (Fig. 2f), der Abschaltdrehzahl, entspricht, die ausreichend niedrig ist, um störungsfrei vom Gleichstrommotorbetrieb in den Schrittmotorbetrieb übergehen zu können.
Das auf 0 springende Signal GMM bringt über die Leitung 29 den Schalter 58 in die in Fig. 1 obere Schaltstellung. Der Regelkreis wird geschlossen. Der Antrieb wird auf Schrittmo torbetrieb umgeschaltet. Da gleichzeitig das Signal GMM (Leitung 34) auf L geht, springt der Ausgang der NAND-Schaltung 36 auf 0. Über die Steuerleitung 47 wird der Umschalter 49 in die in Fig. 1 untere Schaltstellung gebracht. Infolgedessen laufen die nachfolgenden Signale SAR über die Zeitverzögerungsstufe 43, um über die NAND-Schaltung 50 und die Leitungen 54, 27 als Schrittbefehle an die Wegmess- und Vergleichsstelle 2 weitergegeben zu werden. Die Stufe 43 bewirkt die für einen selbstgesteuerten Schrittmotorbetrieb erforderliche Zeitverzögerung.
Wird jetzt im Anschluss an ein Signal SAR von der Entscheidungsstufe 3 oder einer damit verbundenen Erkennungsstufe der Zielpunkt erkannt, wird dafür gesorgt, dass der Motor 1 noch innerhalb des betreffenden Schrittes gestoppt wird.
Das Signal SSR der Entscheidungsstufe 3 geht auf 0 (Zeitpunkt t4 in Fig. 2). Dadurch wird über die Leitung 53 die NAND-Schaltung 50 für die Weitergabe weiterer Signale SAR an die Schrittbefehlsleitung 27 gesperrt. Der Motor 1 wird in der Zielposition lagegeregelt.
Es versteht sich, dass die Darstellung in Fig. 2 nur schematisch ist, um die prinzipielle Wirkungsweise der erläuterten Anordnung erkennen zu lassen. In der Praxis wird in der Regel die Dauer des Gleichstrommotorbetriebs (tl bis t3) grösser als die Dauer des daran anschliessenden Schrittmotorbetriebs (t3 bis 4) sein.
Bei der im einzelnen in den Fig. 3 und 4 veranschaulichten Ausführungsform wird der Regelkreis von einem insgesamt mit 10 bezeichneten Regler, einer Endstufe 12 und einem kollektorlosen Gleichstrommotor 14 mit optoelektronischem Tastkopf gebildet.
Der Regler 10 ist mit einem optoelektronischen Weggeber 15 ausgestattet, der im wesentlichen aus drei Lichtsender-Lichtempfänger-Paaren und einer vom Motor angetriebenen Strichscheibe 16 besteht. Die Strichscheibe 16 ist der besseren Übersicht halber in Fig. 2 zum einen als Ganzes auf der Motorwelle 17 sitzend dargestellt und zum anderen in schematischer Teilansicht zwischen den Lichtsender-Lichtempfänger-Paaren angedeutet. Jedes der Lichtsender-Lichtempfänger-Paare weist eine lichtemittierende Diode 18, 19 bzw. 20 sowie einen Fototransistor 21, 22 bzw. 23 auf.
Die Dioden 18, 19, 20 werden über ein als Ringzähler geschaltetes Schieberegister 25 im Takt der gewünschten Schrittfolge an- und ausgeschaltet. Dabei wird während des Übergangs von der einen in die nächste Schrittposition jeweils eine Diode angesteuert, während die beiden anderen Dioden gesperrt sind. Ansteuerung und Sperrung der Dioden wechseln zyklisch (Fig. 5b, c und d), wobei durch Anlegen eines geeigneten Rechts-Links-Signals an eine Leitung 26 dafür gesorgt werden kann, dass die Ansteuerung wahlweise in der Reihenfolge 18, 19, 20, 18 usw. oder 18, 20, 19, 18 usw. erfolgt. Die Schrittbefehle SIM (Fig. 5a) werden dem Schieberegister 25 über die Leitung 27 zugeführt.
Entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 4 können die Lichtsender-Lichtempfänger-Paare einen punkt- oder schlitzförmigen Strahlengang bilden und in der Bewegungsrichtung der Strichscheibe 16 in einem der Formel Si = p (1+ 3n) entsprechenden Abstand S1 voneinander angeordnet sein, wobei p der Schrittwinkel und n eine beliebige ganze Zahl ist. Die Strichscheibe 16 weist dabei eine mit allen drei Lichtsender Lichtempfänger-Paaren zusammenwirkende Spur auf, deren Teilung dem dreifachen Wert des Schrittwinkels p entspricht.
Das heisst, die Hell-Dunkel-Folge der Strichscheibe wiederholt sich in Abständen Ss = 3 x p. Dabei schliesst sich an eine Hellzone 30 entsprechend dem Winkel p/2 ein stetig dunkler werdender Graukeil 31 von der Breite p an. Auf den Graukeil 31 folgt eine Dunkelzone 32 der Breite p/2, die ihrerseits von einem stetig heller werdenden Graukeil 33 gefolgt ist, dessen Breite wiederum dem Schrittwinkel p entspricht. Daraufhin wiederholt sich die Hell-Dunkel-Verteilung periodisch.
Die Bewegungsrichtung der Strichscheibe 16 hängt von der Drehrichtung des Motors 14 ab, die ihrerseits durch das an der Leitung 26 anliegende Signal bestimmt ist. Der Erläuterung halber sei angenommen, dass sich die Strichscheibe in Fig. 4 in Richtung des Pfeils 35 bewegt. Ist beispielsweise die Diode 18 durch Anlegen der Spannung 37 (Fig. 5b) hellgesteuert, gibt der Fototransistor 21 in der Relativstellung gemäss Fig. 4 zunächst ein negatives Signal 38 ab (Fig. 5c), weil zwischen Diode 18 und Fototransistor 21 die Hellzone 30 steht und dementsprechend der Transistor 21 Strom führt. Der Pegel des Ausgangssignals des Transistors 21 bleibt konstant, bis nach einer Drehung der Strichscheibe 16 um den Winkel p/2 der an die Hellzone 30 anschliessende Graukeil 33 erreicht ist.
Während des Vorbeilaufs des Graukeils 33 nimmt der Lichteinfall auf den Fototransistor 21 immer mehr ab. Die Kollektorspannung des Transistors 21 steigt stetig an (Flanke 39 in Fig. 5e). Nimmt man an, die Diode 18 bliebe weiterhin eingeschaltet, nimmt die Ausgangsspannung des Transistors 21 zu, bis nach einem Drehwinkel von insgesamt p die Dunkelzone 32 erreicht ist. Anschliessend bleibt die Ausgangsspannung des Transistors 21 für eine Drehung der Strichscheibe 16 um den Winkel p/2 konstant auf dem Pegel 40 in Fig. 5e.
Während des Vorbeilaufs des Graukeils 31 fällt sie dann innerhalb eines Drehwinkels p entlang der Flanke 41 wieder auf den Ausgangswert 38 ab. Entsprechend gilt für die Lichtsender-Lichtempfänger-Paare 19, 22 und 20, 23, mit der Ausnahme, dass deren Ausgangssignale 44 bzw. 45 jeweils um einen Drehwinkel entsprechend dem Schrittwinkel p verschoben sind (Fig. 5f und 5g).
Da jedoch im praktischen Betrieb die Dioden 18, 19 und 20 nicht dauernd angeschaltet sind, sondern im Takt der Schrittfolge nacheinander wirksam gemacht werden (Fig. 5b, 5c und 5d), entspricht das Ausgangssignal des Weggebers am Punkt 46 für die in Fig. 4 mit dem Pfeil 35 angedeutete Drehrichtung des Motors 14 der Darstellung gemäss Fig. 5h, das heisst, von den drei Teilsignalen nach Fig. 5e, 5f, 5g wird jeweils nur der konstante negative Teil (38 in Fig. 5e) und die daran anschliessende Hälfte der ansteigenden Flanke (39 in Fig. 5e) ausgenutzt.
Um den Motor 14, ausgehend von der Strichscheibenstellung gemäss Fig. 4, Schritte in der anderen Richtung, d. h. entgegengesetzt zum Pfeil 35, ausführen zu lassen, würde zunächst die Diode 19 hellgesteuert, anschliessend die Diode 18, dann die Diode 20, daraufhin wieder die Diode 19 und so fort. In einem sochen Falle erscheint am Punkt 46 ein Signal der in Fig. 5i dargestellten Art. Wie zu erkennen ist, werden dabei jeweils der konstante positive Pegelwert und die daran anschliessende abfallende Halbfianke der Teilsignale gemäss den Fig. 5e, 5f und 5g wirksam.
Über den mit 48 bezeichneten Zweig geht ein Proportionalanteil des Weggebersignals an den einen (invertierenden) Eingang eines Operationsverstärkers 52. Über einen Zweig 55 wird zugleich das am Punkt 46 erscheinende Ausgangssignal des Weggebers 15 differenziert. Dementsprechend wird dem einen Eingang des Operationsverstärkers 52 zusätzlich ein Differentialanteil des Weggebersignals aufgeschaltet. Das auf den Proportionalanteil zurückzuführende Ausgangssignal des Operationsverstärkers 52 ist für die angenommene eine Drehrichtung pfeil 35) in Fig. 5j dargestellt, das auf dem Differen tialanteil beruhende Ausgangssignal in Fig. 5k.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 52 ist über den Schalter 58 an den Eingang der Endstufe 12 anschaltbar.
Die Endstufe 12 weist zwei Leistungsverstärker 63, 64 auf, von denen jeweils einer in jedem der beiden um 90" gegeneinander versetzten Strängen 66, 67 des kollektorlosen Gleichstrommotors 14 liegt, dessen Rotor bei 68 angedeutet ist. Ein Feldeffekttransistor 70 ist dem invertierenden Eingang 71 des Verstärkers 63 vorgeschaltet, während der nichtinvertierende Eingang 72 des Verstärkers 63 mittels eines Feldeffekttransistors 73 auf Nullpotential schaltbar ist. In entsprechender Weise sind Feldeffekttransistoren 75 und 76 dem invertierenden Eingang 77 bzw. nichtinvertierenden Eingang 78 des Verstärkers 64 zugeordnet.
Auf der Motorwelle 17 sitzt eine der Kommutierung dienende Strichscheibe 80, die eine über einen Winkel von 1800 reichende Dunkelzone 81 aufweist. Die Strichscheibe 80 bewegt sich im Strahlengang zwischen einer ersten Lampe 82 und einem zugehörigen Fototransistor 83 sowie einer zweiten Lampe 84 mit zugeordnetem Fototransistor 85. Lampe 84 und Fototransistor 85 sind gegenüber der Lampe 82 und dem Fototransistor 83 um 90" versetzt. Die Fototransistoren 83, 85 liegen im Steuerstromkreis der Feldeffekttransistoren 75, 76 bzw. 70, 73.
Die Schritterkennungsschaltung 13 ist im wesentlichen aus einem als Schmitt-Trigger geschalteten Operationsverstärker 92, Invertern 93, 94, 95, NAND-Schaltungen 96, 97, 98 und einem fiankengesteuerten RS-Flip-Flop 99 aufgebaut. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 92 ist an den Ausgang des Operationsverstärkers 52 angeschlossen.
Die Anordnung arbeitet insgesamt wie folgt:
Bis zum Zeitpunkt t3 (Fig. 2) steht der Schalter 58 in der in Fig. 3 oberen Schaltstellung. Der Motor 14 arbeitet als Gleichstrommotor in der für den Motor 1 in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 näher erläuterten Weise.
Spricht dann die Umschaltauslösestufe 24 an, wird über die Steuerleitung 29 der Schalter 58 umgelegt. Der Eingang der Endstufe 12 wird mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 52 verbunden. Es sei angenommen, dass das an der Leitung 26 anliegende Drehrichtungssignal L ist und für eine Bewegung des Motors und damit der Strichscheibe 16 nach rechts (in den Fig. 3 und 4) sorgt, dass auf Grund des ersten über die NAND Schaltung 50 und die Leitungen 54, 27 laufenden Schrittimpulse die Diode 18 hellgesteuert wird und dass in diesem Augenblick entsprechend Fig. 4 die Hellzone 30 zwischen Diode 18 und Fototransistor 21 steht. Die Spannung am Punkt 46 fällt ab. Am Ausgang des Operationsverstärkers 52 erscheint ein Signal (Fig. 5j) mit konstantem Pegel.
Da in dem in Fig. 3 dargestellten Betriebszustand beide Fototransistoren 83, 85 der Kommutierungsanordnung mit Licht beaufschlagt sind, werden alle vier Feldeffekttransistoren 70, 73, 75 und 76 gesperrt. Die beiden Leistungsverstärker 63, 64 sind auf nichtinvertierenden Betrieb geschaltet. Das vom Operationsverstärker 52 kommende Signal gelangt entsprechend verstärkt an die Stränge 66, 67, wobei die Verstärker 63, 64 voll durchgesteuert werden. Da die Spannung am Punkt 46 während des Vorbeilaufs der Hellzone 30 zunächst konstant ist, ist der Differentialanteil gleich Null. Der Motor wird dementsprechend voll mit Antriebsstrom beaufschlagt (Fig. 51) und mit der maximal zur Verfügung stehenden Leistung beschleunigt.
Nachdem sich die Strichscheibe 16 um den Winkel p/2 gedreht hat, beginnt die Spannung am Punkt 46 gegen Null hin anzusteigen (Flanke 39 in Fig. 5h), da der Graukeil 33 immer weniger Licht von der Diode, 18 zum Fototransistor 21 gelangen lässt.
Der Proportionalanteil des Weggebersignals nimmt dementsprechend ab, während der Differentialanteil auf einen Maximalwert springt. Der entgegengesetzte Polarität wie der Proportionalanteil aufweisende Differentialanteil übersteigt den Proportionalanteil, so dass das resultierende Signal am Ausgang des Operationsverstärkers 52 das Vorzeichen wechselt. Entsprechend Fig. 51 werden die Leistungsverstärker 63, 64 in der zur Beschleunigungsphase entgegengesetzten Richtung in die Begrenzung getrieben. Der Motor 14 wird mit voller Kraft abgebremst. Erst kurz vor Erreichen der nächsten Schrittposition geht der Antrieb auf Regelbetrieb über; der Motor 14 wird geregelt in die Schrittposition gezogen.
Solange das Signal am. invertierenden Eingang des Verstärkers 92 kleiner als die Schmitt-Trigger-Spannungsschwelle ist, liegt der Ausgang des Inverters 93 auf 0, während der Ausgang der NAND-Schaltung 96 auf L liegt. Am Ausgang des Inverters 95 steht das Signal O; am Ausgang des Inverters 94 das Signal L. Infolgedessen liegt der Ausgang der NAND Schaltung 97 auf L und der Ausgang der NAND-Schaltung 98 auf 0. Springt auf den Schrittimpuls SIM hin der Eingang des Verstärkers 92 auf eine über der Schmitt-Trigger-Spannungswelle liegende Spannung, erscheint am Ausgang des Inverters 93 das Signal L. Der Ausgang der NAND-Schaltung 96 springt auf 0, während derjenige der NAND-Schaltung 98 auf L geht, wie dies aus Fig. 5m, der Darstellung des Signals an der Leitung 90, zu erkennen ist.
Nach dem Drehwinkel p/2 fällt auf Grund des Differentialanteils des Weggebersignals das Signal am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 92 erneut unter die Schmitt Trigger-Spannungsschwelle. Das bewirkt, dass der Ausgang der NAND-Schaltung 98 von L nach 0 springt. Diese in Fig. 5m mit 99' bezeichnete negative Flanke geht an den Rücksetzeingang des Flip-Flops 99, dessen Setzeingang an die Leitung 27 angeschlossen ist. Das Flip-Flop 99 wird durch die den Schritt auslösende Flanke des Schrittimpulses SIM auf der Leitung 27 gesetzt und durch die negative Flanke des auf der Leitung 90 ankommenden Signals zurückgesetzt. Auf diese Weise wird jedem Schrittbefehl ein an der Leitung 91 anliegendes einziges Signal SAR eindeutig zugeordnet.
Das Signal SAR gelangt über die Zeitverzögerungsstufe 43 und den Schalter 49 an die NAND-Schaltung 50. Es wird von dieser über die Leitung 54 als der nächste Schrittbefehl SIM auf die Leitung 27 gegeben. Das vorstehend erläuterte Arbeitsspiel wiederholt sich, mit der Ausnahme, dass statt der Diode 18 nunmehr die Diode 19 angesteuert und der Fototransistor 22 wirksam gemacht wird.
Wäre der Zielpunkt noch nicht erreicht und würde - entgegen der Darstellung nach Fig. 2f - die NAND-Schaltung 50 nicht gesperrt, würde dann die Diode 20 angesteuert, worauf das Wechselspiel wieder mit der Diode 18 beginnt.
Hat sich die Motorwelle 17 so weit gedreht, dass die Dunkelzone 81 der Strichscheibe 80 zwischen Lampe 84 und Fototransistor 85 zu stehen kommt, werden die beiden Feldeffekttransistoren 70, 73 durchgeschaltet. Der nichtinvertierende Eingang 72 wird mit Masse (Nullpotential) verbunden.
Das Signal vom Operationsverstärker 52 geht an den invertierenden Eingang 71. In entsprechender Weise erfolgt die Kommutierung für die übrigen Quadranten der Winkelstellung der Motorwelle 17.
Solange der Schalter 58 in der in Fig. 3 oberen Schaltstellung steht und der Motor 14 im Gleichstrommotorbetrieb arbeitet, wird das vom Weggeber 15 erzeugte optische Drehfeld leer , d. h. ohne Einfluss auf die Leistungsverstärker 63, 64, aber synchron mit der Drehung der Motorwelle 17 fortgeschaltet.
Trimmwiderstände 120, 121, 122 im Speisestromkreis der Dioden 18, 19,20 erlauben es, dieLichtsender-Lichtempfänger Paare aufeinander abzustimmen. Mittels eines Potentiometers 124 wird die Ruhelage der Motorwelle 17 in den Schrittpositionen justiert. Durch Verstellen eines Trimmwiderstandes 123 und/oder eines Trimmwiderstandes 125 im Eingangs- bzw. im Rückkopplungskreis des Operationsverstärkers 52 kann das Verhältnis von Proportionalanteil und Differentialanteil eingestellt werden, um für das jeweils erwünschte Schwingverhalten des Regelkreises zu sorgen.
The invention relates to an incrementally controllable drive device with a motor located in a control loop, the. can be switched from regulated stepper motor operation to continuous motor operation, as well as with a circuit for recognizing executed steps, the output of which is connected to the input of the control loop that accepts step commands.
In practice, the problem often arises of moving from one position to another target position within the shortest possible time. An example of this is a write head drive for writing units.
It is known (DT-OS 2 246 543) to provide a transmitter for a signal corresponding to the respective speed of the body to be driven and a transmitter for a signal which corresponds to the distance to be covered to reach the desired end position for such purposes.
The path length transmitter is assigned a memory for the relationship between the permissible speed values and the path lengths to be covered until the end position is reached.
A comparison device is also provided which compares the signal for the respective speed of the body with a signal for the permissible speed and applies current to the drive motor in accordance with the result of this comparison. However, such a device requires a relatively high outlay.
In contrast, the invention is based on the object of further developing a drive device which can optionally be switched to uncontrolled motor operation and which has a circuit for recognizing the steps carried out, the output of the circuit for recognizing the steps being carried out is connected to the input of the control loop that accepts step commands it can be used for such positioning purposes with comparatively little effort.
On the basis of such a drive, this object is achieved in that a switchover triggering stage is provided, by means of which the switchover from continuous motor operation to regulated stepper motor operation can be triggered automatically during the stopping process.
The invention allows the motor to run quickly in continuous motor operation to a position a suitable distance from the desired stop position, whereupon the drive automatically switches to stepping motor operation, during which the target position can be controlled with high accuracy.
The switching trigger level can in principle respond to various criteria, e.g. B. the respective distance from the target position to be approached. A particularly reliable solution is obtained if the switchover trigger stage is designed such that it detects that a predetermined cut-off speed has been reached during the braking phase of the drive motor, which is still running in continuous motor operation.
The shutdown speed can be detected with little effort in such a way that the switchover trigger stage with the step commands and step executed signals of the circuit for recognizing the executed steps is activated and responds when the time interval between a step command and the associated step executed signal reached a predetermined minimum value.
In a further embodiment of the invention, the step executed signal of the circuit stage for recognizing the steps carried out in continuous motor operation and in regulated step motor operation can be passed on to the step command input of the drive via a separate time delay stage. A switching stage controlled by the switchover trigger stage is preferably provided for selecting the time delay stage that is activated in each case.
During the transition from one to the next target position, a decision stage preferably effects the automatic switchover of the drive from acceleration to braking in continuous motor operation. In particular, a computer or a counter can be considered as the decision stage.
Appropriately, this decision stage also supplies the start and stop commands and, if necessary, the step pulses for the drive.
Between the circuit for recognizing executed steps and the step command input of the drive there is preferably a gate which can be blocked by means of the stop command of the decision stage. By blocking this gate, the supply of further step commands to the drive motor is prevented.
The motor is position-controlled in the target position.
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. In the accompanying drawings show:
1 is a schematic block diagram of a drive constructed according to the invention,
2 shows a schematic representation of various signals occurring in the drive according to FIG. 1 and the angular speed of the motor as a function of time,
3 is a circuit diagram of a preferred embodiment of the drive,
4 shows a schematic partial illustration of the optoelectronic displacement transducer of the drive according to FIGS. 3 and
5 schematically shows various of the signals occurring in the embodiment according to FIG. 3 in stepper motor operation.
According to FIG. 1, the drive has a motor 1, for example a brushless direct current motor, which is connected to a displacement measuring and comparison point 2. The distance measuring and comparison point 2 is in turn connected to a control amplifier 4 which, together with the motor 1 and the distance measuring and comparison point 2, forms a closed control loop when a switch 58 in the connection line between control amplifier 4 and motor 1 does the following in FIG. 1 assumes illustrated switching position. In this switching position, the drive operates as a stepper motor to which step commands SIM (FIG. 2d) are fed via a line 27. In the other switch position of switch 58, the control loop is disconnected. The motor 1 is connected to a control voltage + Ust or a control voltage -Ust via a changeover switch 51.
It is accelerated (+ Ust) or decelerated (Ust) as a normal DC motor.
The drive is controlled starting from a decision stage 3, which can in particular be a computer or a counter. The decision stage 3 outputs signals SSR (FIG. 2a), LAR (FIG. 2b) and LAR on lines 8, 9 and 11, respectively. A detection circuit 13 is connected to the output of the control amplifier 4.
This circuit recognizes the steps carried out by the motor 1, regardless of whether the motor is running as a stepper motor or as a DC motor. It delivers a corresponding step executed signal (hereinafter referred to as signal SAR for short) to a line 91 (FIG. 2c). The line 91 is connected to the inputs of two time delay stages 42, 43 and one input of a switchover trigger stage 24.
Two further inputs of the switchover trigger stage 24 are connected to lines 8 and 27, respectively. The switchover trigger stage 24 supplies a signal GMM (FIG. 2e), which controls the switch 58 via a line 29.
The complementary signal GMM of the switchover triggering stage 24 goes via a line 34 to one input of a NAND circuit 36, the other input of which is connected to the line 11. The output of the NAND circuit 36 controls a switch 49 via a line 47, which connects one input of a NAND circuit 50 in one switch position to the output of the time delay stage 42 and in the other switch position to the output of the time delay stage 43. The other input of the NAND circuit 50 is connected to the line 8 via a line 53, while the output of the NAND circuit 50 is connected to the line 27 via a line 54.
The switches 49, 51 and 58 can be electromechanical or electronic switches of any known type.
The drive according to Fig. 1 works as follows:
In the rest position of the drive (to to t1 in FIG. 2) the signals SSR, LAR and GMM are at 0. GMM is L. The switches 49, 51, 58 assume the switching position illustrated in FIG. The motor 1 is in the starting position.
If the decision stage 3 now sets the start-stop signal SSR on line 8 to L (start command) at time t1, the signal GMM on line 29 jumps to L (command DC motor operation). The switch 58 is brought into the lower switching position in FIG. 1. At the same time, the decision stage 3 applies the signal LAR (command LAUF) going via the line 9 to L. The switch 51 connects the motor 1 to the control voltage + Ust. The motor 1 is accelerated as a DC motor. Its angular velocity w increases according to FIG. 2f. Since the signals LAR and GMM present on lines 11 and 34 are both now 0, the output of NAND circuit 36 jumps to L. Switch 49 goes to the upper switch position in FIG. 1, in which time delay stage 42 with the one input of the NAND circuit 50 is connected.
The signals SAR of the detection circuit 13 are given with the time delay determined by the stage 42 via the switch 49, the NAND circuit 50 and the line 54 as step commands SIM on the line 27. The position measuring and comparison point 2 is virtually switched on in synchronism with the motor 1. This circuit design makes it possible to switch from DC motor operation to stepper motor operation at any time without the drive falling out of step. The time delay of stage 42 is sufficient to give decision stage 3, following each signal SAR, time to decide whether motor 1 is to be switched from acceleration to braking before the next step command SIM is applied to line 27.
If decision stage 3 has recognized the braking point (t2 in FIG. 2), for example by counting the number of steps to be covered up to the target position, within which the drive can be safely brought to a standstill, the LAR signal goes to L. This means that line 34 is switched the NAND circuit 36 is switched through to the control line 47 of the switch 49. The signal LAR jumps to 0. The changeover switch 51 is brought into the lower switching position in FIG. 1 via the line 9. The motor 1 is connected to the control voltage Ust via the switches 51, 58. This polarity reversal of the motor voltage causes the motor 1 to be braked as a DC motor (FIG. 2f).
The switchover trigger stage 24 responds (time t3 in FIG. 2) and sets the signal GMM to 0 when the time span between the occurrence of a step command SIM on line 27 and the appearance of a signal SAR on line 91 has reached a predetermined minimum value . This period of time is dependent on the instantaneous angular speed of the motor 1. The minimum value causing the response of stage 24 is selected so that it corresponds to a motor speed w (FIG. 2f), the cut-off speed, which is sufficiently low to be able to switch from DC motor operation to stepping motor operation without interference.
The signal GMM jumping to 0 brings the switch 58 via line 29 to the upper switch position in FIG. The control loop is closed. The drive is switched to stepper motor mode. Since the signal GMM (line 34) goes to L at the same time, the output of the NAND circuit 36 jumps to 0. The changeover switch 49 is brought into the lower switching position in FIG. 1 via the control line 47. As a result, the following signals SAR run via the time delay stage 43 in order to be passed on via the NAND circuit 50 and the lines 54, 27 as step commands to the distance measuring and comparison point 2. Stage 43 effects the time delay required for self-controlled stepping motor operation.
If, following a signal SAR, the target point is recognized by the decision stage 3 or an associated recognition stage, it is ensured that the motor 1 is stopped within the relevant step.
The signal SSR of decision stage 3 goes to 0 (time t4 in FIG. 2). As a result, the NAND circuit 50 is blocked via the line 53 from passing on further signals SAR to the step command line 27. The motor 1 is position-controlled in the target position.
It goes without saying that the illustration in FIG. 2 is only schematic in order to show the principle mode of operation of the arrangement explained. In practice, the duration of the DC motor operation (tl to t3) is usually greater than the duration of the subsequent stepper motor operation (t3 to 4).
In the embodiment illustrated in detail in FIGS. 3 and 4, the control loop is formed by a controller designated as a whole by 10, an output stage 12 and a brushless direct current motor 14 with an optoelectronic probe head.
The controller 10 is equipped with an optoelectronic position transmitter 15, which essentially consists of three light transmitter / light receiver pairs and a reticle 16 driven by the motor. For the sake of clarity, the reticle 16 is shown seated as a whole on the motor shaft 17 in FIG. 2 and indicated in a schematic partial view between the light transmitter / light receiver pairs. Each of the light transmitter / light receiver pairs has a light-emitting diode 18, 19 or 20 and a phototransistor 21, 22 or 23.
The diodes 18, 19, 20 are switched on and off via a shift register 25 connected as a ring counter in the cycle of the desired sequence of steps. During the transition from one to the next step position, one diode is activated while the other two diodes are blocked. Activation and blocking of the diodes change cyclically (FIGS. 5b, c and d), whereby by applying a suitable right-left signal to a line 26, it can be ensured that the activation optionally in the order 18, 19, 20, 18 etc. or 18, 20, 19, 18 etc. takes place. The step commands SIM (FIG. 5 a) are fed to the shift register 25 via the line 27.
According to the embodiment according to FIG. 4, the light transmitter-light receiver pairs can form a point or slot-shaped beam path and be arranged in the direction of movement of the reticle 16 at a distance S1 corresponding to the formula Si = p (1+ 3n), where p is the Step angle and n is any integer. The reticle 16 has a track that interacts with all three light emitter and light receiver pairs, the division of which corresponds to three times the value of the step angle p.
This means that the light-dark sequence of the reticle is repeated at intervals Ss = 3 x p. A light zone 30, corresponding to the angle p / 2, is followed by a steadily darkening gray wedge 31 of width p. The gray wedge 31 is followed by a dark zone 32 of width p / 2, which is in turn followed by a steadily lighter gray wedge 33, the width of which in turn corresponds to the step angle p. The light-dark distribution then repeats itself periodically.
The direction of movement of the reticle 16 depends on the direction of rotation of the motor 14, which in turn is determined by the signal applied to the line 26. For the sake of explanation, it is assumed that the reticle in FIG. 4 moves in the direction of arrow 35. If, for example, the diode 18 is light-controlled by applying the voltage 37 (FIG. 5b), the phototransistor 21 in the relative position according to FIG. 4 initially emits a negative signal 38 (FIG. 5c) because the light zone 30 between the diode 18 and the phototransistor 21 stands and accordingly the transistor 21 conducts current. The level of the output signal of the transistor 21 remains constant until, after the reticle 16 has been rotated by the angle p / 2, the gray wedge 33 adjoining the bright zone 30 is reached.
As the gray wedge 33 passes, the incidence of light on the phototransistor 21 decreases more and more. The collector voltage of transistor 21 rises steadily (edge 39 in FIG. 5e). If one assumes that the diode 18 remains switched on, the output voltage of the transistor 21 increases until the dark zone 32 is reached after a rotation angle totaling p. The output voltage of the transistor 21 then remains constant at the level 40 in FIG. 5e for a rotation of the reticle 16 through the angle p / 2.
During the passage of the gray wedge 31, it then drops again to the initial value 38 within an angle of rotation p along the flank 41. The same applies to the light transmitter / light receiver pairs 19, 22 and 20, 23, with the exception that their output signals 44 and 45 are each shifted by an angle of rotation corresponding to the step angle p (FIGS. 5f and 5g).
However, since in practical operation the diodes 18, 19 and 20 are not permanently switched on, but instead are made effective in the cycle of the sequence of steps one after the other (Fig. 5b, 5c and 5d), the output signal of the displacement sensor at point 46 corresponds to the one in The direction of rotation of the motor 14 indicated by the arrow 35 in the illustration according to FIG. 5h, that is to say, of the three partial signals according to FIGS. 5e, 5f, 5g, only the constant negative part (38 in FIG. 5e) and the adjoining half the rising edge (39 in Fig. 5e) exploited.
To the motor 14, starting from the reticle position according to FIG. 4, steps in the other direction, i. H. opposite to the arrow 35, the diode 19 would first be brightly controlled, then the diode 18, then the diode 20, then the diode 19 again and so on. In such a case, a signal of the type shown in FIG. 5i appears at point 46. As can be seen, the constant positive level value and the subsequent falling half-limit of the partial signals according to FIGS. 5e, 5f and 5g are effective.
Via the branch labeled 48, a proportional component of the encoder signal goes to the one (inverting) input of an operational amplifier 52. Via a branch 55, the output signal of the encoder 15 appearing at point 46 is differentiated at the same time. Accordingly, a differential component of the position encoder signal is also applied to one input of the operational amplifier 52. The output signal of the operational amplifier 52 to be traced back to the proportional component is shown for the assumed direction of rotation arrow 35) in FIG. 5j, the output signal based on the differential component in FIG. 5k.
The output of the operational amplifier 52 can be connected to the input of the output stage 12 via the switch 58.
The output stage 12 has two power amplifiers 63, 64, one of which is located in each of the two strands 66, 67 of the brushless DC motor 14, which are offset by 90 "from one another, and whose rotor is indicated at 68. A field effect transistor 70 is connected to the inverting input 71 of the Amplifier 63 is connected upstream, while the non-inverting input 72 of the amplifier 63 can be switched to zero potential by means of a field effect transistor 73. Field effect transistors 75 and 76 are assigned to the inverting input 77 and non-inverting input 78 of the amplifier 64 in a corresponding manner.
A graduated disk 80, which serves for commutation and has a dark zone 81 extending over an angle of 1800, is seated on the motor shaft 17. The reticle 80 moves in the beam path between a first lamp 82 and an associated phototransistor 83 and a second lamp 84 with an associated phototransistor 85. Lamp 84 and phototransistor 85 are offset by 90 "with respect to lamp 82 and phototransistor 83. The phototransistors 83, 85 are in the control circuit of the field effect transistors 75, 76 and 70, 73.
The step recognition circuit 13 is essentially composed of an operational amplifier 92 connected as a Schmitt trigger, inverters 93, 94, 95, NAND circuits 96, 97, 98 and an edge-controlled RS flip-flop 99. The inverting input of operational amplifier 92 is connected to the output of operational amplifier 52.
The overall arrangement works as follows:
Up to time t3 (FIG. 2) the switch 58 is in the upper switch position in FIG. 3. The motor 14 operates as a direct current motor in the manner explained in more detail for the motor 1 in connection with FIGS. 1 and 2.
If the switchover trigger stage 24 then responds, the switch 58 is thrown over the control line 29. The input of the output stage 12 is connected to the output of the operational amplifier 52. It is assumed that the direction of rotation signal applied to the line 26 is L and ensures a movement of the motor and thus the reticle 16 to the right (in FIGS. 3 and 4) that due to the first via the NAND circuit 50 and the Lines 54, 27 running pace pulses the diode 18 is brightly controlled and that at this moment according to FIG. 4 the bright zone 30 is between the diode 18 and the phototransistor 21. The voltage at point 46 drops. A signal (FIG. 5j) with a constant level appears at the output of the operational amplifier 52.
Since both phototransistors 83, 85 of the commutation arrangement are exposed to light in the operating state shown in FIG. 3, all four field effect transistors 70, 73, 75 and 76 are blocked. The two power amplifiers 63, 64 are switched to non-inverting operation. The signal coming from the operational amplifier 52 reaches the branches 66, 67 in an appropriately amplified manner, the amplifiers 63, 64 being fully controlled. Since the voltage at point 46 is initially constant while the bright zone 30 is passing, the differential component is equal to zero. The motor is accordingly fully charged with drive current (Fig. 51) and accelerated with the maximum available power.
After the reticle 16 has rotated through the angle p / 2, the voltage at point 46 begins to rise towards zero (edge 39 in FIG. 5h), since the gray wedge 33 allows less and less light to reach the phototransistor 21 from the diode 18 .
The proportional component of the encoder signal decreases accordingly, while the differential component jumps to a maximum value. The opposite polarity to the differential component having the proportional component exceeds the proportional component, so that the resulting signal at the output of the operational amplifier 52 changes sign. According to FIG. 51, the power amplifiers 63, 64 are driven into the limitation in the direction opposite to the acceleration phase. The motor 14 is braked with full force. Only shortly before reaching the next step position does the drive switch to normal operation; the motor 14 is pulled into the step position in a controlled manner.
As long as the signal at the inverting input of the amplifier 92 is less than the Schmitt trigger voltage threshold, the output of the inverter 93 is 0, while the output of the NAND circuit 96 is low. The signal O is at the output of the inverter 95; the output of the inverter 94 is the signal L. As a result, the output of the NAND circuit 97 is low and the output of the NAND circuit 98 is 0. If the step pulse SIM jumps the input of the amplifier 92 to a voltage wave above the Schmitt trigger If the voltage is present, the signal L appears at the output of the inverter 93. The output of the NAND circuit 96 jumps to 0, while that of the NAND circuit 98 goes to L, as shown in FIG. 5m, the representation of the signal on the line 90 can be seen.
After the angle of rotation p / 2, the signal at the inverting input of the operational amplifier 92 again falls below the Schmitt trigger voltage threshold due to the differential component of the displacement encoder signal. This causes the output of NAND circuit 98 to jump from low to zero. This negative edge, labeled 99 'in FIG. 5m, goes to the reset input of the flip-flop 99, the set input of which is connected to the line 27. The flip-flop 99 is set by the edge of the step pulse SIM on line 27 that triggers the step and is reset by the negative edge of the signal arriving on line 90. In this way, a single signal SAR present on line 91 is uniquely assigned to each step command.
The signal SAR arrives at the NAND circuit 50 via the time delay stage 43 and the switch 49. It is sent from this circuit to the line 27 via the line 54 as the next step command SIM. The working cycle explained above is repeated, with the exception that, instead of the diode 18, the diode 19 is now activated and the phototransistor 22 is made effective.
If the target point had not yet been reached and if - contrary to the illustration according to FIG. 2f - the NAND circuit 50 were not blocked, the diode 20 would then be activated, whereupon the interplay with the diode 18 begins again.
If the motor shaft 17 has rotated so far that the dark zone 81 of the reticle 80 comes to stand between lamp 84 and phototransistor 85, the two field effect transistors 70, 73 are switched through. The non-inverting input 72 is connected to ground (zero potential).
The signal from the operational amplifier 52 goes to the inverting input 71. The commutation for the remaining quadrants of the angular position of the motor shaft 17 takes place in a corresponding manner.
As long as the switch 58 is in the upper switch position in FIG. 3 and the motor 14 is working in direct current motor mode, the optical rotating field generated by the position sensor 15 is empty, i.e. H. without affecting the power amplifiers 63, 64, but advanced synchronously with the rotation of the motor shaft 17.
Trimming resistors 120, 121, 122 in the supply circuit of the diodes 18, 19, 20 allow the light transmitter-light receiver pairs to be coordinated with one another. The rest position of the motor shaft 17 in the step positions is adjusted by means of a potentiometer 124. By adjusting a trimming resistor 123 and / or a trimming resistor 125 in the input or in the feedback circuit of the operational amplifier 52, the ratio of the proportional component and the differential component can be set in order to ensure the respectively desired oscillation behavior of the control loop.