DE19544526B4

DE19544526B4 - Anzeigevorrichtung mit einem von einem Schrittmotor angetriebenen Zeiger

Info

Publication number: DE19544526B4
Application number: DE1995144526
Authority: DE
Inventors: Noboru Nagata; Noriaki Misaki; Toru Nagakura
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2015-11-30
Also published as: DE19544526A1; JPH08152337A; JP3048035B2

Abstract

Anzeigevorrichtung mit: einem von einem Schrittmotor (10) angetriebenen Zeiger (12), einem Zeitgeber (1, 16) zum Takten einer ermittelten Antriebsimpuls-Zeitspanne (TP); einer Zeitberechnungsvorrichtung (2, 15), von der eine Antriebsimpuls-Zeitspanne (TP) derart berechenbar und für den Zeitgeber (1, 16) einstellbar ist, daß die Antriebsimpuls-Zeitspanne (TP) für jedes Takten des Zeitgebers (1, 16) kurz ist, wenn der Unterschied zwischen einer von dem Zeiger anzuzeigenden Stellung (θM) und einer gegenwärtigen Anzeigestellung (θP) groß ist, und die Antriebsimpuls-Zeitspanne (TP) für jedes Takten des Zeitgebers (16) lang ist, wenn der Unterschied zwischen der von dem Zeiger anzuzeigenden Stellung (θM) und der gegenwärtigen Anzeigestellung (θP) klein ist, eine Teilpulsvorrichtung (3, 18), von der innerhalb der von der Zeitberechnungsvorrichtung (15) berechneten Antriebsimpuls-Zeitspanne (TP) M Teilpulse erzeugbar sind, mit denen der Schrittmotor (10) antreibbar ist; eine Antriebsimpulskontrollvorrichtung (4, 17), die ermittelt, ob zum Startzeitpunkt der Antriebsimpuls-Zeitspanne (TP) ein Antriebsimpuls von 0 auf 1 wechselt oder der Antriebsimpuls von 1 auf 0 wechselt; und eine Tastverhältnisvorrichtung (5, 19), von der das Tastverhältnis der von der Teilpulsvorrichtung (3, 18) erzeugten Teilpulse derart einstellbar ist, daß das Tastverhältnis innerhalb der Antriebsimpuls-Zeitspanne (TP) progressiv bis auf einen Wert von 100% vergrößerbar ist, wenn der Antriebsimpuls zum Startzeitpunkt der Antriebsimpuls-Zeitspanne (TP) von 0 auf 1 wechselt, und das Tastverhältnis innerhalb der Antriebsimpuls-Zeitspanne (TP) progressiv bis auf einen Wert von 0% verkleinerbar ist, wenn der Antriebsimpuls zum Startzeitpunkt der Antriebsimpuls-Zeitspanne (TP) von 1 auf 0 wechselt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung mit einem Zeiger, der von einem Schrittmotor angetrieben wird, wobei eine Antriebssteuerung bewirkt, daß die Bewegung des Zeigers glatter wird.
9A zeigt einen Vier-Phasen-Schrittmotor 10, welcher einen Rotor 10a und einen Stator 10b mit vier Polschuhen aufweist. Der Rotor 10a ist als Magnet ausgebildet. Ein Zeiger ist mittels eines Getriebes mit einer Welle des Rotors verbunden.
Wenn ein Strom mit der Phase φ1 durch die Wicklung ϕ1 um einen ersten Polschuh des Stators 10b fließt, wird in diesem ein magnetischer Südpol erzeugt. Infolge der magnetischen Anziehung zwischen dem durch den Strom der Phase φ1 in dem Polschuh des Stators 10b erzeugten Südpol und dem Nordpol des Rotors 10a wird der Nordpol des Rotors 10a durch Drehung des Rotors 10a zu dem Südpol des Stators 10b hin bewegt (siehe 9B; 0°).
Ferner wird, wenn ein Antriebsimpuls (d. h. ein Strom) der Phase φ2 durch die Wicklung ϕ2 um den nächsten Polschuh des Stators 10b fließt, wobei weiterhin eine Strom der Phase φ1 um den ersten Polschuh des Stators 10b fließt, in dem Stator 10b ein magnetisches Feld erzeugt, das zusammengesetzt ist aus den magnetischen Feldern, die aufgrund der Phasen φ1 und φ2 erzeugt werden, so daß ein Südpol in einer Zwischenposition des Stators 10b, d. h. zwischen dem ersten Polschuh, in dessen Wicklung ϕ1 ein Strom mit der Phase φ1 fließt, und dem nächsten Polschuh, in dessen Wicklung ϕ1 ein Strom der Phase φ2 fließt, erzeugt wird. Als Ergebnis wird der Rotor 10a veranlaßt, sich um einen Winkel von 45° in Uhrzeigerrichtung zu drehen (siehe 9B; 45°).
Wie in 9B gezeigt, wird der Rotor 10a gemäß der Reihenfolge der an den Wicklungen ϕ1 bis ϕ4 anliegenden Antriebsimpulse der Phasen φ1 bis φ4 nacheinander jeweils um einen Winkel von 45° weiterbewegt, zu jedem umwickelten Pol des Stators 10b.
Obwohl sich der Schrittmotor 10 in Antwort auf jedes Anlegen eines Antriebsimpulses um einen Winkel von 45° dreht, dreht sich der Zeiger aufgrund der Untersetzung durch ein nicht dargestelltes Getriebe nur um einen (kleineren) Winkel θ₀.
Bei einer herkömmlichen Anzeigevorrichtung mit einem von einem Schrittmotor angetriebenen Zeiger kann, wie in 10 gezeigt, der Antriebsimpuls N durch die folgende Gleichung berechnet werden: N = (θ_M – θ_P)/θ₀ (1) wobei θ_P der Winkel gemäß der gegenwärtigen Stellung des Zeigers und θ_M der Winkel gemäß der anzuzeigenden Stellung des Zeigers ist, welche regelmäßig im zeitlichen Abstand von einem konstanten Zeitintervall aktualisiert wird.
Wie in 10A gezeigt, werden N Antriebsimpulse jeweils mit einem Abstand von einem Zeitintervall T_A übertragen.
Wenn nämlich der Schrittmotor in Uhrzeigerrichtung gedreht wird, werden unter der Annahme, daß die gegenwärtige Stellung des Schrittmotors die Stellung von 0° ist, wie in 9B gezeigt, zu einer Zeit t₁ die Antriebsimpulse derart übertragen, daß der Antriebsimpuls mit der Phase φ1 ein hohes Niveau von 1 und der Antriebsimpuls mit der Phase φ2 ein niedriges Niveau von 0 hat, und zu einer Zeit t₂, d. h. nach einer Zeitspanne T_A, ein der Antriebsimpuls mit der Phase φ1 0 und ein Antriebsimpuls mit der Phase φ2 1 ist. Die Drehung des Schrittmotors erfolgt wie oben beschrieben.
Da sich der Zeiger der Vorrichtung, nachdem der N-te Antriebsimpuls übertragen wurde, nicht weiter dreht, bis der erste für den nächsten Zeitraum T berechnete Antriebsimpuls übertragen wird, bewegt sich der Zeiger Schritt für Schritt intermittierend und führt keine glatte Bewegung aus.
In der offengelegten Japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 64-6556 ist eine Lösung zur Glättung der Bewegung eines Zeigers offenbart.
Nach dieser Lösung werden, wie in 10B gezeigt, innerhalb eines Zeitraums T N Pulse mit einem Pulsübertragungsintervall T/N übertragen, wobei der erste Antriebsimpuls nach einer Verzögerungszeit von T/2N übertragen wird.
Auf diese Weise wird die Bewegung des Zeigers durch Steuerung sowohl der Übertragungsstartzeit als auch des Übertragungszeitintervalls der Antriebsimpulse geglättet.
Wenn T_A das kleinste Anriebsimpulsübertragungszeitintervall ist, in welchem die Schrittbewegung des Schrittmotors durch die Eigenschaften eines Schrittmotors bestimmt wird, ist T durch folgenden Zusammenhang bestimmt: T/N ≥ T_A (2)
Wird ferner der erste Antriebsimpuls durch Mittelung dieser Antriebsimpulsübertragungszeitintervalle nach 10B und Gleichung (2) verzögert, dann ist T durch folgenden Zusammenhang bestimmt: T ≥ 2NT_A (3)
Folglich ist der Wert von T größer als ein bestimmter unterer Wert (minimale Betriebszeit).
Bei der Anzeigevorrichtung mit einem von einem Schrittmotor angetriebenen Zeiger sollte jeder Antriebsimpuls mit einem minimalen Zeitintervall übertragen werden, indem eine Schrittfunktion des Schrittmotors dem Antriebsimpuls noch folgen kann. Es ist erforderlich, daß eine zeitliche Übertragungsabstimmung für den Antriebsimpuls beibehalten wird, so daß die Ansprechgeschwindigkeit für die Schrittfunktion bezogen auf das Eingangssignal besser und das Ansprechverhalten in Bezug auf die Schrittfunktion ruckfrei ist.
11 ist eine grafische Darstellung, die einen Ausschlag eines Zeigers für eine herkömmliche Anzeigevorrichtung mit einem von einem Schrittmotor angetriebenen Zeiger zeigt.
In 11 ist θ_M ein Winkel, der angezeigt werden soll. Dabei repräsentiert der angezeigte Verlauf für den Winkel θ_M ein Beispiel, gemäß dem ein Fahrzeug seine Geschwindigkeit zum Erreichen einer Geschwindigkeit progressiv beschleunigt und dann auf einer konstanten Geschwindigkeit bleibt.
Die durchgehende Linie in 11 zeigt die Funktion der Auslenkung des Zeigers der Anzeigevorrichtung, wenn die Anzeigevorrichtung nach der in der offengelegten Japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. Sho 64-6556 offenbarten Methode arbeitet, falls der in 10 gezeigte Zeitraum T gleich 6T_A oder gleich 12T_A ist. Dabei ist T_A ein minimales Zeitintervall, innerhalb welchem eine Schrittfunktion eines Schrittmotors noch in der Lage ist, dem Antriebsimpuls zu folgen.
Obwohl das Auslenken des Zeigers mit dieser Methode glatter verläuft, gibt es einige Probleme, wie im Folgenden erläutert:

[1] Die Ansprechverzögerung bleibt für den gesamten Bereich bestehen, da in jedem Zeitraums T eine Differential-Berechnung durchgeführt wird;
[2] Da das Antriebsmpulsübertragungsintervall sich in jeden Zeitraum T verändert, wird, wie bei A in 11 gezeigt, eine plötzliche Änderung erzeugt, so daß die Ruckfreiheit verloren geht;
[3] Wenn der Zeitraum T vergrößert wird, werden die unter [1] und [2] genannten Zustände weiter verschlechtert;
[4] Aus der obigen Gleichung (3) ist ein Wert des Zeitraums T größer als ein unterer Wert, der ein ausgezeichnetes Ergebnis bringt.

In DE 39 18 538 A1 wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines Schrittmotors beschrieben, wobei der Schrittmotor mit einer Pulssequenz angesteuert wird, bei der das Tastverhältnis Puls/Pause der Einzelpulse zunimmt. Ferner wird in DE 39 15 576 A1 wird eine Steuerschaltung für einen Impulsmotor beschrieben, und in WO 85/04061 wird ein Verfahren zu Ansteuerung eines Schrittmotors beschrieben. Jedoch wird in diesen Dokumenten keinerlei Berechnung der Antriebspulszeitspanne (T_P) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Anzeigestellung und der anzuzeigenden Stellung angegeben.
Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Lösung der oben genannten Probleme geschaffen.
Dazu wird zunächst ein Prinzip gemäß einem Aspekt der Erfindung unter Bezugnahme auf die 8A bis 8D beschrieben, gemäß dem die Schwingungen beseitigt werden, die beim Vorlauf und Nachlauf des Antriebsimpulses erzeugt werden.
8A zeigt den Antriebsimpuls für jede Phase φ_n, die, wie in 9B gezeigt, an den jeweiligen Polen bzw. Klemmen oder Wicklungen ϕn des Stators 10b verwendet wird.
Die Antriebsimpulse weisen einen Antriebsimpuls ”a”, welcher von 0 auf 1 ansteigt, einen Antriebsimpuls ”b”, welcher 1 beibehält und einen Antriebsimpuls ”c”, welcher von 1 auf 0 abfällt, auf.
Die Ursache für die Schwingung eines Zeigers ist, daß die Antriebsimpulse steile vorlaufende und steile nachlaufende Impulsflanken aufweisen, so wie bei dem Antriebsimpuls ”a” oder dem Antriebsimpuls ”c”. Daher werden im Falle der vorlaufenden Flanke, wie in 8B gezeigt, M Teilpulse innerhalb des Zeitraums T_P des jeweiligen Antriebsimpulses erzeugt, und außerdem wird das Tastverhältnis der Teilpulse progressiv vergrößert.
Im Falle der nachlaufenden Flanke werden, wie in 8C gezeigt, M Teilpulse innerhalb des Zeitraums T_P des jeweiligen Antriebsimpulses erzeugt, und außerdem wird das Tastverhältnis der Teilpulse progressiv verringert.
Durch dieses Verfahren wird der Schrittmotors entlastet, so daß die Bewegung des Zeigers glatt wird.
Außerdem wird die Anzahl M der Teilpulse derart gewählt, daß das dazugehörige Teilpulserzeugungsintervall T_S erheblich kürzer als die minimale Betriebszeit des Schrittmotors ist.
Bei diesem Verfahren werden, zur Entlastung des Antriebs des Schrittmotors, wie in 8B und 8C gezeigt, M Teilpulse innerhalb des Zeitraums T_P des Antriebsimpulses erzeugt, und wie in 8D gezeigt, wird innerhalb des Zeitraums T_P des Antriebsimpulses in jedem Zeitintervall T_C ein Teilpuls erzeugt, wobei T_C kürzer ist als die Betriebszeit des Schrittmotors ist, und außerdem wird die ruckfreie Bewegung des Zeigers durch Änderung des Tastverhältnisses ermöglicht.
Mit Bezugnahme auf 1 wird nun eine Zusammenfassung der Erfindung beschrieben.
Eine Anzeigevorrichtung ist mit einem von einem Schrittmotor angetriebenen Zeiger vorgesehen und enthält ferner einen Zeitgeber 1 zum Takten einer ermittelten Zeit, eine Zeitberechnungsvorrichtung 2, von der eine Antriebsimpuls-Zeitspanne derart berechenbar und für den Zeitgeber (1) einstellbar ist, dass die Antriebsimpuls-Zeitspanne für jedes Takten des Zeitgebers (1) kurz ist, wenn der Unterschied zwischen einer von dem Zeiger anzuzeigenden Stellung einer gegenwärtigen Anzeigestellung groß ist, und die Antriebsimpuls-Zeitspanne für jedes Takten des Zeitgebers lang ist, wenn jedes Takten des Zeitgebers von der dem Zeiger anzuzeigenden Stellung und der gegenwärtigen Anzeigestellung klein ist, eine Teilpulsvorrichtung 3, von der innerhalb der von der Zeitberechnungsvorrichtung 2 berechneten Antriebsimpuls-Zeitspanne M Teilpulse erzeugbar sind, mit denen der Schrittmotor antreibbar ist, eine Antriebsimpulskontrollvorrichtung 4, die ermittelt, ob zum Startzeitpunkt der Antriebsimpuls-Zeitspanne ein Antriebsimpuls von 0 auf 1 wechselt oder der Antriebsimpuls von 1 auf 0 wechselt, und eine Tastverhältnisvorrichtung 5, von der das Tastverhältnis der von der Teilpulsvorrichtung 3 erzeugten Teilpulse derart einstellbar ist, dass das Tastverhältnis innerhalb der Antriebsimpuls-Zeitspanne progressiv bis auf einen Wert von 100% vergrößerbar ist, wenn der Antriebsimpuls zum Startzeitpunkt der Antriebsimpuls-Zeitspanne von 0 auf 1 wechselt, und das Tastverhältnis innerhalb der Antriebsimpuls-Zeitspanne progressiv bis auf einen Wert von 0% verkleinerbar ist, wenn der Antriebsimpuls zum Startzeitpunkt der Antriebsimpuls-Zeitspanne von 1 auf 0 wechselt.
Weiter ist eine Anzeigevorrichtung mit einem von einem Schrittmotor angetriebenen Zeiger vorgesehen, bei der die Teilpulse innerhalb der Antriebsimpuls-Zeitspanne in gleichbleibenden Zeitintervallen erzeugbar sind
Dies bedeutet unter anderem, dass eine Anzeigevorrichtung geschaffen wird, bei der die Berechnung der Differenz zwischen der Stellung, die mittels des Zeigers angezeigt werden soll, und der gegenwärtigen Zeigerstellung in solch einer Weise durchgeführt, daß, wenn die zuletzt berechnete Differenz groß ist, eine kurze Zeit berechnet wird, und wenn die Differenz klein ist, eine lange Zeit berechnet wird, und weiter der Antriebsimpuls auf den Schrittmotor nach der berechneten Zeit übertragen wird, und daß der Schrittmotor in solch einer Weise angetrieben wird, daß zum Startzeitpunkt, im Falle der vorlaufenden Flanke, M Teilpulse innerhalb des Zeitraumes des Antriebsimpulses erzeugt werden und außerdem deren Tastverhältnis progressiv vergrößert wird, und andererseits, im Falle der nachlaufenden Flanke, M Teilpulse innerhalb des Zeitraumes des Antriebsimpulses erzeugt werden und außerdem das Tastverhältnis des Teilpulses progressiv reduziert wird. Somit wird, als ein Vorteil der Erfindung, der Schrittmotor bei steilen vorlaufenden oder nachlaufenden Flanken entlastet und die trägheitsbedingte, schwingende Drehung beseitigt. Die Bewegung des Zeigers ist glatt und die Ansprechgeschwindigkeit ist ausgezeichnet.
Weiter kann, da M Teilpulse innerhalb des Zeitraumes des Antriebsimpulses im gleichmäßigen Abstand voneinander erzeugt werden, wobei im Falle der vorlaufenden Flanke für den Antriebsimpuls das Tastverhältnis für den letzten Teilpuls auf 100% geändert wird und im Falle der nachlaufenden Flanke für den Antriebsimpuls das Tastverhältnis für den letzten Teilpuls auf 0% geändert wird, der Zeiger ruckfrei bewegt werden.
Weiterhin kann, da die Teilpulse innerhalb des Zeitraumes des Antriebsimpulses mit gleichbleibenden Zeitintervallen erzeugt werden, der Zeiger auch bei schneller Arbeitsweise glatt bewegt werden.
Die Erfindung wird in der folgenden ausführlichen Beschreibung anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen dienen jedoch nur der Erläuterung und sind nicht dazu gedacht, die Erfindung zu beschränken.
1 ist ein Basis-Blockdiagramm nach der Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 ist ein Ablaufdiagramm gemäß der Ausführungsform aus 2;
4 ist ein Ablaufdiagramm gemäß der Ausführungsform aus 2;
5 ist ein Ablaufdiagramm gemäß der Ausführungsform aus 2;
6 ist ein Ablaufdiagramm gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
7 ist ein Ablaufdiagramm gemäß der anderen Ausführungsform;
8A bis 8D sind Ansichten zur Erläuterung eines Funktionsprinzips, das die Schwingung eines Zeigers in einer Vorrichtung nach der Erfindung beseitigt;
9A und 9B sind Ansichten zur Erläuterung des Antriebs eines Schrittmotors;
10A und 10B sind Ansichten zur Erläuterung der Funktionsweise eines Schrittmotors gemäß eines herkömmlichen Verfahrens;
11 ist eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Bewegung des Zeigers gemäß dem herkömmlichen Verfahren; und
12 ist eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Bewegung des Zeigers gemäß dem herkömmlichen Verfahren.
Eine bevorzugte Ausführungsform wird nun ausführlich mit Bezug auf die 2 bis 5 der Zeichnungen beschrieben.
2 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform, 3 bis 5 sind Ablaufdiagramme gemäß der Ausführungsform aus 2.
In 2 bezeichnet Nummer 10 einen Schrittmotor, 11 eine Skala, 12 einen Zeiger, 13 eine Erfassungseinrichtung für die gegenwärtige Stellung, 14 eine Berechnungseinrichtung für die Anzeigestellung, 15 eine Zeitberechnungsvorrichtung, 16 einen Zeitgeber, 17 eine Antriebsimpulskontrollvorrichtung, 18 eine Teilpulsvorrichtung, 19 eine Tastverhältnisvorrichtung, 20 eine Antriebsimpulsübertragungseinrichtung, 21 bis 23 Zeitzähler, 24 einen Zähler, 26 bis 28 Eingangs-/Ausgangsschnittstellen (im Folgenden als I/O bezeichnet) und 29 eine zentrale Prozessoreinheit.
Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel bewirkt die I/O 26, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeuges mittels des Zeigers 12 angezeigt wird, anhand eines Signals, das von einem Fahrtsensor übertragen wird, welcher einen Antriebsimpuls für jede Wegeinheit überträgt, die von dem Fahrzeug zurückgelegt wird.
Zuerst wird die Funktion der Berechnungseinrichtung 14 zur Berechnung der Anzeigestellung mit Bezug auf 5 beschrieben.
Der Betrieb der Berechnungseinrichtung 14 für die Anzeigestellung wird mit einer Unterbrechungsbehandlung für jeden Eingang des Fahrtimpulses aus der I/O 26 begonnen.
In dem Berechnungsschritt S31 wird, bei Eingang eines Antriebsimpulses aus der I/O 26, die Zeitdifferenz t zwischen den beiden zuletzt aus der I/O 26 eingegebenen Antriebsimpulsen berechnet.
In dem Berechnungsschritt S32 wird θ_M durch Ausführung der folgenden Gleichung berechnet, wobei vorausgesetzt wird, daß K_B eine Konstante ist: θ_M = K_B/t (4)
In dem Berechnungsschritt S32 wird nämlich die Geschwindigkeit des Fahrzeuges mittels der Antriebsimpulsintervalleingabe aus der I/O 26 berechnet, und der Drehwinkel θ_M des Zeigers 12 auf der Skala 11 entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird berechnet.
In dem Berechnungsschritt S33 wird die Anzeigestellung θ_M, die in dem Berechnungsschritt S32 berechnet wird, in einem nicht dargestellten Speicher aufgezeichnet, und dann ist die Verarbeitung beendet.
Wie oben beschrieben, bewirkt die Berechnungseinrichtung 14 zur Berechnung der Anzeigestellung, daß die Aufzeichnung mit der Berechnung der neuen Anzeigestellung bei jedem Antriebsimpulseingang aus dem Fahrtsensor erneuert wird.
Als nächstes wird der Betrieb der Ausführungsform mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben.
In dem Berechnungsschritt S1 beurteilt der Zeitgeber 16, ob der berechnete Wert des Zeitzählers (T_P) 21 gleich 0 ist oder nicht. Wenn er nicht gleich 0 ist, wird bewirkt, den Betrieb zu verzögern, bis der berechnete Wert gleich 0 ist.
Die Zeit T_P, welche in dem später beschriebenen Berechnungsschritt S5 berechnet wird, wird nämlich an den Zeitzähler (T_P) 21 gegeben, und der Zeitzähler (T_P) 21 kann die Zeit T_P erfassen, indem er als Abwärtszähler arbeitet.
In dem Berechnungsschritt S2 liest die Zeitberechnungsvorrichtung 15 die Anzeigestellung θ_M, die mittels der Berechnungseinrichtung 14 für die Anzeigestellung berechnet und gespeichert wurde, daraus aus. Weiter liest die Zeitberechnungsvorrichtung 15 auch die gegenwärtige Stellung θ_P, die momentan von dem Zeiger 12 angezeigt wird, aus der Erfassungseinrichtung 13 für die gegenwärtige Stellung über die I/O 27 aus.
Die Differenz θ wird mit der folgenden Gleichung berechnet: θ = θ_M – θ_P (5)
In dem Berechnungsschritt S3 beurteilt die Zeitberechnungsvorrichtung 15, ob die Differenz θ, die in dem Berechnungsschritt S2 berechnet wird, gleich 0 ist, und im Falle, daß die Entscheidung JA ist, wird von dem Berechnungsschritt S3 zu dem Schritt S4 übergegangen, und eine Zeit T_P wird an den Zeitzähler (T_P) 21 gegeben. Der Wert T_P wird später beschrieben.
In dem Berechnungsschritt S5 berechnet die Zeitberechnungsvorrichtung 15 die Zeit (den Zeitraum des Antriebsimpulses) T_P durch Ausführung der folgenden Gleichung, wobei vorausgesetzt wird, daß K_A und K_C konstant sind: T_P = |K_A/θ| + K_C (6)
In dem Berechnungsschritt S6 wird mit der Zeiteinstellung begonnen, wobei T_P an den Zeitzähler (T_P) gegeben wird (8A).
In dem Berechnungsschritt S7 berechnet die Teilpulsvorrichtung 18 den Zeitraum T_S des Teilpulses mit Ausführung der folgenden Gleichung (8B und 8C): T_S = T_P/M (7)
In dem Berechnungsschritt S8 bestimmt die Antriebsimpulskontrollvorrichtung 17 die Phase θ_n' aus welcher der Antriebsimpuls übertragen wird.
In dem Berechnungsschritt S8 wird entschieden, zu welchem Pol der Antriebsimpuls der Phase φ_n übertragen wird, basierend sowohl auf der Drehrichtung als auch auf dem gegenwärtigen Zustand des Schrittmotors.
In den Berechnungsschritten S9, S10 und S11 wird der Zähler [M] 24 von der Teilpulsvorrichtung 18 im Schritt S9 gelöscht, der berechnete Wert des Zählers [M] 24 wird im Schritt 10 zu +1, und die Uhr wird gestartet, wobei der Zeitraum T_S des Teilpulses, der in dem Berechnungsschritt S7 berechnet wurde, an den Zeitzähler (T_S) 22 gegeben wird.
In dem Berechnungsschritt S12 bewirkt die Tastverhältnisvorrichtung 19, daß die Zeitsteuerung mit der Aufnahme von T_D beginnt, was mit folgender Gleichung mit Bezug auf den Zeitzähler (T_D) 23 ausgeführt wird, wobei [M] der berechnete Wert des Zählers [M] 24, d. h. der Zählwert ist: T_D = (T_S/M) × [M] (8)
In dem Berechnungsschritt S13 bestimmt die Antriebsimpulskontrollvorrichtung 17, ob sich die Antriebsimpulsübertragungsphase φ_n, die in dem Berechnungsschritt S8 bestimmt wird, von 0 auf 1 ändert, oder ob sich diese Phase φ_n von 1 auf 0 in dem Startzeitpunkt des Zeitraumes ändert.
In dem Startzeitpunkt des Zeitraumes verschiebt sich der Betrieb in Bezug auf die eine Phase, in welcher sich der Antriebsimpuls von 0 auf 1 ändert, von dem Berechnungsschritt S13 auf S14. In dem Endzeitpunkt des Zeitraumes verschiebt sich der Betrieb in Bezug auf die andere Phase, in welcher sich der Antriebsimpuls von 1 auf 0 ändert, von dem Berechnungsschritt S13 auf S19.
In dem Berechnungsschritt S14 bewirkt die Teilpulsvorrichtung 18, daß 1 an den Schrittmotor 10 von der Antriebsimpulsübertragungseinrichtung 20 über die I/O 28 ausgegeben wird.
In dem Berechnungsschritt S15 bestimmt die Teilpulsvorrichtung 18, ob der Zeitzähler (T_D) 23, welcher in dem Berechnungsschritt S12 angesteuert wurde und zählt, die Zeitsteuerung beendet oder nicht. Wenn die Zeitsteuerung nicht beendet wird, verschiebt sich der Betrieb von dem Berechnungsschritt S15 auf S14, so daß bewirkt wird, daß 1 kontinuierlich an den Schrittmotor ausgegeben wird.
Im Falle, daß die eingestellte Zeit beendet ist, verschiebt sich der Betrieb von dem Berechnungsschritt S15 auf S16, es wird bestimmt, ob der Zählwert des Zählers [M] 25 M ist oder nicht, und falls die Entscheidung NEIN ist, verschiebt sich der Betrieb von dem Berechnungsschritt S16 auf S17, was bewirkt, daß 0 an den Schrittmotor ausgegeben wird.
In dem Berechnungsschritt S18 bestimmt die Teilpulsvorrichtung 18, ob der Zeitzähler (T_S) 22, welcher in dem Berechnungsschritt S12 angesteuert wurde und zählt, die Zeitsteuerung beendet oder nicht. Im Falle, daß der Zeitzähler (T_S) 22 die Zeitsteuerung nicht beendet hat, wird es ermöglicht, daß der Betrieb bis zur Beendigung wartet, und wenn der Zeitzähler (T_S) die Zeitsteuerung beendet hat, verschiebt sich der Betrieb von dem Berechnungsschritt S18 auf S10, was bewirkt, daß der nächste Teilpuls erzeugt wird.
Wie in 8B gezeigt, wird nämlich der Zeitraum T_S des Teilpulses in den Berechnungsschritten S11 und S18 erzeugt. Weiter wird bewirkt, daß die Zeit T_D erzeugt wird, in welcher der Teilpuls 1 überträgt, und daß der gesetzte Wert des Berechnungsschrittes S12 geändert wird, so daß das Tastverhältnis des Teilpulses progressiv vergrößert wird.
Die Berechnungsschritte S19 bis S22 sind der Erzeugungsprozeß des Teilpulses in dem Falle, daß der Antriebsimpuls entsprechend 8C von 1 auf 0 geändert wird. In dem Berechnungsschritt S19 wird bewirkt, daß 0 an den Schrittmotor ausgegeben wird, und in dem Berechnungsschritt S22 wird bewirkt, daß 1 an ihn ausgegeben wird.
In dem Berechnungsschritt S23 wird in Bezug auf den Berechnungsschritt S18, wenn der Antriebsimpuls als der letzte Antriebsimpuls durch die Berechnungsschritte S16 und S21 bestimmt wird, der Wert 1 oder 0, welcher momentan auf den Schrittmotor übertragen wird, gehalten, und der Betrieb verschiebt sich von dem Berechnungsschritt S23 auf S1, was bewirkt, daß die nächste Zeigerbewegung beginnt.
Wie oben beschrieben, wird im Falle, daß die Differenz θ zwischen der Anzeigestellung θ_M und der gegenwärtigen Stellung θ_P groß ist, bewirkt, daß die Zeit verkürzt wird, die in dem Zeitgeber 16 eingestellt wird, und im Falle, daß die Differenz θ zwischen der Anzeigestellung θ_M und der gegenwärtigen Stellung θ_P klein ist, wird bewirkt, daß die Zeit verlängert wird, die in dem Zeitgeber 16 eingestellt wird. Durch Übertragung des Antriebsimpulses in Übereinstimmung mit jedem Zustand wird die Eigenschaft, daß die Bewegung des Zeigers glatt und die Ansprechgeschwindigkeit ausgezeichnet ist, erreicht.
Weiter wird in dem Berechnungsschritt S3 bestimmt, ob |θ| = 0 ist, weil, wenn der Antriebsimpuls im Falle von |θ| = 0 übertragen wird, der Fehler in Bezug auf die Stellung, in der der Zeiger 12 stehen wird, größer ist, als der Fehler der Stellung, in der der Zeiger 12 momentan anzeigt. Folglich wird die Übertragung des Antriebsimpulses nach T_P beendet und es wird über die Übertragung des Antriebsimpulses neu entschieden.
Der Wert von T_P kann willentlich eingerichtet werden. Falls T_P klein gewählt wird, obwohl die Differenz θ, die durch die Anzeigestellung bewirkt wird, welche durch die Berechnungseinrichtung 14 der Anzeigestellung neu berechnet wird, inzwischen verändert wurde, kann unmittelbar die Ansprechgeschwindigkeit aufgrund der Bewegung des Zeigers in die Anzeigestellung verbessert werden.
Weiter wird im Falle, daß die Differenz θ, die mit der Gleichung (5) berechnet wird, und der Einheitswinkel θ₀ der Drehung des Zeigers, der durch den Schrittmotor bewirkt wird, keine ganze Zahl sind, bewirkt, daß die Bestimmungsnorm des Berechnungsschritts S3 auf |θ| < θ₀/2 festgelegt wird.
Weiter ist im Falle des Auftretens der sprunghaften großen Änderung in Bezug auf die Anzeigestellung θ_M die Drehgeschwindigkeit dθ_P/dt der gegenwärtigen Stellung θ_P: dθ_P/dt = θ₀/T_S = |(θ_M – θ_P)θ₀/K_A| (9), wenn die Differentialgleichung von (9) gelöst ist: θ_P = θ_M(1 – exp[–θ₀t/K_A]) (10).
Wie mit der strichpunktierten Linie in 11 gezeigt, verläuft θ_P, als ob sie eine Exponentialfunktion zu θ_M ist, in solch einer Weise, daß sich θ_M glatt und schnell bewegt.
Weiter kann, da der Schrittmotor mit dem Teilpulsen angetrieben wird, dessen Tastverhältnis verändert wird, sich der Zeiger ruckfrei drehen, wie mit der strichpunktierten Linie in 12 gezeigt ist.
Als nächstes wird der Betrieb der Ausführungsform gemäß 8D mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben.
Der Betrieb in Bezug auf die 6 und 7 ist derselbe Betrieb wie nach 3 und 4, mit der Ausnahme der Berechnungsschritte S7, S11 und S12.
In dem Berechnungsschritt S7' anstatt des Berechnungsschritts S7 berechnet die Teilpulsvorrichtung 18 die Teilpulsanzahl M_A entsprechend des Antriebs mit Ausführung der folgenden Gleichung, vorausgesetzt, daß T_C, welcher der Zeitraum des Teilpulses ist, als der hinreichend kleine Wert festgelegt wird, als der Wert der Betriebszeit des Schrittmotors. M_A = T_P/T_C (11).
In dem Berechnungsschritt S11' anstatt des Berechnungsschritts S11 wird die Zeiteinstellung mit der Etablierung der Zeit T_C in dem Zeitzähler (T_S) gestartet.
In dem Berechnungsschritt S12' anstatt des Berechnungsschritts S12 wird die folgende Gleichung in dem Zeitzähler (T_D) für die Zeit T_D ausgeführt, wobei die Zeiteinstellung mit der Etablierung der Zeit T_D beginnt: T_D = (T_C/M) × [M] (12).
Wie oben beschrieben, wird bewirkt, daß sich der Schrittmotor ruckfrei dreht aufgrund dieses Betriebs, in welchem der Antriebsteilpuls, wie in 8D gezeigt, erzeugt wird.
Die Berechnung der Differenz zwischen der Anzeigestellung, die angezeigt werden soll, und der gegenwärtigen Stellung, die momentan angezeigt wird, wird in solch einer Weise durchgeführt, daß, falls die Differenz zwischen der zukünftigen Anzeigestellung und der gegenwärtigen Stellung groß ist, die Zeit in dem Zeitgeber 16 verkürzt wird, und falls die Differenz zwischen der zukünftigen Anzeigestellung und der gegenwärtigen Stellung klein ist, die Zeit in dem Zeitgeber 16 verlängert wird. Der Antriebsimpuls wird auf den Schrittmotor nach der berechneten Zeit übertragen. Der Schrittmotor wird in solch einer Weise angetrieben, daß zu dem Startzeitpunkt im Falle dem vorlaufenden Flanke M Teilpulse innerhalb des Zeitraumes des Antriebsimpulses erzeugt werden, und außerdem das Tastverhältnis des Teilpulses progressiv vergrößert wird. Andererseits werden im Falle der nachlaufenden Flanke M Teilpulse innerhalb des Zeitraumes des Antriebsimpulses erzeugt, und außerdem wird das Tastverhältnis derselben progressiv verkleinert. Dementsprechend, da der Betrieb durch die steilen vorlaufenden und nachlaufenden Flanken entlastet wird, wird die Schwingbewegung durch die Trägheit beseitigt. Die Bewegung des Zeigers ist glatt und die Ansprechgeschwindigkeit ist ausgezeichnet.
Weiter kann, da M Teilpulse innerhalb des Zeitraumes des Antriebsimpulses gleichmäßig im zeitlichen Abstand voneinander erzeugt werden, und im Falle der vorlaufenden Flanke für den Antriebsimpuls das Tastverhältnis für den letzten Teilpuls auf 100%, und im Falle der nachlaufenden Flanke für den Antriebsimpuls das Tastverhältnis für den letzten Teilpuls auf 0° geändert wird, der Zeiger ruckfrei bewegt werden.
Darüberhinaus wird der Teilpuls innerhalb des Zeitraums des Antriebsimpulses mit einem konstanten Zeitintervall erzeugt, so daß der Zeiger mit Ausnahme eines schnellen Ablaufs ruckfrei bewegt werden kann.

Claims

Anzeigevorrichtung mit: einem von einem Schrittmotor (10) angetriebenen Zeiger (12), einem Zeitgeber (1, 16) zum Takten einer ermittelten Antriebsimpuls-Zeitspanne (T_P); einer Zeitberechnungsvorrichtung (2, 15), von der eine Antriebsimpuls-Zeitspanne (T_P) derart berechenbar und für den Zeitgeber (1, 16) einstellbar ist, daß die Antriebsimpuls-Zeitspanne (T_P) für jedes Takten des Zeitgebers (1, 16) kurz ist, wenn der Unterschied zwischen einer von dem Zeiger anzuzeigenden Stellung (θ_M) und einer gegenwärtigen Anzeigestellung (θ_P) groß ist, und die Antriebsimpuls-Zeitspanne (T_P) für jedes Takten des Zeitgebers (16) lang ist, wenn der Unterschied zwischen der von dem Zeiger anzuzeigenden Stellung (θ_M) und der gegenwärtigen Anzeigestellung (θ_P) klein ist, eine Teilpulsvorrichtung (3, 18), von der innerhalb der von der Zeitberechnungsvorrichtung (15) berechneten Antriebsimpuls-Zeitspanne (T_P) M Teilpulse erzeugbar sind, mit denen der Schrittmotor (10) antreibbar ist; eine Antriebsimpulskontrollvorrichtung (4, 17), die ermittelt, ob zum Startzeitpunkt der Antriebsimpuls-Zeitspanne (T_P) ein Antriebsimpuls von 0 auf 1 wechselt oder der Antriebsimpuls von 1 auf 0 wechselt; und eine Tastverhältnisvorrichtung (5, 19), von der das Tastverhältnis der von der Teilpulsvorrichtung (3, 18) erzeugten Teilpulse derart einstellbar ist, daß das Tastverhältnis innerhalb der Antriebsimpuls-Zeitspanne (T_P) progressiv bis auf einen Wert von 100% vergrößerbar ist, wenn der Antriebsimpuls zum Startzeitpunkt der Antriebsimpuls-Zeitspanne (T_P) von 0 auf 1 wechselt, und das Tastverhältnis innerhalb der Antriebsimpuls-Zeitspanne (T_P) progressiv bis auf einen Wert von 0% verkleinerbar ist, wenn der Antriebsimpuls zum Startzeitpunkt der Antriebsimpuls-Zeitspanne (T_P) von 1 auf 0 wechselt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilpulse innerhalb der Antriebsimpuls-Zeitspanne (T_P) in gleichbleibenden Zeitintervallen erzeugbar sind.