DE2014347A1

DE2014347A1 - Servosystem

Info

Publication number: DE2014347A1
Application number: DE19702014347
Authority: DE
Inventors: Jack Farmington Mich. Beery (V.St.A.). P 11162 G08b 29-00
Original assignee: Burroughs Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1969-04-01
Filing date: 1970-03-25
Publication date: 1970-10-08
Also published as: NL164977B; GB1247456A; FR2041110A1; DE2014347C3; NL7004588A; FR2041110B1; JPS5118595B1; DE2014347B2; US3573589A; BE747888A; NL164977C

Description

DIPL-ING. HORST ROSE DIPL-ING. PETER KOSEL

3353 Bad Gandersheim, 24. Mär Z 1 970 .

Hohenhöfen 5 '

Telefon: (05382)2842

Telegramm-Adresse: Siedpatent Gandersheim

Unsere Akten-Nr.: 788/233

Burroughs Corporation
Patentgesuch vom 24.3.1970

Burroughs Corporation

6071 Second Avenue -M

Detroit, Mich., 48232 / "

U.S.A.

Servosystem

Die Erfindung betrifft ein Servosystem mit einem Elektromotor; vorzugsweise wird es dazu "benützt, einen Informationsträger, z.B. ein Typenrad einer Buchungsmaschine, in eine gewünschte Stellung zu bringen. -

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein solches Servosystem zu schaffen, das rasch und sicher arbeitet.

Erfindungsgemäß wird dies, bei einem eingangs genannten Servosystem dadurch erreicht, daß ein magnetischer Rotor mit einer Anzahl wählbarer Stellungen vorgesehen ist, daß eine Anzahl von Induktionsspulen um den Rotor herum angeordnet ist, welche Spulen nacheinander in geeigneter Weise erregbar sind, um den Rotor zu drehen, daß eine Vorrichtung zur Auswahl einer neuen Stellung eines vom Motor angetriebenen Teils, insbesondere dieses Rotors, vorgesehen ist, daß eine Vorrichtung zur Abgabe eines der gegenwärtigen Stellung dieses Teils ent-

009041/128?' Ra/Gl

Bankkonto: BraunBchweiglscho Staatsbank, Filiale Bad Gandersheim, Kto>-Nr, 22.118.970 · Postecheckkonto; Hannover 68715

sprechenden elektrischen Signals vorgesenen ist, und aaß eine Lagesteuervorrichtung vorgesehen ist, welche abhängig von der Vorrichtung zur Au3wahl der neuen Stellung unu der Vorrichtung zur Anzeige der gegenwärtigen Stellung den InauKcionsspulen

An—
die erforaerliehe zahl von Impulsen in der richtigen Folge zuführt, um den Rotor bis zum jirreiehen der neuen stellung zu verdrenen. l»a die Impulse rasch auxeinanaer folgen können, ergibt sich eine rasche unu dacei doch sichere Arbeitsweise, aa sich aer Rotor nur arent, wenn Impulse zugeführt werüen.

Mit Vorteil wird aabei aas ^ervooystem so weitergebilaet, daß die lagesteuervorrichcung eir:en Komparator aufweist, der mit der Vorrichtung zur Auswaul aer neuen Stellung und der Vorrichtung zur Anzeige eier gegenwartigen Stellung verbunden ist, um den V/eg zwischen der ;:.;onv/ärtigen und aer gewählten neuen Stellung festzustellen, und daS mit diesem n.o£&parator eine Drehricntungssteueruiir; '/e_öunaen ist, um aie _>renricritung des Rotors nach aern Kriterium ie a kleinsten V/imcelv/egs zwischen der gegenwärtigen und asr gewählten neuen Stellung auszuwählen. Auf diese Weiss wird -las vom Ho tor angetriebene Teil immer auf uem kürzesten V/eg in seine neue Stellung gebracht, und dadurcn ergibt sich eine optimale üinstell&eschwindigkeit.

In weiterer Fortbildung der Erfindung geht man so vor, daß die Lagssteuervorrichtung ein an Komparator auf v/eist, der mit der Vorrichtung zur Auswahl der neuen Stellung und der Vorrichtung zur Anzeige der gegenwärtigen Stellung verbunden ist, una daß der Komparator seinerseits ein Steuerglied steuert, das bei Vorliegen eines bestimmten Ausgangssignals des Comparators eine Spannung an mindestens einen Teil der nicht erregten Spulen anlegt, um die Ifrehung des Rotors anzuhalten und diesen in der gewählten neuen Stellung festzuhalten. Die zusätzlich erregten Spulen des I-Iotors bev/irken eine Lamp fun g des Rotors, so daß sich dieser bis zum erreichen der gewünschten Stellung ungedämpft drehen kann, dann aber plötzlich einer starken Dämpfung ausgesetzt wird, die ein überschwingen praktisch verhindert. I)ies ist besonders dann vorteilhaft, v/enn das vom Motor angetriebene Teil ein Typenträger ist, da

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dann sofort gedruckt werden icann und man nicht erst abwarten muß, bis sich der Typenträger beruhigt hat.

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V/eitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, sowie aus den Unteransprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Servosystems,

Fig. 2 ein Schaubild zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen den Schaltungsdiagrammen der Fig. 3, 4,5 und 6,

Fig. 3, 4, 5 und 6 Schaltungszeichnungen des Systems nach Fig. 1,

Fig. 7 eine Darstellung des zeitlichen Ablaufs der Vorgänge im System nach Fig. 1,

Fig. 8 eine raumbildliche Darstellung zur Erläuterung einiger der Teile der Fig. 1,

Fig. 9 eine Lraufsieht auf eines der Teile der Fig. 8,

Figo 10 eine Tabelle, welche die .Drehfolge des Rotors der Fi;j. 1 bei Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn darstellt,

Fig. 11 eine Tabelle analog derjenigen nach Fig. 10, welche die Drexii'oige aes Rotors der Fig. 1 bei Drehung im Uhrzeigersinn aarstellt,und

Fig. 12 eine schaubildliche Darstellung des Verlaufs der Lageänderung über der Zeit bei aem System nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt als ülockdiagramm ein Servomotor-Regelsystem mit; einem als Typenrad oder Typenträger 20 ausgebildeten ürehoaren Teil. Das bervomotor-Re&elsystem weist eine Vorrichtung zur Eingabe von Informationen auf, z.B. eine Tastatur 22, der eine Information zur Auswanl der nächsten dtel.Lunr des Typenrads 20 zuführbar ist. Die neu gewählte Stellung v/ird über einen Komparator 24 mit der zuvor gewänlten Stellung verglichen, wie sie aurch einen zur Rückmeldung dienenden Stellungsanzeiger 25 im Syncnronismus mit dem Typenrad 20 angezeigt v/ird. Ler Signalausgang des Komparators 24, der den Winkelunterschied oder Weg zwischen der

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gegenwärtigen Stellung und der neu gewählten Stellung anzeigt, wird in geeigneter. Weise elektrisch einer Spulensteuerungseinheit 30 zugeführt, welche die Erregung von SpulentreilDerstufen 32 steuert, die ihrerseits die Verdrehung des Rotors 28 eines Schrittschalt-Servomotors. 39 (Fig. 8) bewirken.

Die .Signale vom Stellungsanzeiger 25 und der Tastatur 22

ungß werden auch in einer RichtungsSteuereinheit 34 verglichen, um die Drehrichtung des Rotors 28 zu bestimmen, so daß das Typenrad 20 auf dem kleinstmb'glichen Winkelweg eine neu gewählte Stellung erreicht. Der größte Winkelweg des Typenrads 20 zwischen zwei beliebigen wählbaren Stellungen beträgt deshalb 180°.

Nach der Bestimmung, der Drehrichtung und des Winkelwegs Ä erzeugt ein Impulsgenerator 36 eine Anzahl elektrischer Impulse, ^:; die im folgenden als Lagesteuerungs-Taktimpulse PGC bezeichnet werden und die ausreichen, um eine Drehung des Rotors 28 in die gewählte Stellung zu bewirken. Wie in den Fig. 1 und, 5 dargestellt, werden die Lagesteuerungs-Taktimpulse der Spulensteuereinheit 30 zugeführt, um nacheinander die Induktionsspulen 35, 37, und 41 (Fig. 5).des Schrittschaltmotors 39 zu erregen und dadurch den Rotor 28 zu verdrehen. Die Reihenfolge der Erregung der Spulen 35, 37 und 41 wird durch die Richtungssteuereinheit 34 bestimmt, wodurch eine Drehung des Rotors 28 in beiden Richtungen ermöglicht wird.

Fig c 10 zeigt die Reihenfolge der Erregung für Drehung ' des Rotors 28 entgegen dem Uhrzeigersinn entsprechend dem * Signal COW.114 in den Fig. 4 und 5 (COW ist gleich counterclockwise).

Fig. 11 zeigt die Reihenfolge der Erregung der Spulen 35, 37 und 41 für Drehung im Uhrzeigersinn entsprechend dem Signal CW 116 in den Fig. 4 und 5 (CW ist gleich clockwise).

In den Fig. 10 und 11 bedeuten DAFF und DBFF die beiden Treiber-Flipflops 118 und 119 der Fig. 5.

Ist das Typenrad 20 in der gewählten Stellung bei einer gewählten Type positioniert, wie das durch den Komparator 24

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bestimmt wird, dann wird einer Rotordämpfungs-Steuereinheit 38 ein elektrisches Signal zugeführt, um die urehung aes Rotors 28 anzuhalten und um in Zusammenarbeit mit der Spulentreibereinneit 32 das Typenrad 20 gegen Schwingungen festzuhalten und dadurch Ungenauigkeiten beim Typenabstand zu eliminieren.

8 zeigt eine raumbilaliche, auseinanaergezogene Darstellung von einigen der Komponenten des Systems der Fig. 1, einschließlich des Schrittschaltmotors 39. Der Rotor 28 des Motors 39 ist über ein Untersetzungsgetriebe 40 mit einer angetriebenen V/elle 42 verbunden, an der das Typenrad 20 befestigt ist, welches, wie in Fig. 8 dargestellt, beim Austführungsbeispiel 15 Schroibstellungen aufweist. (Die Zahl der Schreibstellungen kann selbstverständlich entsprechend den Bedürfnissen größer oder kleiner gewählt v/erden).

Unterhalb des Typenrads 20 und mit diesem fluchtend ist auf der V/elle 42 eine Scheibe 26 mit einer Anzahl von kodierten Stellungen angeordnet. Jede kodierte Stellung entspricht einer Schreibstellung des Typenrads 20. An der äußersten Umfangsbahn der Scheibe 26 ist eine Anzahl von Schlitzen 44 angeordnet, welche voneinander jeweils den gleichen V/inkelabstand haben und den Impulsgenerator 36 steuern, damit er bei jeder Schreibstellung einen Impuls erzeugt. Im Abstand von der einen Seite der Scheibe 26 (bezogen auf iig. 8 unterhalb der Scheibe 26) befindet sich eine ortsfeste Platte mit einer Anzahl W Fotozellen 45, von denen jede einen Teil der CODE-Darstellung jeder ochreibstellung repräsentiert. Diese Platte mit den Fotozellen 45 sov/ie deren Verbindung mit der Schaltung ist auch in Fig. 6 dargestellt. - Auf der Platte sind vier Fotozellen 45 dargestellt, welche die Binärwerte für Eins, Zwei, Vier und Acht darstellen; ferner ist eine Fotozelle 122 für die Impulserzeugungs-Umfangsbahn (Schlitze 44) vorgesehen. Auf der gegenüberliegenden (in Fig. 8:oberen) Seite der Scheibe 26 befindet sich im Abstand von dieser und mit den verschiedenen Fotozellen fluchtend auf einer ortsfesten Platte eine Anzahl von Lampen 47 und 124 zur Erregung der Fotozellen,

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und zwar ist, wie in Pig. 8 dargestellt, jeder Fotozelle eine Lampe zugeordnet.·

Arbeitsweise:

Die Arbeitsweise des Servosystems -wird im folgenden unter Hinweis auf die Fig. 2 bis 7 beschrieben. Das Blockdiagramm der Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen den verschiedenen, in den Fig. 3, 4, 5 und 6 dargestellten Teilen der Schaltung„ Die grafische Darstellung des zeitlichen Ablaufs nach Fig. 7 dient zur Korrelation der verschiedenen, in den Schaltelementen der Fig. 5 bis 6 erhaltenen Signale.

In den Schaltungen nach den Fig. 3 , 4, 5 und 6 sind alle dargestellten Flipflops vom J-K-Typ. Sie werden negativ ge- m triggert und dort, wo der Triggereingang "T" benützt· wird, wird der Flipflop von einem Impuls auf der Triggerleitung gesteuert. Alle Verknüpfungsglieder sind positive UInD-ODER-G-lieder. Folglich müssen, damit ein Ausgangs signal von einem UND-Glied den Wert "Eins" hat, alle Eingangssignale den Wert "Eins" haben, und ebenso muß, damit das Ausgangssignal von einem ODER-G-lied den "Wert "Eins" hat, mindestens ein Eingangssignal aen Wert "Eins" haben. - In den i''ig. 3, 4, 5 und 6 sind ferner Impulsnormierstufen dargestellt und mit P3 (Pulse standardizer) bezeichnet; diese Schaltglieder werden positiv getriggert und erzeugen einen einzigen, diskreten Impuls, bei jedem getriggei'ten Eingangssignal. Beim Ausiünrungsoeispiel ist das Spannungsniveau für ein "Eins"-Signal plus 5 Volt und das Spannungsniveau für ein "liull"-Signal ist iiasse.

In ii'ig. 3 ist aie Tastatur 22 durch einen Tastatur-Kodierer 50 und einen von einer Taste 48 betätigbaren Schalter 4b dargestellt. Die raste 48 kann eine der Iniormationstasten sein, wie sie normalerweise in einer Tastatur zu finden sind, z.-B. bei Buchungsmaschinen, Zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels sei angenommen, daß die Taste 48 aen Dezimalwert "Sieben" darstellt, was im folgenden als "die gewählte Stellung" bezeichnet wird; die zuvor gewählte, also gegenwärtige Stellung des Typenrads 20 soll "Drei" sein.

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Der Schalter 46 repräsentiert die verschiedenen Schaltglieder, welche durch das Anschlagen der einzelnen Tasten, z.B. der Taste 48, betätigt werden, um ein Arbeiten des Systems auszulösen.

Eine der Funktionen des Schalters 46 ist es, einen elektrischen Stromkreis zwischen einer Spannungsquelle 51 und dem Kodierer 50 herzustellen, um den Wert der Taste 48 elektrisch' in den Kodierer 50 zu übertragen. Da, wie erläutert, die Taste 48 den Dezimalwert "Sieben¹¹ repräsentiert, sind die Ausgänge des Kodierers mit dem logischen Wert "Eins" die Ausgänge R1, R2, R4 und R8/.

Eine andere Punktion des Kodierers 50 ist es, ein elektrisches Signal 53 zu erzeugen, um die Startbedingungen W des Systems festzulegen. Dieses Signal 53 ist ein Impuls und wird im folgenden "START" genannt. Es steuert elektrisch die Startbedingungen der verschiedenen Schaltelemente des Systems. In Pig. 3 wird dieses Signal dem J-Eingang des Richtungssteuerflipflbps 52 in der Richtungssteuereinheit 34 zugeführt und bewirkt, daß der Flipflop 52 auf seinen binären "Eins" oder DC-Signalausgang 54 umschaltet. Das "START"-Signal wird auch den Rückstelleingängen der drei Flipflops 60, 62 und 64 des "A"-Zählers 58 (Fig. 3) und den vier Flipflops 68, 70, 72 una 74 aes "B"-Zählers 66 (Fig. 4) zugeführt und bewirkt, daß diese Flipflops auf ihre binären Null-Ausgänge umschalten.

Wie bereits erläutert, besteht die Funktion der Richtungs- fß Steuereinheit 34 darin, diejenige Drehrichtung des Rotors 28 zu bestimmen, welche den kleinsten Winkelweg zwischen der gewählten Stellung und der gegenwärtigen Stellung des Typenrads 20 erfordert. Dies wird in der Weise erreicht, daß man zunächst eine normale Drehrichtung des Rotors 28 wählt, welche beim Ausführungsbeispiel entgegen dem Uhrzeigersinn verläuft. Mithilfe eines schnellen Zählers 66, der zuvor auf den binären Wert der gewählten Stellung eingestellt worden war, wird dann ein Zählerstand erzeugt, welcher gleich dem Binärwert der gewählten Stellung plus dem Binärwert einer Zahl iat, die gleich der Hälfte der Drehsteilungen des Rotors ist. Bei

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federn Weiterschalten des Zährers 66 wird der binäre Ausgangswert des'Zählers mit dem vom Stellungsanzeiger. 25 angezeigten Binärwert der gegenwärtigen Stellung des Rotors verglichen, und falls eine Übereinstimmung auftritt, ist die normale Drehrichtung des Rotors 28 nicht richtig.

Ein erstes Beispiels Die gegenwärtige Stellung sei "Drei", die neu gewählte Stellung "Sieben". Dann wird der Zähler 66 zunächst auf "Sieben" voreingestellt und dann um die halbe Zahl der Schreibstellungen, also Sieben, auf 14 hochgezählt. Eine Übereinstimmung tritt hierbei nicht auf, d.h. die Drehrichtung (entgegen dem Uhrzeigersinn) ist richtig.

Ein zweites-Beispiel: Die gegenwärtige Stellung sei (1 "Zehn", die neu gewählte Stellung "Sieben". Der Zähler 66 ~" wird auf "Sieben" voreingestell~fc und dann um sieben hochgezählt. Bei der Zählerstellung "Zehn" tritt eine Übereinstimmung mit der gegenwärtigen Stellung auf, d.h. die normale Drehrichtung ist nicht richtig und es wird auf Drehung im Uhrzeigersinn umgeschaltet.

Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, weist die Richtungssteuereinheit 34 einen Oszillator 56, einen dreistufigen Zähler 58 genannt "!"-Zähler mit Flipflops 60, 62 Una 64, einen schnellen, vierstufigen Zähler 66 genannt "B"-Zähler mit Flipflops 68, 70, 72 und 74 sowie einen Komparator 76 auf. Das Ausgangssignal des !Comparators 76 steuert den Dreh- gj richtungssteuerflipflop. 78, der seinerseits die Drehrichtung des Rotors 28 steuert. In der Drehrichtungssteuereinheit 34 warden mehrere Signale erzeugt, um die Drehrichtung des Rotors 28 auszuwählen. Die gewählte Stellungsnummer, die wie erläutert hier "Sieben" sein soll, wird durch ein Signal 80, im folgenden als RMS-Signal bezeichnet, in den "B"-Zähler 66 voreingestellt. Dieses Signal dient also zur Eingabe des nächsten Symbols. (RINS ist gleich Read in next symbol). Das •Signal RINS ist durch die folgende Gleichung definierti

RINS —? Oszillator . DC . A1/ · A2/ . A4/

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Hierbei bedeuten
"Oszillator¹¹ den Impulsausgang des Oszillators 56;

«DC¹· den binären "Eins"-Ausgang 54 des Richtungssteuerflipflops 52; und

A1/, J.2/, A4/ die binären "Null¹¹-Ausgänge von jeder der drei Stufen des "A"-Zählers 58, die einen Zählerstand SuIl anzeigen.

Der "B"-Zähler 66 wird durch das Signal CUD 82 (hinaufzählen; CUD ist gleich count up digit) hinaufgezählt; dieses Signal wird durch die folgende Gleichung definiert:

CUD > Oszillator · DC · (A1 + A2 + A4)

Bezüglich der Bedeutung der einzelnen Terme der Gleichung kann auf die vorhergehende Gleichung verwiesen werden. Aus dem Term (A1 + A2 + A4) geht hervor, daß CUD 82 ein Signal ist, welches sieben Oszillatorimpulse aufweist, d.h. der halben Zahl der Schreibstellungen und damit der Drehstellungen des Rotors 28 nach dem Ausführungsbeispiel entspricht. Das Signal RINS 80 entspricht dagegen einem einzigen Oszillatorimpuls.

Der Oszillator 56 (Fig. 3), der in den beiden vorhergehenden Gleichungen vorkommt, kann von beliebiger Bauart sein und hat beim Ausführungsbeispiel eine Impulswiederholungsperiode von 6 Mikrosekunden. Innerhalb von sechs Mikrosekunden nach der Umschaltung des Richtungssteuerungsflipflops 52 wird deshalb im UND-Glied 84 (Fig. 3) das Signal RINS 80 erzeugt, und dieses Signal wird einem Eingang des ODER-Glieds 86 zugeführt, um den "A'^Zähler 58 zu zählen, und es wird auch den Verknüpfungsschaltgliedern 88, 90, 92 und 94 des "BM-Zählers 66 zugeführt,' so daß der binäre Wert der gewählten Stellung im "B"-Zähler 66 gesetzt wird. Diese Verknüpfungsglieder sind in Fig. 4 durch die vier, jeweils zwei Eingänge aufweisenden UND-Glieder 88, 90, 92 und 94 dargestellt, die jeweils mit dem dominierenden Setzeingang S jedes der Zählenlipflops 68, 70, 72 und 74 individuell verbunden sind. Wie in Fig. 4 dargestellt, wird das Signal RINS 80 dem K-Eingang des Rotordreh-

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riehtungs-SteuerflipflOps 78 zugeführt, der diesen Flip flop 78 auf den binären Ausgang Null zurückschaltet, nämlich das Signal 0OW 116, das eine Drehung des" Rotors 28 entgegen dem Uhrzeigersinn anzeigt. Dies ist die normale Drehrichtung des Rotors 28, und sie wird geändert» falls sieh die gewählte Stellung innerhalb tatL sieben Stellungenab der gegenwärtigen Stellung befindet* wie das vom Komparator 1$ bestimmt wird. In Fig. 6 wird HIITS dem dominierenden Setzeingang S des Dampfungssteuerflipflöps 95 zugeführt, um das DÄMPFEN-Signal 130 (vergleiche auch Fig· 7) von den Rotorspulen 35, 37 und 41 abzuschalten. RlNS ist nicht im CÜD-Signal enthalten» da ein Eingang, der beim OHD-Gflied 96 den*A.^tt-Zähler 58 repräsentiert, die Negation des *A*-Zllhler--Signals im UND-Glied 84 ist.

Der Ausgang des ODER-Glieds 86 zählt den »A'^Zähler 58 hinauf. Beim achten Impuls werden sowohl der Richtungssteuerflipflop 52 wie der «A*-Zähler*58 ruckgestellt.

Fig, 4 zeigt die Schaltung des "B"-Zählers 66 und-der Komparatoischäitung 76 zur Bestimmung der Drehrichtung des Rotors 28. Der "B^-Zähler 66 ist ein abgewandelter Zähler, der gemäß der folgenden Tabelle zählt. Die Abwandlung wird mittels des NICHT-Glieds (Inverters) 91 erreicht, welches mit den ODER-Gliedern 93 und 97 zusammenwirkt,

Zählerstand '^"-Zähler 65 (Gewählte Stellung ) BS B4 B2 B1

1 ■/ ;

5" 6

9 10

12

13

14

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0	O	0	0
Q	O	0	1
O	0	1	O
O	0	1	1
O	1	0	0
0	1	0	1
O	.1	1	0
O	1	.1 ■	1
1	0	0	0
1	0-	0	1
1	0	1	O
1	0	1	1
1 1 1 ο ■	1 1 1 0	0 0 1 0	0 1 0 0

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Wie in Fig. 8 dargestellt, steht der Rotor 28 über zwei Zahnräder 40 mit der Welle 42 in Antriebsverbindung, und des-, halb ergibt eine Drehung des Rotors 28 im Uhrzeigersinn (Pfeil GW) eine Drehung des Typenrads 20 entgegen dem Uhrzeigersinn.

Wie bereits erläutert, wird die gewählte Stellung (im Beispiel: "Sieben") über die drei UND-Glieder 88, 90 und 92 im · «B^w-Zähler 66 voreingestellt. Die gegenwärtige Stellung (im Beispiel: "Drei") wird von der Scheibe 26 (Fig. 9) abgefühlt,*' und zwar wird sie über ein Fotozellensystem kontaktlos von der Codescheibe 26 abgelesen. Dieses Potozellensystem hat für jede Binärbitstellung einen Erreger 47 in Form einer Lichtquelle,

p in p

sowieVFoto- oder Sonnenzelle 45. In Fig. 6 ist dies schematisch dargestellt; die elektrischen Ausgänge der Fotozellen 45' sind dort elektrisch mit einer Anzahl von Verstärkern verbunden, nämlich den Verstärkern 99, 100, 101 und 102. Ferner ist ein Verstärker 98 vorgesehen, welcher elektrisch mit der Fotozelle 122 verbunden ist. Die Verstärker 98 bis 102 haben jeweils zwei zueinander komplementäre Ausgänge, von denen jeweils bei jeder gegebenen Stellung des Typenrads nur einer den logischen Wert " Eins " hat. - Alle acht Ausgänge PC1, PC1/, PG2, PC2/, PC4, PC4/, PC8 und PC8/ aer Verstärker 99 bis 102 werden in den acht UND-Gliedern 106 bis einschließlich 113 (Fig. 4) mit den acht Ausgängen des "B^M-Zählers 66 logisch verknüpft, und zwar im Komparator 76. Der Komparatorausgang wira vom NICHT-Glied 105 logisch invertiert, einer Impulsnormierstufe 115 zugeführt und über ei^ UND-Glied 104 dem J-Eingang des Rotordrehrichtungs-Steuerflipflop 78 zugeführt. Der zweite Eingang des UND-Glieds 104 ist der binäre-Eins-Eingang, DC 54, vom Richtungssteuerflipflop 52, zur Steuerung des Rotorsdrehrichtungs-Steueifflipflops 78.

Der Ausgang des Komparators hat den logischen Wert "Eins¹¹, wenn bei einem der acht UND-Glieder 106 bis einschließlich 113 beide Eingänge den logischen Wert ⁿEins^M haben. Das NICHT-Glied 105 ändert das Komparatorausgangssignal in ein Signal mit dem logischen Wert "Null", das die Impulsnormierstufe 115 nicht triggert. Wenn während der sieben Impulse des CUD-Signals 80 (vergl. Fig. 7) alle UND-Glieder 106 bis einschließlich

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113 den logischen Wert "Null¹', haben, "bekommt der Ausgang des NICHT-G-Iieds 105 den logischen Wert "Eins¹¹ und die Impulsnormierstufe 115 erzeugt einen Ausgangsimpuls. Der Rotordrehrichtungs-Steuerflipflop 78 wird gesetzt und die Drehrichtung. des Rotors 28 wird von einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn (COW) in eine Richtung entsprechend dem Uhrzeigersinn (CW) geändert. Die Ausgangssignale CW 114 und CCW 116 des Rotordrehrichtungs-Steuerflipflop 78 steuern die logischen Verknüpf ungss chaltungen für die Spulentreiberflipflqps DAi¹P und DBI¹P 119, wie das in Pig. 5 dargestellt ist. Die logische Polge dieser beiden Plipflops 118 und 119 steuert die Polge der Erregung der Induktionsspulen 35, 37 und 41 des Schrittschal tmotors 39, die um_tdie Achse des Rotors 28 herum ange- Λ ordnet sind. Die Pig. 10 und 11 zeigen in Tabellenform die Λ Sehaltfolge jedes der Plipflops'118 und 119, die den Rotor entweder entgegen dem Uhrzeigersinn (Pig. 10) oder im Uhrzeigersinn (Pig. 11) rotieren läßt.

. 7 gibt den zeitlichen Ablauf wieder. Fach dem Startimpuls 53 wird zunächst das Signal.RIFS 80 für die Eingabe erzeugt, das wie erläutert, einem Impuls des Oszillators 56 entspricht. Sodann wird das Signal CUD 82 erzeugt, das wie erläutert, aus sieben Impulsen des Oszillators 56 besteht«, Bis zum Ende dieses Signals befindet sich das Typenrad 20 immer noch in Stellung 3. Am Ende des Signals CUD 82 wird der Richtüngssteuerflipflop 52rückgestellt. Abhängig vom Schalt-, zustand des Rotordrehrichtungs-Steuerflipflops 78 wird die Induktionsspule bei der Stellung 3 erregt. Da beispielsweise der Rotor 28 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden soll, und die Induktionsspule 37 erregt ist, wenn sich das Typenrad 20 in Stellung 3 befindet, wird die benachbarte Induktionsspule 35 erregt, um das Typenrad 20 zu drehen. ■

Der Lagesteuerungs-Taktimpuls PCO 120 wird im Impulsgenerator 36,(Pig. 6) erzeugt. Hierzu sind, wie bereits erläutert, in der Codescheibe 26 eine Anzahl von Randschlitzen 44 längs' deren Umfangsbahn vorgesehen, und diese werden kontaktlos von einem fotoelektrischen System abgefühlt, das die Erregerlampe 124, die !Fotozelle 122 und den Verstärker

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umfaßt-, welcher, wie bereits erläutert, zwei zueinander komplementäre Ausgänge aufweist, nämlich einen ersten Ausgang 129 und einen zweiten Ausgang 148. Der erste Ausgang 129 ist mit einem Eingang eines UND-Glieds 126 verbunden, um die Impulsnormierstufe 127 zu triggern, die das Signal PCC 120 bildet.

Verschiedene Bedingungen sind erforderlich, um das Signal PCC 120 zu erzeugen; dies sind:

1. Das Vorhandensein eines Randschlitzes 44 im Strahlengang zwiscnen der Fotozelle 122 und der Erregerlampe 124, wodurch der erste Ausgang 129 des Verstärkers 98 das logische Ausgangssignal "Eins" erhält;

2. die Bedingung, daß keine Übereinstimmung zwischen der gewählten Stellung -repräsentiert durch die Ausgänge R1, R2, R4 und R8- und der gegenwärtigen Stellung -repräsentiert durch PC 1, PC 2, PC 4 und PC 8 des Typenrads 20 wie bestimmt durch die acht UND-Glieder des !Comparators 128— vorliegt;

3. der binäre Null-Ausgang DC/131 des Richtungssteuerflipflops 52; und

4. der binäre Eins-Ausgang des Dämpfungssteuerflipflops 95.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel setzt das Signal PCC 120 den Spulentreiber DBFF 119 nach der folgenden Gleichung:

DBFF > DAFF . CCW · PCC

Das Ausgangssignal des· UND-Glieds 132, welches den Spulentreibertransistor 134 steuert, erhält den logischen Wert "Null", und das Ausgangssignal des UND-Glieds 133 erhält den logischen Wert "Eins", macht den Spulentreibertransistor 142 leitend und erregt damit die Spule 35. Da der Emitter 138 des Transistors 142 an Masse liegt, liegt der volle Wert der von der Spannungsquelle 140 abgegebenen Spannung V_B-g an der Induktionsspule 35. Die Umschaltung des Flipflops DBFF 119 verhindert gleichzeitig, daß die beiden anderen Spulentreibertransistoren 134 und 136 leitend werden.

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28 rotieart^tgegen dom Uhrzeigersinn durch die

Stelluiigeii. 4r 5 U^ Überein-

stimmung awischen der gewählten Stellung- angezeigt durch die' Äüsgangööigaale Bi> E2, M und R8/ - und der jeweiligen Typenradstellung festgestellt wird, wie sie durch den Stellungsanzeiger 25 im Komparator 128 der fig, 6 angezeigt wird. Dies ist la Eig· 7 durch die Signale in der obersten Zeile dargestellt} die einzigen sich ändernden Signale sind dabei die Spannungen an den Spulen 55» 37 und 41 und zwar infolge der Umschaltung der Plipflops DAFP 118 und DBPP 119 entsprechend der Tabelle nach Pig, 10.

Nach dem Verlassen der Stellung 6 ist die nächste Stellung die gewünschte bzw. gewählte Stellung; diese muß als solche identifiziert werden, ehe die Spule 37 erregt wird* Um dies zu erreichen, muß das Verhältnis zwischen den Randschlitzen 44 der Scheibe 26 und den Ausnehmungen 144 für das Anzeigen des binären Werts der Typenradstellung aufrechterhalten werden. Der Schlitz 44 muß jeweils in seiner Gesamtheit im Winkelbereich der Ausnehmungen 144 einer gegebenen Typenradsteilung liegen; Da es sieh um ein System handelt, das in beiden Drehrichtungen arbeiten kann, liegt der Randschlitz für eine Typenradstellung jeweils längst den radialen Zentrumslinien der Ausnehmungen 144· Die Breiteeines Randschlitzes 44 beträgt jeweils etwa die Hälfte der Breite der Ausnehmungen 144 und ermöglicht so, daß die zur Stellungsanzeige dienenden Pbtozellen 45 "abgelesen¹¹ werden, bevor die fotozelle 122 für die Randschlitze 44 "abgelesen¹¹ wird.

Wenn im*Komparator 128 die Übereinstimmung zwischen der gegenwärtigen Stellung und der gewählten Stellung auftritt, so erhält der Ausgang des üiTD-Glieds 126 den logischen Wert "Null", um ein weiteres Schalten der Plipflops DAPP 118 und DBPP 119 zu verhindern· DasAusgangssignal des Komparators 128 wird durch das NIOHT-Glied 146 invertiert und dem K-Eingang des Dämpfungs-Steuerflipflops 95 zugeführt. Das Ausgangssignal vom zweiten Ausgang 148 des Impulsgenerator-Verstärkers 98 bewirkt eine Umschaltung des Dämpfungs-Steuerflipflops 95, um einen Dämpfungssteuerkreis 38 zu aktivieren, welcher e"inen

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Steuertransistor 150, jeweils einen ü-leichrichter 152, 154, 15b je Wicklung 55, 37 bzw. 41 una einen Strombegrenzungswiderstand 158 aufweist.

Fig. 12 zeigt grai'isch aas Dämpfungsverhalten des vorliegenden Systems im Vergleich mit Systemen, die entweder eine zu starke Dämpfung aufweisen ( Kurve 162), oüer zu wenig gedämpft sind (Kurve 164). Me Kurve 162 zeigt das träge, zeitraubende Ansprechen eines zu stark gedämpften Systems. Die Kurve 164 zeigt das rasche Ansprechen und Überschwingen eines bystems mit hoher Verstärkung, d.h. eines zu wenig gedämpften Systems. Die in einem System hoher Verstärkung vor-, hanaene Massenträgheit bewirkt eine oszillatorische Be-A wegung des Typenrads 20 wänrend des Dämpfungsvorgangs, was unerwünscht ist. V/ährend dieser bchwingungszeit kann das Typenrad nicht zum Schreiben eingesetzt v/erden.

Das Dämpfungssystem des vorliegenden Systems zeigt ein Ansprecnen -nach der Kurve 160, welche das rasche, wenig gedämpfte Ansprecxien des vorliegenden Systems bis zu dem Punkt darstellt, wo die gewünschte Stellung (hier: "Sieben") erreicht ist; von da an arbeitet das System als zu stark gedämpftes System und verhindert ein Schwingen des Rotors 28 und aes Typenrads 20. Die Gescnwindigkeit des Rotors 28 des vorliegenden Systems ist also praktisch dieselbe wie bei dem zu wenig redämpften System noner VerstärKung, doch tritt ^ nach -Erreichen aer gewünschten Stellung kein Schwingen auf.

Wenn die augenblickliche Stellung des Rotors 28 der gewünschten Stellung entspricht, stellt das Ausgangssignal des Komparators 128 den Uümpfungs-Steuerflipflop 95 (Fig. 6) zurück und bewirkt, daß der Dämpfungstransistor 150 leitend v.'ird. Damit icann ein Strom von der Spannungsquelle 140 über die ileijhrichter 154 und 156, die Spulen 37 bzw. 41, durch aen Strombegrenzungswiderstand 158 zum Kollektor 166 des Transistors 150 und über letzteren nach I-Iasse fließen. Der Treibertransistor 142 der Spule 35, der beim Abgeben des letzten lagesteuerungs-Taktimpulses PCC 120 leitend geworden war (vgl. J?ig. 7, unter der Ziffer "6", in der vierten Zeile von unten) bleibt weiterhin leitend, und der Rotor 28 dreht

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sich weiter, bis der exakte Mittelpunkt der vollerregten ■ Spule 35 erreicht ist. Es wird also an die Spule 35, die'sich an der exakten Lage der gewünschten Stelle befindet, die volle Spannung gelegt, während an die anderen Spulen 37 und 41 eine reduzierte Spannung gelegt wird, wie das in Pig. 7 die zweite und dritte Reihe von unten zeigen. Eine weitere Drehung ist"daher nicht mehr möglich, da jede der der Spule 35. benachbarten Spulen 37 und 4-1 ein Drehmoment entwickelt, von denen das eine versucht, den Rotor 28 im Uhrzeigersinn und das andere versucht, den Rotor 28 entgegen dem Uhrzeigersinn zu verdrehen. Es kann daher praktisch die volle Geschwindigkeit des Rotors 28 verwendet werden, um das Typenrad 20 zu drehen, da kein Zeitverlust beim-Umschalten von der Antriebssteuerung auf die Dämpfungssteuerung auftritt.

Palis die gewählte Stellung und die gegenwärtige Stellung von Anfang an identisch sind, wird der Dämpfungssteuerkreis nicht aktiviert und der Rotor 28 wird nicht verdreht, wie das ohne weiteres aus den -Schaltungen und der vorhergehenden Erläuterung hervorgeht. Auch kann.an den Dämpfungs-Steuerflipflop 95 ein Zeitglied angeschaltet werden, um diesen umzusteuern, nachdem der Rotor 28 genügend lange Zeit angehalten worden ist.

Patentanwälte Dipl.-Ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter Kos el

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Claims

Burroughs Corporation
Patentgesuch vom 24. 3. 1970

Telefon: (05382)28«

Telegramm-Adresse: Siedpatent Gandereheim

Unsere Akten-Nr.: 788/233

Patentansprüche

1J Servosystem für einen Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetischer Rotor (28) mit einer Anzahl wählbarer Stellungen vorgesehen ist, daß eine Anzahl von Induktionsspulen (35, 37, 41) um den Rotor (28) herum angeordnet ist, welche Spulen nacheinander in geeigneter Weise erregbar sind, um den Rotor zu drehen, daß eine Vorrichtung (48) zur Auswahl einer neuen Stellung eines vom Motor (39) angetriebenen Teils (20), insbesondere dieses Rotors (28) vorgesehen ist, daß eine Vorrichtung (25, 26, 45, 47) zur Abgabe eines der gegenwärtigen Stellung dieses Teils (20) entsprechenden elektrischen Signals vorgesehen ist, und daß eine Lagesteuervorrichtung (24, 30, 32, 34) vorgesehen ist, welche abhängig von der Vorrichtung (48) zur Auswahl der neuen Stellung und der Vorrichtung (26, 45, 47) zur Anzeige der gegenwärtigen Stellung den Induktionsspulen (35, 37, 41) die erforderliche Anzahl von Impulsen in der richtigen Folge zuführt, um den Rotor (28) bis zum Erreichen der neuen Stellung zu verdrehen.

2, Servosystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß es als digitales System ausgebildet ist.

3. Servosystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jede der Spulen (35, 37, 41) ein Spulensteuerglied (142, 134, 136) angeschlossen ist, um deren Erregung zu steuern.

Bankkonto: Brauntchwelglaohe Staatsbank, Filiale Bad Gandereheim, Kto.-Nr. 22.118.970

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4» Servosystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeich-.net, daß die Lagesteuervorrichtung (24, 30, 32, 34) einen Komparator (76) aufweist, der mit der Vorrichtung (48, 50) zur Auswahl der neuen Stellung und der Vorrichtung (26) zur Anzeige der gegenwärtigen Stellung verbunden ist, um den Weg zwischen der gegenwärtigen und der gewählten neuen Stellung festzustellen, und daß mit diesem Komparator (76) eine Drehrichtungssteuerung (78) verbunden ist, um die Drehrichtung des ßotors (28) nach dem Kriterium des kleinsten Winkelwegs zwischen der gegenwärtigen und der gewählten neuen Stellung auszuwählen.

5. Servosystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagesteuerungevorrichtung (24, 30, 32, 34) einen Zähler (66) aufweist, der zu Beginn eines Verstellvorgangs auf einen der gegenwärtigen Stellung entsprechenden Zahlenwert einstellbar ist, daß diesem Zähler (66) sodann noch vor Beginn des Verstellvorgangs eine von der möglichen Zahl der Stellungen des angetriebe-

An —* '

nen Teils (20) abhängige vorgegebene zahl von Impulsen,zur Veränderung seines Zählerstands zuführbar ist, und daß der mit der Drehrichtüngssteuerung (78) verbundene Komparator (76) einerseits an den.Ausgang dieses Zählers (66), andererseits an den Ausgang der Vorrichtung (25, 26, 45, 47) zur Anzeige der gegenwärtigen Stellung angeschlossen ist.

6. Servosystem nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagesteuervorrichtung (24, 30, 32, 34) einen Kompa- ~(| rator (24) aufweist, der mit der Vorrichtung (48, 50) zur Auswahl der neuen Stellung und der Vorrichtung (26) zur Anzeige der gegenwärtigen Stellung verbunden ist, und daß der Komparator (24) seinerseits ein Steuerglied (38, 95) steuert, das bei Vorliegen eines bestimmten Ausgangssignalε des Komparators (24) eine Spannung an mindestens einen Teil der nichterregten.Spulen (35, 37,

41) anlegt, um die Drehung des Rotors (28) anzuhalten und diesen in der gewählten neuen Stellung festzuhalten.

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7. Servosystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine reduzierte Spannung an die genannten nichterregten Spulen (35, 37, 41) angelegt wird.

8. Servosystem nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (38, 150) die vorzugsweise reduzierte Spannung an die der augenblicklich erregten Spule benachbarten Spulen legt, um so die Bewegung des Eotors (28) anzuhalten und diesen in der gewählten neuen Stellung festzuhalten.

9. Servosystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitglied vorgesehen ist, welches die Spannung

w von den genannten, zuvor nicht erregten Spulen abschaltet, nachdem sich der Rotor (28) eine vorgegebene Zeitspanne lang in der gewählten neuen Stellung befunden hat.

10. Servosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Motor (39) angetriebene Teil ein Typenträger (20) mit verschiedenen wählbaren Typenstellungen ist.

11. Servosystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der augenblicklichen Stellung des Typenträgers (20) eine mit diesem synchron laufende Codescheibe (26) und ein dieser zugeordnetes fotoelektrisches Abtastsystem (47, 144, 45, Fig.8) vorgesehen ist.

12. Servosystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Codescheibe (26) gleichmäßig· verteilte Markierungen (44) zum Steuern der Weiterschaltung des Elektromotor (39) aufweist und daß ein photoelektrisches System (124, 122) zum Abtasten dieser Markierungen vorgesehen ist.

13· Servosystem nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor als Schrittschaltmotor (39) ausgebildet ist.

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14. > Servosystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittschaltmotor (39) drei getrennt erregbare, am umfang seines Rotors (28) angeordnete Spulen (35* 37» 4-1) aufweist und daß zum Ansteuern dieser drei Spulen zwei Flipflops (118, 119) vorgesehen sind, deren Ansteuerung ihrerseits die Drehrichtung des Rotors (28) bestimmt.

Patentanwälte
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Dipl.-Ing. Peter Kosel

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