DE2845787C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Steuern des Laufes eines Servomotors von einer Ausgangslage in eine Endlage der im Oberbegriff des neuen Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Diese Schaltungsanordnung kann bspw. bei einem Drucker, einem Faksimile-Sendeempfänger oder bei einem ähnlichen Gerät eingesetzt werden.

In der DE-AS 13 03 612 ist eine Regeleinrichtung für einen Servomotor beschrieben, die einen Fühler für die Drehzahl der Welle des Servomotors und ihre Bewegung aus der Anfangslage sowie ein den Servomotor in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Fühlers antreibendes Stellglied aufweist. Dabei wird eine theoretisch optimale Drehzahl der Welle als Funktion des Winkelabstandes der Welle zwischen der Ausgangslage und der neuen Soll-Lage, nämlich der Endlage, berechnet. Ein mit der Welle des Servomotors gekoppelter Drehzahl-Fühler erzeugt Impulse, deren Dauer der tatsächlich vorhandenen Drehzahl der Welle entspricht, also der Ist-Drehzahl. Die theoretische Drehzahl und die Ist-Drehzahl werden verglichen, um ein Drehzahl- Differenzsignal zu erzeugen, das wiederum zur Ansteuerung des Servomotors verwendet wird.

Bei der Annäherung der Welle des Motors an die Endlage wird die theoretische Drehzahl fortschreitend verringert, so daß die Welle schließlich in einer glatten, stoßfreien Bewegung in die Endlage einläuft.

Diese bekannte Schaltungsanordnung hat jedoch insofern einen wesentlichen Nachteil, als die Pulsdauer der Antriebsimpulse nur als Funktion des Drehzahl-Differenzsignals berechnet wird, also die Ist-Drehzahl der Welle nicht berücksichtigt. Dadurch kann das Drehzahl-Differenzsignal über einen großen Bereich von Ist-Drehzahlen den gleichen Wert haben.

Da jedoch das Drehmoment des Motors bei hohen Drehzahlen niedriger als bei niedrigen Drehzahlen ist, hat das Anliegen eines Antriebsimpulses mit vorgegebener Impulsdauer bei hohen Drehzahlen eine kleinere Wirkung als bei niedrigen Drehzahlen. Damit spricht der Motor bei einer Erhöhung der Drehzahl der Welle fortschreitend weniger auf die Drehzahldifferenz an. Dies führt bei hohen Drehzahlen der Welle nicht zu dem erforderlichen schnellen Ansprechen, so daß sich ein Überschwingen bzw. Unterschwingen der Welle ergibt.

Eine Schaltungsanordnung zum Steuern des Laufes eines Servomotors von einer Ausgangslage in eine Endlage mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 ist aus der DE-OS 26 29 096 bekannt. Diese weist einen ersten Speicher für die Zahl der Schritte, einen zweiten Speicher zur Bestimmung der Soll-Drehzahl der Welle des Servomotors in Abhängigkeit von der gespeicherten Zahl der Schritte, eine Einrichtung zur Erfassung der Ist-Drehzahl der Welle, einen Rechner für die Ermittlung der Antriebszeit des Servomotors durch Vergleich der Ist-Drehzahl mit der Soll-Drehzahl sowie eine Korrektureinrichtung auf, die in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors die Ansteuerung beeinflußt.

Diese Schaltungsanordnung ist so ausgelegt, daßdie Zahl der Beschleunigungsimpulse, die Bremszeit und die Einlaufzeit des Servomotors bei niedriger Geschwindigkeit an die Betriebszustände angepaßt, d. h., geändert werden können. Zu diesem Zweck modifiziert die Korrektureinrichtung in Abhängigkeit von diesem Betriebszuständen, und zwar basierend auf der vorhergehenden Bewegung, die Zahl der vom Speicher gelieferten, spezifischen Beschleunigungssignale entsprechend, falls dies erforderlich wird.

Der Grundgedanke dieser bekannten Schaltungsanordnung liegt also darin, den Lauf des Servomotors überwachen, die entsprechenden Betriebszustände zu ermitteln und beim nächsten Lauf mittels Korrektureinrichtung diese Betriebszustände zu berücksichtigen, um die Beschleunigungssignale, die an den Servomotor angelegt werden, entsprechend zu modifizieren. Dadurch kann im wesentlichen der Zeitpunkt der Umschaltung zwischen Beschleunigung und Abbremsung an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der auf konstruktiv einfache Wesie auch die Drehmoment/ Drehzahl-Kennlinie des Servomotors bei der Ansteuerung des Servomotors berücksichtigt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung dieser Schaltungsanordnung wird durch die Merkmale des Anspruchs 2 definiert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgender Funktionsweise: Bei einem üblichen Servomotor läßt sich das erzeugte Drehmoment F als lineare Funktion seiner Drehzahl V darstellen. Bezeichnet man die Schnittpunkte der Drehmoment/Drehzahl-Kennlinie eines solchen Servomotors mit der Drehmoment-Achse durch F₀ bzw. mit der Drehzahlachse durch V₀, so läßt sich die Abhängigkeit zwischen Drehmoment F und Drehzahl V eines bestimmten Servomotors durch die folgende Gleichung wiedergeben:

F = F₀ (1 - V/V₀)

Empfängt also der Servomotor einen Steuerimpuls mit einer bestimmten Impulsdauer, so hat der zur Steuerung des Servomotors und damit zur Verstellung seiner Welle und Änderung seiner Drehzahl dienende Impuls eine Impulsdauer, die sich als Funktion der Drehzahl V ändert.

Durch eine entsprechende Anpassung der Impulsdauer wird es jedoch möglich, die Impulsdauer bei allen Ist-Drehzahlen der Welle des Servomotors konstant zu halten, d. h., jeder Steuerimpuls hat bei allen in der Praxis auftretenden Ist- Drehzahlen die gleiche Wirkung.

Dies läßt sich auf konstruktiv einfache Weise realisieren, indem man einen Kompensationsfaktor einführt, der eine Funktion der Ist-Drehzahl und der Drehmoment/Drehzahl- Kennlinie ist. Multipliziert man die Antriebszeit des Servomotors mit diesem Kompensationsfaktor, so ergibt sich eine schrittweise Annäherung der Änderung der Drehzahl an den theoretischen Verlauf, so daß über den gesamten Drehzahlbereich die Abhängigkeit Drehmoment/Drehzahl bei der Verstellung der Welle berücksichtigt und damit ein Über- bzw. Unterschwingen der Welle verhindert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Servomotors,

Fig. 2 ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise dieser Schaltungsanordnung

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines ersten Rechners dieser Schaltungsanordnung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild des Drehzahlumsetzers dieser Schaltungsanordnung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Impulsgenerators dieser Schaltungsanordnung,

Fig. 6 ein elektrisches Schaltbild des Servomotors und seiner Ansteuerung,

Fig. 7 ein weiteres Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Schaltungsanordnung,

Fig. 8 ein weiteres Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise dieser Schaltungsanordnung,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Servomotors,

Fig. 10 ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Ausführungsform nach Fig. 9,

Fig. 11 ein elektrisches Schaltbild eines Teils eines Drehzahlfühlers der Schaltungsanordnung nach Fig. 9,

Fig. 12 ein elektrisches Schaltbild der Ansteuerung für die Schaltungsanordnung nach Fig. 9,

Fig. 13 ein Zeitsteuerdiagramm zur weiteren Erläuterung der Funktionsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 9,

Fig. 14 eine Darstellung der Drehmoment/Drehzahl- Kennlinie eines üblichen Servomotors,

Fig. 15 eine Kurvendarstellung zur Berechnung des Kompensationsfaktors, und

Fig. 16 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Einrichtung zur Berechnung des Kompensationsfaktors.

Die aus Fig. 1 ersichtliche, insgesamt durch das Bezugszeichen 11 angedeutete Schaltungsanordnung dient zur Regelung der Drehzahl eines Servomotors 12 mit einer geschlossenen Regelschleife. Ein elektrisches, insbesondere binäres Eingangssignal wird einem Rechner 13 (In den Zeichnungen Recheneinheit genannt.) zugeführt, der die Zahl der erforderlichen Schritte sowie die Richtung der Drehung von der momentanen Lage der Welle des Servomotors 12 in die Soll-Lage ermittelt. Bspw. kann das Eingangssignal eine Drehbewegung der Welle 14 des Servomotors 12 in Richtung des Uhrzeigersinns über 12 Schritte anzeigen.

Der Rechner 13 ermittelt eine theoretisch optimale Soll- Drehzahl, mit der die Welle 14 des Servomotors 12 gedreht werden sollte. Ein mit der Welle 12 verbundener Fühler 16 erzeugt ein Signal, das die Ist-Drehzahl der Welle 14 darstellt und über einen Verstärker 17 sowie eine eine Rechteckwelle erzeugende Anordnung 18 an den Rechner 13 angelegt wird. Der Rechner 13 subtrahiert die Ist-Drehzahl von der Soll-Drehzahl und bildet dadurch ein Drehzahl-Differenzsignal, das an einen Impulsgenerator 19 angelegt wird. Der Impulsgenerator 19 erzeugt für jeden Schritt einen Ansteuerimpuls für den Servomotor 12 mit einer Zeitdauer, die der Größe des Differenzsignals entspricht. Da sich das Differenzsignal ständig ändert, ändern sich die Impulsdauer der Ansteuerimpulse ebenfalls ständig.

Von dem Rechner 13 wird auch ein Richtungssignal erzeugt, welches zusammen mit den Ansteuerungsimpulsen einer den Motor steuernden Treibereinheit 21 zugeführt wird. Das Richtungssignal zeigt an, ob der Servomotor 21 für eine Drehbewegung in der Vorwärtsrichtung (im Uhrzeigersinn) oder in umgekehrter Richtung (entgegen dem Uhrzeigersinn) zu erregen ist. Das Richtungssignal ist ein Binärsignal mit einem logisch hohen oder niedrigen Wert für eine Erregung in Vorwärtsrichtung bzw. in Umkehrrichtung.

Wenn die Motorwellendrehzahl niedriger als die Befehlsdrehzahl ist, wird durch das Richtungssignal der Servomotor 12 entsprechend erregt, so daß die Motorwelle 14 sich fortlaufend in derselben Richtung dreht. Je größer der Unterschied zwischen der tatsächlichen oder Ist-Drehzahl und der Befehlsdrehzahl ist, um so größer wird die Treiberimpulsbreite und um so länger wird die Zeitdauer, während welcher der Servomotor 12 erregt wird.

Wenn die Motorwellendrehzahl höher als die Befehlsdrehzahl ist, wird der Servomotor 12 durch das Richtungssignal entsprechend erregt, so daß die Motorwelle 14 in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird. Mit anderen Worten, es wird eine in umgekehrter Richtung wirkende Erregung an den Servomotor 12 angelegt, um dadurch die Motorwelle 14 abzubremsen oder zu verzögern.

Bei der Anordnung 11 der Fig. 1 ergeben sich ohne die erfindungsgemäße Verbesserung Schwierigkeiten im Hinblick auf ein Überschwingen, Unterschwingen, Schwingen überhaupt und ein ungenaues Einstellen, wie oben bereits ausgeführt ist.

Der Fühler 16 kann ein photoelektronischer oder irgendein anderer bekannter Drehzahlfühler sein, welcher durch die Motorwelle 14 angetrieben wird und einen sinusförmigen Ausgang mit einer Frequenz erzeugt, die der Motorwellendrehzahl proportional ist. Die Ausgänge des Fühlers 16 und der eine Rechteckwelle erzeugenden Anordnung 18 sind in Fig. 2 dargestellt.

Wie am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, weist der Rechner 13 einen Zähler 22 auf, welcher anfangs durch das Eingangssignal eingestellt wird und welcher durch die Ausgangssignale der die Rechtecksignale erzeugenden Einrichtung 18 schrittweise verringert wird. Vorzugsweise geben der Drehzahlfühler 16 und infolgedessen die Rechteckimpulse erzeugende Anordnung 18 jeweils einen Impuls für jeden Motorwellenschritt ab. Wenn beispielsweise das Eingangssignal anzeigt, daß die Motorwelle 14 aus der augenblicklichen Stellung um zwölf Schritte im Uhrzeigersinn in eine geforderte Befehlsstellung gedreht werden sollte, dann wird der Zähler 22 anfangs auf eine binäre Zwölf (1100) eingestellt.

Der Ausgang des Zählers 22 wird als ein Adresseneingang an einen Festwertspeicher (ROM) 23 angelegt. Der Ausgang des Festwertspeichers 23 wird durch den Inhalt der adressierten Speicherstelle gebildet. Die in dem Festwertspeicher 23 gespeicherten Daten entsprechen der theoretisch optimalen Drehzahl der Motorwelle 14 in der augenblicklichen Stellung, wobei angenommen wird, daß sich die Motorwelle 14 über die in dem Zähler 22 gespeicherte Anzahl Schritte drehen muß. Der Ausgang des Festwertspeichers 23 wird an den Eingang eines Subtrahiergliedes 24 angelegt.

Der Ausgang der Rechteckimpulse erzeugenden Anordnung 18 wird auch an einen Eingang eines Drehzahlumsetzers 26 angelegt, welcher ein Signal bei demselben Maßstab- oder Nomierungsfaktor erzeugt, wenn der Festwertspeicher 23 die tatsächliche Motorwellendrehzahl anzeigt. Selbstverständlich zeigt der Ausgang des Festwertspeichers 23 die Solldrehzahl an. Das Subtrahierglied 24 subtrahiert die Istdrehzahl von der Solldrehzahl und gibt ein Signal ab, das an den Impulsgenerator 19 angelegt wird, der den Absolutwert oder die Größe des Drehzahlunterschieds anzeigt. Das Richtungssignal entspricht dem Vorzeichen des Differenzsignals und wird an die Treibereinheit 21 angelegt. Der Impulsgenerator 19 gibt einen Impuls ab, der in der Dauer der Größe des Differenzsignals entspricht, welches über die Treibereinheit 21 an den Servomotor angelegt wird, wodurch dann die Motorwelle 14 um den nächsten Schritt gedreht wird.

Der Drehzahlumsetzer 26 ist in Fig. 4 dargestellt und weist einen Zähler 28 auf, welcher anfangs auf null zurückgesetzt wird. Die Impulse von der Rechteckimpulse erzeugenden Anordnung 18 werden an den eine Zählung freigebenden Eignang des Zählers 28 angelegt.

Taktimpulse von einem Oszillator 29 werden an den Zähleingang des Zählers 28 angelegt und dieser (28) dadurch schritttweise weitergeschaltet. Der Zähler 28 wird für die Dauer des positiven Teils jedes Ausgangsimpulses der Rechteckimpulse erzeugenden Anordnung 18 freigegeben, welcher einer Halbperiode des entsprechenden Ausgangssignals des Drehzahlfühlers 16 entspricht. Wenn beispielsweise der Drehzahlfühler 16 sinusförmige Signale mit einer Schwingungsdauer von 2 ms erzeugt, wird der Zähler 28 für 1 ms pro Signal freigegeben.

Der in dem Zähler 28 pro Halbperiode einer Ausgangsperiode des Fühlers 16 addierte und gespeicherte Zählerstand ist proportional der Dauer oder der Zeitspanne der Halbperiode und umgekehrt proportional der Frequenz der sinusförmigen Signale. Infolgedessen ist das Zählergebnis in dem Zähler 28 umgekehrt proportional zu der Drehzahl der Motorwelle 14. Dies Zählergebnis wird dann an eine Reziprokschaltung 31 angelegt, welche den reziproken oder umgekehrten Wert des Zählergebnisses abgibt. Dieses Reziproksignal stellt das der Istdrehzahl entsprechende Signal dar.

Der Impulsgenerator 19 ist in Fig. 5 dargestellt und weist einen Zähler 32 auf, welcher anfangs auf einen Zählstand eingestellt wird, der gleich dem Differenzsignal von dem Subtrahierglied 24 ist. Taktimpulse von einem Oszillator 33 werden an den Zähleingang des Zählers 32 angelegt, wodurch dieser (32) schrittweise zurückzählt. Ein Nulldetektor 34 ist mit dem Ausgang des Zählers 32 verbunden und gibt einen einen Motortreiberimpuls darstellenden, hohen Ausgang ab, solange der Zählstand in dem Zähler 32 nicht null ist. Infolgedessen ist die Zeitdauer, während welcher der Ausgang des Nulldetektors 34 hoch bleibt, proportional der Größe des Differenzsignals.

Die Treibereinheit 21 ist in Fig. 6 dargestellt und weist einen PNP-Leistungschalttransistor 36 auf. Der Ausgang des Impulsgenerators 19 wird über einen Inverter 37 an die Basis des Transistors 36 angelegt. Der Emitter des Transistors 36 ist mit dem positiven Pol +V einer Gleichspannungsquelle verbunden. Der Kollektor des Transistors 36 ist mit dem Emitter von PNP-Treibertransistoren 38 und 39 verbunden, deren Kollektoren jeweils mit einem der beiden Anschlüsse des Servomotors 12 verbunden sind.

Die Emitter von NPN-Treibertransistoren 41 und 42 sind geerdet und ihre Kollektoren sind mit den Kollektoren der Transistoren 38 bzw. 39 verbunden. Das Richtungssignal von dem Rechner 13 wird über Verstärker 43 und 44 an die Basen der Transistoren 38 und 41 und über invertierende Verstärker 46 und 47 an die Basen der Transistoren 39 bzw. 42 angelegt.

Der Transistor 36 wird angeschaltet, um die Spannung +V der Spannungsquelle an die Transistoren 38 und 39 anzulegen, wenn der Ausgang des Impulsgenerators 19 infolge der Wirkung des Inverters 37 hoch ist. Wenn das Richtungssignal von dem Ausgang des Rechners 13 hoch ist, werden die Transistoren 39 und 41 angeschaltet, um Strom über den Servomotor 12, wie durch einen Pfeil 48 angezeigt ist, in einer Richtung durchzulassen. Wenn das Richtungssignal niedrig ist, werden die Transistoren 38 und 42 angeschaltet, um Strom über den Servomotor 12 in der entgegengesetzten Richtung durchzulassen. Die Transistoren 38 bis 42 sind in einer Brückenschaltung angeordnet.

Anhand von Fig. 7 wird nunmehr die grundsätzliche Arbeitsweise der Anordnung 11 beschrieben. Die Solldrehzahl ist durch eine ausgezogene Kurve in dem oberen Teil der Fig. 7 wiedergegeben. Die Ist-Drehzahl ist durch eine gestrichelte Kurve dargestellt. Ferner sind unter dem die Drehzahlkurve wiedergebenden Teil der Zeichnung die entsprechenden Treiber- bzw. Steuerungsimpulse dargestellt, die an den Servomotor 12 von der Treibereinheit 21 aus angelegt werden; die Treiberimpulse liegen am Ausgang des Impulsgenerators 19 an und das entsprechende Richtungssignal erscheint am Ausgang des Rechners 13.

Die die Istdrehzahl wiedergebende Kurve besteht aus drei Abschnitten. In dem ersten Abschnitt wird die Motorwelle 14 auf die Soll-Drehzahl beschleunigt. In dem zweiten Abschnitt wird die Motorwellendrehzahl auf der Soll-Drehzahl konstant gehalten. In dem dritten Abschnitt wird die Motorwellendrehzahl auf null verzögert. Ein umgekehrter (in diesem Fall negativer) Treiberimpuls 49 wird an den Servomotor 12 bei einem Schritt 51, einen Schritt vor dem End- oder Befehlsschritt angelegt, um die Welle bei einem Stop bei dem Befehlsschritt abzubremsen.

In Fig. 8 ist die Arbeitsweise der Anordnung 11 für eine Bewegung in drei Schritten dargestellt. Der Anfangszählstand von drei wird in den Zähler 22 eingegeben, welcher dann durch die Rückflanken der Ausgangsimpulse der Rechteckimpulse abgebenden Anordnung 18 schrittweise verringert wird. Die Treiberimpulse werden von dem Impulsgenerator 13 entsprechend den Vorderflanken der Impulse von der Anordnung 18 erzeugt. Eine Verzögerungszeit t ist zur Berechnung des Drehzahlunterschieds und zum Einstellen des Ausgangs des Subtrahiergeräts 24 in dem Zähler 32 des Impulsgenerators 19 erforderlich. Infolgedessen werden die Treiberimpulse nach einer Zeitverzögerung t erzeugt, welche auf die Vorderflanken der jeweiligen Impulse von der Rechteckimpulse erzeugenden Anordnung 18 folgt.

In Fig. 9 ist eine verbesserte Servosteueranordnung 11′ gemäß der Erfindung mit einer Einrichtung dargestellt, um ein genaues Einstellen der Motorwelle 14 in dem Endschritt zu gewährleisten und um deren mechanische Verstellung aus der Befehlsstellung heraus zu verhindern. Hierbei sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und entsprechende, aber abgewandelte Teile sind mit demselben Bezugszeichen mit einem Strichindex bezeichnet.

Die Rechteckimpulse erzeugende Anordnung 18′ kann in derselben vorbeschriebenen Weise ein Ausgangssignal 18′ a abgeben, das der positiven Halbperiode des Ausgangssignals des Fühlers 16 entspricht. Die Anordnung 18′ kann jedoch auch positive Signale 18′ b und 18′ c abgeben, wenn die Motorwelle 14 bezüglich der Befehlsstellung, die in Fig. 10 durch die strichpunktierte Linie 61 angezeigt ist, über Drehwinkel von -R bzw. +R hinaus verstellt wird, wenn |-R |=|+R | ist. Die Drehwinkel -R und +R sind kleiner als der einem Motorwellenschritt entsprechende Winkelabstand. Die Signale 18′ b und 18′ c werden zusätzlich zu den Signalen von dem Subtrahierglied 24 des Rechners 13 an eine Steuereinheit 62 angelegt, wodurch die Größe und Richtung des berechneten Drehzahldifferenzsignals angezeigt wird. Der Ausgang des Zählers 22 des Rechners 13 wird auch an die Steuereinheit 62 angelegt.

Die in Fig. 11 dargestellte Rechteckimpulse abgebende Anordnung 18′ weist drei Spannungsvergleicher 63, 64 und 66 auf. Das Ausgangssignal des Verstärkers 17 wird an die nichtinvertierenden Eingänge des Vergleichers 63 und 66 und an den invertierenden Eingang des Vergleichers 64 angelegt. Der Ausgang des Vergleichers 63 stellt das Signal 18′ a dar, welches dem Rechner 13 zugeführt wird. Die Ausgänge der Vergleicher 64 und 66 stellen die Signale 18′ b und 18′ c dar.

Eine Bezugsspannung V₀ wird an den invertierenden Eingang des Vergleichers 63 angelegt. Die Spannung V₀ entspricht dem Gleichspannungswert des sinusförmigen Ausgang des Verstärkers 17 und kann 0V sein, wenn der Gleichspannungswert null ist. Positive und negative Bezugsspannungen V₁ und V₂ werden an den invertierenden Eingang des Vergleichers 66 bzw. an den nichtinvertierenden Eingang des Vergleichers 64 angelegt.

Der Vergleicher 63 gibt einen hohen Ausgang ab, wenn der Pegel des Signals von dem Verstärker 17 positiver ist als V₀. Der Vergleicher 66 gibt einen hohen Ausgang ab, wenn der Pegel des Ausgangs nahe des Verstärkers 17 positiver als V₁ ist. Der Vergleicher 64 gibt einen hohen Ausgang ab, wenn der Pegel des Ausgangssignals des Vergleichers 17 negativer als V₂ ist. Die Bezugsspannungen V₁ und V₂ werden entsprechend den Winkelabständen +R bzw. -R ausgewählt.

Die Steuereinheit 62 ist in Fig. 12 dargestellt und weist ein ODER-Glied 67 mit einem mit dem Ausgang des Impulsgenerators 19 verbundenen Eingang und einen mit der Treiber- und Steuereinheit 21 verbundenen Ausgang auf. Der Ausgang des ODER-Glieds 67 stellt die an die Steuereinheit 21 angelegten Treiber- und Steuerimpulse dar. Der Ausgang des Zählers 22 der Recheneinheit 13 ist mit einem Eingang eines Nulldetektors 68 verbunden, dessen Ausgang mit Eingängen von UND-Gliedern 69 und 71 verbunden ist. Die Signale 18′ b und 18′ c werden an andere Eingänge der UND-Glieder 69 bzw. 71 angelegt. Die Ausgänge der UND-Glieder 69 und 71 werden an Eingänge eines ODER-Glieds 72 angelegt, dessen Ausgang mit einem Freigabeeingang eines Oszillators 73 verbunden ist. Der Ausgang des Oszillators 73 ist mit einem anderen Eingang eines ODER-Glieds 67 verbunden. Der Ausgang des UND-Glieds 69 und das Richtungssignal von dem Subtrahierglied 24 des Rechners 13 werden an Eingänge eines ODER-Glieds 74 angelegt, dessen Ausgang mit einem Eingang eines UND-Glieds 76 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Glieds 76 stellt das Richtungssignal dar, welches der Treiber- und Steuereinheit 21 zugeführt wird. Der Ausgang des UND-Glieds 71 wird über einen Inverter 77 an den anderen Eingang des UND-Glieds 76 angelegt.

Während des Betriebs gibt der Null-Detektor 68 einen hohen Ausgang ab, um die UND-Glieder 69 und 71 freizugeben, wenn der Zählstand in dem Zähler 22 null wird, wodurch angezeigt wird, daß die Motorwelle 14 im Bereich eines Schrittes der Sollstellung ist. Der Impuls 49 wird angelegt, um die Motorwelle 14 abzubremsen. Wenn die Welle 14 innerhalb eines Winkels R der Sollstellung 61 stillsteht, kommt es zu keiner weiteren Wirkung, wenn nicht irgendeine äußere Kraft angelegt wird, um die Welle 14 zu drehen.

Wenn jedoch die Welle 14 kurz vor der Sollstellung 61 um mehr als den Winkel -R anhält, gibt der Vergleicher 64 ein hohes Signal 18′ b und das UND-Glied 69 gibt ebenfalls einen hohen Ausgang ab. Dieser hohe Ausgang wird über das ODER-Glied 72 zu dem Oszillator 73 durchgelassen, worauf dann der Oszillator 73 schwingt und Impulse mit einer fest vorgegebenen Dauer abgibt. Diese Impulse werden dann über das ODER-Glied 67 durchgelassen, wodurch dann der Servomotor 12 erregt und angeschaltet wird.

Der hohe Ausgang des UND-Glieds 69 wird über das ODER-Glied 74 zu dem UND-Glied 76 durchgelassen, das einen hohen Ausgang abgibt, und zwar deswegen, da der niedrige Ausgang des Vergleichers 66 durch den Inverter 77 invertiert wird und das UND-Glied 76 freigibt. Der hohe Ausgang des UND-Glieds 76 wird an die Treibereinheit 21 als Richtungssignal angelegt, wobei dann durch die Treibereinheit 21 der Servomotor 12 erregt und angeschaltet wird, um sich fortlaufend in derselben Richtung zu drehen. Nachdem die Motorwelle 14 in den Bereich -R der Befehlsstellung 61 gedreht worden ist, wird der Ausgang des Vergleichers 64 sowie der des UND-Glieds 69 niedrig. Hierdurch wird dann der Oszillator 73 abgeschaltet und der Ausgang des UND-Glieds 76 wird niedrig.

Wenn andererseits die Welle 14 um einen Winkel, der größer als der Winkel +R ist, die Sollstellung überschwingen würde, gibt der Vergleicher 66 ein hohes Signal 18′ c ab, welches über das UND-Glied 71 läuft. Dieses Signal wird dann durch den Inverter 77 invertiert, um das UND-Glied 76 zu sperren, das dann ein niedriges Signal abgibt, was zur Folge hat, daß die Welle 14 des Servomotors entgegen der Anfangsdrehrichtung oder zurück in Richtung auf die Sollstellung 61 gedreht wird. Der hohe Ausgang des UND- Glieds 71 gibt den Oszillator 73 frei, der Ansteuer- und Treiberimpulse abgibt, solange die Welle 14 weiter als der Winkelabstand +R von der Sollstellung 61 entfernt ist, und der Ausgang des Vergleichers 66 bleibt hoch.

Während des Anfangsbetriebs der Anorndung 11′, während welchem die Welle 14 im Bereich eines Schrittes der Sollstellung 61 angetrieben wird, sperrt der niedrige Ausgang des Nulldetektors 68 die UND-Glieder 69 und 71. Der niedrige Ausgang des UND-Glieds 71 wird durch den Inverter 77 invertiert, um das UND-Glied 76 freizugeben. Die Steuerimpulse von dem Steuerimpulsgenerator 19 werden über das ODER-Glied 67 durchgelassen und das Richtungssignal wird von dem Subtrahierglied 24 über das ODER-Glied 74 und das UND-Glied 76 ohne eine Änderung durchgelassen. Die Beziehung zwischen den verschiedenen Signalen ist in Fig. 13 dargestellt.

Eine mechanische Bewegung der Welle 14 durch irgendeine äußere Kraft aus dem Bereich -R bis +R heraus hat zur Folge, daß der Vergleicher 64 oder 66 ein hohes Ausgangssignal 18′ b bzw. 18′ c abgibt, wodurch dann der Servomotor 12 erregt wird, und die Welle 14 zurück in Richtung auf die Sollstellung 61 in den Bereich -R bis +R dreht. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Welle 14 anfangs genau eingestellt ist, und daß die Sollstellung innerhalb eines kleinen Winkelsbereichs eingehalten wird, selbst wenn die Welle 14 durch eine äußere Kraft verstellt wird.

Wie oben ausgeführt, ist infolge der Tatsache, daß das Drehmoment des Servomotors 12 als Funktion der Wellendrehzahl nicht konstant ist, sondern mit zunehmender Drehzahl abnimmt, ein Treiber- oder Steuerimpuls einer vorbestimmten Dauer oder Breite weniger wirksam, wenn die Motorwellendrehzahl zunimmt. In Fig. 14 ist das Motordrehmoment F als Funktion der Wellendrehzahl V dargestellt. Obwohl die Kurve zur Verdeutlichung der Darstellung etwas vereinfacht ist, ändert sich das Drehmoment F im allgemeinen als eine geradlinige Funktion der Wellendrehzahl V. Wenn die Punkte F₀ und V₀ die Schnittpunkte der Drehmoment-Drehzahlkennlinie des Servomotors 12 mit der vertikalen bzw. der horizontalen Achse sind, läßt sich das Drehmoment F als Funktion der Wellendrehzahl V folgendermaßen wiedergeben:

Wenn ein Treiber- oder Steuerimpuls mit einer Dauer T₀ an den Servomotor 12 angelegt wird, ist der Impuls, welcher auf die Motorwelle 12 wirkt, um deren Drehzahl zu ändern, gleich FT₀ und ändert sich entsprechend der Gl. (1) als Funktion der Wellendrehzahl V. Selbstverständlich werden hierbei die Werte F₀ und V₀ sowie T₀ als konstant angenommen.

Wenn jedoch die Impulsbreite oder die Zeitdauer auf T₀′ entsprechend in der folgenden Gleichung geändert wird: bleibt der Impuls bei allen Drehzahlen der Welle 14 konstant, und jeder Steuerimpuls ruft dieselbe Wirkung bezüglich der Drehzahl bei allen Drehzahlen hervor. Der Impuls wird dann FT₀′=F₀T₀, und ist damit konstant.

Diese Wirkung kann durch Multiplizieren der am Ausgang der Subtrahiereinrichtung 24 geschaffenen Drehzahldifferenz mit einem Kompensationsfaktor K erhalten werden, welcher als Funktion der Wellendrehzahl V folgendermaßen berechnet wird:

Die ausgezogene Kurve in Fig.14 gibt den Kompensationsfaktor K als Funktion von V wieder.

In Fig. 16 ist ein abgewandelter Rechner 13′ dargestellt, mittels welchem das Drehzahldifferenzsignal und damit die Steuer- oder Treiberimpulsbreite als Funktion der Drehmoment-Drehzahlkennlinie des Servomotors 12 und der Wellendrehzahl V ausgeglichen werden kann. Der Rechner 13′ weist einen Festwertspeicher (ROM) 81 auf, welcher zum Berechnen des Kompensationsfaktors K dient. Insbesondere wird die Drehzahl V an den Festwertspeicher 81 von dem Drehzahlumsetzer 26 aus als Adresseneingang angelegt. Der Inhalt der adressierten Speicherstelle schafft den Kompensationsfaktor K, welcher an einen Eingang einer digitalen Multipliziereinheit 82 angelegt wird. Der Drehzahldifferenzausgang des Subtrahierglieds 24 wird an den anderen Eingang der Multipliziereinheit 82 angelegt. Die Multipliziereinheit 82 multipliziert das berechnete Drehzahldifferenzsignal von dem Subtrahierglied 24 mit dem Kompensationsfaktor K, um das augenblickliche Drehzahldifferenzsignal zu erzeugen, welches in den Zähler 32 des Impulsgenerators 19 eingegeben wird. Je höher der Kompensationsfaktor K ist, um so länger wird die Impulsbreite oder Zeitdauer der Treiber- und Steuerimpulse und um so größer wird der Impuls, der auf die Motorwelle 14 wirkt. Entsprechend den Gl. (1 bis 3) ist dann selbstverständlich der an den Servomotor 12 angelegte Impuls bei irgendeiner Drehzahl V für einen vorgegebenen Drehzahlunterschied derselbe.

Der Festwertspeicher (ROM) 81 kann durch einen anderen Rechner ersetzt werden, welcher die Gl. (3) lösen kann. Hierbei schafft der Festwertspeicher 81 eine schrittweise Annäherung der Lösung der Gl. (3), wie durch eine gestrichelte Linie in Fig. 15 dargestellt ist. Die Anzahl der Schritte und damit die Anzahl der Speicherstellen in dem Festwertspeicher 81 werden entsprechend dem geforderten Genauigkeitswert beim Berechnen des Kompensationsfaktors K ausgewählt. Im Falle einer solchen Näherung kann die Multipliziereinheit 81 durch ein Schieberegister und einen Addierer gebildet werden.

Es soll nochmals betont werden, daß eine Änderung des Drehzahldifferenzsignals äquivalent einer Änderung der Steuer- oder Treiberimpulsdauer ist, da der Drehzahlunterschied in den Zähler 32 des Impulsgenerators 19 eingegeben wird, um diesen schrittweise zu verringern bzw. damit dieser schrittweise zurückzählt, und die Zeitdauer des Treiberimpulses ist proportional dem anfänglichen Zählerstand in dem Zähler 32. Es liegt folglich im Rahmen der Erfindung, eine Ausgleichseinrichtung zwischen dem Impulszähler 19 und der Treibereinheit 21 vorzusehen, welche dieselben Ergebnisse schafft wie der Festwertspeicher 81 und die Multipliziereinheit 82, indem die Steuerimpulsperioden unmittelbar ausgeglichen werden. Äquivalente Ergebnisse können auch dadurch erhalten werden, daß der Impulsgenerator 19 eine Ausgleichseinrichtung zum Ändern des anfänglichen Zählerstands in dem Zähler 32 entsprechend dem Kompensationsfaktor aufweist.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zum Steuern des Laufes eines Servomotors von einer Ausgangslage in eine Endlage,

• a) mit einem ersten Speicher zum Speichern einer die Bewegungsgröße des Servomotors angebenden Zahl von Bewegungsschritten,
• b) mit einem zweiten Speicher zum Bestimmen der Soll- Drehzahl der Motorwelle in Abhängigkeit von der gespeicherten Zahl der Bewegungsschritte,
• c) mit einer Einrichtung zum Erfassen der Ist-Drehzahl der Motorwelle und
• d) mit einem Rechner zum Ermitteln der Antriebszeit des Servomotors durch Vergleich der Ist-Drehzahl mit der Soll-Drehzahl, sowie
• e) mit einer Korrektureinrichtung, die in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors die Ansteuerung beeinflußt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• f) die Korrektureinrichtung
  • f1) einen zweiten Rechner (ROM 81) zum Ermitteln eines Kompensationsfaktors (K) als Funktion der Ist-Drehzahl und der Drehmoment/Drehzahl- Kennlinie des Servomotors (12) und
  • f2) einen dritten Rechner (82) für die Multiplikation der Antriebszeit mit dem Kompensationsfaktor (K) umfaßt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• g) der Kompensationsfaktor (K) durch die folgende Gleichung definiert ist, wobei K= den Kompensationsfaktor,V= die Ist-Drehzahl undV₀= die Leerlauf-Drehzahlbedeuten.