DE2932395A1

DE2932395A1 - Steuerschaltung fuer gleichstrommotor verwendende positioniervorrichtung

Info

Publication number: DE2932395A1
Application number: DE19792932395
Authority: DE
Inventors: Shuichi Hanashima; Ryuichi Kyomasu; Yoshikazu Suzumura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-08-09
Filing date: 1979-08-09
Publication date: 1980-02-28
Also published as: GB2027228B; HK53083A; JPS628803B2; GB2027228A; BR7905074A; SG29083G; US4315199A; MY8400253A; JPS5523776A

Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Steuerschaltung für Gleichstrommotor verwendende Positioniervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für eine einen Gleichstrommotor verwendende Positioniervorrichtung.

Eine Positioniervorrichtung wird für die Herstellung von Halbleiterbauelementen wie Transistoren oder integrierten Schaltungen verwendet. Bei einer Pillen-Verbindungsvorrichtung wird eine Halbleiterpille auto-

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matisch in eine Stellung auf einem Teil zur Befestigung der Pille in einem Bauteil- oder einem Leitungsrahmen gebracht und an dem die Pille befestigenden Teil befestigt. Bei einer Draht-Verbindungsvorrichtung wird eine Kapillare zum Halten eines Verbindungsdrahtes aus Gold oder Aluminium auf einer Elektrode der Halbleiterpille oder einem Leiterabschnitt des Leitungsrahmens positioniert und der durch die Kapillare gehaltene Verbindungsdraht wird thermisch angeklebt oder mittels Ultraschallwellen angeschweisst an der Elektrode oder dem Leitungsteil. In einem solchen Fall werden Gegenstände wie Kapillaren, die zu positionieren sind_/auf einem bewegbaren Tisch angeordnet und in eine vorgegebene Stellung bewegt.

Wenn ein Gleichstrommotor als Einrichtung zum Ansteuern der Positioniervorrichtung verwendet wird, ist ein Bewegungsdetektor wie ein Linear-Codierer oder ein Dreh-Codierer mit einem zu steuernden Glied wie einem Tisch oder einem drehbaren Glied, das von dem Motor betätigt wird, gekoppeltem elektrische Signale abhängig von der Bewegung zu erhalten, wodurch der Gleichstrommotor aufgrund des Vergleichs der Ausgangssignale eines Zählers, der die Ausgangssignale des Detektors zählt, mit Erwartungssignalen, die eine vorgegebene Stellung wiedergeben, gesteuert wird. Wenn das gesteuerte Glied die vorgegebene Stellung erreicht, werden die gezählten Ausgangssignale konform mit den Erwartungssignalen· Dem Gleichstrommotor werden keine Ansteuersignale zugeführt.

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Der Gleichstrommotor kommt jedoch aufgrund seines Trägheitsmomentes nicht schnell in die Stop lage. Daher wird das zu steuernde Glied oft die vorgegebene Stellung überschreitend gesteuert. In einem solchen Fall wird der Gleichstrommotor in Gegenrichtung gedreht aufgrund des Vergleichs der gezählten Signale des Zählers mit den Erwartungssignalen.

In diesem Fall wird, wenn die Stellung des gesteuerten Glieds_/ bei der ein Vorwärtszählsignal bei der Bewegung in eine Richtung dem Zähler zugeführt wird, sich von der Stellung des gesteuerten Gliedes unterscheidet, bei der ein Rückwärtszählsignal bei Bewegung in die entgegengesetzte Richtung erzeugt wird, ein Ansteuersignal aufgrund des Vergleichs der gezählten Signale mit den Erwartungssignalen dem Gleichstrommotor zugeführt, obwohl das gesteuerte Glied schon in die vorgegebene Stellung zurückgekehrt ist. Folglich unterliegt das gesteuerte Glied einem Pendeln.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Positioniervorrichtung anzugeben, bei der das Pendeln nicht auftritt und die eine geringere Vibration erzeugt.

Gemäss der Erfindung werden zwei Erfassungssignale verwendet, die ausser Phase miteinander abhängig von der Bewegung eines gesteuerten Glieds erzeugt werden.Durch diese beiden Erfassungssignale wird die Bewegungsrichtung des gesteuerten Gliedes beurteilt bezüglich des Unterschiedes zwischen einer Richtung und der entgegengesetzten Richtung. Das die Stellung oder Adresse in einer Richtung

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oder der entgegengesetzten Richtung wiedergebende Erfassungssignal wird mit dem die vorgegebene Stellung wiedergebenden Bezugssignal verglichen mittels einer Volladdierer-Schaltung. Bei diesem Vergleich empfängt der Volladdierer an seinem Übertragsanschluss ein Korrektursignal, das aus den beiden Erfassungssignalen gebildet ist₇und vergleicht das Erfassungssignal mit dem Bezugssignal bei Empfang des Korrektursignals. An der Ausgangsseite des Volladdierers ist ein Digital/Analog-Umsetzer (D/A-Umsetzer) vorgesehen zur Abgabe eines der Differenz zwischen dem Erfassungssignal und dem Bezugssignal entsprechenden Analogsignals , wobei ein Ansteuersignal zum Ansteuern des Gleichstrommotors durch den D/A-ümsetzer abgeleitet wird.

Die Erfindung gibt also eine Steuerschaltung für eine Positioniervorrichtung zur Bewegung eines zu steuernden Gliedes in eine vorgegebene Stellung unter Verwendung eines Gleichstrommotors an, wobei eine Rechenschaltung zum Erfassen eines Differenzsignals, das in ein Ansteuersignal für den Motor umgesetzt wird, zwischen dem Lageerfassungssignal des Glieds und dem Bezugssignal der vorgegebenen Stellung und eine Korrekturschaltung vorgesehen sind/ die ^mit der Rechenschaltung gekoppelt ist, damit das Differenzsignal klein ist, wodurch der Motor keine Pendel-Erscheinung mehr aufweist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig.1 ein Blockschaltbild der Steuerschaltung einer

einen Gleichstrommotor verwendenden Positioniervorrichtung gemäss der Erfindung,

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Fig. 2 Signalverläufe verschiedener Signale der

Steuerschaltung gemäss Fig. 1, Fig. 3 eine schematische Darstellung eines bei

der Erfindung verwendbaren Dreh-Codierers, Fig. 4 eine Darstellung der Abweichung der Adressen

um eine halbe Schrittweite in den verschiedenen

Bewegungsrichtungen des gesteuerten Glieds, Fig. 5 ein Teil-Blockschaltbild einer Steuerschaltung,

bei der die Korrekturschaltung gemäss Fig. 1

weggelassen ist, zur Erläuterung der Wirkung

der Erfindung,

Fig. 6 Signalverläufe verschiedener Signale der Steuerschaltung gemäss Fig. 5.

Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel erläutert. Fig. 2 zeigt die Signalverläufe verschiedener Signale der Steuerschaltung gemäss Fig. 1, wobei an der Ordinate die Signalpegel und an der Abszisse die Stellung χ des gesteuerten Glieds dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt einen Gleichstrommotor 17 zum Erzeugen der Ansteuerkraft zur Bewegung des gesteuerten Glieds. Der Gleichstrommotor 17 enthält einen Bewegungsdetektor 18 zur Erzeugung zweier Impulssignale ψ . und ψ„ mit einer Phasendifferenz abhängig von der Drehrichtung. Der Bewegungsdetektor 18 besteht beispielsweise aus einem Dreh-Codierer, wie er in Fig. 3 dargestellt ist. Gemäss Fig. 3 enthält der Dreh-Codierer eine sich drehende Scheibe 23 und eine ortsfeste Platte 24. Die sich drehende Scheibe besitzt lxchtundurchlässige Schichten 26 mit beispielsweise

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einer Breite von 5 μπι, die sich wiederholend mit konstantem Abstand auf einem lichtdurchlässigen Substrat 25 angeordnet sind. In ähnlicher Weise besitzt die ortsfeste Platte 24 eine erste Gruppe aus lichtundurchlässigen Schichten 28 und eine zweite Gruppe aus lxchtundurchlässigen Schichten 29 , die auf einem lichtdurchlässigem Substrat 27 ausgebildet sind. Die erste Gruppe der lichtundurchlässxgen Schichten 28 und die zweite Gruppe der lichtundurchlässxgen Schichten 29 dienen als erster bzw. als zweiter Erfassungsabschnitt. Um zwei Impulssignale φ _A und φ^ abhängig von der Drehung des Gleichstrommotors 17 zu erzeugen, werden die sich drehende Scheibe 23 und die ortsfeste Platte 24 mittels einer Lichtquelle 30 von einer Seite aus beleuchtet, wobei Licht, das durch die sich drehende Scheibe 23 und die ortsfeste Platte 24 ohne Störung bzw. Verhinderung durch die lichtundurchlässxgen Schichten 26, 28, 29 übertragen wird, als elektrische Signale erfasst werden mittels Erfassungselementen 31 und 32. Da die Anordnung der ersten Gruppe der lichtundurchlässxgen Schichten 28 eine Verschiebung oder Abweichung einer halben Schrittweite gegenüber der zweiten Gruppe der lichtundurchlässxgen Schichten 29 besitzt, ist das Impulssignal ί* , das durch das Erfassungselement 31 erfasst wird, um 90° phasenverschoben gegenüber dem von dem Erfassungselement 32 erfassten Impulssignal fk ·

Gemäss Fig. 1 werden die beiden durch den Bewegungsdetektor 18 erzeugten Impulssignale φ. und φ~ über Drähte oder Leitungen L₂ bzw. L. übertragen. Der Gleichstrommotor 17

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enthält weiter einen Regler 19, der eine Steuerspannung über einen Draht bzw. über eine Leitung L, empfängt und die Drehzahl des Gleichstrommotors 17 steuert. Der Gleichstrommotor 17 besitzt auch einen Generator 20, der eine der Drehzahl entsprechende Gleichspannung über einen Draht bzw. eine Leitung L. abgibt.

Weiter ist ein als Tisch ausgebildetes gesteuertes bzw. zu steuerndes Glied 22 vorgesehen, das in der x-Richtung mittels einer mit dem Gleichstrommotor 17 gekoppelten Schraube 21 bewegbar ist. Die Erfindung befasst sich mit der Steuerschaltung, die diesen Tisch in die vorgegebene Stellung bewegen kann.

Durch ei,, und <ji_ß sind also auch zwei Impulse gekennzeichnet, die durch den Bewegungsdetektor 18 bei jeder Bewegung des gesteuerten Glieds 22 um eine vorgegebene Strecke ( einer Streckeneinheit von beispielsweise 5 μΐη) erzeugt werden. Die Phasen der beiden Impulse werden abhängig von der Bewegungsrichtung des gesteuerten Glieds 22 umgekehrt. Wenn sich nämlich das gesteuerte Glied 22 in einer Richtung bewegt, die im Folgenden als Vorwärtsrichtung ( VOR) bezeichnet ist, eilt der Impuls φ_Α dem Impuls ji_B um 90° vor. Wenn das gesteuerte Glied 22 sich in entgegengesetzter Richtung bewegt, die im Folgenden als Rückwärtsrichtung (RÜCK) bezeichnet ist, eilt der Impuls φ _B dem Imupls φ _A vor ( vergl. Fig. 2).

Fig. 1 zeigt einen Zweirichtungs-Codierer, der die Impulse φ _Λ und φ_ vom Bewegungsdetektor 18 empfängt und ein

A * si

VOR-Signal oder ein RÜCK-Signal erzeugt. Wenn der Impuls

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φ-α niedrigen Pegel besitzt und der Impuls φ_Α vom niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel ansteigt, erzeugt der Zweirichtungs-Codierer 1 ein VOR-Signal, und wenn der Impuls ^_R hohen Pegel besitzt und der Impuls φ von dem niedrigen Pegel zu dem hohen Pegel ansteigt, erzeugt er ein RÜCK-Signal. Wie sich das aus der obigen Erläuterung ergibt, bewegt sich, wenn der Impuls φ _B niedrigen Pegel besitzt und der Impuls ^, von dem niedrigen Pegel zu dem hohen Pegel übergeht, das gesteuerte Glied 22 in Vorwärtsrichtung, d.h., in der VOR-Richtung und bewegt sich, wenn der Impuls fÄ auf hohem Pegelist und der Impuls ^. von dem niedrigen Pegel zu dem hohen Pegel übergeht, das gesteuerte Glied 22 in der Gegenrichtung, d.h., in der RÜCK-Richtung. Weiter ist ein Messwertadressen- bzw. Istwertadressenzähler 2 vorgesehen aus einem Zweirichtungszähler, der das VOR-Signal oder das RÜCK-Signal als Vorwärtszählsignal bzw. als Rückwärtszählsignal empfängt. Aus Bequemlichkeitsgründen werden Adressen an jede der Stellungen des gesteuerten Glieds 22 gesetzt. Folglich zeigt der Inhalt des Zählers 2 die gegenwärtige oder Ist-Stellung des gesteuerten Glieds 22 an, d.h., der Inhalt des Zählers 2 gibt eine Adresse wieder. Weiter ist ein Objekt- oder Gegenstandsadressenregister 3 vorgesehen zum Speichern einer Gegenstandsstellung ( Bestimmung) bzw. Sollstellung des gesteuerten Glieds 22, d.h., zum Speichern einer Gegenstandsadresse, die von einer Adressbezeichnungsschaltung 11 bezeichnet ist. Weiter ist eine Invertergruppe 4 aus Invertern für η Bits vorgesehen, die ein Binärsignal PA aus η Bits des Solladressenzählers empfängt, die die gegenwärtige oder Solladresse des gesteuerten Glieds 22 anzeigt, und die ein Signal PA erzeugt, das die invertierte Form des Binärsignals PA darstellt.

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Weiter ist eine weitere Invertergruppe 5 aus η Invertereinheiten vorgesehen, die ein Binärsignal OA aus η Bits empfängt, das die Adresse einer Gegenstandsstellung oder Sollstellung des Solladressenregisters 3 wiedergibt und das ein Signal OA erzeugt, das die invertierte Form des Binärsignals OA ist. Ein Volladdierer 6 besitzt Eingangsanschlüsse A und "Β zur Zufuhr der obigen Singale OA und PA , und einen Übertragseingangsanschluss Co. Ein Volladdierer 7 der die obigen Signale PA und OA addiert, besitzt die gleiche Funktion wie der Volladdierer 6. Ein Pluswert-Wählglied 8 überträgt ein positives binäres Ausgangssignal von entweder dem Ausgangssignal PA - OA des Volladdierers 6 oder dem Ausgangssignal OA - PA des Volladdierers 7. Das Pluswert-Wählglied 8 besteht im wesentlichen aus einem Multiplexer, der durch das invertierte Signal SIGN eines Übertrags-Überlaufsignals SIGN des Volladdierers 7 gesteuert ist. Das Wählglied 8 bewirkt eine Inversion der Eingangssignale_/die den Eingangsanschlüssen . A und B zugeführt sind.

Wegen des Unterschiedes zwischen der Istwertadresse des Zählers 2 und der Sollwertadresse des Registers 3 erfasst die Steuervorrichtung individuell die Absolutwerte und unterscheidet positive oder Pluswerte gegenüber negativen oder Minuswerten und erzeugt aufgrund der Daten dieser Werte eine Ansteuerspannung für den Gleichstrommotor 17 mittels des D/A-Umsetzers 12, um die Lagebestimmungssteuerung zu erreichen, wie das im Folgenden erläutert wird. Eine grosse Ansteuerspannung wird erzeugt, wenn der Abstand zwischen der Iststellung des gesteuerten Glieds 22 und der

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vorgegebenen bzw. Sollstellung gross ist. Deshalb läuft der Gleichstrommotor 17 zunächst mit hoher Drehzahl und läuft dann mit allmählich abnehmenden Drehzahlen.

Aus den Imuplsverläufen gemäss Fig. 2 ergeben sich VOR- und RÜCK-Signale, wenn der Impuls φ angestiegen ist. In diesem Fall wird jedoch eine Phasendifferenz bezüglich der Stellung des gesteuerten Glieds 22 erzeugt abhängig davon, ob das gesteuerte Glied 22 sich in Richtung der VOR-Richtung oder der RÜCK-Richtung bewegt. Und zwar deswegen, weil dann, wenn das gesteuerte Glied 22 der Positioniervorrichtung in einer Stellung zwischen benachbarten zwei Adressen angehalten ist, dass Glied 22 zur Bewegung in VOR-Richtung sogar durch eine leichte Vibration veranlasst wird, sowie in RÜCK-Richtung im nächsten Augenblick, d.h., VOR-Signale und RÜCK-Signale werden innerhalb sehr kurzer Zeitperioden abwechselnd erzeugt, wodurch des schwierig ist, diese zu behandeln bzw. zu verarbeiten. Im allgemeinen werden Systeme üblicher Weise mittels Steuerimpulsen gesteuert, wobei es unmöglich ist, die Signale zu verarbeiten, die zu Zeitpunkten erzeugt werden, die gegenüber den Zeitpunkten bzw. der Zeitsteuerung der Steuerimpulse versetzt sind, wobei ausserdem dann, wenn Einschalt- und Ausschalt-Signale innerhalb sehr kurzer Zeitperioden wiederholt werden, die folgenden Stufen nicht folgen können, wodurch es schwierig wird, Information zu verarbeiten. Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, sind daher die Stellungen, die von den Adressen des gesteuerten Glieds 22 besetzt sind, um eine halbe Schrittweite versetzt für jeden der Fälle,in denen sich das gesteuerte Glied in der VOR-Richtung bzw. in denen sich das gesteuerte Glied

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in der RÜCK-Richtung bewegt, weshalb eine Stelle, an der ein RÜCK-Impuls erzeugt wird, an einem Mittelpunkt zwischen zwei Stellen gesetzt ist, an denen VOR-Impulse erzeugt werden, wodurch verhindert wird, dass VOR- und RÜCK-Impulse abwechselnd durch Vibrationen oder dergl. erzeugt werden.

Weiter ist eine Korrekturschaltung 10 vorgesehen. Diese Korrekturschaltung 10 enthält einen Inverter NICHT zum Invertieren des Ausgangssignals φ _A des Bewegungsdetektors 18, einen Inverter NICHT 2 zum Invertieren des Ausgangssignals ψ , NAND-Glieder 1 und 2, wobei das NAND-Glied 1 das Signal ψ und als Ausgangssignal φ„ des Inverters NICHT 2 empfängt und das NAND-Glied 2 die Signale Φ, und <£>_n empfängt, ein Flip-Flop 9, das durch das Ausgangssignal I„ des NAND-Glieds 1 gesetzt und durch das Ausgangssignal I_R des NAND-Glieds 2 rückgesetzt wird, ein UND-Glied UND 1, das ein Ausgangssignal Q des Flip-Flops 9 und das Ausgangssignal φ _Α des Inverters NICHT 1 empfängt und ein UND-Glied UND 2, das ein Ausgangssignal Q des Flip-Flops 9 und das Ausgangssignal des ψ des Inverters NICHT 2 empfängt. Das Ausgangssignal des UND-Glieds UND 1 wird einem Übertragseingangsanschluss Co des Volladdierers 7 zugeführt und das Ausgangssignal des UND-Glieds UND 2 wird einem Übertragseingangsanschluss Co des Volladdierers 6 zugeführt.

Der Digital/Analog-Umsetzer oder D/A-Umsetzer 12 setzt das von dem Wählglied 8 abgegebene Signal | OA - PA J in ein Analogsignal um. Eine Extrahierschaltung 13 zieht die Quadratwurzel der Ausgangsspannung des D/A-Umsetzers 12,

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Eine Polarisationsschaltung 14 polarisiert das als Absolutwert über den D/A-Umsetzer 12 erhaltene Analogsignal in ein positives oder ein negatives Signal abhängig von der RÜCK- oder der VOR-Richtung. Ein Subtrahierpunkt 15 subtrahiert eine erzeugte Spannung des Gleichstrommotors 17 von der Ausgangsspannung der Polarisationsschaltung 14. Ein Verstärker 16 steuert den Regler 19 des Gleichstrommotors 17 an.

Im Folgenden wird der Betrieb der erläuterten Schaltung gemäss Fig. 1 mit Bezug auf die Signalverläufe gemäss Fig. 2 erläutert.

Gemäss Fig. 2 bewegt sich, wenn das Impulssignal φ„ auf niedrigem Pegel ist und das Impulssignal ψ Α von dem niedrigen Pegel zu dem hohen Pegel übergeht, das gesteuerte Glied 22 in Vorwärtsrichtung, d.h., in VOR-Richtung und bewegt sich, wenn das Impulssignal φ _R auf hohem Pegel ist und das Impulssignal ^ , von dem niedrigen Pegel zu dem hohen Pegel übergeht das gesteuerte Glied 22 in die Gegenrichtung, d.h., in RÜCK-Richtung. Folglich erzeugt, wenn das gesteuerte Glied 22 sich in Vorwärtsrichtung bewegt, der Zweirichtungscodierer 1 ein VOR-Signal und erzeugt, wenn sich das gesteuerte Glied 22 in Gegenrichtung bewegt,der Zweirichtungscodierer 1 ein RÜCK-Signal. Das VOR- oder das RÜCK-Signal wird durch den Istadressenzähler 2 gezählt, wodurch die Istadresse ( Zeitadresse ) gespeichert wird. Während das Binärsignal PA des Zählers 2 der

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Invertergruppe 4 und dem Volladdierer 7 zugeführt wird, wird ein Binärsignal OA, das die in dem Solladressregister 3 gespeicherte Solladresse ( Zieladresse ) zeigt, der Invertergruppe 5 und dem Volladdierer 6 zugeführt, wodurch die Summe aus PA und OA , d.h., PA-OA durch den Volladdierer 6 erzeugt wird und die Summe aus PA und OA , d.h., OA - PA durch den Volladdierer 7 erzeugt wird, wobei irgendeins dieser Signale PA - OA oder OA-PA , welches positiven Wert besitzt, durch das Pluswert-Wählglied 8 gewählt wird und ein Absolutwert

[ OA - PA j der Differenz der der Solladresse und der Istadresse entsprechenden Binärsignale dem D/A-Umsetzer 12 zugeführt wird. Durch Auffinden der Differenz der binär,^codierten Signale entsprechend der Solladresse und der Istadresse wird ein Binärsignal, das eine Adresse ( OA oder PA ) auf einer Seite zeigt durch die Inverter 4 oder 5 invertiert und dem Volladdierer 6 oder 7 zugeführt, wobei dann das Ausgangssignal des Volladdierers 6, 7 durch das Wählglied 8 invertiert wird,um in dem Addierer die Subtraktion zu erreichen.

Weiter werden die beiden Werte PA - OA und OA - PA aufgrund der im Folgenden erläuterten Gründe ermittelt. D.h., die Differenz der Binärsignale_/die der Solladresse und der Istadresse entspreche^ nimmt einen positiven Wert oder einen negativen Wert abhängig von der Iststellung ab, die an der einen oder der anderen Seite der Sollstellung ist. Es sind jedoch zumindest ein Absolutwert sowie ein positives oder ein negatives Vorzeichen als Daten zum Ansteuern des Gleichstrommotors 17 notwendig. Folglich werden sowohl der Wert der aus der Istadresse, von der die Solladresse

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subtrahiert ist, als auch der Wert, der aus der SoIladresse^von der die Istadresse subtrahiert ist, festgestellt und wird irgendeiner davon, der einen positiven oder Pluswert besitzt als Daten zur Anzeige des Absolutwerts erzeugt. Ob die Differenz positiven oder negativen Wert besitzt, kann mittels des Ausgangssignals SIGN des übertags-überflussanschlusses Cn von irgendeinem der Volladdierer 6 oder 7, beim dargestellen Ausführungsbeispiel der Volladdierer 7, erfasst werden. Wenn das Signal PA grosser ist, als das Signal OA in der RÜCK-Richtung, wird das Ausgangssignal SIGN des Übertragsüberlaufanschlusses Cn des Volladdierers 7 zu "0", wodurch das Pluswert-Wählglied 8 den Volladdierer 6 wählt und ein Signal positiven Vorzeichens an die Polarisationsschaltung 14 abgibt. Wenn im Gegensatz dazu das Signal PA kleiner ist, als das Signal OA in der VOR-Richtung, wird das Ausgangssignal SIGN zu "1" und wird das Ausgangssignal SIGN des Übertragsüberlaufanschlusses C zu "1", wodurch das Pluswert-Wählglied 8 den Volladdierer 7 wählt und ein Signal negativen Vorzeichens an die Polarisationsschaltung abgibt. Die Polarität der dem Gleichstrommotor 17 zugeführten Spannung wird durch das Signal SIGN bestimmt, das als positives oder als negatives Vorzeichen dient, wobei der Wert bzw. Absolutwert der dem Gleichstrommotor 17 zugeführten Spannung durch den Absolutwert IOA - PA j bestimmt ist.

Es sei angenommen , dass die anfangs eingestellte Stellung des gesteuerten Glieds 22 bei A₁ zwischen x- und X₇ ( Fig. 2 ) liegt. Es sei weiter angenommen, dass die

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Iststellung des gesteuerten Glieds 22 bei x_Q ist. Wenn das gesteuerte Glied 22 bei x_Q angeordnet ist, ist ein Binärsignal des Istadressenzählers 2 kleiner als ein Binärsignal des Solladressenregisters 3.

Eine Ansteuerspannung V_D1 ist dem Gleichstrommotor 17 zugeführt worden und das gesteuerte Glied 22 bewegt sich ausgehend von der Stellung x₀ in Vorwärtsrichtung abhängig von der Drehung des Gleichstrommotors 17.

Wenn das gesteuerte Glied 22 in eine Stellung X₁ bewegt worden ist, erzeugt der Bewegungsdetektor 18 ein

Signal φ , wodurch der Zweirichtungscodierer 1 ein • a

VOR-Signal in einer Stellung a gemäss Fig. 2 erzeugt. Abhängig von dem VOR-Signal erhöht der Istadressenzähler 2 das Binärsignal um 1. Folglich nimmt die Differenz zwischen dem Binärsignal des Zählers 2 und dem Binärsignal des Registers 3 um 1 ab, und nimmt die an dem Gleichstrommotor 17 angelegte Ansteuerspannung von V₁ auf V_D2 ab.

Wenn sich das gesteuerte Glied 22 von X₁ nach x, bewegt hat, verringert sich die an den Gleichstrommotor 17 angelegte Ansteuerspannung von V „ auf V₃.

Wenn sich das gesteuerte Glied 22 von x, nach x,. bewegt hat, kommt das Binärsignal des Zählers 2 in Übereinstimmung mit dem Binärsignal des Registers 3 aufgrund des VOR-Signals, das in der Stellung c von dem Codierer erzeugt wird. Die an den Gleichstrommotor 17 angelegte Ansteuerspannung V_Q4 beträgt nun OV.

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Daher wird bei Annäherung des gesteuerten Glieds 22 an die eingestellte Stellung die an den Gleichstrommotor 17 angelegte Ansteuerspannung so verringert, dass die Laufgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl des Gleichstrommotors 17 abgebremst wird. Wenn das gesteuerte Glied 22 die voreingestelJltB Stellung erreicht, hält der Gleichstrommotor 17 an unter Steuerung bzw. Führung durch die Ansteuerspannung von OV.

Bei einem solchen Betrieb gemäss der Erfindung wird die Pendel-Erscheinung aufgrund der Korrekturschaltung 10 verhindert. Zum besseren Verständnis dieses Effekts befasst sich die Beschreibung zunächst mit dem Problem bei einer Steuerschaltung gemäss Fig. 5, von der die Korrekturschaltung 10 gemäss Fig. 1 abgetrennt worden ist, wobei in Fig. 6 die Signalverläufe der verschiedenen Signale der Steuerschaltung gemäss Fig. 5 dargestellt sind.

Der Gleichstrommotor 17 hält nicht schnell an aufgrund des Trägheits-Drehmoments und aufgrund anderer Faktoren. Folglich kann sich das gesteuerte Glied 22 über den vorgegebenen Bereich A₁ hinaus^bewegen.

Wenn das gesteuerte Glied 22 die Stellung x_ gemäss Fig. überschreitet, wird das Binärsignal des Zählers 2 um 1 grosser als das Binärsignal des Registers 3 aufgrund eines VOR-Signals in der Stellung d, das durch den Codierer 1 erzeugt wird. Folglich empfängt der Gleichstrommotor 17 eine Ansteuerspannung V_D_ eine Polarität, die entgegen-

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gesetzt zu der der Ansteuerspannungen V_n-. bis V_Q3 ist. Der Gleichstrommotor 17 wird nämlich mit einer Ansteuerspannung versorgt, durch die er in Gegenrichtung läuft.

Wenn das gesteuerte Glied 22 sich weiter vorwärts bewegt um eine Stellung x_g aufgrund des Drehmoments zu erreichen, wird der Gleichstrommotor 17 mit einer grösseren Ansteuerspannung V_Dg entgegengesetzter Polarität versorgt.

Wenn der Gleichstrommotor angehalten wird, nachdem das gesteuerte Glied sich zuweit bis in eine Stellung x₁₀ bewegt hat, beginnt der Gleichstrommotor 17 dann eine Bewegung in Gegenrichtung. Das gesteuerte Glied 22 beginnt eine Rückwärtsbewegung in Richtung auf die eingestellte Stellung.

Da eine Phasendifferenz zwischen dem VOR-Signal und dem RÜCK-Signal in der erwähnten Weise besteht und da hier keine Korrekturschaltung 10 vorgesehen ist, wird das RÜCK-Signal nicht erzeugt, selbst während sich das gesteuerte Glied 22 von der Stellung x_g in die Stellung χ« bewegt.

Wenn das gesteuerte Glied 22 in die Stellung x„ zurückgekehrt ist, erzeugt der Codierer 1 ein RÜCK-Signal in einer Stellung j . Die Ansteuerspannung wird von V_._ß auf V_d5 verringert.

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In ähnlicher Weise wird, wenn das gesteuerte Glied 22 in die Stellung x_g zurückgekehrt ist, die Ansteuerspannung von V_Dc- auf OV verringert, aufgrund des RÜCK-. Signals. D.h., der Gleichstrommotor 17 wird mit der Ansteuerspannung V_n,- zum Lauf in Gegenrichtung versorgt, selbst nach_wdem das gesteuerte Glied 22 bis nahe der Mitte des anfangs eingestellten Bereichs zurückgekehrt ist.

Das gesteuerte Glied 22 , das nun in die Stellung x_ß zurückgekehrt ist, scheint nun in dieser Stellung anzuhalten, da die Ansteuerspannung OV beträgt. In der Praxis jedoch besteht eine Zeitabweichung zwischen der Erfassung der Bewegung und der Steuerung der Ansteuerspannung, wodurch der Zeitabstand bzw. die Zeitsteuerung bei der der Gleichstrommotor 17 von dem Beschleunigungszustand in den Bremszustand übergeht verzögert ist bzw. nacheilt, wodurch sich eine zu grosse Rückkehr ergibt.

Deshalb wird, wenn sich das gesteuerte Glied 22 zu weit in die Stellung X₄ bewegt, der Gleichstrommotor 17 wieder mit der Ansteuerspannung V-, versorgt zum Lauf in Vorwärtsrichtung .

Die obige Phasendifferenz zwischen dem VOR-Signal und dem RÜCK-Signal und die Zeitsteuerverschiebung verursachen das Auftreten einer Hysterese-Charakteristik bezüglich der Stellung des gesteuerten Glieds 22. Das gesteuerte Glied unterliegt einem Pendeln, d.h., wiederholt eine Bewegung zwischen den Stellungen X₅ -»· x_ -*· x, ·*> X₄ ■> x- -i> X₇ ■* x_g ■* x.. Dies ist eine Ursache für Vibrationen der Vorrichtung.

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Gemäss der in Fig. 1 dargestellten Erfindung wird ein Korrektursignal zum Verringern des Absolutwerts der Ansteuerspannung von der Korrekturschaltung 10 erhalten vor dem VOR-Signal oder dem RÜCK-Signal, das anschliessend erzeugt wird, unter Verwendung eines Ausgangssignals des Bewegungsdetektors 18. Das Korrektursignal ermöglicht es, die erwähnte Hysterese-Charakteristik der an den Gleichstrommotor 17 angelegten Ansteuerspannung im wesentlichen zu beseitigen.

Anhand der Fig. 1 und 2 wird nunmehr die Korrekturschaltung 10 erläutert.

Die Korrekturschaltung 10 ist zur Vermeidung des Pendeins hinzugefügt worden. In dieser Schaltung wird das invertierte Signal Ι_ς des Impulssignals ^_Ä · φ _R durch das NAND-Glied NAND 1 erzeugt, während das invertierte Signal I des Impulssignals Φρ.* ^n ^{durch das} NAND-Glied NAND 2 erzeugt wird. Das Flip-Flop 9 wird durch das Signal Ι_ς gesetzt und durch das Signal I_R rückgesetzt. Wenn das Signal φ _Λ auf niedrigem Pegel ist, werden Ausgangssignale O₁ und O₂ der Korrekturschaltung 10 dem Obertragsanschluss Co des Volladdierers 7 bzw. dem Übertragsanschluss Co des Volladdierers 6 zugeführt.

Wie erwähnt, geht das Pendeln auf die sogenannte Hysterese-Charakteristik oder auf die Abweichung der Stellung zurück, bei der das Ansteuersignal für die VOR-Bewegung erzeugt wird_/ und der Stellung, bei der das Ansteuersignal für die RÜCK-Bewegung erzeugt wird_/ oder auf die Abweichung zwischen der Solladresse während der VOR-Bewegung und der Solladresse während der RÜCK-Bewegung. Das Pendeln kann verhindert werden.

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wenn die Hysterese-Charakteristiken beseitigt werden. Zu diesem Zweck sollten die Befehls- oder Steuerspannungen jeweils um eine Menge von einem Pegel zwischen x_Q und X₁, zwischen x„ und x.. und zwischen X₄ und X₅ in Fig. 6 erhöht und sollten die Befehls- bzw. Steuerspannungen jeweils um eine Menge von einem Pegel zwischen x, und x_, zwischen

D /

x_o und x_Q, zwischen X₁ _n und X₁₁ und zwischen X₁₀ und X₁-, ο y lu μ λ δ υ

verringert werden.

Wenn das gesteuerte Glied 22 sich in VOR-Richtung bewegt, wird ein Impuls I_g erzeugt. Dann sollte, wenn der Impuls

d£ _A auf niedrigem Pegel ist, nachdem der Impuls I_R erzeugt worden ist, die Befehlsspannung um eine Menge von einem Pegel erhöht werden ( eine Spannung entsprechend einer gegebenen Adresse ). Wenn das gesteuerte Glied 22 sich in RÜCK-Bewegung bewegt, wird der Impuls I_R erzeugt. Dann sollte, wenn der Impuls φ . auf niedrigem Pegel ist, nachdem der Impuls I₀ erzeugt worden ist, die Befehlsspannung um eine Menge von einem Pegel verringert werden.

Abhängig davon, ob die Impulse in der Reihenfolge des Impulses I_ und des Impulses I₇, oder in der Reihenfolge des Impulses I_D und des Impulses I₀ eingetroffen sind, bestimmen die NAND-Glieder NAND 1, NAND 2 und das Flip-Flop 9 in Bezug darauf, ober der Pegel erhöht oder verringert werden soll, während der Impuls ^, auf niedrigem Pegel ist. Wenn das Impulssignal J^ _Ά auf niedrigem Pegel ist, geben die UND-Glieder UND 1 und UND 2 die Ausgangssignale des Flip-Flops 9 an die Übertragsanschlüsse Co der Volladdierer 6, 7 ab. Wenn eine "1" an den Übertragsanschluss Co des Volladdierers 6 angelegt ist, wird das Ausgangssignal des Volladdierers 6 um + 1 erhöht, -so dass der Pegel um eine

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Menge eines Pegels erhöht wird. Wenn eine "1" dem Übertragsanschluss Co des Volladdierers 7 zugeführt wird, wird andererseits der Pegel um einen Pegel bzw. eine Pegeleinheit verringert, selbst wenn das Ausgangssignal des Volladdierers 7 um + 1 erhöht wird, da der Volladdierer 7 die Berechnung OA - PA durchführt.

D.h., wenn das Signal I_ zuerst erzeugt wird und dann das Signal I_R erzeugt wird, wird das Flip-Flop 9 durch das Signal I„ gesetzt und das Signal I„ rückgesetzt, wodurch das Ausgangssignal Q zu "0" wird, und das Ausgangssignal Q zu "1" wird. Danach kann, wenn das Impulssignal ρ _Α auf niedrigem Pegel ist, das Ausgangssignal Q durch das UND-Glied UND 2 hindurchtreten und wird als Signal 0-dem Übertragsanschluss Co des Volladdierers 7 zugeführt, derart, dass das Ausgangssignal um die Menge eines Pegels bzw. einer Pegeleinheit erhöht wird. Andererseits wird, wenn zunächst das Signal I₀ erzeugt wird und dann Signal I₀ erzeugt wird, das Flip-Flop 9 durch das Signal I_D rückgesetzt und das Signal I_g gesetzt, wodurch das Ausgangssignal Q zu "0" und das Ausgangssignal Q zu "1" werden. Danach wird, wenn das Impulssignal Φ auf niedrigem Pegel ist, das Ausgangssignal Q als Signal O₂ dem Übertragsanschluss Co des Volladdierers 6 über das UND-Glied UND 2 zugeführt, so dass das Ausgangssignal schliesslich um eine Menge von einem Pegel bzw. von einer Pegeleinheit verringert wird.

Folglich verbleibt keine Hysterese in den Signalverläufen der Befehlsspannungen bzw. Steuerspannungen, wie das im

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Signalverlauf V_n in Fig. 2 dargestellt ist.

D.h., gemäss der Erfindung wird die VOR-Richtung oder RÜCK-Richtung durch das Flip-Flop 9 bestimmt, das durch das Ausgangssignal I_e gesetzt und durch das Ausgangssignal I_ rückgesetzt wird. Auf der Grundlage der so bestimmten Ergebnisse wird das Ausgangssignal um die Menge eines Pegels bzw. einer Pegeleinheit erhöht oder verringert, durch das Zuführen eines Signal an den Übertragsanschluss Co eines der beiden Volladdierer 6, 7, während das Impulssignal φ _Ά auf dem "O" -Pegel ist, d.h., einer Zeitsteuerung die notwendig ist, um den Pegel um die Menge eines Pegels bzw. einer Pegeleinheit zu erhöhen bzw. zu verringern. Es ist daher möglich, Steuersignale bzw. Befehlssignale ohne Hysterese zu erhalten, wodurch das Auftreten von Vibrationen verhindert wird. Das Ausgangssignal des UND-Glieds UND 1 bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel kann so modifiziert sein, dass es als analoge Additionsspannung dem D/A-Umsetzer 12 zugeführt wird. In ähnlicher Weise kann das Ausgangssignal des UND-Glieds UND 2 als analoge Subtraktionsspannung dem D/A-Umsetzer 12 zugeführt werden.

Selbstverständlich sind noch zahlreiche Weiterbildungen der Erfindung möglich.

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Leerseite

Claims

Patentanwälte

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ 8000 München 22 « Steirwdorfetr. 10

68o-3o.ol2P 9. Aug. 1979

ANSPRÜCHE

Steuerschaltung für eine Positioniervorrichtung zum Bewegen eines in eine vorgegebene Lage zu steuernden Gliedes unter Verwendung eines Gleichstrommotors,
gekennzeichnet durch,

einen Codierer ( 1 ), der ein erstes und ein zweites sich wiederholendes Impulssignal ( <fc*r φ empfängt, die für jede Bewegung des zu steuernden

680 - ( 15 440 - M 762 } - Me

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Gliedes ( 22 ) um eine vorgegebene Streckeneinheit erzeugt werden und entgegengesetzte Phase abhängig von den entgegengesetzten Richtungen des Gliedes ( 22 ) besitzen, und der ein erstes Triggersignal ( VOR) , wenn das erste sich wiederholende Impulssignal(^_Ä) eine Phase besitzt, die der Phase des zweiten sich wiederholenden Impulssignals {φ „ ) in einer Bewegungsrichtung des Glieds ( 22 ) voreilt, und ein zweites Triggersignal ( RÜCK ) erzeugt, wenn das erste sich wiederholende Impulssignal ( φ , ) eine Phase besitzt, die der Phase des zweiten sich wiederholenden Impulssignals (9S₅) in der anderen Bewegungsrichtung des Glieds ( 22 ) nacheilt, einen Zähler ( 2 ), der das erste und das zweite Triggersignal ( VOR, RÜCK ) empfängt abhängig von den Bewegungsrichtungen des Glieds ( 22 ) und der ein binär codiertes Signal erzeugt abhängig von der Stellung des zu steuernden Glieds ( 22 ) , einen Speicher ( 3 ), der ein vorgegebenes binär codiertes Signal entsprechend der vorgegebenen Stellung erzeugt,

eine Rechenschaltung ( 4 - 8 ), die ein binär codiertes Differenzsignal entsprechend der Differenz zwischen den binär codierten Signalen des Zählers (2) und des Speichers (3) erzeugt,

eine Ansteuerschaltung ( 12 - 16) zum Ansteuern des mit dem zu steuernden Glied (22) gekoppelten Gleichstrommotors (17J₇ wobei die Ansteuerschaltung ( 12-16) ein Ansteuersignal eines Pegels entsprechend dem binär codierten Differenzsignal der Rechenschaltung (4-8) erzeugt,

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eine Korrekturschaltung (10), die das erste und das zweite sich wiederholende Impulssignal {φ , <φ ) empfängt und ein Korrekturimpulssignal erzeugt, das dem ersten oder dem zweiten Triggersignal (VOR, RÜCK) voreilt, und eine Anschlusseinrichtung (Co) die das Korrekturimpulssignal der Rechenschaltung (4-8) so zuführt, dass das binär codierte Differenzsignal zwischen den binär codierten Signalen des Zählers (2) und des Speichers (3) klein wird, wodurch der Pegel des Ansteuersignals in der Ansteuerschaltung (12-16) durch das Korrektursignal verringerbar ist.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturschaltung (10) ein Flip-Flop (9) enthält, das durch das erste sich wiederholende Impulssignal {φ _a) setzbar und durch das zweite sich wiederholende Impulssignal ( <p „) rücksetzbar ist, sowie eine Verknüpfungsschaltung ( UND 1, UND 2) die entweder das erste oder das zweite sich wiederholende Impulssignal (Φτ,/ φ _B) ^al^s Verknüpfungssignal empfängt und das Ausgangssignal (Q, Q) des Flip-Flops (9) überträgt, und

dass die Anschlusseinrichtung so ausgebildet ist, dass das Ausgangssignal (Q, Q ) des Flip-Flops (9) einem Übertragsanschluss (Co) der Rechenschaltung (4-8) über die Verknüpfungsschaltung (UND 1, UND 2) zuführbar ist.

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