DE3233606A1 - Digitale folgesteuerung fuer linearmotor - Google Patents

Description

Patentanwalt
EDUARD K. BÄUMANN

Dipl. Phys.

icftlerstr. 1, D-8011 Höhsnkirchsn-Muncher 'f--(06102) 41OS cd. 1379 Telex: . .

(Print 013)

PRINTRONIX.INC 17500 Cartwright Road, Irvine. Californien 92714 / USA

Digitale Folgesteuerung für Linearmotor

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Treiben von Linearmotoren, die auf einer geraden Bewegungsbahn verfahrbar sind, insbesondere eine Folgesteuerung zum Antreiben von Linearmotoren, die längs einer geraden Bewegungsbahn verfahrbar sind und von gegenüberliegenden elastomeren Anschlägen zurückfedern.

In der US-Patentanmeldung Serial-Nr. 96 025 ist eine Anordnung zum Hin- und Herbewegen eines eine Hammeranordnung tragenden Schreibzeichenträgers in einem Punktmatrixzeilen-Schreibsystem' angegeben. Der Schreibzeichenträger bildet einen Teil eines mit einem Gegengewicht versehenen Schreibzeichenträger-Antriebs, wobei ein Halterahmen in Kontakt mit zwei im Abstand voneinander liegenden drehbaren Rollen angeordnet ist. Ein Ausgleichsstab ist in Kontakt mit den Rollen auf deren relativ zum Schreibzeichenträger entgegengesetzten Seiten angeordnet. Der Halterahmen des Schreibzei-

chenträgers und der Ausgleichsstab werden mit den Rollen durch ein flexibles Band, das um die Rollen geführt und an dem Halterahmen und dem Ausgleichsstab befestigt ist, sowie durch die magnetische Anziehungskraft von einem oder mehreren Permanentmagneten gehalten, die zusammen mit Polstücken angrenzend an den Halterahmen des Schreibzeichentragers und den Ausgleichsstab angeordnet sind. Der Dauermagnet erzeugt einen Magnetfluß durch den Ausgleichsstab oder den Halterahmen oder durch beide, so daß er mit einer oder mehreren Wicklungen auf dem Ausgleichsstab in Wechselwirkung tritt; diese Wicklungen sind so angeordnet, daß sie im Kraftlinienweg liegen. Bei Erregung der Wicklungen wird der Schreibzeichenträger längs einer linearen Bewegungsbahn in eine von zwei Richtungen angetrieben. Zwei Anschläge, die Federn oder andere elastomere Elemente sind, sind so angeordnet, daß der Halterahmen des Schreibzeichentragers oder der Ausgleichsstab oder beide auf sie auftreffen, wenn der Schreibzeichenträger das jeweilige Ende seiner Bewegung auf der linearen Bahn erreicht. Jedesmal, wenn die Anordnung von einem der Anschläge zurückfedert,werden die Wicklungen erregt, so daß der Schreibzeichenträger mit einer Soll-Geschwindigkeit auf der linearen Bewegungsbahn getrieben wird.

Eine alternative Ausführungsform eines mit Ausgleichsgewicht versehenen Zweirichtungsantriebs für einen "Schreibzeichenträger ist in der US-PS 4 239 403 angegeben. Diese Anordnung verwendet ebenfalls einen Ausgleichsstab, der auf dem Schreibzeichenträger gegenüberliegenden Seiten eines Rollenpaars angeordnet ist, sowie elastomere Anschläge. Die Anordnung wird von einem Motor getrieben, der eine der Rollen drehantreibt.

Wie in der US-Patentanmeldung Nr. 96 025 angegeben ist, werden die Wicklungen des elektromagnetischen Motors durch eine Analog-Folgesteuerung erregt, die ständig auf die Geschwindigkeit des Schreibzeichenträgers anspricht. Ein Codierer ist so angeordnet, daß er Impulse aufgrund des Vorbeilaufs identifizierbarer Markierungen an einem Fühler erzeugt, während sich der Schreibzeichenträger bewegt. Die Impulse werden genutzt zur Bestimmung der Ist-Geschwindigkeit des Schreibzeichenträgers, die ihrerseits mit einem Standard verglichen wird; die Differenz dient zur Änderung des Antriebsstroms zu den Wicklungen. Der so änderbare Antriebsstrom hält den Schreibzeichenträger auf einer Soll-Geschwindigkeit während seiner Bewegung in einer von zwei Richtungen auf der linearen Bewegungsbahn. Kenn der Schreibzeichenträger das Ende seiner Bewegung in einer Richtung erreicht und auf einen elastomeren Anschlag auftrifft, bremst der Schreibzeichenträger sehr schnell in die Ruhestellung ab. Die Folgesteuerung erfaßt das schnelle Bremsen und spricht darauf an unter Erzeugung eines Impulses, der den Schreibzeichenträger noch stärker in den elastomeren Anschlag treibt.

Wenn der Schreibzeichenträger die Ruhestellung hat und mit der Beschleunigung in Gegenrichtung beginnt, während er von dem elastomeren Anschlag zurückfedert, erfaßt die Folgesteuerung wiederum, daß die Geschwindigkeit des Schreibzeichenträgers erheblich unter der Soll-Geschwindigkeit liegt, und erzeugt einen Impuls in eine Richtung, der eine schnelle Beschleunigung auf die Soll-Geschwindigkeit in der neuen Richtung bewirkt.

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Während der Steuerung des Schreibzeichenträgers in dem linearen Bereich auf der linearen Bewegungsbahn bleibt bei der Anordnung nach der genannten Patentanmeldung die Analog-Folgesteuerung im wesentlichen ungesättigt und spricht auf die konstante Messung der Geschwindigkeit an, indem sie diese Meßwerte mit dem Standard vergleicht und die sehr kleine Strommenge liefert, die charakteristisch benötigt wird, um den Schreibzeichenträger auf der Soll-Geschwindigkeit zu halten. Während einer Richtungsumkehr, wobei die Folgesteuerung Geschwindigkeiten erfaßt, die erheblich unter der Soll-Geschwindigkeit liegen, wird jedoch die Folgesteuerung typischerweise gesättigt, während sie dabei ist, die großen Korrekturimpulse erst der einen und dann der anderen Polarität zu erzeugen, wie das vorstehend erläutert wurde. Diese Tendenz der Folgesteuerung zur Sättigung, und zwar insbesondere bei höheren Betriebsgeschwindigkeiten, wobei das plötzliche Abbremsen und die anschließende Beschleunigung des Schreibzeichenträgers eine noch höhere Abweichung von der Soll-Geschwindigkeit darstellt, resultiert in der Gefahr, daß während einer Richtungsumkehr der Schreibzeichenträget: zu schnell angetrieben wird. Zumindest besteht die Gefahr einer Beeinträchtigung der Funktionen während einer Richtungsumkehr. In schwererwiegenden Fällen geht die Kontrolle über den Schreibzeichenträger tatsächlich über einen Teil oder sogar den gesamten Bewegungsbereich des Schreibzeichenträgers verloren.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Folgesteuerung für einen Linearmotor der Art, der ständig an beiden Enden seiner linearen Bewegungsbahn

zurückfedert. Diese Folgesteuerung soll in der Lage sein, den Linearmotor während der mit dem Rückfedern verbundenen jeweiligen Richtungsumkehr sowie auch innerhalb der linearen Bewegungsbereiche desselben mit gutem Wirkungsgrad und Leistungsvermögen anzutreiben.

Das Folgesteuerungssystem nach der Erfindung verwendet eine Digital-Folgesteuerung zum Steuern des Linearmotors bei Anordnungen, wie sie vorstehend angegeben wurden, für die Hin- und Herbewegung eines Schreibzeichenträgers. Die Digital-Folgesteuerung spricht auf Impulse an, die an jeder einer Folge verschiedener Positionen des Schreibzeichenträgers längs der linearen Bewegungsbahn erzeugt werden, um so kontinuierlich die Ist-Geschwindigkeit des Schreibzeichenträgers zu berechnen und mit einem Standard zu vergleichen. Die Differenz dient der Erzeugung eines Fehlersignals, das zur Modulation der Dauer einer Folge von Impulsen verwendet wird, die dem Linearmotor zugeführt werden, wodurch eine Soll-Geschwindigkeit aufrechterhalten wird.

Bei der Folgesteuerung nach der Erfindung hat die Digital-Folgesteuerung die Funktion von drei verschiedenen Folgesteuerungen in Abhängigkeit von der Lage des Schreibzeichenträgers. Wenn sich der Schreibzeichenträger zwischen seinen entgegengesetzten Enden auf der linearen Bahn befindet, wirkt die Folgesteuerung als lineare Folgesteuerung. Wenn der Schreibzeichenträger eine seiner beiden Endstellungen erreicht, spricht die Folgesteuerung nicht mehr auf die Ist-Geschwindigkeit des Schreibzeichenträgers an, sondern erzeugt ein Richtungsumkehr-Signal mit vorbestimmtem Wert

für den Linearmotor. Dieses Signal wird dem Linearmotor ungeachtet der Ist-Geschwindigkeit des Schreibzeichenträgers zugeführt und dient dem Zweck, Reibungsverluste auszugleichen, während sich die lineare Motoranordnung, die den Schreibzeichenträger aufweist, den entgegengesetzten elastomeren Anschlägen nähert und davon zurückfedert. Idealerweise ermöglicht die Folgesteuerung eine sehr schnelle und wirksame Richtungsumkehr des Linearmotors, so daß die Soll-Geschwindigkeit so schnell und wirksam wie möglich erreicht und aufrechterhalten wird. Wenn also der Schreibzeichenträger sich über eine der entgegengesetzten Endlagen hinausbewegt hat, wirkt die Folgesteuerung als linke Richtungsumkehr- bzw. rechte Richtungsumkehr-Folgesteuerung.

Gemäß der Erfindung wird die Ist-Geschwindigkeit des Schreibzeichenträgers nach jeder Rückfederung abgetastet, und der Abtastwert wird gespeichert.Wenn der Schreibzeichenträger wieder dabei ist, an demselben elastomeren Anschlag anzuschlagen, wird der Speicherwert zur Einstellung des Werts des Richtungsumkehrsignals genutzt, so daß die Richtungsumkehr ausgeführt wird und die Soll-Geschwindigkeit danach mit dein optimalen Wirkungsgrad erreicht wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Linearmotors mit digitaler Folgesteuerung gemäß der Erfindung wird ein Codierer dazu genutzt, einen Impuls an jeder einer Folge von Positionen des Schreibzeichenträgers längs der linearen Bewegungsbahn zu erzeugen. Die Folgesteuerung mißt das Zeitintervall zwischen jedem aufeinanderfolgenden Impulspaar und vergleicht es mit einem Standard. Die Differenz in Form eines Fehlersignals wird nach Maßgabe eines vorbestimmten

Algorithmus modifiziert zum Ausgleich verschiedener Systemparameter, bevor sie zur Modulation der Breite jedes einer Folge von Impulsen verwendet wird, die zum Antrieb des Linearmotors zugeführt werden.

Die vom Codierer erzeugten Impulse werden gezählt, um festzustellen, wann der Schreibzeichenträger eine Endlage an einem der beiden entgegengesetzten Enden der linearen Bewegungsbahn erreicht hat. An diesem Punkt beendet die Folgesteuerung den Steuervorgang aufgrund der Codiererimpulse ind erzeugt stattdessen ein Richtungsumkehrsignal mit einem vorbestimmten Wert, und zwar unabhängig von der Schreibzeichenträger-Geschwindigkeit. Das vorbestimmte Richtungsumkehrsignal besteht aus zwei Impulsen entgegengesetzter Polarität, die zeitlich so aufeinanderfolgen, daß sie vor und während des Kontakts an derr. elastomeren Anschlag an den Linearmotor angelegt werden. Die Dauer und die Amplitude der Impulse sind auf der Grundlage der bekannten Rückfederungs-Kennlinie des Linearmotors an jedem Ende so ausgewählt, daß der Bremsvorgang des Schreibzeichenträgers bis zum Anhalten und die anschließende Wiederbeschleunigung auf die Soll-Geschwindigkeit optimiert werden. Die Wirksamkeit dieses vorbestimmten Richtungsumkehrsignals wird ständig dadurch überwacht, daß die Ist-Geschwindigkeit des Schreibzeichenträgers am Ende jeder Richtungsumkehr erfaßt wird. Das erfaßte Zeitintervall wird gespeichert und zur Modifizierung des vorbestimmten Richtungsumkehrsignals erforderlichenfalls angelegt, wenn der Linearmotor wieder zum Anschlagen an demselben elastomeren Anschlag ansetzt. Das vorbestimmte Richtungsumkehrsignal wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch modifiziert, daß die

Position der Vorderflanke des zweiten Impulses des Impulspaars entgegengesetzter Polarität unter Anwendung des vorher erfaßten und gespeicherten Zeitintervalls nach Maßgabe eines ausgewählten Algorithmus geändert wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht in Kombination mit einem Blockschaltbild eines einen Schreibzeichenträger aufweisenden Linearmotors mit der digitalen Folgesteuerung nach der Erfindun;

Fig. 2 eine Draufsicht von oben auf den Linearmotor von Fig. 1, wobei zur besseren Verdeutlichung der obere Rahmen abgenommen ist;

Fig. 3 eine Perspektivansicht des Codierers der Folgesteuerung nach den Fig. 1 und 2;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Servo-Wählers und der verschiedenen Folgesteuerungseinheiten nach Fig. 1;

Fig. 5A Signalverläufe, die zur Erläuterung der

und 5B Funktionsweise der Anordnung nach Fig. 4 dienen;

Fig. 6 ein Grund-Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung, die zur Realisierung der Anordnung nach Fig. 4 einsetzbar ist;

Fig. 7 ein schematisches Diagramm einer Schaltung, die als Zähler/Taktgeber bei der Anordnung von Fig. 6 dienen kann;

Fig. 8 ein schematisches Diagramm einer Schaltung, die

als Zentraleinheit bzw. ZE bei der Anordnung

nach Fig. 6 dienen kann; Fig. 9 ein schematisches Diagramm einer Schaltung, die

als Programmspeicher und RAM in der Anordnung

von Fig. 6 dienen kann;
Fig. 10 ein schematisches Diagramm einer Schaltung, die

als Impulsbreiten-Modulator in der Anordnung

nach Fig. 6 dienen kann; und Fig. 11 Signalverläufe, die die Unterscheidung gültiger

Markierungsimpulse von Störimpulsen gemäß der

Erfindung erläutern.

Fig. 1 zeigt einen Schreibzeichenträger-Antrieb 12 mit einem Schreibzeichenträger 14 und einem Linearmotor 16. Der Antrieb 12 und der Schreibzeichenträger 14 mit Linearmotor 16 sind ausführlich in der bereits genannten US-Patentanmeldung Nr. 96 025 erläutert.

Ein Bus 18 ist mit dem Schreibzeichenträger 14 verbunden und schließt diesen an das Netz an. Wie in der oben genannten Anmeldung erläutert ist, schlägt der Schreibzeichenträger 14 selektiv über ein Farbband auf ein Schreibmedium auf und bedruckt dieses. Somit muß sich der Schreibzeichenträger 14 entlang einer linearen Bewegungsbahn hin- und herbewegen.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, umfaßt der Schreibzeichenträger-Antrieb 12 zwei Rollen 24 und 26, die um zwei voneinander im Abstand befindliche, im wesentlichen parallele Vertikalachsen drehbar sind. Die Rolle 24 wird von einer Welle 28 gedreht, und die Rolle 26 wird von einer

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Welle 30 gedreht. Die Wellen 28 und 30 sind in entgegengesetzten Enden einer oberen Rahmens 32 (in Fig. 2 nicht gezeigt) und einem unteren Rahmen 34, der über die Länge des Schreibzeichenträger-Antriebs 12 verläuft, drehbar gelagert. Der obere Rahmen 32 ist auf drei Zwischenrahmenteilen 36 angeordnet, die von dem unteren Rahmen 34 nach vertikal oben verlaufen.

Ein Spannband 40 gleichmäßiger Breite ist zu einer Schlaufe geformt, die die Rollen 24 und 26 teilweise umgibt und zwischen diesen auf einer Seite derselben verläuft (vgl. Fig. 2). Das Spannband 40, das sich aufgrund der Rotation der Rollen 24 und 26 bewegt, ist mit den Rollen 24 und 26 durch Schrauben 42 bzw. 44 verbunden. Die Schrauben 42 und 44 gewährleisten eine vertikale Deckung des Spannbands 40 mit den Rollen 24 und 26 und ermöglichen gleichzeitig eine begrenzte Bewegung des Spannbands 40, die zum Hin- und Herbewegen des Schreibzeichenträgers 14 erforderlich ist.

Der Schreibzeichenträger 14, der in Fig. 2 zur besseren Deutlichkeit nicht gezeigt ist, ist mit einem Teil des Spannbands 40 zwischen den Rollen 24 und 26 auf einer Seite derselben durch einen im wesentlichen L-förmigen Halterahmen 46 verbunden. Der Halterahmen 46 des Schreibzeichenträgers, dessen Länge größer als der Abstand zwischen den Wellen 28 und 30 der Rollen ist, um einen Kontakt des Rahmens 46 mit den gegenüberliegenden Rollen 24 und 26 durch das Spannband 40 während der begrenzten Bewegung des Schreibzeichenträgers 14 zu ermöglichen, ist mit dem Spannband 40 durch irgendwelche geeigneten Mittel verbunden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 durchsetzen zwei Schrauben 48 den Halterahmen 46

und das Spannband 40 und erstrecken sich in eine relativ dünne Platte 50 auf der dem Band 40 relativ zum Halterahmen 46 entgegengesetzten Seite, so daß der Halterahmen 46 an dem Spannband 40 gesichert ist.

Ein langer Ausgleichsstab 54 ist in Kontakt mit den Rollen 24 und 26 auf der dem Halterahmen 46 gegenüberliegenden Seite der Rollen 24 und 26 vorgesehen, und entgegengesetzte Enden 56 und 58 des Spannbands 40 sind mit Schrauben 60 und 62 an ihm befestigt. Ebenso wie der Halterahmen 46 des Schreibzeichenträgers weist der Ausgleichsstab 54 eine Länge auf, die großer als der Abstand zwischen den Wellen 28 und 30 der Rollen ist, so daß der Kontakt mit den Rollen 24 und 26 durch benachbarte Teile des Spannbands 40 während der begrenzten Bewegung des Schreibzeichenträgers 14 aufrechterhalten bleibt. Der Ausgleichsstab 54, dessen Größe und Form ähnlich denjenigen des Schreibzeichenträgers 14 sind, mit Halterahmen 46 sind so gewählt, daß ihre Masse im wesentlichen derjenigen des Schreibzeichenträgers 14 mit Halterahmen 46 entspricht.

Die entgegengesetzten Enden, des Halterahniens 46 sind mit den Rollen 24 und 26 durch angrenzende Abschnitte des Spannbands 40 mittels einer Magneteinheit 66 in Kontakt gehalten. Die Magneteinheit 66 hält ferner die entgegengesetzten Enden des Ausgleichsstabs 54 in Kontakt mit den Rollen 24 und 26 durch angrenzende Abschnitte des Spannbands 40. Die Magneteinheit 66 umfaßt ein erstes und ein zweites Polstück 68 und 70, die zwischen jeweils benachbarten Zwischenrahmenteilen 36 angeordnet sind und mit dem Halterahmen 46 jeweils einen Luftspalt 72 und 74 bilden. Das Polstück 68 ist länger als

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das Polstück 70. Ein Dauermagnet 76 ist mit dem Polstück 70 an dessen Ende gegenüber dem Halterahmen 46 gekoppelt. Der Nordpol des Dauermagneten liegt in Kontakt mit dem Polstück 70, und der entgegengesetzte Südpol liegt dem Ausgleichsstab 54 benachbart und bildet mit diesem einen Luftspalt 78. Das dem Halterahmen 46 gegenüberliegende Ende des Polstücks 68 bildet mit dem Ausgleichsstab 54 einen Luftspalt 80.

Die Magneteinheit 66 erzeugt einen Magnetfluß auf einer Bahn, die Teile des Halterahmens 46 und des Ausgleichsstabs 54, die aus Magnetmaterial bestehen, umfaßt. Der .Flußweg für den Magnetfluß ist in Fig. 2 durch die Strichlinien angedeutet. Die Polarität des Dauermagneten 76 ist derart, daß der Magnetfluß vom Dauermagneten 76 durch den Luftspalt 78 in den Ausgleichsstab 54 stattfindet. Von dort geht er über die Länge des Ausgleichsstabs 54 in den Bereich des Luftspalts 80, wo der Magnetfluß den Luftspalt 80 kreuzt und in das Polstück 68 und durch den Luftspalt 72 in den Halterahmen 46 fließt. Von dort geht er über die Länge des Halterahmens 46 zum Bereich des Luftspalts 74, durch diesen und durch das Polstück 70 zum Dauermagneten 74 zurück, wodurch der Magnetflußweg geschlossen ist. Der von der Magneteinheit 66 erzeugte Magnetfluß übt auf den Halterahmen. 46 und den Ausgleichsstab 54 eine Anziehungskraft auf, wodurch der Halterahmen 46 zu den Polstücken 68 und 780 und der Ausgleichsstab 54 zu dem Magnet 76 und dem Polstück 68 angezogen wird. Diese Kräfte halten den Halterahmen 46 und den Ausgleichsstab in Kontakt mit den entgegengesetzten Rollen 24 und 26.

Die Polstücke 68 und 70 sowie der Magnet 76 bilden zusammen mit einem Wicklungspaar 86 und 88 einen Linearmotor. Die Wicklung 86 ist auf den Ausgleichsstab 54 so gewickelt, daß sie im Luftspalt 80 liegt. Die Wicklung 88 ist so auf den Ausgleichsstab 54 gewickelt, daß sie im Luftspalt 78 liegt. Die Wicklungen 86 und 88 sind mit entgegengesetzter Polarität auf den Ausgleichsstab 54 gewickelt, und eine Zuleitung der einen Wicklung ist mit einer Zuleitung der anderen Wicklung verbunden, so daß eine Reihenkopplung der Wicklun-gen 86 und 88 erhalten wird· Die jeweils andere Zuleitung jeder Wicklung 86 und 88 ist mit einem Anschluß 90 bzw. 92 verbunden. Die Anschlüsse 90 und 92 sind über einen Servo-Wähler 94 mit einer Linear-Folgesteuereinheit 96, einer linken Richtungsumkehr-Folgesteuereinheit 98 oder einer rechten Richtungsumkehr-Folgesteuereinhjeit 100 (vgl. Fig. 1) gekoppelt. Die Folgesteuereinheiten 96, 98 oder 100 legen ein Signal an die Anschlüsse 90 und 92 an zum Treiben aes Ausgleichsstabs 54 in die eine oder die andere Richtung in Abhängigkeit von der Polarität des angelegten Signals. Wenn das an die Anschlüsse 90 und 92 angelegte Signal einen Aufwärts-Stromfluß in dem im Luftspalt 78 liegenden Teil der Wicklung 8fe und einen Abwärts-StrorriEluß in dem im Luftspalt 80 liegenden Teil der Wicklung 86 bewirkt, treten diese Ströme in 'Wechselwirkung mit dem Magnetfluß in den Spalten 78 und HO und verschieben den Ausgleichsstab 54 nach rechts (vgl. die Fig. 1 und 2). Wenn umgekehrt das an die Anschlüsse 90 und 92 angelegte Signal seine Polarität umkehrt, so daß der Strom in dem Teil der Wicklung 88 im Luftspalt 78 abwärts und der Strom in dem Teil der Wicklung 86 im Luftspalt 80 aufwärts fließt, treten diese Ströme mit dem Magnetfluß in den Spalten 78 und 80 in Wechselwirkung und

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erzeugen eine auf den Ausgleichsstab 54 wirkende Kraft, die diesen nach links in den Fig. 1 und 2 verschiebt.

Die gegenüberliegenden Bewegungsgrenzen des Schreibzeichenträger-Antriebs 12 auf dessen linearer Bewegungsbahn sind durch zwei Anschläge 104 und 106 gebildet, die an den entgegengesetzten Enden des Ausgleichsstabs 54 befestigt sind. Der Anschlag 104 besteht aus einem im wesentlichen L-förmigen Halteorgan 108 mit einem elastomeren Anschlagelement in Form einer daran befestigten Feder 110, die in einer linearen Bewegungsbahn des Ausgleichsstabs 54 liegt. Ebenso besteht der Anschlag 106 aus einem L-förmigen Halteorgan 112 und einem elastomeren Anschlagelement in Form einer daran befestigten Feder 114, die in einer linearen Bewegungsbahn des Ausgleichsstabs 54 liegt. Die entgegengesetzten Enden des Ausgleichsstabs 54 treffen abwechselnd nacheinander auf die Federn 110 und 114 auf, während sich der Ausgleichsstab 54 aufgrund der Erregung der Wicklungen 86 und 88 hin- und herbewegt.

Die Anschläge 104 und 106 sind zwar an den entgegengesetzten Enden des Ausgleichsstabs 54 angeordnet dargestellt; selbstverständlich könnten sie auch an den entgegengesetzten Enden des Rahmens 112 oder an jeweils einem Ende des Ausgleichsstabs 54 und des Rahmens 112 angeordnet sein.

Gemäß der Erfindung wird eine der drei verschiedenen Folgesteuereinheiten 96, 98 und 100 von dem Servo-Wahler 94 angesteuert und treibt den Schreibzeichenträger-Antrieb 12 in Abhängigkeit von der Lage des Schreibzeichenträgers 14 innerhalb dessen linearer Bewegungsbahn. Innerhalb des

linearen Bereichs, in dem die entgegengesetzten Enden des Ausgleichsstabs 54 nicht in Kontakt mit den Federn 110 und 114 gelangt sind, koppelt der Servo-Wähler 94 die lineare Polgesteuereinheit 96 zur Steuerung des Schreibzeichenträger-Antriebs 12. Wie nachstehend erläutert wird, überwacht die lineare Polgesteuereinheit 96 kontinuierlich die Geschwindigkeit des Schreibzeichenträgers 14 unter Anwendung eines Codierers (in Fig. 1 nicht gezeigt), der mit ihr über zwei Zuleitungen 118 und 120 verbunden ist. Die lineare Folgesteuereinheit 96 vergleicht jeden Geschwindigkeits-Meßwert mit einem Standard und legt die Differenz in Form eines Fehlersignals an zur Modulation der Breite von Impulsen, die periodisch an die Wicklungen 86 und 88 angelegt werden. Wenn der Schreibzeichenträger 14 eine von zwei entgegengesetzten Positionen nahe den entgegengesetzten Enden seiner linearen Bewegungsbahn erreicht, geht die Steuerung des Antriebs 12 von der linearen Folgesteuereinheit 96 auf die linke oder die rechte Richtungsumkehr-Steuereinheit 98 oder 100 über. Die entgegengesetzten Endpositionen des Schreibzeichenträgers 14 sind bestirrmt durch Positionen des Ausgleichsstabs 54 unmittelbar vor dem Kontakt seiner Enden mit den Federn 110 und 114. Diese Endpositionen sind durch den Servo-Wähler 94 bestimmt, der vom Codierer 115 erzeugte Impulse zählt, während sich der Schreibzeichenträger 14 und der Halterahmen 46 an dem Erfassuncsteil des Codieretrs 116 vorbeibewegen.

Wie am besten aus den Fig. 3 und 2 zu sehen ist, umfaßt der Codierer 116 eine Fühlereinheit 122, die ortsfest relativ zu dem Halterahmen 46 angeordnet ist und eine LED sowie einen Fototransistor aufweist. Entlang einem Abschnitt der Länge des Halterahmens 46 angrenzend an die Fühlereinheit 122 ist

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ein Streifen 124 mit einer Mehrzahl von erfaßbaren Zeichen 126 befestigt, die über die Streifenlänge im Abstand angeordnet sind. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind diese Zeichen 126 Markierungen 128, die in die Streifenoberfläche geätzt sind. Während sich der Schreibzeichenträger längs der linearen Bewegungsbahn bewegt, laufen die Markierungen 128 des Streifens 124, der sich über den Halterahmen 46 erstreckt, an der Fühlereinheit 122 derart vorbei, daß sie von der LED innerhalb der Fühlereinheit 122 beleuchtet und von dem Fototransistor erfaßt werden. Jede Erfassung einer Markierung 128 durch den Fototransistor resultiert in der Erzeugung eines Impulses auf den Zuleitungen 118 und 120.

Fig. 4 zeigt den Servo-Wähler 94 und die Folgesteuereinheiten 96, 98 und 100 im einzelnen. Der Servo-Wähler 94 umfaßt einen Lückendetektor 134 und einen Zähler 136, von denen jeder so geschaltet ist, daß er die Markierungsimpulse vom Codierer 116 empfängt. Wie aus Fig. 5A ersichtlich ist, die die Markierungsimpulse vom Codierer 116 während mehrerer Hin- und Herbewegungen des Schreibzeichenträgers 14 zeigt, endet die Erzeugung von Markierungsimpulsen, kurz nachdem eier Ausgleichsstab 54 eine der Federn 110 und 114 kontaktiert hat, und beginnt erst wieder unmittelbar vor der Trennung des Ausgleichsstabs von der Feder 110 oder 114. Der Codierer 116 erzeugt 84 Markierungsimpulse, während sich der Schreibzeichenträger 14 einmal über seine lineare Bewegungsbahn bewegt. Die Markierungsimpulse werden vom Zähler 136 gezählt, so daß festgehalten wird, wo sich der Schreibzeichenträger 14 befindet, und eine Umschaltung zwischen den verschiedenen Folgesteuereinheiten 96, 98 und 100 erfolgen

kann, wenn der Schreibzeichenträger 14 verschiedene Positionen erreicht.

Der Lückendetektor 134 sorgt für die richtige Synchronisierung des Zählers 136, wenn der SchreibzeichenträgerAntrieb 12 erstmals gestartet wird. Der Schreibzeichenträger 14 befindet sich typischerweise irgendwo zwischen der ersten und der 84. Markierung des Codierers 116 beim Anfahren. Infolgedessen zählt der Zähler 136 weniger als 84 Markierungsimpulse, bevor die Erzeugung der Markierungsimpulse aufhört. Der Lückendetektor 134 erfaßt dies und stellt sicher, daß'der Zähler 136 am Ende der Richtungsumkehr mit der ersten Markierung zu zählen beginnt. Danach zählt der Zähler 136, solange er synchronisiert bleibt, von der ersten zur 84. Markierung während jeder Hin- oder Herbewegung des Schreibzeichenträgers 14, und der Lückendetektor 134 wird erst wieder aktiv, wenn entweder die Synchronisation verlorengeht oder der Antrieb 12 wieder neu angefahren wird.

Der Zähler 136 bestimmt, welche der Folgesteuereinheiten 96, 98 und 100 angesteuert wird zur Steuerung des Schreibzeichenträger-Antriebs 12 nach Maßgabe der Markierungsposition des Schreibzeichenträgers 14. Beginnend rr.it der ersten Markierung koppelt der Zähler 136 die lineare Folgesteuereinheit 96 an zur Steuerung des Antriebs 12. Wenn der Schreibzeichenträger 14 die 81. Markierung erreicht, die eine der entgegengesetzten Endlagen definiert, koppelt der Zähler 136 entweder die linke oder die rechte Richtungsumkehr-Folgesteuereinheit 98 oder 100 an zur Steuerung des Antriebs 12 in Abhängigkeit davon, ob der Schreibzeichenträger-Antrieb eine linke oder eine rechte Richtungsumkehr

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durchzuführen hat. Wenn der Zähler 136 auf die erste Markierung nach der Richtungsumkehr trifft, wird wiederum die lineare Folgesteuereinheit 96 angekoppelt und steuert den Antrieb 12.

Dieser Vorgang ist in Fig. 5A verdeutlicht. Auf der linken Seite von Fig. 5A wird der Schreibzeichenträger-Antrieb 12 als von rechts nach links laufend angenommen. Wenn der Zähler 136 einen Zählstand 81 aufweist, was das Auftreten der 81. Markierung bezeichnet, wird die lineare Folgesteuereinheit 96 von dem Schreibzeichenträger-Antrieb 12 entkoppelt, und die linke Richtungsumkehr-Folgesteuereinheit 98 wird angekoppelt. Irgendwo zwischen der 82. und der 83. Markierung gelangt der Ausgleichsstab 54 in Kontakt mit der Feder 114. Während die 83. und dann die 84. Markierung gezählt werden, wird die Feder 114 zusammengepreßt, so daß der Ausgleichsstab 54 in die Ruhelage abbremst. Dann federt der Ausgleichsstab 54 von der Feder 114 in Gegenrichtung weg, und es wird ein Punkt erreicht, an dem der Zähler 136 einen ersten Markierungsimpuls empfängt. An diesem Punkt geht die Steuerung des Antriebs 12 von der linken RichtungsuMkehr-Folgesteuereinheit 98 auf die lineare Folgesteuereinheit 96 über. Irgendwo zwischen der 2. und der 3. Markierung endet der Kontakt zwischen dem Ausgleichsstab 54 und der Feder 114.

Nach der Trennung des Ausgleichsstabs 54 von der Feder 114 zählt der Zähler 136 weiter die Markierungsimpulse, die von dem Codierer 116 erzeugt werden. Wenn die 81. Markierung erreicht ist, die die entgegengesetzte der beiden Endlagen definiert, geht die Steuerung des Antriebs 12 von der

linearen Folgesteuereinheit 96 auf die rechte Richtungsumkehr-Folgesteuereinheit 100 über. Zwischen der 82. und der 83. Markierung kontaktiert der Ausgleichsstab 54 die Feder 110. Danach wird die Feder 110 zusammengepreßt, während der Ausgleichsstab 54 in die Ruhelage abbremst und dann von rechts nach links zurückfedert. Danach empfängt der Zähler 136 den ersten Markierungsimpuls und spricht darauf an, indem er die Steuerung des Antriebs 12 von der rechten Richtungsumkehr-Folgesteuereinheit 100 auf die lineare Folgesteuereinheit 96 umschaltet. Zwischen der 2. und der Markierung löst sich der Ausgleichsstab 54 von der Feder 110. Der Zähler 136 zählt weiter Markierungsimpulse, bis der 81. Impuls gezählt ist; an diesem Punkt wird die Steuerung des Schreibzeichenträger-Antriebs 12 wieder von der linearen Folgesteureeinheit 96 an die linke Richtungsumkehr-Folgesteuereinheit 98 übergeben. Der Ablauf wiederholt sich dann in der erläuterten Weise.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die drei verschiedenen Folgesteuereinheiten 96, 98 und 100 aus gemeinsamen Komponenten (vgl. Fig. 4) aufgebaut. Die Umschaltung zwischen den drei Folgesteuereinheiten erfolgt durch ein Signal vom Zähler 136, das einem Fehlersignal-Modifizierglied 140 zugeführt wird. Wie noch erläutert wird, bestimmt das Fehlersignal-Modifizierglied 140 die Art des an den Linearmotor 16 angelegten Signals sowie die Art und Weise, in der ein Fehler zwischen der Ist- und der Soll-Geschwindigkeit des Schreibzeichenträgers 14 zur Steuerung des Linearmotors 16 modifiziert wird.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, werden die Markierungsimpulse am Ausgang des Codierers 116 einem Periodentaktgeber sowie dem Lückendetektor 134 und dem Zähler 136 zugeführt. Der Periodentaktgeber 142 mißt das Zeitintervall zwischen jedem aufeinanderfolgenden Paar von Markierungsimpulsen vom Codierer 116. Das gemessene Zeitintervall, das die Istperiode zwischen Markierungen bezeichnet, wird von einem Vergleicher 144 mit einer Bezugsperiode verglichen, die eine Soll-Geschwindigkeit des Schreibzeichenträgers 14 darstellt. Jegliche Differenz zwischen der Ist- und der Soll-Periode wird in Form eines Fehlersignals an das Fehlersignal-Modifizierglied 140 angelegt.

Wenn der Zähler 136 feststellt, daß sich der Codierer 116 irgendwo zwischen der ersten und der 81. Markierung während der Bewegung des Schreibzeichenträgers 14 in die eine oder andere Richtung befindet, arbeitet das Fehlersignal-Modifizierglied 140 so, daß die Anordnung von Fig. 4 die lineare Folgesteuereinheit 96 umfaßt. Das Fehlersignal-Modifizierglied 140 modifiziert jedes Fehlersignal vom Vergleicher nach Maßgabe eines vorbestimmten Algorithmus, bevor das Fehlersignal an einen Impulsbreitenmodulator 146 angelegt wird. Dieser koppelt einen Impulsgeber 148 mit einem Verstärker 150. Der Ausgang des Verstärkers 150 ist mit den Wicklungen 86 und 88 gekoppelt, die einen Teil des Linearmotors 16 des Schreibzeichenträger-Antriebs 12 bilden. Der Impulsbreitenmodulator 146 erzeugt ein PDM-Signal, das an einen Eingang des Verstärkers 150 angelegt wird. Ein Teil des PDM-Signals ist in Fig. 4 gezeigt. Der Impulsbreitenmodulator 146 liefert ferner ein Richtungssignal an einen zweiten Eingang des Verstärkers 150.

Das PDM-Signal hat eine unveränderliche Periode P, die durch die Frequenz des Impulsgebers 148 bestimmt ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist P = 32 ^s. In 32 ps-Intervallen erzeugt der Impulsgeber 148 einen dünnen, nadelähnlichen Impuls zum Impulsbreitenmodulator 146. Dieser umfaßt ein 8-Bit-Speicherregister, wovon sieben Bits die Größe des Fehlersignals vom Vergleicher 144, modifiziert durch das Fehlersignal-Modifizierglied 140, und ein Bit die Richtung oder Polarität des Fehlers bezeichnen. Der Impuls- breitenmodulator 146 weist ferner einen Zähler auf, dessen Laden bei Auftreten jedes Impulses des Impulsgebers 148 initiiert wird. Der Zähler zählt dann nach Maßgabe der Größe des modifizierten Fehlersignals und erzeugt einen Impuls mit einer Soll-Breite D. Am Ende jedes Impulses wird der Zähler rückgesetzt, wenn er den nächsten Impuls vom Impulsgeber empfängt.

Das PDM-Signal wird einem Eingang des Verstärkers 150 zugeführt. Das eine Bit innerhalb des Speicherregisters des Impulsbreitenmodulators 146, das die Richtung des Fehlers bezeichnet, wird in Form eines Richtungssignals dem anderen Eingang des Verstärkers 150 zugeführt. Der Verstärker 150 wirkt als Schaltverstärker, indem er das PDM-Signal dem Linearmotor 16 mit einer durch das Richtungssignal bestimmten Polarität zuführt.

Wenn der Ausgang des Zählers 136 im Servo-Wähler 94 das Fehlersignal-Modifizierglied 140 veranlaßt, die Anordnung nach Fig. 4 als lineare Folgesteuereinheit 96 zu betreiben, modifiziert das Fehlersignal-Modifizierglied 140 jedes Fehlersignal vom Vergleicher 144 entsprechend dem folgenden Algorithmus:

PDM

= A(E + Λ, E₀ - ,6 PDM₀)

mit PDM = das neue modifizierte Fehlersignal

(Einschaltdauer), das dem Impulsbreitenmodulator 146 zugeführt wird, A = Verstärkungsfaktor,

E = das neue Pehlersignal vom Vergleicher 144, äv = ein Koeffizient,
Eq = das unmittelbar vorhergehende Fehlersignal

vom Vergleicher 144,
/3 = ein Koeffizient und

= das unmittelbar vorhergehende oder alte PDM-Signal.

Der Verstärkungsfaktor A und die Koeffizienten i, und ß> werden auf der Grundlage einer sorgfältigen Analyse des Folgesteuersystems nach Fig. 4 ausgewählt zur Optimierung der Fehlerminimierung und -korrektur.

Fig. 5B zeigt das Ausgangssignal des Verstärkers 150. Es ist ersichtlich, daß dann, wenn die Anordnung nach Fig. 4 als lineare Folgesteuereinheit 96 arbeitet, das Ausgangssignal des Verstärkers 150 das PDM-Signal vom Impulsbreitenmodulator 146 umfaßt, dessen Polarität durch das Richtungssignal vom Impulsbreitenmodulator 146 bestimmt ist. Zur besseren Verdeutlichung sind einige PDM-Signale als innerhalb jedes Markierungsintervalls erzeugt dargestellt. Tatsächlich treten innerhalb jedes Intervalls zwischen benachbarten

Markierungen bis zu 12 oder mehr PDM-Signale auf, da die Periode der Impulse in Fig. 5B eine Dauer von 32 us hat und da der zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Markierungen typischerweise 400-800 /is beträgt.

Wenn der Zähler 136 den 81. Markierungsimpuls vom Codierer 116 gezählt hat, spricht das Fehlersignal-Modifizierglied 140 an, indem es die Funktionsweise der Anordnung nach Fig. 4 von der linearen Folgesteuereinheit 96 umschaltet, so daß entweder die linke oder die rechte Richtungsumkehr-Folgesteuereinheit 98 oder 100 wirksam wird in Abhängigkeit von der Richtung, in der sich der Schreibzeichenträger 14 bewegt. Unter Bezugnahme auf den linken Teil von Fig. 5B bewegt sich der Schreibzeichenträger 14 von rechts nach links, wenn die 81. Markierung erfaßt wird. An diesem Punkt bewirkt das Fehlersignal-Modifizierglied 140, daß die Anordnung nach Fig. 4 als linke Richtungsumkehr-Folgesteuereinheit 98 arbeitet. Das Fehlersignal-Modifizierglied 140 ignoriert alle folgenden Fehlersignale vom Vergleicher 144 aufgrund der 82. und der folgenden Markierungen. Gleichzeitig liefert das Fehlersignal-Modifizierglied 140 an den Linearmotor 16 ein Richtungsumkehrsignal mit einem vorbestimmten Signalverlauf und einem Wert, der von der Ist-Geschwindigkeit des Schreibzeichenträgers 14 vollständig unabhängig ist. Das Richtungssignal besteht aus einem Impulspaar entgegengesetzter Polarität, so daß der erste Impuls das Treiben des Ausgleichsstabs 54 in die Feder 114 unterstützt, während der Ausgleichsstab 54 sehr schnell in die Ruhelage abbremst, und der zweite Impuls die Beschleunigung des Ausgleichsstabs 54 in die Gegenrichtung, während der Ausgleichsstab 54 von der Feder 114 zurückfedert, unterstützt.

* ι · j

- 32 -

Die das Richtungsumkehrsignal bildenden Impulse werden sorgfältig auf der Grundlage vorhergehender Richtungsumkehrvorgänge an derselben Feder gewählt, so daß Reibungsverluste, die während der Richtungsumkehr auftreten, ausgeglichen werden und der Schreibzeichenträger 14 mit der größtmöglichen Schnelligkeit wieder auf die Soll-Geschwindigkeit beschleunigt. Das Fehlersignal-Modifizierglied 140 erzeugt einen ersten der Richtungsumkehrimpulse 152 mit negativer Polarität, indem es den Impulsbreitenmodulator 146 veranlaßt, einen Impuls von 32 us Dauer aufgrund jedes Impulses vom Impulsgeber 148 zu erzeugen, bis das Fehlersignal-Modifizierglied 140 bestimmt, daß der große kontinuierliche Impuls 152 beendet werden soll. Gleichzeitig veranlaßt das Fehlersignal-Modifizierglied 140 den Impulsbreitenmodulator 146, ein Richtungssignal zu erzeugen, das die negative Polarität des Impulses 152 bezeichnet. Danach wird ein zweiter Impuls 154 der Impulse des Richtungsumkehrsignals erzeugt. Wiederum veranlaßt das Fehlersignal-Modifizierglied 140 den Impulsbreitenmodulator 146 zur Erzeugung einer Folge von Impulsen entgegengesetzter Polarität von 32 us Dauer, wobei das Richtungssignal des Verstärkers 150 die positive Polarität des einzigen großen Impulses 154 bestimmt.

Jedes Richtungsumkehrsignal wird nach Maßgabe einer Probe der Schreibzeichenträger-Geschwindigkeit modifiziert, die am Ende der unmittelbar vorhergehenden Richtungsumkehr am gleichen Ende der linearen Bewegungsbahn des Schreibzeichenträgers 14 gemessen wurde. Insbesondere wird die Vorderflanke des zweiten Impulses jedes Impulspaars, das ein Richtungsumkehrsignal bildet, nach Maßgabe der Geschwindigkeitsmessung justiert, die während der vorhergehenden

Richtungsumkehr vorgenommen wurde, und zwar unter Anwendung des Algorithmus:

W - W₀ + AE₀

mit W = Breite des zweiten Impulses in einem erzeugten Richtungsumkehrsignal,

Wq = Breite des während der vorhergehenden Richtungsumkehr des Schreibzeichenträgers 14 am gleichen Ende angelegten zweiten Impulses,

A = ein Verstärkungsfaktor und

Eq = das Fehlersignal, das aufgrund der Geschwindigkeitsmessung am Ende der vorhergehenden Richtungsumkehr am selben Ende erzeugte Fehlersignal.

Somit wird am Ende der Erzeugung der Impulse 152 und 1 54 während der linken Richtungsumkehr die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 wieder als lineare Folgesteuereinheit 96 betrieben. Das Fehlersignal am Ausgang des Vergleichers 144, das aufgrund der Messung des Zeitintervalls zwischen der dritten und vierten Markierung erzeugt wird, wird von dem Fehlersignal-Modifizierglied 140 gespeichert und während der nächsten linken Richtungsumkehr als E~ benutzt. Im Fall des Impulses 154 von Fig. 5B wurde die Lage von dessen Vorderflanke 156 durch den Algorithmus W = W + AE_n bestimmt, wobei E„ abgeleitet wurde durch Messung des Zeitintervalls zwischen der dritten und der vierten Markierung nach der unmittelbar vorhergehenden linken Richtungsumkehr.

Nach der Erzeugung des Impulses 154 spricht das Fehlersignal-Modifizierglied 140 auf die Erfassung der ersten Markierung durch den Zähler 136 dadurch an, daß die Funktion der Schaltung nach Fig. 4 von der linken Richtungsumkehr-Folgesteuereinheit 98 auf die lineare Folgesteuereinheit umgeschaltet wird. Dadurch beginnt die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 mit der Erzeugung von Impulsen positiver Polarität zum Linearmotor 16, so daß der Schreibzeichenträger 14 mit der Soll-Geschwindigkeit getrieben wird. Wiederum wird das Fehlersignal, das aufgrund des gemessenen Zeitintervalls zwischen der dritten und der vierten Markierung gemessen wurde, in dem Fehlersignal-Modifizierglied 140 gespeichert und bei der Bestimmung der Breite des zweiten Impulses des nächsten linken Richtungsumkehrsignals genutzt.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 arbeitet als lineare Folgesteuereinheit 96, bis der Zähler 136 entscheidet, daß die 81. Markierung erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt spricht das Fehlersignal-Modifizierglied 140 an und veranlaßt die Schaltungsanordnung nach Fig. 4, als rechte Richtungsumkehr-Folgesteuereinheit 100 zu arbeiten. Das Fehlersignal-Modifizierglied 140 erzeugt ein rechtes Richtungsumkehrsignal mit vorbestimmten! Verlauf und Wert, bestehend aus einem positiven Impuls 160 und einem darauffolgenden negativen Impuls 162 (vgl. Fig. 5B). Wie im Fall der Impulse 152 und 154 werden die Impulse 160 und 162 unabhängig von der Ist-Geschwindigkeit des Schreibzeichenträgers 14 erzeugt und sind so gewählt, daß sie Reibungsverluste während der rechten Richtungsumkehr ausgleichen, so daß der Schreibzeichenträger 14 nach der Richtungsumkehr sehr schnell auf die Soll-Geschwindigkeit beschleunigt. Die Position der Vorderflanke

164 des zweiten Impulses 162 ist durch den Algorithmus W - Wq + AEq bestimmt, wobei Eq das Fehlersignal ist, das aufgrund des gemessenen Zeitintervalls zwischen der dritten und der vierten Markierung nach der unmittelbar vorhergehenden rechten Richtungsumkehr erzeugt wurde. Nach der Erzeugung des Impulses 162 trifft der Zähler 136 auf die erste Markierung, und die Anordnung nach Fig. 4 beginnt wieder als lineare Folgesteuereinheit 96 zu arbeiten, wobei der Verstärker 150 nunmehr eine Serie von negativen PDM-Signalen erzeugt, so daß der Schreibzeichenträger 14 von rechts nach links mit der Soll-Geschwindigkeit angetrieben wird.

Fig. 6 zeigt eine Realisierung der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 in Verbindung mit dem Impulsbreitenmodulator 146. Diese Schaltung umfaßt einen Zähler/Taktgeber 170, eine Zentraleinheit bzw. ZE 172, einen Programmspeicher 174 und einen Direktzugriffsspeicher bzw. RAM 176. Der Zähler/Taktgeber 170 umfaßt im vorliegenden Fall einen Vierkanal-Zähler/Taktgeber-IS-Chip. Damit enthält der Zähler/Taktgeber 170 in Verbindung mit der ZE 172 den Lückendetektor 134, den Zähler 136, den Periodentaktgeber 142 und den Vergleicher 144. Zwei der vier Kanäle im Zähler/Taktgeber 170 werden in Verbindung mit der ZE 172 dazu genutzt, die Periode zwischen Markierungsimpulsen vom Codierer 116 zu messen, während ein dritter Kanal entscheidet, wann ein Markierungsimpuls aufgetreten ist, und die Markierungsimpulse zählt. Die Kanäle in Verbindung mit der ZE 172 funktionieren als Taktgeber, der die zwischen dem Auftreten jedes Markierungsimpulses und dem Auftreten des unmittelbar darauffolgenden Markierungsimpulses abgelaufene Zeit mißt und somit die

Ist-Periode bestimmt. Die Kanäle funktionieren in Verbindung mit der ZE 172 ferner als Zähler, der entschwidet, welche Markierung aufgetreten ist, wodurch die Lage des Schreibzeichenträgers 14 entschieden wird. Die Ist-Periode wird mit der Bezugsperiode von der ZE 172 und dem Zähler/Taktgeber 170 unter Verwendung eines Subtraktionsverfahrens verglichen, wodurch der Vergleicher 144 gebildet ist, der das Fehlersignal an seinem Ausgang erzeugt. Der vierte Kanal in dem Zähler/Taktgeber 170 enthält den Impulsgeber 148.

Das Pehlersignal-Modifizierglied 140 wird durch die ZE 172, den Programmspeicher 174 und den RAM 176 gebildet. Der Programmspeicher 174 identifiziert verschiedene Operationssequenzen, die stattzufinden haben, z. B. bei der Realisierung des Algorithmus A(E + 'λ E - (3 PDM_Q) . Werte wie z. B. A, TX , fb, Ε« und PDM- sind in dem RAM 176 gespeichert. Ebenso sind im Fall des Richtungsumkehr-Algorithmus Wq + AEq die Werte von Wq, A und Eq in dem RAM 176 gespeichert, während die Befehle zur Ausführung des Algorithmus in dem Programmspeicher 174 gespeichert sind.

Ein praktisches Beispiel der Schaltung nach Fig. 6, die gebaut und erfolgreich gemäß der Erfindung eingesetzt wurde, ist in den Fig. 7-10 gezeigt.

Fig. 7 zeigt den Zähler/Taktgeber 170. Dieser besteht aus zwei identischen Zähler/Taktgeber-Chips (CTC) 180 und 182. Jeder Chip 180 und 182 ist ein IS-Chip, der unter der Bezeichnung Z80A CTC von Zilog Corp. vertrieben wird. Der Chip 180 bildet zwei der Kanäle des Zähler/Taktgebers 170, und der Chip 182 die beiden anderen Kanäle. Die Markierungs-

impulse vom Codierer 116 werden an die Anschlüsse 21 und des Chips 180 angeleg. Mit Ausnahme der Versorgungs-, Taktsignal-, Rücksetzsignal- und Erdungsanschlüsse sind die übrigen Anschlüsse der Chips 180 und 182 mit der ZE 182 verbunden.

Fig. 8 zeigt die ZE 172. Diese besteht aus einem ZE-Chip 184, der unter der Bezeichnung Z80A CPU von Zilog Corp. vertrieben wird. Die ZE 172 umfaßt ferner einen Chip 186, der unter der Bezeichnung 74LS245 von Texas Instruments Corp. vertrieben wird. Die verschiedenen D-Anschlüsse der CTC-Chips 180 und 182 des Zähler/Taktgebers 170 sind mit den D-Anschlüssen des Chips 186 sowie den verschiedenen D-Anschlüssen des ZE-Chips 184 verbunden. Verschiedene andere Anschlüsse der CTC-Chips 180 und 182 sind an verschiedene Anschlüsse des ZE-Chips 184 angeschlossen. Die verschiedenen MA-Anschlüsse des ZE-Chips 184 sind an die MA-Anschlüsse des Programmspeichers 174 und des RAM 176 angeschlossen. Die MD-Anschlüsse des Chips 186 bilden einen Datenbus 190 und sind mit den verschiedenen MD-Anschlüssen des Programmspeichers 174 und des RAM 176 verbunden.

Fig. 9 zeigt den Programmspeicher 174 und den RAM 176. Der Programmseicher 174 besteht aus einem IS-Chip 192, der unter der Bezeichnung 2732 oder 2764 von Intel Corporation vertrieben wird. Der RAM 176 besteht aus zwei verschiedenen IS-Chips 194 und 196. Die Chips 194 und 196 werden unter der Bezeichnung 2114 von Intel Corporation vertrieben. Wie bereits erwähnt, ist der Datenbus 190 der ZE 172 an die verschiedenen MD-Anschlüsse der Chips 192, 194 und 196 angeschlossen. Die verschiedenen MA-Anschlüsse des ZE-Chips

• » t

- 38 -

184 sind an die MA-Anschlüsse der Chips 192, 194 und 196 angeschlossen. Der Chip 192 ist entweder ein 4K- oder ein 8K-Programmspeicher je nach dem verwendeten Chip. Die beiden verschiedenen Chips 194 und 196 bilden zusammen einen 1K-RAM.

Fig. 10 zeigt den Impulsbreitenmodulator 146, der die PDM- und Richtungssignale für den Linearmotor 16 über den Verstärker 150 liefert. Der Impulsbreitenmodulator 146 besteht aus einem 8-Bit-Register 198 und einem Zähler 200. Das 8-Bit-Register 198, das sieben Bits, die die Größe des modifizierten Fehlersignals bezeichnen, und ein Bit, das dessen Richtung bezeichnet, speichert, besteht aus einem IS-Chip 202, der unter der Bezeichnung 74LS273 von Texas Instruments Corp. vertrieben wird. Das Register 198 ist mit dem Datenbus 190 von der ZE 172 gekoppelt. Ein Anschluß 204 am Chip 202 liefert das Richtungssignal. Sieben Anschlüsse des Chips 202 sind mit verschiedenen Anschlüssen eines Paars von IS-Chips 206 und 208 gekoppelt, die zusammen den Zähler 200 bilden. Die Chips 206 und 208 werden unter der Bezeichnung 74LS163 von Texas Instruments Corp. vertrieben. Der Zähler 200 wird zu Beginn jedes Impulses vom Impulsgeber 148 rückgesetzt und zählt dann entsprechend den. sieben Bits, die im Register 198 gespeichert sind und die Größe des Fehlersignals bezeichnen. Ein Anschluß 210 an dem Chip 208 liefert ds PDM-Signal.

Fig. 11 zeigt, wie echte Markierungsimpulse von Störimpulsen entsprechend der Erfindung unterschieden werden. Es ist relativ normal, daß hochfrequente Störimpulse mit einer Amplitude nahezu gleich oder größer als die Amplitude echter

Markierungsimpulse dem Zahler/Taktgeber 170 vom Codierer zugeführt werden. Es ist erforderlich, die echten Markierungsimpulse von Störimpulsen zu unterscheiden, so daß der Zähler/Taktgeber 170 nicht auf einen Störimpuls so anspricht, als handelte es sich um einen echten Markierungsimpuls.

Fig. 11 zeigt einen echten Markierungsimpuls 220, der typischerweise eine Breite von 180-400 us hat. Eine Vorder-flanke 222 des echten Markierungsimpulses 220 bewirkt, daß der Zähler/Taktgeber 170 eine Unterbrechungsanforderung an die ZE 172 erzeugt. Fig. 11 zeigt ferner einen Störimpuls 224, der mit einer Vorderflanke 222 angenommen wird und dessen Hinterflanke 226 in Strichlinien gezeigt ist. Der Störimpuls 224 hat eine Amplitude gleich derjenigen des echten Markierungsimpulses 220 und eine typische Dauer von ^s. Die Vorderflanke 222 des Störimpulses 224 würde den Zähler/Taktgeber 170 ebenfalls zur Erzeugung einer Unterbrechungsanforderung an die ZE 172 veranlassen.

Innerhalb von ca. 5-100 ^s nach der Erzeugung der Unterbrechungsanforderung an die ZE 172 reagiert die ZE 172 darauf unter Nutzung von Befehlen, die im Programmspeicher 174 gespeichert sind. Nach der Erfindung bewirken diese Befehle, daß die ZE 172 den Impuls, der die Unterbrechungsanforderung erzeugt hat, abtastet, indem sie seine Amplitude mit einem digitalen Schwellenwert vergleicht. Im Fall des echten Markierungsimpulses 220 liegt dessen Amplitude zum Abtastzeitpunkt 5-100 jas nach der Vorderflanke 222 erheblich oberhalb des digitalen Schwellenwerts, und die ZE 172 und der Zähler/Taktgeber 170 sprechen an, indem sie den Impuls

220 weiter als echten Markierungsimpuls verarbeiten. Im Pall eines typischen Störimpulses wie etwa des Impulses 224 ist jedoch die Amplitude dieses Impulses normalerweise Null oder jedenfalls erheblich unterhalb des digitalen Schwellenwerts, wenn die Amplitude 5-100 ^s nach Anforderung der Unterbrechung abgetastet wird. Wenn entschieden wird, daß die Impulsamplitude unter dem digitalen Schwellenwert liegt, ignorieren die ZE 172 und der Zähler/Taktgeber 170 den Impuls und fahren nicht mit dessen Weiterverarbeitung fort, was sie im Fall eines echten Markierungsimpulses tun würden.

Claims (13)

1. Patentanwalt
   EDUARD K. BAUNANN

   Dipl. Phys.

   Cd

   (Print 013)

   PRINTRONIX,INC.,17500 Cartwright Road.Irvine, Californien 92714 /USA

   Patentansprüche

   1J Digitale Folgesteuerung für einen Linearmotor, der entlang einer linearen Bewegungsbahn verfahrbar ist und am Ende derselben von einem Anschlag rückfedert, gekennzeichnet durch eine erste Einheit (96), die auf die periodische Abtastung der Geschwindigkeit des Linearmotors (16) ,an vorbestimmten Positionen entlang der linearen Bewegungsbahn anspricht und den Linearmotor (16) so aktiviert, daß dieser mit einer vorbestimmten b~v. Soll-Geschwindigkeit antreibbar ist,

   - wobei die erste Einheit (96) unwirksam gemacht wird, wenn der Linearmotor (16) eine vorbestimmte Position angrenzend an das Ende der linearen Bewegungsbahn erreicht,- und

   eine zweite Einheit (98 oder 100), die auf das Erreichen der vorbestimmten Position angrenzend an das Ende der linearen Bewegungsbahn.durch den Linearmotor (16) anspricht und diesem unabhängig von seiner Position ein Aktivierungssignal mit vorbestimmtem Verlauf zuführt, so

   daß der Linearrnotor durch die Rückfederungsbewegung von dem Anschlag (104 oder 106) weg getrieben wird.
2. 2. Polgesteuerung nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß der Linearmotor (16) ferner von einem zweiten Anschlag (104 oder 106), der an einem zweiten Ende der linearen Bewegungsbahn gegenüber dem ersten Ende angeordnet ist, rückfedert,

   daß die erste Einheit (96) ebenfalls unwirksam gemacht wird, wenn der Linearmotor (16) eine zweite vorbestimmte Position angrenzend an das zweite Ende der linearen Bewegungsbahn erreicht; und

   daß eine dritte Einheit (100 oder 98) vorgesehen ist, die auf das Erreichen der zweiten vorbestimmten Position angrenzend an das zweite Ende der linearen Bewegungsbahn durch den Linearmotor (16) anspricht und diesem ein Aktivierungssignal mit vorbestimmtem Verlauf unabhängig von seiner Position zuführt, so daß der Linearmotor (16) durch die Rückfederungsbewegung von dem zweiten Anschlag (104 oder 106) weg angetrieben wird.
3. 3. Folgesteuerung nach Anspruch 1,
   • J a ·..!. ι r c:; cj e kenn ζ eich net,

   daß der Linearmotor (16) hin- und hergehend entlang der linearen Bewegungsbahn zwischen entgegengesetzten elastoir.eren Elementen (110, 114) angetrieben wird, von denen er an entgegengesetzten Enden der linearen Bewegungsbahn rückfedert, wobei ein elastomeres Element den Anschlag bildet,

   daß die erste Einheit eine erste Polgesteuerungseinheit

   (96) ist, die den Linearmotor (16) zwischen vorbestimmten Endlagen an den entgegengesetzten Enden der linearen Bewegungsbahn treibt, wobei die erste Folgesteuerungseinheit (96) Glieder (116, 142) zum Bestimmen der Geschwindigkeit des Linearmotors (16) an den vorbestimmten Positionen längs der linearen Bewegungsbahn sowie Glieder (146, 150) aufweist, die auf jede Bestimmung der Geschwindigkeit des Linearmotors ansprechen und diesen nach Maßgabe der Differenz zwischen der Ist- und einer Soll-Geschwindigkeit treiben, und

   daß die zweite Einheit eine zweite Folgesteuereinheit (98 bzw. 100)" ist, die den Linearmotor antreibt, wenn sich dieser über eine der beiden vorbestimmten Endlagen an den entgegengesetzten Enden der linearen Bewegungsbahn hinausbewegt hat, wobei die zweite Folgesteuereinheit (98 oder 100) unabhängig von der Ist-Geschwindigkeit des Linearmotors ein Signal mit vorbestimmten! Verlauf an diesen anlegt.
4. 4. Folgesteuerung nach Anspruch 3,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß die erste und die zweite Folgestei.:ereinheit f 96 und 98, 100) gemeinsam einen Codierer (116) aufweisen, der eine Mehrzahl von im Abstand voneinander befindlicher, erfaßbaren Markierungen (128) entlang einem Abschnitt, der Länge des Linearmotors und eine relativ zu dem Linearmotor ortsfest angeordnete Fühlereinheit (122) aufweist, die den Vorbeilauf der erfaßbaren Markierungen (128) erfaßt, wobei die erste Folgesteuerungseinheit (96) die Geschwindigkeit des Linearmotors nach Maßgabe des Zeitintervalls zwischen dem Vorbeilauf jedes benachbarten Paars der erfaßbaren Markierungen (128) an der Fühlereinheit (122) bestimmt.
5. 5. Folgesteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

   daß die zweite Folgesteuerungseinheit (98 oder 100) das Zeitintervall zwischen einem benachbarten Paar der erfaßbaren Markierungen (128) nach jeder Rückfederung des Linearmotors (16) von einem der elastomeren Elemente (110, 114) mißt und das gemessene Zeitintervall nutzt zur Einstellung des dem Linearmotor während seiner Rückfederung von demselben elastomeren Element (110, 114) zuzuführenden Signals mit vorbestimmtem Verlauf.
6. 6. Folgesteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Linearmotor (16) ein Langteil (54) aufweist und die erste Folgesteuerungseinheit (96) umfaßt: eine Einheit zum Messen des Zeitintervalls zwischen dem Auftreten jedes benachbarten Paars einer Folge der vorbestimmten Positionen (128) während der Bewegung des Langteils (54) längs der linearen Bewegungsbahn, eine Einheit (144) zum Vergleichen jedes gemessenen Zeitintervalls mit einem Bezugswert zur Bestimmung eines Fehlersirjnalo und Glieder (140, 146) zum Anlegen des Fehlersignals an den Motor (16), wenn sich das Langteil (54) zwischen einem Paar von entgegengesetzten Endlagen befindet, und

   daß die zweite Folgesteuerungseinheit (98 oder 100) Glieder (134, 136) aufweist, die auf das Erreichen einer der beiden entgegengesetzten Endlagen durch das Langteil (54) ansprechen und an den Motor ein Richtungsumkehrsignal mit vorbestimmtem Wert anlegen, so daß der Motor durch seine Rückfederungsbewegung von einem angrenzenden Anschlag (110 oder 114) weg getrieben wird.
7. 7. Folgesteuerung nach Anspruch 6,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Einheit zum Anlegen eines Richtungsumkehrsignals mit vorbestimmten! Wert umfaßt: ein Glied (140) zum Speichern eines gemessenen Zeitintervalls, das die Geschwindigkeit des Langteils (54) nach jeder Rückfederung des Motors von einem der entgegengesetzten Anschläge (110, 114) bezeichnet, und ein Glied (146) zum Anlegen des gespeicherten gemessenen Zeitintervalls zur Nachstellung des vorbestimmten Werts des Richtungsumkehrsignals, das dem Motor zugeführt wird, wenn dieser wieder von dem einen der entgegengesetzten Anschläge (110, 114) ruckfedert.
8. 8. Folgesteuerung nach Anspruch 7,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß jedes Richtungsumkehrsignal aus zwei Impulsen (152, 154) entgegengesetzter Polarität besteht, und daß das Glied (146) zum Zuführen des gespeicherten gemessenen Zeitintervalls zur Nachstellung des vorbestimmten Werts eine Nachstellung der Vorderflanke des zweiten Impulses (154) des Impulspaars nach Maßgabe des Werts des gespeicherten gemessenen Zeitinterv aIls b ewi r k t.
9. 9. Folgesteuerung nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß der Linearmotor (16) eine lange Einheit (14) aufweist, die längs der linearen Bewegungsbahn zwischen entgegengesetzten Endlagen, die durch zwei entgegengesetzte Anschläge (104, 106) definiert sind, bewegbar ist, und
   - daß die erste und die zweite Folgesteuerungseinheit

   — Ό —

   gemeinsam aufweisen:

   - einen elektromagnetischen Motor, der so gekoppelt ist, daß er die lange Einheit (14) in jeweils eine von zwei Richtungen treibt,

   - ein Glied (116) zum Erzeugen eines Lageimpulses jedesmal, wenn die lange Einheit (14) jede einer Folge von Positionen durchläuft,

   - eine Einheit (134) zum Messen des Zeitintervalls zwischen jedem Lageimpuls und dem unmittelbar darauffolgenden Lageimpuls,

   - ein Glied (144) zum Vergleichen jedes gemessenen Zeitintervalls mit einem Bezugs-Zeitintervall zur Erzeugung eines Fehlersignals nach Maßgabe der Differenz,

   - ein Glied (148) zum Erzeugen von Motorantriebsimpulsen für den elektromagnetischen Motor,

   - ein auf das Fehlersignal ansprechendes Glied (146) zum Ändern der Impulsbreiten der Motorantriebsimpulse nach Maßgabe des Fehlersignals,

   - ein Glied (136) zum Zählen der Lageimpulse nach jeder Richtungsumkehr der langen Einheit (14) und

   - eine Einheit (98 oder 100), die auf die Zählung einer vorbestimmten Anzahl Lageimpulse anspricht und die Motorantriebsimpulse durch einen Impuls mit einem Impulsverlauf mit vorbestimmtem Wert ersetzt zur Richtungsumkehr der langen Einheit (14).
10. 10. Folgesteuerung nach Anspruch 9,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß die Anschläge (104, 106) zwei entgegengesetzte Federn (110, 114) aufweisen, die so angeordnet sind, daß die

    lange Einheit (14) auf sie auftrifft zwecks Richtungsumkehr der langen Einheit (14), und

    daß der vorbestimmte Impulsverlauf so gewählt ist, daß Energieverluste, die beim Auftreffen der langen Einheit (14) auf eine der beiden Federn (110, 114) auftreten, kompensierbar sind.
11. 11. Folgesteuerung nach Anspruch 9,
    gekennzeichnet durch

    ein Glied (140), das jedes Fehlersignal nach Maßgabe eines vorbestimmten Algorithmus modifiziert, der das unmittelbar vorhergehende" Fehlersignal enthält.
12. 12. Folgesteuerung nach Anspruch 9,
    gekennzeichnet durch

    ein Glied (140) zum Speichern des von dem Fehlersignal-Erzeugungsglied (144) erhaltenen Fehlersignals am Ende jeder Richtungsumkehr der langen Einheit (14), und ein Glied (146) zur Modifizierung der vorbestimmten Impulsform nach Maßgabe eines vorbestimmten Algorithmus, der das nach der vorhergehenden Richtungsumkehr der langen Einheit (14) an derselben der entgegengesetzten Endlagen gespeicherte Fehlersignal enthält.
13. 13. Einrichtung zur Unterscheidung echter Impulse von Störimpulsen in einem System, in dem die Durchführung einer Operationsfolge durch eine Zentraleinheit von Impulsen auslösbar ist,

    gekennzeichnet durch eine Einheit (170), die auf die Vorderflanke eines Impulses anspricht und eine Unterbrechungsanforderung für

    die Zentraleinheit (172) erzeugt,
    eine Einheit zur Erzeugung eines Schwellenwerts, eine Einheit, die aufgrund der Erzeugung einer Unterbrechungsanforderung an die Zentraleinheit (172) nach einer Mindest-Zeitverzögerung seit der Erzeugung der Unterbrechungsanforderung die Amplitude des Impulses mit dem Schwellenwert vergleicht, und

    eine Einheit, die entscheidet, daß der Impuls echt ist, und die Zentraleinheit (172) zur Durchführung einer Operationsfolge veranlaßt, wenn die Impulsamplitude zum Vergleichszeitpunkt größer als der Schwellenwert ist.