DE3333007A1

DE3333007A1 - System zum steuern eines servomotors

Info

Publication number: DE3333007A1
Application number: DE3333007A
Authority: DE
Inventors: Hidetake Tokyo Tanaka
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1982-09-13
Filing date: 1983-09-13
Publication date: 1984-03-15
Anticipated expiration: 2003-09-14
Also published as: JPS5947985A; DE3333007C2

Description

- 4 ^ Anwaltsakte; 33 Qi7

Beschreibung

•^ Die Erfindung betrifft ein System zum Steuern eines Servomotors und betrifft insbesondere ein System zum Steuern der Drehzahl eines Servomotors. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Servomotor-Steuersystem, das in Typenrad- bzw. Rollendruckwerken u.a. zum Steuern der Translationsbewegung

eines Wagens entlang eines WalzenZylinders und zum Steuern der Drehbewegung eines Typenrads verwendet wird, welches eine Nabe und eine Anzahl Speichen aufweist, die sich in radialer Richtung von der Nabe aus erstrecken und welche

an den Enden Typen tragen.
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Servogesteuerte Typenrad- bzw. Rollendruckwerke sind bekannt und beispielsweise in den US-PS'en 3 954 163, 4 118 129 und 4 160 200 beschrieben. In den in diesen Patenten beschriebenen Typenrad- bzw. Rollendruckwerken ist

ein Servosystem zum Steuern eines Typenradmotors verwendet, welcher die Drehbewegung eines Typenrads bewirkt, welches eine Nabe, eine Anzahl Speichen, die sich von der Nabe radial nach außen erstrecken, und einzelne Typenelemente an den Enden der Speichen aufweist, damit eine gewünschte

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^J Type in der Druckposition angeordnet wird. Außerdem ist auch ein Servosystem zum Steuern des Wagenmotors verwendet, durch welchen ein Wagen, der einen Aufschlaghammer und ein Farbband trägt, entlang eines Walzenzylinders hin- und herbewegt wird.

In solchen Servosystemen werden Servomotore so angesteuert, daß sie sich intermittierend drehen, um so den Wagen in die Druckposition und anschließend die ausgewählten Typenelemente in die Druckposition zu bringen und dort zu stoppen. Beim Stoppen eines Servomotors, nachdem er angesteuert wird, um sich über einen gewünschten Drehwinkel zu drehen,

um dann so gut und schnell wie möglich zu stoppen, wird der Geschwindigkeitspegel eines Servomotors im allgemeinen entsprechend der folgenden Gleichung gesteuert

W = A

wobei W die Servomotor-Drehzahl, X die Strecke, die von dem Servomotor zwischen der augenblicklichen Ist- und der Sollstellung zu überwinden ist, und A eine Konstante ist.

Wie in Fig. 3 dargestellt, wird mit X eine Strecke zwischen einer Ist- und einer Sollposition bezeichnet, und eine solche Strecke entspricht beispielsweise der Strecke,um welche sich der Wagen eines Druckers aus der augenblicklichen Druckposition in die nächste Druckposition entlang des Walzenzylinders zu bewegen hat,oder sie entspricht dem Drehwinkel des Typenrads, um das nächste ausgewählte Typenelement in die Druckposition zu bringen. Die vorstehend beschriebene Geschwindigkeits-Streckenkurve wird vorher in eine Anzahl Geschwindigkeitswerte oder -pegel aufgeteilt, wie in Fig. 3 dargestellt ist, und bei Annähern an die Sollposition wird die Geschwindigkeit schrittweise verringert.

Hierbei sollte jedoch beachtet werden, daß die Verzögerungskennlinie in dem vorstehend beschriebenen Servosystem dieselbe bleibt, unabhängig davon, ob der Abstand zwischen der Ist- und der Sollposition groß oder klein ist. Bei einem derartigen Servosystem hat sich jedoch als nachteilig erwiesen, daß wenn eine sehr schnelle Verzögerung gewünscht wird, bei kleinen Streckenabschnitten eine Instabilität erzeugt wird, undzwar deswegen, weil, wenn eine Last, die durch ein Servosystem zu steuern ist, einen Eigenfrequenzzustand hat, angenommen wird, daß dies eine ausschlaggebende Rolle bei kleinen Streckenabschnitten spielt, was während des Betriebs eine Instabilität zur Folge hat, wenn das Servosystem für eine sehr schnelle Verzögerung ausgelegt ist. Eine derartige Instabilität hat etwas mit der Masse und

der Elastizität einer Last, wie beispielsweise eines Typenrads und eines Wagens, zu tun. Beispielsweise müssen die Speichen eines Typenrads bis zu einem gewissen Grad flexibel sein; dies wiederum kann aber zu einer Resonanzschwingung führen, wenn das Typenrad so angetrieben wird, daß es sich über einen kleinen Drehwinkel dreht. Wenn andererseits ein äußerst stabiles Servosystem gewünscht wird, muß notwendigerweise die Steigung der Verzögerungskurve weniger steil sein, wodurch dann die Arbeitsgeschwindigkeit des Servosystems unannehmbar niedriger wird.

Gemäß der Erfindung sollen die Nachteile der herkömmlichen Einrichtungen vermieden werden, und es soll ein verbessertes Servomotor-Steuersystem geschaffen werden. Ferner soll gemaß der Erfindung ein Servomotor-Steuersystem geschaffen werden, das wahlweise bei einer Anzahl Verzögerungskennlinien verwendbar ist, und welches darüber hinaus schnell, betriebssicher und zuverlässig ist. Schließlich soll gemäß der Erfindung noch ein Servomotor-Steuersystem geschaffen werden, dessen Arbeitsweise bezüglich den Belastungsbedingungen optimiert werden kann. Gemäß der Erfindung ist dies bei einem System zum Steuern eines Servomotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Aufbau geschaffen, um die Geschwindigkeit eines Servomotors zu steuern mit unterschiedlichen Verzögerungskennwerten in Abhängigkeit von der Größe einer Strecke, die zwischen Ist- und Sollpositionen zu durchfahren ist. Wenn bei einer Ausführungsform der Erfindung die Strecke aus einer Ist- in eine Sollposition verhältnismäßig groß ist, wird eine Geschwindigkeits-Verzögerungskurve mit einer größeren Steigung gewählt, während wenn die zu durchfahrende Strecke verhältnismäßig klein ist, eine Geschwindigkeitsverzägerungskurve mit einer weniger steilen Neigung gewählt

Auf diese Weise kann die Servomotor-Verzögerung jederzeit optimal durchgeführt werden, so daß das Servosystem mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden kann, ohne daß sich Schwierigkeiten bezüglich einer Instabilität, wie beispielsweise ein Pendeln oder eine Resonanzschwingung ergeben .

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführung sformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Typenrad-

druckers, bei welchem die Erfindung in vorteilhafter Weise angewendet werden kann; 15

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufhaus eines

Typenrads, das in dem Drucker der Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 3 eine Kurvendarstellung, in welcher eine einzige Geschwindigkeit-Verzögerungskennlinie wiedergegeben ist, welche üblicherweise in herkömmlichen Servomotor-Steuersystemen verwendet wird;

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines typischen Servomotor-Steuersystems, bei welchem die Erfindung in vorteilhafter Weise anwendbar ist;

^ Fig. 5 ein Zeitdiagramm, welches, zum Verständnis der

Arbeitsweise des Systems der Fig. 4 verwendbar ist;

Fig. 6 eine Kurvendarstellung, in welcher eine Anzahl verschiedener Geschwindigkeits-Verzögerungs-

kennlinien dargestellt sind, welche zum Erläutern des Grundgedankens der Erfindung verwendbar sind;

Fig. 7 a und 7b schematische Darstellungen zum Verständnis des Gesamtaufbaus einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 ein Blockdiagramm des Servomotor-Steuersystems gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung;

Fig. 9a bis 9c Tabellen, welche zum Verständnis des Aufbaus der Fig. 8 verwendbar sind;

Fig. 10 eine schematische Darstellung des Servomotor-Steuersystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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Fig. 11 ein Flußdiagramm, anhand welchem die Arbeitsweise des in Fig. 10 dargestellten
Aufbaus verständlich wird;

Fig. 12 ein Blockdiagramm, in welchem im einzelnen

der Aufbau des in Fig. 10 dargestellten
Servomotor-Steuersystems wiedergegeben ist, und

Fig. 13 ' eine Tabelle, welche zum Verständnis der

Arbeitsweise des Aufbaus der Fig. 12 verwendbar ist.

In Fig. 1 ist ein Typenraddrucker 20 dargestellt, bei welchem ^O das erfindungsgemäße Servomotor-Steuersystem in vorteilhafter Weise angewendet werden kann. Der Drucker 20 weist ein Gehäuse 21 auf, welches drehbar eine Walze 22 trägt, die an jedem Ende einen Walzendrehknopf 23 aufweist. Ein Paar Schienen 24a und 24b ist fest an dem Gehäuse 21 angebracht, ■55 _und sie verlaufen parallel zu der Walze 22. Ein Wagen 25 ist parallel zu der Walze 22 in der durch den Pfeil 26 angegebenen Richtung hin- und herbewegbar und ist durch das

Schienenpaar 24a und 24b geführt, an dem Wagen 25 ist drehbar ein Typenrad 27 gehaltert, welches mittels eines Typenradmotors 29 über eine entsprechende Kraftübertragung, wie ein Getriebe angetrieben wird, um sich in oder entgegen demUhrzeigersinn zu drehen, um dadurch eine gewünschte Type in der Druckposition anzuordnen. Ferner ist an dem Wagen 24 ein Aufschlaghammer 28a gehaltert, welcher verschiebbar in einem elektromagnetischen Betätigungsteil 28b aufgenommen ist. Wenn folglich ein Drucksignal angelegt wird, wird das Betätigungsteil 28b erregt, um den Aufschlaghammer 28a so vorzuschieben, daß ein Schlag auf eine gewünschte Type des Typenrads 27 ausgeübt wird, welche nunmehr in der Druckposition angeordnet ist. Ferner sind eine Farbband-Vorratsspule 31 und eine Aufwickelspule 32 drehbar an dem Wagen 25 gehaltert, wobei das Farbband 30 zwischen den beiden Spulen 31 und 32 verläuft, und durch zwei Umlenkrollen 33a und 33b geführt ist. Ferner ist in dem Drucker ein Wagen-Servomotor 34 vorgesehen, welcher so angesteuert wird, daß er sich intermittierend dreht, um über eine Rillenscheibe 34a, welche fest auf der Antriebswelle des Motors 34 befestigt ist und einen Draht 35, welcher fest an dem Wagen 25 angebracht ist, eine Antriebskraft an den Wagen zu übertragen.

In dem Drucker der Fig. 1 wird der Typenrad-Servomotor 29 intermittierend angetrieben, um das Typenrad 27 zu drehen und zu stoppen, wodurch dann ausgewählte Typen nacheinander in der Druckposition angeordnet werden. Andererseits wird auch der Wagen-Servomotor 34 intermittierend angetrieben, um so erforderlichenfalls den Wagen 25 nach rechts und links zu bewegen und dort anzuhalten. Um einen sehr schnellen Druckbetrieb zu erhalten, müssen das Typenrad 27 sowie der Wagen 25 mit hoher Beschleunigung und Verzögerung bewegt werden. Um jedoch gleichzeitig eine ausgezeichnete Druckqualität zu erhalten, was anscheinend der vorerwähnten ersten Forderung widerspricht, muß eine Verzögerung mit einer gewissen Vorsicht und Sorgfalt durchgeführt werden.

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Eine typische Verzögerungskennlinie ist in Fig. 3 dargestellt, welche eingangs bereits angeführt worden ist. Wie ebenfalls bereits kurz ausgeführt, kann jedoch eine herkömmliche, gleichförmige Verzögerungskennlinie in manchen Bereichen, in welchen die Ist- und Sollpositionen ziemlich nahe beieinander liegen, eine gewisse Instabilität hervorrufen. Mit der Erfindung werden derartige Schwierigkeiten beseitigt.

Beispielsweise zeigt Fig. 2 das Typenrad 27, welches eine Nabe 27a mit einer Bohrung zum Haltern auf einer Antriebswelle, eine Anzahl Speichen oder Arme 27b, die von der Nabe 27a radial nach außen vorstehen, und Typenelemente 27c auf, die an den jeweiligen freien Enden der Arme 27b ausgebildet sind. Um ein gewünschtes Zeichen zu drucken, wird auf die Rückseite eines Typenelements 27c mit dem gewünschten Zeichen mittels des Aufschlaghammers 28a geschlagen, wodurch dann das Typenelement 27c in Richtung auf die Walze 22 bewegt wird, so daß die Speichen oder Arme 27b einen gewissen Flexibilitätsgrad haben müssen. Wenn jedoch das Typenrad 27 so ausgelegt ist, daß es bei hoher Geschwindigkeit zuverlässig arbeitet, neigt es dazu, unstabil zu sein, wenn es über einen kleinen Winkel, z.B. von wenigen Speichen oder Armen, gedreht werden muß, um das nächste Typenelement in der Druckposition festzulegen.

In Fig. 4 ist ein Servomotor-Steuersystem dargestellt, welches in vorteilhafter Weise verwendet werden kann, um einen Servomotor, wie einen Typenrad-Servomotor 27 und einen Wagen-Servomotor 34 zu steuern, welche in dem Drucker 20 der Fig. 1 vorgesehen sind. Wie dargestellt, weist das Servomotor-Steuersystem eine Signalverarbeitungsschaltung 1 auf,.welche ein Eingangssignal erhält, welches eine Information, wie beispielsweise eine Sollposition aufweist, in welcher ein servogesteuerter Gegenstand zu positionieren ist, und welche Verarbeitungsschaltung das Gesamtsystem steuert. Nach dem Verarbeiten des empfangenen Sollpositions-

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signals gibt die Signalverarbeitungsschaltung 1 einen Geschwindigkeitskode an eine einen Geschwindigkeitspegel erzeugende Schaltung 2 ab, deren Ausgang in Form eines Geschwindigkeitspegelsignal an einen Differenzverstärker 3 angelegt wird. Die Schaltung 2 ist so geschaltet, daß sie auch ein Bezugsgeschwindigkeitssignal von einer ein Bezugssignal erzeugenden Schaltung 5 erhält, wobei die Schaltung 2 so geschaltetist, daß sie Positionssignale A und B erhält, die mittels eines Detektors 14 festgestellt worden

^ sind, um die Drehstellung eines zu steuernden Servomotors 14 festzustellen, welcher der Typenrad-Servomotor 29 oder der Wagen-Servomotor 34 in dem in Fig. 1 dargestellten Drucker 20 sein kann. Ein derartiger Detektor ist bekannt, und kann beispielsweise aus einer perforierten Platte, die

'5 fest an der Servomotor-Welle angebracht ist, und aus einem photoelektrischen Element bestehen, wie in einer der eingangs erwähnten US-Patentschriften ausgeführt ist. Der Servomotor 13 ist mit einer Last 15, beispielsweise dem Typenrad 27 und dem Wagen 25 in dem Drucker 20 der Fig. 1

verbunden.

In Fig. 4 werden die Positionssignale A und B auch an ■ ein Paar Differenziereinheiten 9 bzw. 10 angelegt; der Ausgang jeder der Differenziereinheiten 9 und 10 ist mit ^J einer ein Geschwindigkeitssignal erzeugenden Schaltung 6 verbunden, welche die differenzierten Positionssignale verarbeitet und ein Istgeschwindigkeitssignal an den Differenzverstärker 3 liefert. Das Servomotor-Steuersystem der Fig. 4 weist auch eine Vorzeichenbestimmungseinheit

^ 4 auf, welche ein Geschwindigkeitsdifferenzsignal von dem Differenzverstärker 3 und von der Signalverarbeitungsschaltung 1 ein Richtungssignal erhält, welches die Drehrichtung des Servomotors 13 anzeigt. Das Richtungssignal hat zwei Zustände. Wenn es den einen Zustand hat, wird

-^ das Geschwindigkeitsdifferenzsignal von dem Differenzverstärker 3 durch die Vorzeichenbestimmungseinheit 4 invertiert, während wenn das Richtungssignal den anderen Zu-

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stand annimmt/ das Geschwindigkeitsdifferenzsignal ohne Änderung durch die Vorzeichenbestimmungseinheit 4 hindurchgeht. Der Ausgang der Vorzeichenbestimmungseinheit 4 ist mit einem Eingang einer Geschwindigkeits-VPositions-Steuerc schaltanordnung 11 verbunden, welche auch ein Mode- oder Betriebssignal von der Signalverarbeitungsschaltung 1 und ein Signal von einer Stopppositions-Steuerschaltung 8 erhält, welche wiederum so geschaltet ist, daß sie dasPositionssignal A empfängt. Entsprechend dem Zustand des von der

^q Signalverarbeitungsschaltung 1 zugeführten Betriebssignals schaltet die Schaltanordnung 11 die entsprechenden Betriebszustände, nämlich einen Geschwindigkeitssteuermodus und einen Positionssteuermodus. Ein Ausgang von der Schaltung 11 wird über einen Treiberverstärker 12 an den Servomotor 13 angelegt.

Das Servomotor-Steuersystem der Fig. 4 weist ferner eine Schmittschaltung 7 auf, welche so geschaltet ist, um als Eingang das Positionssignal B zu erhalten und um als Ausgänge ein Paar Taktsignale CLK1 und CLK2 zu liefern, welche um 180° in der Phase gegeneinander verschoben sind. Das Taktimpulssignal CLK1 von der Schmittschaltung 7 wird an die Signalverarbeitungsschaltung 1 angelegt, um die Anzahl, in einem Zähler gespeicherten Schritte zu dekrementieren, und das Taktimpulssignal CLK2 wird der Schaltung 1 zugeführt, um dazu verwendet zu werden, den Schaltzeitpunkt von einem Geschwindigkeitssteuermodus auf einen Positionssteuermodus zu bestimmen. Der Servomotor 13 wird zuerst mit Hilfe des ersten Taktimpulssignals CLK1 in einem Geschwindigkeitssteuermodus gesteuert, und wenn eine vorbestimmte Position in der Nähe der Sollposition erreicht ist, wird die Steuerung mit Hilfe des zweiten Taktimpulssignals CLK2 auf einen Positionssteuermodus umgeschaltet, bei welchem die Geschwindigkeit des Servomotors 13 feiner gesteuert wird, wobei dann der Servomotor 13 genau und zuverlässig gesteuert werden kann.

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Die Arbeitsweise des in Fig. 4 dargestellten Servomotors-Steuersystems sollte ohne Erläuterung verständlich sein, wenn auf das in Fig. 5 dargestellte Zeitsteuerdiagramm Bezug genommen wird. In Fig. 5 sind mit Signalen (a) und (b) die Positionssignale A bzw. B bezeichnet, welche von dem Detektor 14 erhalten werden und in der Phase um 90° gegeneinander verschoben sind. Ebenfalls in Fig. 5 sind mit den Signalen (c) und (d) die Positions-Taktimpulssignale CLK1 bzw. CLK2 bezeichnet, welche in der Phase um 180° gegeneinander verschoben sind. Mit den Zahlen (e) sind in Fig. die restlichen Zahlen der Bewegungsschritte bezeichnet, welche in der Signalverarbeitungsschaltung 1 gespeichert sind. Das Signal (f) in Fig. 5 ist das Betriebs- oder Modesignal, das einen Geschwindigkeitssteuermodus, wenn es hoch ist, und einen Positionssteuermodus bezeichnet, wenn es niedrig ist; dieses Signal (f) wird von der Signalverarbeitungsschaltung 1 an die Geschwindigkeits-ZPositions-Steuerschaltanordnung 11 angelegt; die Zahlen (g) in Fig. 5 bezeichnen die Geschwindigkeitskodes, die von der Signalverarbeitungsschaltung 1 an die einen Signalpegel erzeugende Schaltung 2 angelegt werden. Schließlich ist das in Fig. 5 dargestellte Signal (h) das Geschwindigkeitspegelsignal, das von der Schaltung 2 entsprechend dem Geschwindigkeit skode abgegeben wird, der an sie von der Schaltung ι aus angelegt worden ist.

Nunmehr wird kurz die Arbeitsweise des in Fig. 4 dargestellten Systems beschrieben. Solange der Servomotor 13 stillstehen bleibt, wird Information, welche die Ist-

■30 Position der servo zu steuernden Last 15 betrifft, in der Signalverarbeitungsschaltung 1 gespeichert. Wenn unter dieser Voraussetzung Information, welche die neue oder Sollposition betrifft, in welche die Last 15 mittels des Antriebs bewegt werden muß, beispielsweise von einem Hauptgerät, wie einem Rechner, an die Signalverarbeitungsschaltung 1 angelegt wird, verarbeitet die Schaltung 1 diese· Information, um eine Bewegungsstrecke zu berechnen, die

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-j von der Last 15 zurückzulegen ist, um die Sollposition von der Istposition aus zu erreichen, und sie liefert einen Geschwindigkeitskode entsprechend einer derartigen berechneten Strecke an die Schaltung 2. Gleichzeitig bec wirkt die Schaltung 1, daß das Modesignal hoch wird, um dadurch die Schaltung 11 zu setzen, um sie in dem Geschwindigkeitssteuermodus zu betrieben. Wenn die Last 15 die Sollposition erreicht und die Strecke zu der Sollposition abnimmt, liefert die Schaltung 1 verschiedene Ge-

-iQ schwindigkeitskodes, die vorher vorbestimmt worden sind. Oder genauer gesagt, wenn der Servomotor 13 angetrieben wird und sich dreht, um die Last 15 näher zu der Sollposition zu bringen, wird das Positionssignal B erzeugt, durch welches wiederum das Positions-Taktimpulssignal CLK1

-ic erzeugt wird. Entsprechend diesem Taktimpulssignal CLK1 wird die zurückgelegte Strecke von der in der Schaltung gespeicherten Bewegungsstrecke subtrahiert, um die dann verbleibende Bewegungsstrecke zu der Sollposition zu bestimmen. Folglich liefert die Schaltung 1 Geschwindigkeitskodes, welche niedrigere Geschwindigkeiten anzeigen, wenn die verbleibende Bewegungsstrecke abnimmt. Wenn dann der Restwert einen vorbestimmten Punkt erreicht hat, welcher viel näher bei der Sollposition liegt, ändert die Schaltung 1 den Zustand des Modesignals, um dadurch zu bewirken, daß die Schaltanordnung 11 in dem Positionssteuermodus betrieben wird, so daß der Servomotor 13 zum Halten gebracht wird, nachdem er in einer vorbestimmten Weise angetrieben worden ist und sich gedreht hat.

3Q Nunmehr wird der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Servomotor-Steuersystems anhand der Fig. 6 beschrieben, in welcher auf der Ordinate die Verzögerungsgeschwindigkeit W des Servomotors 13 und auf der Abszisse die Strecke X aufgetragen ist, die von der servogesteuerten Last 15 zurückzulegen ist. In diesem speziellen, in Fig. 6 dargestellten Beispiel sind drei Verzögerungskennlinien Wa bis Wc dargestellt, welche jeweils eine unterschiedliche Steigung

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und eine (andere) Grenzosition haben. Das heißt, die Kurve Wa hat die größte Neigung, und für diese Kurve ist keine spezielle Grenzposition angezeigt. Die Kurven Wb und Wc haben in dieser Reihenfolge weniger steile Neigungen, und sie haben Grenzpositionen Xa bzw. Xb. Somit hat die Kurve Wa die höchste Verzögerung von allen drei Kurven, während die Kurve Wc die geringste Verzögerung hat. Welche von den drei Kurven bei der Verzögerung zu verwenden ist, wird dadurch festgelegt, wie weit die Sollposition von der anfängliehen Istposition angeordnet ist. Mit anderen Worten, wenn die Anfangsstrecke zu der Sollposition größer als die erste Grenzposition Xa ist, dann wird die Verzögerung des Servomotors 13 entsprechend der Kurve Wa durchgeführt. Hierbei ist die kontinuierliche Kurve Wa durch eine stufenförmige Funktion ca angenähert, so daß der Servomotor 13 mit einem vorbestimmten Geschwindigkeitswert angetrieben und gedreht wird, welcher der augenblicklichen Strecke χ in die Sollposition bei X=O entspricht. Für den Fall, daß die anfängliche Strecke zu der Sollposition zwischen die Grenzposition Xa und Xb fällt, wird die Verzögerung entsprechend der Kurve Wb durchgeführt; dagegen wird die Kurve Wc verwendet, wenn die anfängliche Position nahe bei der Sollposition ist, und folglich der Abstand zu der Sollposition kleiner ist als die Grenzposition Xb. Was durch die Kurve der Fig. 6 angezeigt wird, ist, das je weiter die Anfangsposition von der Sollposition entfernt ist, umso steiler ist die Kennlinie, die zum Verzögern des Servomotors zu verwenden ist. Bei einem solchen Aufbau wird keine Instabilität erzeugt, selbst wenn die Bewegungsstrecke zu der Sollsposition verhältnismäßig klein ist, da die weniger steile Verzögerungskennlinie für eine Bewegung über eine kurze Strecke verwendet werden kann.

In Fig. 7a ist dargestellt, wie eine gewünschte Verzögerungskennlinie ausgewählt wird, wenn die Signalverarbeitung sschaltung 1 des Servomotor-Steuersystems der Fig. 4 so ausgelegt ist, daß sie, wie in Fig. 6 dargestellt

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ist, arbeitet. Das heißt, wenn Sollpositionsdaten X1 an die Signalverarbeitungsschaltung 1 von einer Hauptmaschine (beispielsweise einem Rechner) angelegt werden, vergleicht die Schaltung 1 die Sollposition X1 mit der augenblicklichen Istposition XO und führt eine Berechnung durch, um einenAbstand X zwischen diesen zwei Positionen zu erhalten, wobei X=X1 - XO ist. In der Signalverarbeitungsschaltung 1 wird dann der auf diese Weise erhaltene Abstand X nacheinander mit den Grenzpositionen Xa und Xb verglichen. Wenn festgestellt wird, daß X größer als Xa ist, dann erfolgt, wie in Fig. 7b dargestellt ist, Zugriff zu einer Tabelle a, die in der Schaltung 1 gespeichert ist, so daß der Servomotor 13 entsprechend der Kurve Wa verzögert wird, da die Tabelle a eine Information erhält um die Geschwindigkeitspegel der Kurve Wa zu quantisieren. Wenn dagegen die berechnete Strecke X ein mittlerer Wert ist und kleiner als Xa, aber größer als Xb ist, dann erfolgt ein Zugriff zu einer Tabelle b, welche die quantisierten Geschwindigkeitswerte der Kurve Wb enthält, während, wenn die Strecke χ kleiner als xb ist, Zugriff zu einer Tabelle c erfolgt, welche der Kurve Wc zugeordnet ist. Auf diese Weise werden gemäß der Erfindung verschiedene Verzögerungskennlinien selektiv in Abhängigkeit davon ausgewählt, wie weit die Anfangsposition von der SoIlposition entfernt ist bzw. von dieser getrennt ist. so daß die Geschwindigkeit bzw. die Drehzahl des Servomotors 13 jederzeit optimal gesteuert werden kann.

In Fig. 8 ist ein Beispiel eines ins einzelne gehenden Aufbaus der Signalverarbeitungsschaltung 1 dargestellt, welche so ausgeführt ist, um die vorstehend beschriebene Funktion auszuführen. Die Signalverarbeitungsschaltung oder -einheit 1 des in Fig. 4 dargestellten Systems weist ein Sollpositionsregister 41 zum Aufnehmen und vorübergehenden Speichern der angelegten Sollpositionsdaten und ein mit dem Sollpositionsregister 41 verbundenes Istpositionsregister 4 0 zum Speichern der Istpositionsdaten auf.

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Um Positionsdaten von den beiden Registern 40 und 41 aufzunehmen, ist ein Positionsdifferenzregister 42 vorgesehen, das eine Positionsdifferenz zwischen den in den Registern 40 und 41 gespeicherten Daten berechnet und den auf diese Weise berechneten Positionsunterschied speichert. Das Vorzeichen des berechneten Positionsunterschieds wird in Form von Richtungsdaten abgegeben, welche die Antriebsdrehrichtung des Servomotors 13 anzeigen. Ferner ist bei dem Aufbau in Fig. 8 ein Grenzpositionsspeicher 43 vorgesehen, welcher Information enthält, welche eine führende Adresse mit Grenzpositionsdaten in Beziehung bringt, wie in Fig. 9a dargestellt ist. Ein Vergleicher 44 erhält Daten von dem Grenzpositionsspeicher 43 und von dem Positionsdifferenzregister 42, und sein Ausgang ist mit einem Adressenspeicher 45 verbunden, welcher Information in Form der Daten einer führenden oder vorderen Adresse enthält.

Folglich werden die Positionsdifferenzdaten in dem Register 4 2 an den Vergleicher 44 angelegt, um mit den Grenzpositionsdaten in dem Speicher 43 verglichen zu werden, und es wird eine entsprechende führende oder Leitadresse ausgewählt, wie vorher ausgeführt ist, und die auf diese Weise ausgewählte Leitadresse, die in dem vorliegenden Beispiel +0,+1 oder +2 ist, wird an den Leitadressenspeicher 45 angelegt, wo die Leitadressendaten der entsprechenden Tabelle aufgenommen und einem Leitadressenregister 46 zugeführt werden. Der Ausgang des Registers 46 ist mit einem Eingang eines Addierregisters 47 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Positionsidfferenzregister 4 2 verbunden ist. Der Ausgang des Addierregisters 47 ist mit einem Adressenregister 49 verbunden, welches auch ein erstes Taktimpulssignal CLK1 erhält. Ferner ist ein Geschwindigkeitsinformationsspeicher 50 vorgesehen, welcher Tabellen a, b und c von Verzögerungskennlinien erhält, wie in Fig.

9c dargestellt ist, wobei jede Tabelle eine Adresseninformation mit Geschwindigkeitskodes in Beziehung bringt. Folglich liefert entsprechend Adressendaten, die von dem

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λ Adressenregister 49 zugeführt worden sind, der Speicher 50 einen entsprechenden Geschwindigkeitskode über eine E/A-Einheit 51. In dem Aufbau der Fig. 8 ist auch ein Vergleicher 48 vorgesehen, welcher Eingangsdaten von dem

c Leitadressenregister 46 und demAdressenregister 49 und das zweite Taktmpulssignal CLK2 erhält und an seinem Ausgang das Modesignal abgibt.

Während des Betriebs vergleicht der Vergleicher 44 die Positionsdifferenzdaten in dem Register 42 mit den Grenzpositionsdaten in dem Grenzpositionsspeicher 43 und legt eine entsprechende Leitadresse, nämlich entweder +0, +1 oder +2 fest. Wenn die Positionsdifferenzdaten beispielsweise 00010000 sind ( was im Dezimalsystem 17 entspricht) wird, da sie größer als die Daten 00010001 (oder im Dezimalsystem 16) der ersten Grenzposition in Fig. 9a sind, die Leitadresse+0 dem Leitadressenspeicher 45 zugeführt. Wenn dagegen die Positionsdifferenzdaten kleiner alsOOO10000 sind, vergleicht sie der Vergleicher 44 mit den nächstkleineren Grenzpositionsdaten 00001010 . Wenn festgestellt worden ist, daß die Positionsdifferenzdaten größer als 00001010 ( =Xb) sind, dann wird die Leitadresse +1 gewählt und an den Leitadressenspeicher 45 angelegt. Auf diese Weise wird eine verschiedene Leitadresse entsprechend der Größe der Positionsdifferenzdaten in dem Register in angemessener Weise ausgewählt. Entsprechend der von dem Vergleicher 44 zugeführten Leitadresse gibt dann der Leitadressenspeicher 45 die entsprechenden Leitadressendaten an das Register 46 ab. Dieses liefert dann die ersten Adressendaten einer ausgewählten Geschwindigkeitskodetabelle.

Das Addierregister 4 7 erhält die Positionsdifferenzdaten von dem Register 42 und die Leitadressendaten von dem Leitadressenregister 46 und summiert sie; die addierten Daten werden dann als Ausgangsdaten dem Adressenregister 49 zugeführt. Folglich dekremetiert das Adressenregister

seine Daten (-1) synchron mitdem ersten Positionstaktimpulssignal CLK1, das von der Schmittschaltung 7 (siehe Fig. 4) zugeführt worden ist oder in Verbindung mit der Drehbewegung des Servomotors 13. Wenn die Daten des Adressenregisters 49 drekremtiert werden, erfolgt Zugriff zu dem entsprechenden Geschwindigkeitskode in dem Geschwindigkeitsinformationsspeicher 50. Dieser Kode wird dann als ein Ausgang über die E/A-Einheit 51 angelegt. Wenn das zweite Taktimpuls signal CLK2 unter der Voraussetzung, daß die Daten des Adressenregisters 49 bis zu dem Punkt dekremtiert worden sind, wo eine Datenindentität zwischen dem Leitwertregister 46 und dem Adressenregister 49 durch den Vergleicher 48 festgestellt wird an den Vergleicher 48 angelegt wird, wird das Modesignal beendet oder auf niedrig geschaltet, so daß der Geschwindigkeitsbetriebsmode aufhört.

In Fig. 10 ist im einzelnen der Aufbau einer Ausführungsform der einen Geschwindigkeitwert erzeugenden Schaltung 2 .des Servo-Steuersystems der Fig. 4 dargestellt. In Fig. 10 sind drei Analogschalter SWa bis SWc vorgesehen, welche so geschaltet sind, daß sie entsprechend Signalen betätigt werden, die von der Signalverarbeitungsschaltung 1 zugeführt worden sind. Jeder der Schalter SWa bis SWc ist mit einem Eingang eines Operationsverstärkers OP verbunden, dessen anderer Eingang geerdet ist, und dessen Ausgang über einen Widerstand R2 mit einem Digital-Analog-Umsetzer DAC verbunden ist. Die anderen Pole der Schalter SWa bis SWc sind von der Schaltung 5 aus (Fig. 4) über entsprechende Widerstände Ra, Rb und Rc geschaltet, deren Werte so eingestellt bzw. gewählt sind, daß der Widerstand Ra der größte und der Widerstand Rc der kleinste ist. Ein Rückkopplungswiderstand R1 ist zwischen Ausgang und Eingang des Operationsverstärkers OP geschaltet. Der Ausgangdes Umsetzers DAC ist mit einem Verstärker 3 (Fig. 4) verbunden.

Wie in Fig. 11 dargestellt, legt die Signalverarbeitungsschaltung 1 der Fig. 4 die Größe einer Strecke in die

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Sollposition fest und legt in Abhängigkeit von der Größe der Strecke fest, welcher Schalter anzuschalten ist. Die den Geschwindigkeitspegel erzeugende Schaltung der Fig. legt einen Geschwindigkeitspegel als ihren Ausgangswert, der von einer von der Schaltung 5 zugeführten Bezugsgeschwindigkeit Vf abgeleitet worden ist, auf folgende Weise fest.

SWa _m V_out = C ( .1/R₂ ) ( R₁/R_a) V_ref SWb μ V_out = c ( VR₂ ) (R₁/V ^Vref

SWc an V_out = C ( 1/R₂ ) ( VR_c)"V_ref

wobei C ein von der Schaltung 1 zugeführter Geschwindigkeit skode ist.

Wenn die Schaltung 2 den vorbeschriebenen Aufbau hat, kann die Signalverarbeitungsschaltung 1 so ausgeführt sein, daß sie erforderlichenfalls eine einzige Tabelle von Geschwindigkeitskodes aufweist.

In Fig. 12 ist ein weiteres Beispiel der in Fig. 4 wiedergegebenenSignalverarbeitungsschaltung 1 dargestellt. Der in Fig. 12 dargestellte Aufbau entspricht in vieler Hinsicht dem in Fig. 8. Jedoch unterscheidet sich der Aufbau der Fig. 12 von dem der Fig. 8 dadurch, daß er statt des Leitadressenspeichers 45 in Fig. 8 einen Verstärkungsspeicher 52 aufweist, welcher Verstärkungsdaten enthält, wie in Fig. 13 dargestellt ist. In diesem Fall speichert das Leitadressenregister 46' vorbestimmte Adressendaten, welche dem Addierregister entsprechend einem Signal von dem Vergleicher 44 zugeführt werden. Der Speicher 52 gibt ein entsprechendes Verstärkungssignal oder entsprechende Verstärkungsdaten ab. Das heißt, der Vergleicher 44 legt eine Leitadresse als einen Vergleichswert zwischen den Positionsdifferenzdaten in dem Register 42 und den Grenz-

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positionsdaten in dem Grenzpositionsspeicher 43 fest. Wenn beispielsweise die Positionsdifferenzdaten 00010001 sind (was im Dezimalsystem 17 entspricht) liefert, gibt, da dieser Wert größer als die Grenzpositionsdaten 00010000 für die Grenzposition Xa in Fig. 9a sind, der Vergleicher 44 die Leitadresse +0, da der Speicher 52 ein Verstärkungssignal 100 (was ein Einschalten des Schalters SWa anzeigt) an die in Fig. 10 dargestellte Anordnung .

Alternativ kann die in Fig. 12 dargestellte Anordnung so modifiziert werden, daß der Leitadressenspeicher 45 zwischen dem Vergleicher 44 und dem Leitadressenregister 46' vorgesehen ist. In diesem Fall werden die Leitadressendaten in dem Leitadressenregister 46 entsprechend dem Inhalt der Leitadresse, die von dem Vergleicher 44 wie in dem vorherigen Beispiel zugeführt worden ist, unterschiedlich eingestellt.

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Claims

BERG · STAP- --3CHWA.BE "SÄNDMAIR

PATENTANWALTS

MAUERKIRCHERSTRASSE 45 8000 MÜNCHEN 80

Anwaltsakte: 33 017

Ricoh Company, Ltd. Tokyo / Japan

System zum Steuern eines Servomotors

Patentansprüche

f 1·/¹System zum Steuern eines Servomotors, der angesteuert wird, um einen servo-gesteuerten Gegenstand von einer ersten in eine zweite Position zu bewegen, g e k e η nzeichnet durch

eine Einrichtung zum Aufnehmen einer Positionsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Position; eine Einrichtung zum Festlegen eines Verzögerungsmodes des Servomotors entsprechend der Größe der Positions-

10differenz, wenn der Gegenstand aus der ersten in die zweite Position bewegt wird, und

eine Einrichtung zum Verzögern des Servomotors entsprechend dem Verzögerungsmode, um dadurch den Gegenstand in der zweiten Position anordnen zu können.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Festlegen des Verzögerungsmode eine Speichereinrichtung zum Speichern einer Anzahl Geschwindigkeitsinformationstabellen und eine VII/XX/Ktz - 2 -

«(089) 9882 72-74 Telex: 0524 560 BERG d Bankkonten: Bayer Vereinsbank München 45310.0 (BLZ 700202 70)

Telegramme (cable): Telekopierei (089) 983049 Hypo-Bank München 4410122 850 (BLZ 70020011) Swift Code HYPO DE

BERGSTAPFPATENT München Kalte Inlotet 6000 Postscheck Munchpn 65343-808 (BL7 70010080)

Zugriffseinrichtung aufweist, um zu einer der Anzahl Tabellen entsprechend der Größe der Positionsdifferenz Zugriff zu haben.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Geschwindigkeitsinformationstabellen verschiedene Verzögerungskennlinien aufweisen, so daß, je größer die Positionsdifferenz ist, umso steiler die Verzögerungsneigung ist.
4. System nach Anspruch !,gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Feststellen der Position der Drehwelle des Servomotors, wobei die Verzögerungseinrichtung eine Verzögerung des Servomotors entsprechend einem

'^ Signal von der Positionsfeststelleinrichtung ausführt.
5. System nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine weitere Einrichtung zum Bestimmen des Vorzeichens der Positionsdifferenz zur Bestimmung der Dreh-

richtung des Servomotors.
6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorzeichenbestimmungseinrichtung eine Speichereinrichtung zum Speichern zumindest einer Geschwindigkeitsinformationstabelle, eine Zugriffseinrichtung, um zumindest Zugriff zu einer Geschwindigkeitsinformationstabelle zu haben,und eine Einrichtung aufweist, um die Verstärkung des Geschwindigkeitswerts, der von der Speichereinrichtung abgeleitet worden ist, entsprechend der Größe der Positionsdifferenz zu modifizieren,
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeic hn e t, daß die Modifiziereinrichtung eine Anzahl Analogschalter aufweist, welche selektiv entsprechend der Größe der Positionsdifferenz betätigt werden, um dadurch die Verstärkung auf einen geforderten Wert einzustellen.
8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der servo-gesteuerte Gegenstand ein Typenrad eines Typenraddruckers ist.
9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der servo-gesteuerte Gegenstand ein Wagen eines Typenraddruckers ist.