DE3333007C2 - System zum Steuern eines Servomotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Steuern eines Servomo­ tors nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiges System zum Steuern eines Servomotors ist aus der US-PS 4 021 650 bekannt. Gemäß diesem bekannten System wird ein Servomotor angesteuert, um einen Gegenstand von einer ersten in eine zweite Position zu bewe­ gen. Es ist eine Einrichtung zum Aufnehmen einer Positions­ differenz zwischen der ersten und der zweiten Position vor­ handen. Das bekannte System ist dafür ausgebildet, einen zu bewegenden Gegenstand beispielsweise mit einer optimalen Ge­ schwindigkeit zu einer gewünschten Position zu bewegen, wobei die optimale Geschwindigkeit vom Abstand zwischen der Aus­ gangsposition und einer gewünschten Endposition bzw. Sollpo­ sition abhängig ist.

Aus der DE-AS 26 48 509 ist eine Anordnung zur automatischen Zielabbremsung gleisgebundener Fahrzeuge bekannt, bei der ein Rechner nach einer vorgegebenen Sollwertfunktion (Bremsweg­ kurve) zielwegabhängige Geschwindigkeitssollwerte vorgibt, die von einer die Betriebs- bzw. Bremskraft des Fahrzeuges be­ einflussenden Geschwindigkeitsregeleinrichtung mit Propor­ tionalverstärkung zur Verzögerungsänderung ausgewertet werden. Das Wesentliche dieser bekannten Anordnung besteht darin, daß die Geschwindigkeitsregeleinrichtung eine kon­ tinuierlich variable Proportionalverstärkung aufweist, die sich in ihrem Verstärkungsgrad mit Näherung an einen Ziel­ punkt bzw. eine Zielgeschwindigkeit nach einer Geschwin­ digkeitsabhängigen Funktion bis auf ihren vollen Verstär­ kungsgrad erhöht und ein Zusatzbremsmoment bewirkt. Bei dieser bekannten Anordnung wird jedoch nicht von einer ru­ henden Ist-Position ausgegangen, sondern es wird von einer vorgegebenen bzw. vorhandenen Geschwindigkeit des Gegen­ standes ausgegangen und es wird eine vorgegebene Brems­ strecke zugrundegelegt, anhand weicher dann die Berech­ nung eines Verzögerungsverlaufes durchgeführt wird.

Aus der DE-AS 23 34 455 ist eine Schaltungsanordnung zum Abbremsen eines numerisch gesteuerten Antriebssystems be­ kannt, und zwar beim Einfahren in eine Zielposition. Dabei gelangt ein digitaler Weggeber, ein Geschwindigkeitsgeber und auch eine Recheneinrichtung zur fortlaufenden Ermitt­ lung einer geschwindigkeitsabhängigen Wegangabe aus Ge­ schwindigkeitssignalen zur Anwendung. Mit Hilfe einer Ver­ gleichseinrichtung wird eine errechnete Wegangabe mit dem Weg bis zur Zielposition verglichen und mit Hilfe einer nachgeschalteten Auswertelogik zur Steuerung eines Brems­ vorganges verwendet.

Ferner sind servo-gesteuerte Typenrad- bzw. Rollendruck­ werke bekannt und beispielsweise in den US-PS 3 954 163, 4 118 129 und 4 160 200 beschrieben. In den in diesen Druckschriften beschriebenen Typenrad- bzw. Rollendruck­ werken ist ein Servosystem zum Steuern eines Typenradmo­ tors 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 Speichern aufweist, damit eine gewünschte Type in der Druckposition angeordnet wird. Außerdem ist auch ein Servosystem zum Steuern des Wagen­ motors verwendet, durch welchen ein Wagen, der einen Auf­ schlaghammer und ein Farbband trägt, entlang eines Walzen­ zylinders hin- und herbewegt wird.

In solchen Servosystemen werden Servomotore so ange­ steuert, daß sie sich intermittierend drehen, um so den Wagen in die Druckposition und anschließend die ausgewähl­ ten Typenelemente in die Druckposition zu bringen und dort zu stoppen. Beim Stoppen eines Servomotors, nachdem er an­ gesteuert wird, um sich über einen gewünschten Drehwinkel zu drehen und dann so präzise und schnell wie möglich zu stop­ pen, wird der Geschwindigkeitswert eines Servomotors im allgemein 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 zwi­ schen einer Ist- und einer Sollposition bezeichnet, und eine solche Strecke entspricht beispielsweise der Strecke, um welche sich der Wagen eines Druckers aus der augen­ blicklichen Druckposition in die nächste Druckposition entlang des Walzenzylinders zu bewegen hat, oder sie ent­ spricht dem Drehwinkel des Typenrads, um das nächste aus­ gewählte Typenelement in die Druckposition zu bringen. Die vorstehend beschriebene Geschwindigkeits-Streckenkurve wird vorher in eine Anzahl Geschwindigkeitswerte oder -pe­ gel aufgeteilt, wie in Fig. 3 dargestellt ist, und bei An­ nähern an die Sollposition wird die Geschwindigkeit schrittweise verringert.

Hierbei sollte jedoch beachtet werden, daß die Verzöge­ rungskennlinie 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 nachtei­ lig erwiesen, daß, wenn eine sehr schnelle Verzögerung ge­ wünscht wird, bei kleinen Streckenabschnitten eine Insta­ bilität erzeugt wird, und zwar 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. Eine derartige Instabilität hängt von der Masse und der Elastizität einer Last, wie beispielsweise eines Typenrads und eines Wagens ab. 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 Drehwin­ kel dreht. Wenn andererseits ein äußerst stabiles Servosy­ stem gewünscht wird, muß notwendigerweise die Steigung der Verzögerungskurve weniger steil sein, wodurch dann die Ar­ beitsgeschwindigkeit des Servosystems unannehmbar niedri­ ger wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein System zur Steuerung eines Servomotors der angegebenen Gattung zu schaffen, dessen Arbeitsweise bezüglich den Be­ lastungsbedingungen optimiert ist und bei welchem lastbe­ dingte Resonanzschwingungen wirksam vermieden werden kön­ nen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein bestimmter Verzögerungsmode er­ mittelt, der abhängig ist von der Größe der Positionsdif­ ferenz zwischen Ausgangsposition und zu erreichender Soll­ position. Auf der Grundlage des ermittelten Verzögerungs­ modes wird aus einer Speichereinrichtung eine dem festge­ legten Verzögerungsmode entsprechende Verzögerungskennli­ nie ausgesucht, mit welcher dann die Verzögerung des ge­ steuerten Gegenstandes kurz vor Erreichen der Sollposition durchgeführt wird.

Dabei hängt die Steigung der Verzögerungskennlinie von der Größe der Positionsdifferenz ab, so daß also die Verzögerungsneigung umso steiler ist, je größer die Positionsdifferenz ist.

Die Auswahl dieses spezifischen Verhältnisses basiert auf der Tatsache, daß beispielsweise ein Typenrad sehr viel leichter zu einer Resonanzschwingung neigt, wenn es nur um kurze Bewegungsstrecken bewegt wird bzw. nur um kleine Drehwinkel gedreht wird, während die Neigung zu einer Re­ sonanzschwingung sehr viel geringer ist, wenn der Drehwin­ kel groß ist.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Typenrad­ druckers, bei welchem die Erfindung in vorteil­ hafter Weise angewendet werden kann;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Typenrads, das in dem Drucker der Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 3 eine Darstellung einer Geschwindigkeit-Verzögerungskennlinie, welche üblicherweise in herkömmlichen Servomotor-Steuersystemen ver­ wendet wird;

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

Fig. 5 ein Zeitdiagramm, welches zur Erläuterung der Arbeitsweise des Systems nach Fig. 4 dient;

Fig. 6 eine Kurvendarstellung, in welcher eine Anzahl verschiedener Geschwindigkeits-Verzögerungs­ kennlinien dargestellt sind, welche zum Erläutern des Grundgedankens der Erfindung dienen;

Fig. 7a und 7b schematische Darstellungen zum Verständ­ nis des Gesamtaufbaus einer Ausführungs­ form mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 8 ein Blockdiagramm des Servomotor-Steuer­ systems gemäß einer Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 9a bis 9c Tabellen mit Speicheradressen, welche zur Erläuterung des Auf­ baus der Fig. 8 dienen;

Fig. 10 eine schematische Darstellung des Servo­ motor-Steuersystems gemäß eine weiteren Ausführungsform mit Merkmalen der Erfindung;

Fig. 11 ein Flußdiagramm, anhand welchem die Ar­ beitsweise 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 dem Verständnis der Arbeitsweise des Aufbaus der Fig. 12 dient.

In Fig. 1 ist ein Typenraddrucker 20 dargestellt, bei welchem das System mit Merkmalen nach der Erfindung in vorteilhaf­ ter 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, und sie verlaufen parallel zu der Walze 22. Ein Wagen 25 ist parallel zu der Walze 22 in der durch den Pfeil 26 an­ gegebenen Richtung hin- und herbewegbar und 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 Kraftübertra­ gung, wie z. B. ein Getriebe, angetrieben wird um sich in oder entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen und dadurch eine ge­ wünschte 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 ein Drucksignal angelegt wird, wird folglich das Betätigungsteil 28b erregt, um den Aufschlag­ hammer 28a so vorzuschieben, daß ein Schlag auf eine ge­ wünschte Type des Typenrads 27 ausgeübt wird, welche nunmehr in der Druckposition angeordnet ist. Ferner sind eine Farb­ band-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 Umlenk­ rollen 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 Rillen­ scheibe 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 Typenradmotor 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 Druck­ qualität zu erhalten, muß andererseits die Verzögerung sehr sorgfältig durchgeführt werden.

Eine typische Verzögerungskennlinie ist in Fig. 3 darge­ stellt, welche eingangs bereits angeführt worden ist. Wie ebenfalls bereits kurz ausgeführt, kann jedoch eine her­ kömmliche, gleichförmige Verzögerungskennlinie in manchen Bereichen, in welchen die Ist- und Sollpositionen ziemlich nahe beieinander liegen, eine gewisse Instabilität hervor­ rufen.

Fig. 2 zeigt ein Typenrad 27, welches eine Nabe 27a mit einer Bohrung zum Haltern auf einer An­ triebswelle, eine Anzahl 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 ge­ schlagen, wodurch dann das Typenelement 27c in Richtung auf die Walze 22 bewegt wird, so daß die 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 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 Typenradmotor 27 oder 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, das eine In­ formation, wie beispielsweise eine Sollposition aufweist, in welcher ein servogesteuerter Gegenstand zu positionieren ist, wobei die Verarbeitungsschaltung das Gesamtsystem steuert. Nach dem Verarbeiten des empfangenen Sollpositions­ signals gibt die Signalverarbeitungsschaltung 1 einen Ge­ schwindigkeitskode an eine einen Geschwindigkeitspegel er­ zeugende Schaltung 2 ab, deren Ausgang in Form eines Ge­ schwindigkeitspegelsignal an einen Differenzverstärker 3 angelegt wird. Die Schaltung 2 ist so ausgelegt, daß sie auch ein Bezugsgeschwindigkeitssignal von einer ein Bezugs­ signal erzeugenden Schaltung 5 erhält, wobei die Schaltung 5 so geschalte ist, daß sie Positionssignale A und B er­ hält, die mittels eines Detektors 14 festgestellt worden sind, um die Drehstellung eines zu steuernden Servomotors 14 festzustellen, welcher der Typenradmotor 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 fest an der Servomotor-Welle angebracht ist, und aus einem photoelektrischen Element bestehen, wie in einer der ein­ gangs 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 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 einen Vorzeichendeterminator 4 auf, welcher ein Geschwindigkeitsdifferenzsignal von dem Differenzverstärker 3 und von der Signalverarbeitungs­ schaltung 1 ein Richtungssignal erhält, welches die Dreh­ richtung des Servomotors 13 anzeigt. Das Richtungssignal hat zwei mögliche Zustände. Wenn es den einen Zustand hat, wird das Geschwindigkeitsdifferenzsignal von dem Differenzver­ stärker 3 durch den Vorzeichendeterminator 4 in­ vertiert, während im Fall des anderen Zu­ stands des Richtungssignals annimmt, das Geschwindigkeitsdifferenzsignal ohne Änderung durch den Vorzeichendeterminator 4 hindurch­ geht. Der Ausgang des Vorzeichendeterminators 4 ist mit einem Eingang einer Geschwindigkeits-/Positions-Steuer­ schaltanordnung 11 verbunden, welche auch ein Mode- oder Betriebsartsignal von der Signalverarbeitungsschaltung 1 und ein Signal von einer Stoppositions-Steuerschaltung 8 er­ hält, welche wiederum so geschaltet ist, daß sie das Positions­ signal A empfängt. Entsprechend dem Zustand des von der Signalverarbeitungsschaltung 1 zugeführten Betriebssignals schaltet die Schaltanordnung 11 die entsprechenden Betriebs­ zustände, nämlich einen Geschwindigkeitssteuermode und einen Positionssteuermode. Ein Ausgang von der Schaltung 11 wird über einen Treiberverstärker 12 an den Servomotor 13 ange­ legt.

Das Servomotor-Steuersystem der Fig. 4 weist ferner eine Schmittschaltung 7 auf, welche so geschaltet ist, daß sie als Eingang das Positionssignal B erhält und als Aus­ gänge ein Paar Taktsignale CLK1 und CLK2 liefert, welche um 180° in der Phase gegeneinander verschoben sind. Das Takt­ impulssignal CLK1 von der Schmittschaltung 7 wird an die Signalverarbeitungsschaltung 1 angelegt, um die Anzahl der in einem, Zähler gespeicherten Schritte zu dekrementieren, und das Taktimpulssignal CLK2 wird der Schaltung 1 zugeführt, um den Schaltzeitpunkt von einem Geschwindigkeitssteuermode auf einen Positionssteuermode zu bestimmen. Der Servomotor 13 wird zuerst mit Hilfe des ersten Taktimpulssignals CLK1 in einem Geschwindigkeits­ steuermode gesteuert, und wenn eine vorbestimmte Position in der Nähe der Sollposition erreicht ist, wird die Steuerung mit Hilfe des zweiten Taktimpulssignals CLK2 auf einen Po­ sitionssteuermode umgeschaltet, bei welchem die Geschwin­ digkeit des Servomotors 13 feiner gesteuert wird.

Die Arbeitsweise des in Fig. 4 dargestellten Servomotor- Steuersystems sollte ohne Erläuterung verständlich sein, wenn auf das in Fig. 5 dargestellte Zeitsteuerdiagramm Be­ zug 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° gegen­ einander 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° gegen­ einander verschoben sind. Mit (e) sind in Fig. 5 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 Geschwindigkeitssteuermode, wenn es hoch ist, und einen Positionssteuermode bezeichnet, wenn es niedrig ist; dieses Signal (f) wird von der Signalver­ arbeitungsschaltung 1 an die Geschwindigkeits-/Positions- Steuerschaltanordnung 11 angelegt; die Zahlen (g) in Fig. 5 bezeichnen die Geschwindigkeitskodes, die von der Sig­ nalverarbeitungschaltung 1 an die einen Geschwindigkeitspegel er­ zeugende Schaltung 2 angelegt werden. Schließlich ist das in Fig. 5 dargestellte Signal (h) das Geschwindigkeitspegel­ signal, das von der Schaltung 2 entsprechend dem Geschwin­ digkeitskode abgegeben wird, der an sie von der Schaltung 1 aus angelegt worden ist.

Nunmehr wird kurz die Arbeitsweise des in Fig. 4 darge­ stellten Systems beschrieben. Solange der Servomotor 13 stillsteht, wird Information, welche die Ist- Position der zu steuernden Last 15 betrifft, in der Signalverarbeitungsschaltung 1 gespeichert. Wenn unter dieser Voraussetzung Information, welche die neue Sollposition betrifft, in die die Last 15 mittels des Antriebs bewegt werden muß, beispielsweise von einem Haupt­ gerät, wie einem Rechner, an die Signalverarbeitungsschal­ tung 1 angelegt wird, verarbeitet die Schaltung 1 diese Information, um eine Bewegungsstrecke zu berechnen, die von der Last 15 zurückzulegen ist, um die Sollposition von der Istposition aus zu erreichen, und sie liefert einen Geschwindigkeitskode entsprechend einer derartig berechneten Strecke an die Schaltung 2. Gleichzeitig be­ wirkt die Schaltung 1, daß das Modesignal hoch wird, um dadurch die Schaltung 11 in den Ge­ schwindigkeitssteuermode zu setzen. Wenn die Last 15 die Sollposition erreicht und die Strecke zu der Soll­ position abnimmt, liefert die Schaltung 1 verschiedene Ge­ 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 Soll­ position zu bringen, wird das Positionssignal B erzeugt, durch welches wiederum das Positions-Taktimpulssignal CLK1 erzeugt wird. Entsprechend diesem Taktimpulssignal CLK1 wird die zurückgelegte Strecke von der in der Schaltung 1 gespeicherten Bewegungsstrecke subtrahiert, um die dann verbleibende Bewegungsstrecke zu der Sollposition zu be­ stimmen. Folglich liefert die Schaltung 1 Geschwindigkeits­ kodes, welche niedrigere Geschwindigkeiten anzeigen, wenn die verbleibende Bewegungsstrecke abnimmt. Wenn dann der Restwert einen vorbestimmten Punkt erreicht hat, welcher sehr nahe bei der Sollposition liegt, ändert die Schaltung 1 den Zustand des Modesignals, um dadurch die Schaltanordnung 11 in den Positionssteuermode zu setzen, so daß der Servomotor 13 zum Halten gebracht wird, nachdem er in einer vorbestimmten Weise angetrieben worden ist und sich gedreht hat.

Nunmehr wird der Grundgedanke des Servo­ motor-Steuersystems anhand der Fig. 6 beschrieben, in welcher auf der Ordinate die Verzögerungsgeschwindigkeit W des Servomotors 13 und auf der Abszisse die Strecke X auf­ getragen ist, die von der servogesteuerten Last 15 zurückzu­ legen ist. In diesem speziellen,. in Fig. 6 dargestellten Beispiel sind drei Verzögerungskennlinien Wa bis Wc dar­ gestellt, welche jeweils eine unterschiedliche Steigung und eine (andere) Grenzposition 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 da­ durch festgelegt, wie weit die Sollposition von der anfäng­ lichen Istposition entfernt 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. Hier­ bei 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 x bis zu Soll­ position bei X = 0 entspricht. Für den Fall, daß die ursprüngliche Strecke zu der Sollposition zwischen die Grenz­ position Xa und Xb fällt, wird die Verzögerung entsprechend der Kurve Wb durchgeführt; dagegen wird die Kurve Wc ver­ wendet, wenn die anfängliche Position nahe bei der Soll­ position ist, und folglich der Abstand zu der Sollposition kleiner ist als die Grenzposition Xb. Was durch die Kurve der Fig. 6 angezeigt wird, ist, daß je weiter die Anfangs­ position von der Sollposition entfernt ist, umso steiler die Kennlinie ist, die zum Verzögern des Servomotors zu verwenden ist. Bei einem solchen Aufbau wird keine In­ stabilität erzeugt, selbst wenn die Bewegungsstrecke zu der Sollposition 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 Ver­ zögerungskennlinie ausgewählt wird, wenn die Signalver­ arbeitungsschaltung 1 des Servomotor-Steuersystems der Fig. 4 so ausgelegt ist, daß sie so arbeitet, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Das heißt, wenn Sollpositionsdaten X1 an die Signalverarbeitungsschaltung 1 von einem Rechner angelegt werden, vergleicht die Schaltung 1 die Sollposition X1 mit der augenblicklichen Istposition X0 und berechnet den Abstand X = X1-X0 zwischen diesen zwei Positionen. In der Signalverarbei­ tungsschaltung 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 in Einzelschritten zu quatisieren. Wenn dagegen die berechnete Strecke X ein Wert im mittleren Bereich und kleiner als Xa, aber größer als Xb ist, dann er­ folgt ein Zugriff zu einer Tabelle b, welche die diskreti­ sierten Geschwindigkeitswerte der Kurve Wb enthält, wäh­ rend, wenn die Strecke X kleiner als Xb ist, Zugriff zu einer Tabelle c erfolgt, welche der Kurve Wc zugeordnet ist. Auf diese Weise werden verschie­ dene Verzögerungskennlinien selektiv in Abhängigkeit da­ von ausgewählt, wie weit die Anfangsposition von der Soll­ position entfernt ist, so daß die Drehzahl des Servomotors 13 jederzeit optimal gesteuert werden kann.

In Fig. 8 ist im Detail ein Beispiel einer Signalverarbeitungsschaltung 1 dargestellt. Die Signalverarbeitungsschaltung 1 des in Fig. 4 dargestellten Systems weist ein Sollpositionsregister 41 zum Aufnehmen und vorüber­ gehenden Speichern der angelegten Sollpositionsdaten und ein mit dem Sollpositionsregister 41 verbundenes Ist­ positionsregister 40 zum Speichern der Istpositionsdaten auf.

Um Positionsdaten von den beiden Registern 40 und 41 auf­ zunehmen, 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 Vor­ zeichen 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 den Bezug zwischen jeweiligen Leitadresse und Grenzpositionsdaten setzt, wie in Fig. 9a dar­ gestellt ist. Ein Vergleicher 44 erhält Daten von dem Grenz­ positionsspeicher 43 und von dem Positionsdifferenzregister 42, und sein Ausgang ist mit einem Leitadressenspeicher 45 verbunden, welcher Information in Form der Daten der augenblicklichen oder einer vorherigen Leitadresse enthält.

Folglich werden die Positionsdifferenzdaten in dem Positions-Differenzre­ gister 42 an den Vergleicher 44 gelegt, um mit den Grenz­ positionsdaten in dem Grenz-Positionsspeicher 43 verglichen zu werden, und es wird eine entsprechende Leitadresse ausgewählt, wie vorher ausgeführt ist, und die auf diese Weise ausgewählte Leitadresse, die in dem vorliegenden Bei­ spiel +0, +1 oder +2 ist, wird an den Leitadressenspeicher 45 angelegt, wo die Leitadressendaten der entsprechenden Tabelle aufgenommen und einem Leitadressenregister 46 zu­ geführt werden. Der Ausgang des Leitadressenregisters 46 ist mit einem Eingang eines Addierregisters 47 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Positionsdifferenzregister 42 verbunden ist. Der Ausgang des Addierregisters 47 ist mit einem Adressenregister 49 verbunden, welches auch ein erstes Taktimpulssignal CLK1 erhält. Ferner ist ein Geschwindig­ keitsinformationsspeicher 50 vorgesehen, welcher Tabellen a, b und c von Verzögerungskennlinien erhält, wie in Fig. 9c dargestellt ist, wobei jede Tabelle eine Adressenin­ formation mit Geschwindigkeitskodes in Beziehung bringt. Folglich liefert entsprechen den Adressendaten, die von dem Adressenregister 49 zugeführt worden sind, der Geschwindigkeits-Informationsspeicher 50 einen entsprechenden Geschwindigkeitskode über eine E/A-Einheit 51. In dem Aufbau der Fig. 8 ist auch ein Ver­ gleicher 48 vorgesehen, weicher Eingangsdaten von dem Leitadressenregister 46 und dem Adressenregister 49 und das zweite Taktimpulssignal CLK2 erhält und an seinem Aus­ gang das Modesignal abgibt.

Während des Betriebs vergleicht der Vergleicher 44 die Positionsdifferenzdaten in dem Positions-Differenzregister 42 mit den Grenz­ positionsdaten in dem Grenzpositionsspeicher 43 und legt eine entsprechende Leitadresse, nämlich entweder +0, +1 oder +2 fest. Wenn die Positionsdifferenzdaten beispiels­ weise 00010001 sind ( was im Dezimalsystem 17 entspricht), wird, da sie größer als die Daten 00010000 (oder im Dezimal­ system 16) der ersten Grenzposition in Fig. 9a sind, die Leitadresse +0 dem Leitadressenspeicher 45 zugeführt. Wenn dagegen die Positionsdifferenzdaten kleiner als 00010000 sind, vergleicht sie der Vergleicher 44 mit den nächst­ kleineren Grenzpositionsdaten 00001010. Wenn festgestellt worden ist, daß die Positionsdifferenzdaten größer als 00001010 ( =Xb) sind, dann wird die Leitadresse +1 ge­ wählt und an den Leitadressenspeicher 45 gelegt. Auf diese Weise wird eine unterschiedliche Leitadresse entsprechend der Größe der Positionsdifferenzdaten in dem Positions-Differenzregister 42 in angemessener Weise ausgewählt. Entsprechend der von dem Vergleicher 44 zugeführten Leitadresse gibt dann der Leitadressenspeicher 45 die entsprechenden Leitadressen­ daten an das Leitadressenregister 46 ab. Dieses liefert dann die ersten Adressendaten einer ausgewählten Geschwindigkeitskode­ tabelle.

Das Addierregister 47 erhält die Positionsdifferenzdaten von dem Positions-Differenzregister 42 und die Leitadressendaten von dem Leitadressenregister 46 und summiert sie; die addierten Daten werden dann als Ausgangsdaten dem Adressenregister 49 zugeführt. Folglich dekrementiert das Adressenregister 49 seine Daten (-1) synchron mit dem ersten Takt­ impulssignal CLK1, das von der Schmittschaltung 7 (siehe Fig. 4) in Verbindung mit der Drehbewegung des Servomotor 13 zugeführt worden ist. Wenn die Daten des Adressen­ registers 49 drekrementiert werden, erfolgt Zugriff zu dem entsprechenden Geschwindigkeitskode in dem Geschwindigkeits­ informationsspeicher 50. Dieser Kode wird dann als ein Aus­ gang über die E/A-Einheit 51 angelegt. Wenn das zweite Takt­ impulssignal CLK2 unter der Voraussetzung, daß die Daten des Adressenregisters 49 bis zu dem Punkt dekrementiert worden sind, wo eine Datenidentität zwischen dem Leitadressenregister 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 Geschwindigkeitsmode aufhört.

In Fig. 10 ist im einzelnen der Aufbau einer Ausführungsform der einen Geschwindigkeitspegel erzeugenden Schaltung 2 des Servo-Steuersystems der Fig. 4 dargestellt. In Fig. 10 sind drei Analogschalter SWa bis SWc vorgesehen, welche so ge­ schaltet sind, daß sie entsprechend den Signalen betätigt wer­ den, 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 Wider­ stand Rc der kleinste ist. Ein Rückkopplungswiderstand R1 ist zwischen Ausgang und Eingang des Operationsverstärkers OP geschaltet. Der Ausgang des Umsetzers DAC ist mit einem Verstärker 3 (Fig. 4) verbunden.

Wie in Fig. 11 dargestellt, legt die Signalverarbeitungs­ schaltung 1 der Fig. 4 die Größe der Strecke bis zur Sollposition fest und damit auch welcher Schalter anzuschalten ist. Die den Geschwindigkeitspegel erzeugende Schaltung der Fig. 10 legt einen Geschwindigkeitspegel als ihren Ausgangswert, der von einer von der Schaltung 5 zugeführten Bezugsge­ schwindigkeit V_ref abgeleitet worden ist, auf folgende Weise feste:
SWa AN V_out = C (1/R₂) (R₁/R_a) V_ref
SWb AN V_out = C (1/R₂) (R₁/R_b) V_ref
SWc AN V_out = C (1/R₂) (R₁/R_c) V_ref
wobei C ein von der Schaltung 1 zugeführter Geschwindig­ keitskode ist.

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

In Fig. 12 ist ein weiteres Beispiel der in Fig. 4 wieder­ gegebenen Signalverarbeitungsschaltung 1 dargestellt. Der in Fig. 12 dargestellte Aufbau entspricht in vieler Hin­ sicht 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 Verstärkungsspei­ cher 52 aufweist, welcher Verstärkungsdaten enthält, wie sie in Fig. 13 dargestellt ist. In diesem Fall speichert das Leitadressenregister 46 vorbestimmte Adressendaten, welche dem Addierregister 47 entsprechend einem Signal von dem Vergleicher 44 zugeführt werden. Der Speicher 52 gibt ein entsprechendes Verstärkungssignal bzw. entsprechende Verstärkungsdaten ab. Das heißt, der Vergleicher 44 legt eine Leitadresse als einen Vergleichswert zwischen den Positionsdifferenzdaten in dem Register 42 und den Grenz­ positionsdaten in dem Grenzpositionsspeicher 43 fest. Wenn beispielsweise die Positionsdifferenzdaten 00010001 sind (was im Dezimalsystem 17 entspricht) und dieser Wert größer als die Grenzpositionsdaten 00010000 für die Grenzposition Xa in Fig. 9a ist, gibt der Vergleicher 44 die Leitadresse +0 ab, so daß der Speicher 52 sein Verstärkungssignal 100, (was ein Einschalten des Schalters SWa anzeigt) an die in Fig. 10 dargestellte Anordnung abgibt.

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

Claims (7)

1. System zum Steuern eines Servomotors, der angesteuert wird, um einen Gegenstand von einer ersten in eine zweite Position zu bewegen, mit einer Einrichtung zum Aufnehmen der Positionsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Posi­ tion, dadurch gekennzeichnet, daß eine er­ ste Einrichtung (1) zum Festlegen eines Verzögerungsmodes des Servomotors entsprechend der Größe der Positionsdifferenz vorgesehen ist, wenn der Gegenstand aus der ersten in die zweite Position bewegt wird, daß eine zweite Einrichtung (8) zum Verzögern des Servomotors (13) entsprechend dem Verzöge­ rungsmode vorgesehen ist, um dadurch den Gegenstand in der zweiten Position anordnen zu können, daß die erste Einrich­ tung (1) zum Festlegen des Verzögerungsmodes eine Speicher­ einrichtung (50) zum Speichern einer Anzahl von Geschwindig­ keitsinformationstabellen, die verschiedenen Verzögerungs­ kennlinien entsprechen, und eine Zugriffseinrichtung (45-49) aufweist, um zu einer der Tabellen entsprechend der Größe der Positionsdifferenz Zugriff zu haben.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Detektor (14) zum Feststellen der Drehstellung der Drehwelle des Servomotors (13), wobei die zweite Einrichtung (8) eine Verzögerung des Servomotors (13) entsprechend einem Signal vom Detektor (14) ausführt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch eine weitere Einrichtung (4) zum Bestimmen des Vorzeichens der Positionsdifferenz zur Be­ stimmung der Drehrichtung des Servomotors (13).

4. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (2), um die Verstärkung des Ge­ schwindigkeitswerts, der von einer ein Geschwindigkeits­ signal erzeugenden Schaltung (6) abgeleitet worden ist, entsprechend der Größe der Positionsdifferenz zu modifi­ zieren.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung (2) zum Modifizie­ ren der Verstärkung eine Anzahl Analogschalter (SWa, SWb, SWc) aufweist, welche selektiv entsprechend der Größe der Positionsdifferenz betätigbar sind, um dadurch die Ver­ stärkung auf einen geforderten Wert einzustellen.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bin 5, dadurch gekennzeichnet, daß der servo-gesteuerte Gegenstand ein Typenrad eines Typenraddruckers ist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der servo-gesteuerte Gegenstand ein Wagen eines Typenraddruckers ist.