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Digital geregelte Positionieranordnung
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Positionierung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches.
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In Typenraddruckwerken werden für Antriebssysteme, insbesondere für
den Wagen und Typenradantrieb Regelsysteme verwendet, die eine schrittweise Bewegung
des Druckwerkes auf dem Wagen, sowie des Typenrades ermöglichen. Zum Antrieb werden
sowohl Gleichstrommotore als auch als Gleichstrommotor betriebene Schrittmotore
verwendet. Die Position des Antriebssystems wird über eine Abtasteinrichtung, einen
sog. Winkelabtaster ermittelt. Auf Grund der von der Abtasteinrichtung abgegebenen
Signale wird das Antriebssystem von einem Regelsystem in eine vorbestimmte Position
bewegt und dort festgehalten.
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Aus der DE-OS 30 08 289 ist eine Anordnung zur Positionierung einer
Typenscheibe in einer Fernschreibmaschine bekannt. Hierbei bildet die Positionieranordnung
zusammen mit dem als Gleichstrommotor betriebenen Schrittmotor einen geschlossenen
Regelkreis, wobei zur exakten Positionierung ein bedarfsweise über eine Schalteinrichtung
zuschaltbarer digitaler Grobregelkreis und zur Feinregelung in die Sollposition
ein analoger Feinregelkreis vorgesehen sind. Zur Feinregelung muß der Abtaster also
ein analoges Signal abgeben. Solche Abtaster sind aufwendige und teure Bauteile.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, für eine Positionieranordnung ein Regelsystem
zur Einhaltung einer vorgegebenen
Sollposition für ein Antriebssystem
anzugeben, mit dem die aufwendige analoge Feinregelung vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellen
Ausführungsbeispieles erläutert.
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Dabei zeigen: Fig. 1 ein Positioniersystem mit einem erfindungsgemäßen
Regelsystem und Fig. 2 einige Status- und Steuersignale des Regelsystems.
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Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild einer Positionieranordnung
enthält ein aus einer Transistorschaltbrükke TS und einem Gleichstrommotor M bestehendes
Antriebssystem, eine Abtasteinrichtung A und ein Regelsystem R.
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Die an sich bekannte Transistorschaltbrücke TS dient zur Stromversorgung
des Gleichstrommotors M. Sie enthält vier Schalttransistoren T1 bis T4 in Brückenschaltung
und einen Inverter 1. Sie enthält weiter zwei Ansteuerstufen AS1, AS2 zur paarweisen
Ansteuerung der Schalttransistoren T1 und T4 bzw. T2 und T3. Extern ist die Transistorschaltbrücke
TS mit einer Spannungsquelle U und einem Bezugspotential OV verbunden.
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Vom Regelsystem R wird die Transistorschaltbrücke TS, d.h. deren beide
Ansteuerstufen AS1, AS2 mit einem Steuersignal ST angesteuert. Die Ansteuerstufe
AS2 wird hierbei über den Inverter I angesteuert. Diese Steuersignale sind pulsbreitenmodulierte
Rechteckwechselspannungen, so daß der Gleichstrommotor M mit Wechselstrom betrieben
wird. Die Drehrichtung wird hierbei in an sich bekannter
Weise durch
die Differenz der Impulsbreiten aus dem positiven und dem negativen Teil der Rechteckwechselspannung
bestimmt. Durch die Impulsbreitensteuerung kann der effektive Strom durch den Gleichstrommotor
M sehr fein dosiert werden; dennoch liegt die volle Spannung an, so daß die Übergangswiderstände
des Kollektors der Schalttransistoren T1 bis T4 eine untergeordnete Rolle spielen.
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Die Abtasteinrichtung A besteht beispielsweise aus einer auf dem Rotor
des Gleichstrommotors M angeordneten Segmentscheibe, deren Schlitze von zwei Lichtschranken
abgetastet werden. Von der Abtasteinrichtung A werden zwei Statussignale SA1 und
SA2 abgegeben, wobei die beiden Lichtschranken derart angeordnet sind, daß die abgegebenen
Statussignale SA1, SA2 um 90o gegeneinander phasenversetzt sind.
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Zur Funktion einer derartigen Positionieranordnung wird auf Fig. 2,
Zeilen 1 bis 3 verwiesen. Dort sind in den Zeilen 1 und 2 die beiden von der Abtasteinrichtung
A, d.h. von den darin enthaltenen Lichtschranken abgegebenen Statussignale SA1 und
SA2 dargestellt. Das Statussignal SA1 in Zeile 1 weist Taktflanken F1 bis F5 auf.
In den Zeilen 3 und 4 sind zwei verschiedene, vom Regelsystem R abgegebene Steuersignale
ST dargestellt. In Zeile 3 besteht das Steuersignal ST aus einer Rechteckwechselspannung,
die aus einer abwechselnden Folge von positiven und negativen Impulsen zusammengesetzt
ist. Die Impulsbreite der positiven Impulse T1 und die der negativen Impulse T2
sind einander gleich.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß zur Einhaltung einer
vorbestimmten Sollposition durch den Gleichstrommotor M dieser in einem kleinen
Intervall um die Sollposition pendelt. Dieses Intervall ist beispielsweise
bei
einem Typenraddruckwerk durch die Toleranz gegeben, in der der Abdruck eines Zeichens
auf dem Aufzeichnungsträger erfolgen darf. Im folgenden wird die Wirkungsweise des
erfindungsgemäßen Regelsystems R beschrieben, wobei wiederum auf Fig. 2, Zeilen
1 bis 4 verwiesen wird.
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Es wird davon ausgegangen, daß die Sollposition durch die Takt flanken
F1 bis F5 des Statussignals SA1 (Fig. 2, Zeile 1) elektrisch vorgegeben ist. Um
diese Sollposition einzuhalten, wird der Gleichstrommotor M, ausgehend von der Taktflanke
F1, zur Taktflanke F2 hin beschleunigt.
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Dazu werden vom Regelsystem R die positiven Impulse des Steuersignals
ST um einen konstanten Zeitwert t verlängert. Die Richtung, in der der Gleichstrommotor
M beschleunigt werden muß, d.h. ob eine Verlängerung der positiven Impulsbreiten
T1 oder der negativen Impulsbreiten T2 nötig ist, ist durch das Statussignal SA2
(Fig. 2, Zeile 2) bestimmt. Die Taktflanken F1 bis F5 des Statussignals SA1 sind
alle einer Sollposition zugeordnet, um die der Gleichstrommotor M pendelt. Als Steuersignal
ST steht somit ein Signal zur Verfügung, das aus einer abwechselnden Folge von positiven
und negativen Impulsen besteht, die verschiedene Impulsbreiten aufweisen (Fig.
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2, Zeile 4). Die positiven Impulsbreiten sind mit T1 und Tl+t bezeichnet,
und die negativen Impulsbreiten mit T2 und T2+t.
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Nach einem Wechsel des Statussignals SA1 mit der Taktflanke F2 wird
die Stromrichtung im Gleichstrommotor M umgepolt. Von der Taktflanke F2 zur Takt
flanke F3 hin, wird der Gleichstrommotor M, d.h. die Transistorschaltbrücke TS mit
einem Steuersignal ST angesteuert, dessen negative Impulsbreiten T2+t größer sind
als die positiven Impulsbreiten T1.
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Bei dem eben beschriebenen Beispiel wird der Gleichstrommotor M bei
seiner Pendelbewegung um die Sollposition jeweils mit einem konstanten Strom beschleunigt.
Es ist auch möglich, den Gleichstrommotor M mit einem zeitlich abnehmenden Strom
hin zur nächsten Takt flanke zu beschleunigen. Es ist weiter möglich, statt dem
konstanten Zeitwert t einen variablen zu verwenden.
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Das Regelsystem R kann beispielsweise durch ein Prozessorsystem mit
einem Eingabe-Ausgabebaustein realisiert sein.
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1 Patentanspruch 2 Figuren