DE3433499A1 - Verfahren zur elektrischen ansteuerung eines pendeldruckmechanismus - Google Patents
Verfahren zur elektrischen ansteuerung eines pendeldruckmechanismusInfo
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Description
r> /"* C- ■-"-.* *.-" Dipl.-lng. H.Tiedtke · f
PELLMANN - UIRAMS " OTRUiF Dicl-Chem G. Bühlina
Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne
Dipl.-Ing R Grupe
Dipl.-Ing R Grupe
3433499 Oipl.-Ing. B. Pellmann
Dipl.-Ing. K Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif
Bavariaring 4, Postfach 20 24 8000 München 2
Tel.: 0 89-53 96 53 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Münche'
12. September 1984 DE 4209 / case 45SLC1390 - Mi Lter
Genicom Corporation
Waynesboro, Virginia, U.S.A.
Waynesboro, Virginia, U.S.A.
Verfahren zur elektrischen Ansteuerung eines Pendeldruckmechanismus
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Regelsystem
für die automatische Ansteuerung eines motorbetriebenen
Mechanismus (wie eines Pendeldruckermechanismus) bei dessen
mechanischer natürlicher bzw. Eigenresonanzfrequenz, von
der zu erwarten ist, daß sie sich während des Betriebs unter Veränderungen von Umgebungsbedingungen wie der
Druckbetriebsauslastung, der Temperatur, der Alterung von Komponenten usw. verändert. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Pendeldrucker mit einem Phasenkopplungskreis-Regelsystem, welches auf automatische Weise ein Antriebseingangssignal für einen elektrischen Antriebsmotor auf der mechanischen Eigenresonanzfrequenz des Pende Idruckermechanismus und auf einer erwünschten eingeregelten Amplitude hält.
Druckbetriebsauslastung, der Temperatur, der Alterung von Komponenten usw. verändert. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Pendeldrucker mit einem Phasenkopplungskreis-Regelsystem, welches auf automatische Weise ein Antriebseingangssignal für einen elektrischen Antriebsmotor auf der mechanischen Eigenresonanzfrequenz des Pende Idruckermechanismus und auf einer erwünschten eingeregelten Amplitude hält.
Aus dem Stand der Technik ist ein Pendel-Punktematrix-Drucker
bekannt. Beispielsweise ist in der US-Patentanmeldung Seriennummer 438 928 vom 3. November 1982 für einen
Dresd-er Ban« i'^ifeni KIo 3333 8Ί4 Bz,ir ••'ere—it*** '.·■.->>·?- rf·; &:·= ;■!■
derartigen Pendeldrucker ein Antriebsmechanismus für einen
ausgewuchteten Druckkopf beschrieben. Auf den Inhalt dieser früheren Anmeldung wird hierbei ausdrücklich Bezug
genommen.
5
5
Bei diesen Pendeldruckern nach dem Stand der Technik sind
ein Motorregelsystem mit einem geschlossenen Geschwindigkeits-Regelkreis
unter Verwendung eines Geschwindigkeitssensors und eine Ansteuerung des Systems mit der
mechanischen natürlichen bzw. Eigenresonanzfrequenz des Pendeldruckermechanismus vorgesehen.
Eigenresonanzfrequenz des angetriebenen Druckmechanismus
15
sich von Einheit zu Einheit sowie während des Betriebs ändert. Derartige Änderungen können aus vielerlei Gründen
auftreten, wie beispielsweise durch Abweichungen bei der
Massenproduktion, der Druc k I ei.st ung in einem bestimmten
Zeitraum, der Druckdichte innerhalb eines besonderen Zeit-20
raums, Papiereiηlege-Auswirkungen, Temperaturänderungen,
Alterung eines Federlagerungsmechanismus für den sich
bewegenden Pendelmechanismus und/oder gleichartige Änderungen
hinsichtlich der Umgebungsbedingungen, denen der
sich bewegende Pendelmechanismus ausgesetzt ist.
25
25
Bei der Resonanzfrequenz ist ein minimaler Antriebsleistungsverbrauch zu erwarten. Da sich jedoch die Resonanzfrequenz
ändert, ergeben die bekannten Verfahren zum An-
" trieb des Mechanismus bei einer im wesentlichen konstanten
30
hinsichtlich der Antriebskraft und/oder ' Ungenauigkeiten
der Bewegung, da dabei versucht wird, den Pendelmechanismus
mit einer Frequenz zu betreiben, die von der tatsächlichen
momentanen mechanischen Resonanzfrequenz verschie-
λ · . '
den ist.
Hit der Erfindung werden daher ein Verfahren und eine
Vorrichtung geschaffen, die das automatische Erfassen
der momentanen mechanischen Resonanzfrequenz des angetriebenen
Mechanismus und das automatische Erzeugen eines
5
Motorant r i ebss i gna L s ermöglicht,, das diese Resonanzfrequenz
hat und das auch eine geregelte Amplitude hat, so daß der Antriebsleistungsverbrauch für einen Pendeldrucker
auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung gemäß der Erfindung können gleichfalls
bei einem Phasenkopplungskreis-RegeI sy st em für das automatische
Betreiben andersartiger Mechanismen mit deren mechanischen
natürlichen Antriebs-Resonanzfrequenzen benutzt
werden.
Kurz zusammengefaßt dargestellt bietet die Erfindung ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines
Linearmotors eines Pendeldruckers (wobei der Motor ein integrierter Teil des sich bewegenden Mechanismus sein kann) in der Weise, daß trotz zu erwartender Belastungs-
Linearmotors eines Pendeldruckers (wobei der Motor ein integrierter Teil des sich bewegenden Mechanismus sein kann) in der Weise, daß trotz zu erwartender Belastungs-
änderungen, die während des Druckvorgangs auftreten, die
PendeIdruckkopf-Geschwindigkeit so eingeregelt wird, daß
sie eine nahezu vollkommene Sinusform mit einer vorbestimmten und geregelten Amplitude hat. Da eine sinusförmige
Geschwindigkeit aufrecht erhalten wird, ist auch
für den Fachmann erkennbar die physikalische Versetzung
des Pendelmechanismus durch eine Sinuskurvenform vorgeschrieben.
Die Frequenz dieser sinusförmigen Bewegung
wird automatisch so geregelt, daß sie sich der natürlichen
bzw. Eigenresonanzfrequenz des Pendelmechanismus annähert,'
30
obwohl Änderungen dieser Resonanzfrequenz auftreten, die durch Änderungen hinsichtlich der Masse, der Federkonstanten
oder anderer einwirkender Umgebungseinflüsse verursacht
werden, denen der Pendelmechanismus während dessen normalem
Betrieb ausgesetzt ist.
35
35
Infolge dieser Frequenzregelung wird der Pendelmechanismus
im Vergleich zu der bei gleichartigen bekannten Pendeldruckermechanismen
erforderlichen Antriebsleistung (von
beispielsweise einigen hundert Watt) mit einer minimalen
5
ausgeführten Einheit) angetrieben.
Bei einem nachstehend beschriebenen vorzugsweise gewählten
Ausführungsbeispiel wird ein Motorantriebssignal hinsichtlich
der Phase mit einem erfaßten Geschwindigkeitssignal
verglichen. Irgendeine erfaßte Phasendifferenz erzeugt
ein Fehlersignal einer bestimmten Amplitude und Polarität,
das zur Steuerung eines spannungsgesteuerten Oszillators
verwendet wird, welcher seinerseits die Frequenz 15
eines Sinusbezugssignal-Generator-Ausgangs signals steuert.
Dieses sinusförmige Bezugssignal (das auch eine geregelte
Amplitude hat) wird dann mit dem erfaßten Geschwindigkeitssignal
kombiniert, um das Motorantriebssignal zu
erzeugen, wodurch ein vollständiger Phasenkopplungs-RegeI-20
kreis einer Regelschaltung geschlossen wird.
In gewisser Hinsicht kann das Ausführungsbeispiel als
ein Geschwindigkeits-Servoregelkreis angesehen werden,
der als eine Einheit mit einem Phasenkopplungskreis-Os-25
zi Ilator verbunden ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal des
spannungsgesteuerten Oszillators als ein Taktsignal für
^ die Ansteuerung eines digitalen Zählers benutzt. Das zyk-30
lische Ausgangssignal des Digitalzählers wird dann für
den zyklischen Abruf von Adressenstellen in einer digitalen Speichereinrichtung herangezogen. Die sich ergebende
Folge adressierter Ausgangssignale der digitalen Speichereinrichtung
wird durch einen Digital/Analog-Wandler
(mittels einer zugeführten konstanten Bezugsspannung)
so verarbeitet, daß eine analoge Kurvenform abgegeben
wird, welche der Folge der digitalen Werte entspricht.
Bei dem Ausführungsbeispiel entspricht die Folge der gespeicherten
und ausgegebenen digitalen Werte jeweils in 5
gleichen Abständen abgetasteten Werten einer Sinuskurvenform. Da der Zähler durch das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten
Oszillators takt gesteuert wird, hängt die
Frequenz des sich ergebenden analogen sinusförmigen Ausgangssignals des Digital/Analog-Wandlers von der Frequenz
der bei diesem Verfahren benutzten. Taktsignale ab.
Bei dem vorzugsweise gewählten Ausführungsbeispiel sind
auch eine Niederfrequenzkompensation in dem Geschwindigkeits-Regelkreis
sowie eine besondere Wetligkeits-Filterung
und Integration des Fehlersignals zwischen einem Phasenvergleicher
und dem spannungsgesteuerten Oszillator in dem Phasenkopplungskreis vorgesehen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei-20
spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.-
Fig. 1 ist eine verallgemeinerte Darstellung von Pendeldruckmechanismen
und Servoantriebssystemen mit
Geschwindigkeitsrückkopplungsrückführung hierfür
25
nach dem Stand der Technik.
Fig. 2 ist ein allgemeines Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Servosystems mit Geschwindigkeitsrückführung
unter Regelung auf die Resonanzfrequenz
Fig. 3 ist ein ausführliches schematisches Schaltbild
des in Fig. 2 gezeigten Systems.
Die Fig. 1 ist der genannten älteren Patentanmeldung entnommen
und zeigt allgemein einen Pendeldruckermechanismus, der erfindungsgemäß verbessert werden soll. Ein Pendel-
_ druckkopf 10 weist typischerweise eine Reihe steuerbarer
b
Druckelemente 12 auf, die zum Erzeugen einer Druckzeile
14 benutzt werden, welche typischerweise auf einem schrittweise
transportierten Papierabschnitt gebildet werden
kann. Während der Druckvorgänge wird der Druckkopf 10 an Blattfedern 28 und 30 pendelnd in den durch den Doppelpfeil
A dargestellten allgemeinen Richtungen hin- und herbewegt bzw. vor- und zurückgeschwenkt.
einer Stange 16 befestigt, die den bewegbaren Kern bzw. 15
20 bildet, welcher eine Antriebswicklung 22 aufweist,
die durch ein Wechselstromsignal 44 mit einer Frequenz
gespeist wird, die gleich der Resonanzfrequenz des sich
bewegenden bzw. angetriebenen Pendeldruckmechanismus ist.
20
sein, durch das die Gesamtmasse der Wicklung und des Gegengewichts
ungefähr gleich derjenigen des hin- und herbewegten Druckmechanismus gemacht wird.
32 des Druckgeräts befestigt sein. Die Wicklung 22 für
den Druckkopfantrieb wird zusammen mit ihrem Gegengewicht
26 typischerweise gleichfalls auf einem Paar von Blattfedern
34 und 36 gelagert, die an dem Rahmen 32 befestigt 30
sind.
Bei dem beschriebenen Beispiel sollen die Blattfedern
28, 30, 34 und 36 im wesentlichen gleich und so gestaltet sein, daß die Bewegung des Druckkopfs und der Wicklung
jeweils eine im wesentlichen gleiche und gegenphasige
DE'2093A33499
Lineare Bewegung ist. Obwohl sich natürlich bei der Bewegung
aus den Ruhestellungen heraus eine geringfügige Versetzung
dieser sich bewegenden Komponenten von dem P.apier
weg ergibt, bleibt die Druckkopfanordnung immer im wesent-*·
5
liehen parallel zu dem Papier, wie es aus der Fig. 1 ersichtlich
ist.
Bei den Systemen nach dem Stand der Technik, wie sie in
Fig. 1 dargestellt sind, ist es erkennbar, daß die Ansteuerung des Pendelmechanismus mit dessen mechanischer natürlicher
bzw. Eigenresonanzfrequenz anzustreben ist. Bei den bekannten Systemen gemäß der Darstellung, in Fig. 1
ist jedoch von Grund auf angenommen, daß diese Resonanzfrequenz eine feste vorbestimmte Frequenz ist. Daher lie-15
fert ein Geschwindigkeitssensor 40 auf einer Leitung 41
ein Geschwindigkeitssignal, das die tatsächliche Lineargeschwindigkeit
des Pendelmechanismus darstellt. Dieses Geschwindigkeitssignal wird in einem Servosystem 42 in
einem Vergleicher CF mit einem Bezugssignal aus einer 20
die so gewählt ist, daß eine Annäherung an die Eigenresonanzfrequenz
des Pendeldruckmechanismus versucht wird.
Der Vergleicher CF erzeugt dann ein Motorantriebssignal
44, das an die Wicklung 22 des Motors angelegt wird.
25
25
Falls die mechanische Eigenresonanzfrequenz des Pendeldruckers
konstant bleibt und diese Resonanzfrequenz auf genaue Weise bestimmt und mittels der Bezugs-Wechselstrom-
quelle 24 näherungsweise erreicht wird, wäre aus dem Servo-30
system 42 eine minimale Antriebsleistung erforderlich.
Gemäß den vorangehenden Erläuterungen ist jedoch bei der
tatsächlichen praktischen Anwendung zu erwarten, daß sich
die mechanische Eigenresonanzfrequenz des Pendeldruckers
von Einheit zu Einheit und während des normalen Betriebs 35
aus verschiedenerlei Gründen ändert. Infolgedessen ist
-15- DE «09343349g
für den Antrieb eines derartigen Pendeldruckers nach dem
Stand der Technik in der Praxis eine Leistung erforderlich,
die beträchtlich höher als die minimale Antriebsleistung
ist.
5
5
Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 2 ist ein Phasenkopplungskreis/Geschwindigkeitsrege Ikreis-Servosystem
vorgesehen, das statt des bei dem Pendeldrucker nach Fig. 1 gezeigten Festfrequenz-Servosystems 42 eingesetzt
wird. Hierbei kann der gleiche Lineargeschwindigkeits-Sensor
40 zum Erzeugen eines Geschwindigkeitssigna I s
an der Leitung 41 benutzt werden. Mittels nachfolgend
beschriebener weiterer Einrichtungen wird auch ein Motor-15
antriebssigna I 44 erzeugt und in die gleiche Motorantriebs-
Wicklung 22 eingegeben. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist jedoch ein Phasenvergleicher 100 vorgesehen, der
die Phase des erfaßten Geschwindigkeitssignals auf der
miteinander verglichenen Signalen ergibt ein Phasenfeh ler-25
signal an einem Ausgang 104 des PhasenvergI eichers 100.
Das Phasenfehlersigna I wird dann zur Steuerung eines spannungsgesteuerten
Oszillators 106 benutzt. Obwohl zwar ein sinusförmiges Ausgangssignal dieses spannungsgesteuerten
Oszillators (bei geeigneter V/ a h L der Bemessungspara-30
meter) direkt ein sinusförmiges Bezugssignal mit geregelter
Frequenz und geregelter Amplitude ergeben könnte, weist das Ausführungsbeispiel einen gesonderten Sinusbezugssignal-Generator
108 auf, der durch das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 106 ange-
steuert wird, um ein sinusförmiges Bezugssignal mit ge-
42093433A99
regeLter Frequenz und geregelter Amplitude an seiner Ausgangsleitung
110 abzugeben. Dieses sinusförmige Bezugssignal wird dann in einem Verstärker 112 mit dem erfaßten
rückgekoppelten Geschwindigkeitssignal kombiniert, um
5
das vorangehend genannte Antriebssignal für die Motorwicklung
zu erzeugen.
Es ist somit erkennbar, daß in dem gesamten Regelsystem
nach Fig. 2 ein Geschwindigkeitsrückführungs-Regelkreis
114 gebildet ist, welcher seinerseits teilweise in einem Phasenkopplungskreis 116 enthalten ist. Das Ergebnis ist
ein Servorege I system mit einer durchgehenden Phasenkopplungsschleife,
welches automatisch (1) die mechanische
natürliche bzw. Eigenresonanzfrequenz des angetriebenen
15
erläuterten Gründen) erfaßt und (2) automatisch das Antriebssignal
für die Motorwicklung auf dieser erfaßten mechanischen Resonanzfrequenz sowie auf einer gesteuerten
bzw. geregelten Amplitude hält.
20
20
Das allgemein in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel
ist in der Fig. 3 ausführlicher dargestellt, in
der gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Elemente
verwendet sind.
Der Geschwindigkeits-Regelkreis 114 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 enthält Rechenverstärker U1A, U1B,
U2A und U3 sowie deren zugehörige passive Bauelemente.
Der Verstärker 1MB ist ein Pufferverstärker (wie beispielsweise
ein Spannungsfolger), der dazu benutzt wird, eine
Belastung des Lineargeschwindigkeits-Wandlers bzw. Sensors
40 zu verhindern. Der Verstärker U1A und Widerstände R18,
R19 und R20 bilden einen Spannungsverstärker, der eine
35
-17- DE ^093^33499
verstärkung für den Geschwindigkeits-RegeLkreis 114 liefert.
Der Verstärker U2A, Widerstände R1, R2, R17, R29 und R14
sowie ein Kondensator C1 bilden zusammen mit einem Summierknotenpunkt
120 eine Einrichtung zum algebraischen Summie-5
ren des Rüc kkopplungs-Geschw.i ndi gkei t ss i gna I s (nämlich
des Ausgangssignals des Verstärkers U1A) mit dem sinusförmigen
Bezugssignal (nämlich dem Ausgangssignal des
Sinusbezugssignal-Generators 108).
Ferner wird an dem Summierknotenpunkt 120 bei dem Ausführungsbeispiel
auch ein Niederfrequenzkompensations-RückkopplungssignaI
(nämlich aus einer internen Stromschleife)
aus dem Verstärker U2B hinzugesetzt.
Leistungsverstärkung des Motor-Antriebssignals bei einer
geringen Spannungsverstärkung. Ein Widerstand R7 und ein
Kondensator C2 dienen zum Stabilisieren des Verstärkers
U3, während Strombegrenzungswiderstände R8 und R10 den
20
Ausgangsstrom des Leistungs-Verstärkers U3 auf ein Maximum
begrenzen. Gemäß Fig. 3 wird mit dem Ausgangssignal des Verstärkers Ü3 die Wicklung 22 für den Linearmotorant
rieb gespeist.
Der Verstärker U2A ist so geschaltet, daß er das Fehlersignal
integriert, welches durch die summierte Spannung an dem Summier knotenpunkt 120 gebildet ist (nämlich durch
die algebraische Summe aus dem sinusförmigen Bezugssignal
und dem Rückkopplungs-Geschwindigkeitssignal). Infolge-30
dessen stellt das Ausgangssignal des Verstärkers U2A das
integrierte Fehlerausgangssignal dar, das in dem Geschwindigkeits-Regelkreis
114 erfaßt wird.
Ohne die Niederfrequenzkompensationsschaltung mit dem
35
eine Niederfrequenzverstärkung von nahezu "0" haben. Wenn
dies der FaLL ist, kann durch diese Eigenschaft bewirkt
werden, daß das AusgangesignaL des Integrators U2A auswandert
und schließlich an seinen Grenzen zu "1" hin ge-5
Langt, wodurch der RegeLkreis unwirksam wird. Infolgedessen
enthält das Ausführungsbeispiel einen verhältnismäßig
Langsamen Stromregler, der durch einen Strommeßwiderstand
R5 zusammen mit dem Verstärker U2B und dessen zugehörigen Bauteilen gebildet ist. Die Widerstände R12,
R13 und R14 ergeben eine brauchbare Niederfrequenzkompensations-StromschLeifenverstärkung,
während die Komponenten R13, C3 und C4 eine StromschLeifenkompensation
mit einer Phasenvoreilung oder Phasenverzögerung bei den
Frequenzen ergeben. In dieser Hinsicht ist anzumerken,
daß kein erkennbares StrombezugssignaL vorliegt, da der
angestrebte zeitlich gemittelte Strom in der Wicklung
22 des Linearmotors "0" ist.
Falls der Pendeldruckkopf sinusförmig bewegt werden soll,
muß an der Leitung 110 ein sinusförmiges Bezugssignal
anliegen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird
ein sinusförmiges Bezugssignal mittels eines Vorwärts/
Rückwärts-Zählers 122, eines Festspeiehers (ROH) 124 und
eines Digita L/Ana log-Wandlers 126 erzeugt. Ferner wird
gemäß Fig. 3 dem Digital/Analog-Wandler 126 eine stabiLe
Bezugsspannung zugeführt, um dessen analoges Ausgangssignal dementsprechend zu bemessen und damit die Amplitudedes
sinusförmigen Bezugssignals einzuregeln.
Bei dem Ausführungsbeispiel zählt der Zähler 122 fortgesetzt
von "0" bis "511" (oder zu einer anderen vorbestimmten
Zahl) vorwärts und dann von "511" bis "0" zurück. Auf diese Weise gibt der zyklische Vorwärts/Rückwärts-Zähler
122 fortgesetzt eine FoLge sich zyklisch ändernder digi-
taler Adressensignale an den Festspeicher 124 ab, wie
-19- DE 4209
es in Fig. 3 dargestellt ist. Da der Zähler seinen Inhalt
in Zeitintervallen aufstuft (oder abstuft), die durch
ein eingegebenes Taktsignal bestimmt sind (dessen Erzeugung
nachfolgend erläutert wird), folgt daraus, daß sich 5
die Folge der an den Festspeicher 124 abgegebenen digitalen
Adressensignale in Zeit Intervallen ändert, die durch das eingegebene Taktsignal bestimmt sind. Der Inhalt des
Festspeichers 124 ist derart programmiert, daß der Speicher
entsprechend der zyklischen Folge der eingegebenen digitalen
Adressensignale digitale Ausgangsdaten-Bytes abgibt,
durch die sehr eng die Amplitude einer Sinuskurvenform
an gleichmäßig beabstandeten Abtastpunkten angenähert
wird. Es ist ersichtlich, daß zur Erzeugung von zyklischen
Adressensignalen für den Festspeicher 124 auch andersar-15
tige zyklische Zähler oder dergleichen verwendet werden können. Beispielsweise kann ein kontinuierlich vorwärts
zählender Zähler verwendet werden (der für den Beginn eines weiteren Vorwärtszählungszyk lus "überläuft"), falls
mehr Fest spei eher raum vorgesehen ist, um digitale Abtast-20
werte zu speichern, welche einen kompletten Zyklus der
Die eine abgetastete Sinuskurvenform darstellenden digitalen
Signale werden dann aufeinanderfolgend in den Di-25
gital/Analog-Wandler 126 eingegeben, wodurch dieser eine
kontinuierliche, nahezu sinusförmige Spannung abgibt.
Da an diesen Digita I/Analog-Wandler eine Bezugsspannung
angelegt wird, wird damit die Amplitude des kontinuierlichen sinusförmigen Bezugssignals auf genaue Weise gesteuert
30
und geregelt. Für den Fachmann ist es ersichtlich, daß diese Zähler, Festspeicher und Digita I/Analog-Wandler
mit den Bezugsspannungseingängen an sich herkömmlich gestaltet
und im Handel erhältlich sind.
Es soll nun erläutert werden, daß die Frequenz des sinusförmigen
Spannungs-Bezugssignals auf der Leitung 110 durch
die Frequenz des TakteingangssignaLs für die Ansteuerung
des Zählers 122 bestimmt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel
5
sind zum Festlegen eines kompletten Zyklus der Sinuskurvenform ungefähr 1020 digitale AbtastsignaIe erforderlich.
Infolgedessen ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Frequenz
des sinusförmigen Bezugssignals gleich der durch
1020 geteilten Frequenz des eingegebenen Taktsignals.
10
Ein weiterer Frequenzteiler 128 kann dafür vorgesehen
werden, das System (beispielsweise durch Schalterverbindungen)
leicht für den Antrieb unterschiedlicher Pendeldruckermechanismen
anzupassen, welche für den Betrieb
mit unterschiedlichen mittleren Druckgeschwindigkeiten
15
ausgelegt sind.
Ein Pendeldruckermechanismus zeigt prinzipiell eine Unterdämpfungs-ImpuIsansprechcharakteristik
zweiter Ordnung. Irgendein derartiges System zweiter Ordnung hat bei der
Resonanzfrequenz einen Spitzenwert, der zu Regelungszwecken
erfaßt werden könnte. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es jedoch wichtiger, die ziemlich steile
Phasenverschiebung (von +90 auf -90 ) zu erfassen, die
auftritt, sobald die Antriebsfrequenz in der Weise erhöht
wird, daß sie die mechanische Resonanzfrequenz .des Pendeldruckmechanismus
durchläuft. Darüberhinaus ist nahe der
mechanischen Resonanzfrequenz die relative Phasenverschiebung
zwischen der erfaßten Geschwindigkeit und dem Antriebssignal
ungefähr 0 .
Bei dem Ausführungsbeispiel wird diese Information über
die relative Phasenlage gleichzeitig dazu benutzt, die
Resonanzfrequenz zu erfassen und automatisch ein sinusförmiges Geschwindigkeits-Bezugssigna I mit dieser Resonanz-35
frequenz zu erzeugen. Dies ist die Funktion des angeschlos-
senen Phasenkopplungskrei ses 116, der den Phasenwinkel,
zwischen der Antriebsspannung für die MotorwickLung und
dem erfaßten Druckkopfgeschwindigkeits-Signal auf ungefähr
0 durch geeignetes "Ändern der Frequenz des in dem Ge-5
schwindigkeits-Regelkreis 114 benutzten sinusförmigen
Geschwindigkeits-BezugssignaLs auf der Leitung 110 einregelt.
Vor einer solchen Phasenregelung müssen jedoch die die
Hotorantriebsspannungs-Phase und die erfaßte Geschwindigkeitsphase
darstellenden Signale in eine Form gebracht werden, in der sie auf einfache Weise durch den Phasenvergleicher
100 verarbeitet werden können. An dem erfaßten
anaLogen GeschwindigkeitssignaL wird eine geeignete Signal-15
umformung mittels eines herkömmlichen Nu ILdurchgangsdetektors
150 vorgenommen. Das Ausgangssignal des Nulldurchgangsdetektors
150 wird mit einem Inverter 152 invertiert und in einen der Phasenerfassungseingänge des Phasenver-
gleichers 100 eingegeben, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
20
20
Die an dem Ausgang des Verstärkers bzw. Integrators 112 auftretende Motorantriebsspannung wird mittels eines Verstärkers
U13 und zugehöriger passiver Bauteile in eine
Rechteckwelle umgeformt, die dann in einem weiteren Null-25
durchgangsdetektor 154 verarbeitet wird, der dem Phasenvergleicher
100 das zweite Eingangssignal für die Phase der Motorantriebsspannung liefert.
Die ermittelte Phasendifferenz (der Phasenregelfehler)
30
zwischen der Motorwicklungs-Spannung und der erfaßten Druckkopf-Geschwindigkeit wird durch den zeitlichen Mittelwert
der Ausgangsspannung eines Phasendetektors 156 angezeigt. Diese Spannung wird vorzugsweise mittels eines
Verstärkers U17A gefiltert und mittels eines Verstärkers
35
Lieh der Phase korrigiert, um damit eine gefilterte integrierte
Fehlerspannung für die Ansteuerung des spannungsgesteuerten Oszillators 106 zu bilden. Eine derartige
Filterung erfolgt häufig mittels eines einzigen passiven 5
Fachmann für Servomechanismen ist es jedoch ersichtlich,
daß ein Phasenkopplungskreis hinsichtlich der Verstärkung im offenen Regelkreis zwei Pole haben sollte, um den erfaßten
Ruhezustand-Phasenfehler auf "0" zu bringen. Einer
10
dieser Pole wird von Natur aus durch den spannungsgesteuerten Oszillator 106 gebildet. Der andere Pol wird bei dem
Ausführungsbeispiel außerhalb des Oszillators gebildet
(nämlich durch den Verstärker U17B und die zugeordneten
passiven Bauteile).
15
15
Der Verstärker U17A und dessen zugeordnete Bauteile ergeben
die Schleifenverstärkung, ein Verzögerungs- bzw. Tiefpaßfilter
erster Ordnung sowie eine Phasenregelungsfehler-Summierung.
Beispielsweise wird durch Widerstände 20
gebildet. Der Verstärker U17B und dessen zugehörige Bauteile ergeben eine Schleifenverstärkung, eine Integration
(durch den erforderlichen zusätzlichen Pol) und einePha-
senvoreilungs-Frequenzkompensation zur Sch Leifenstabi I i-25
sierung. Mit der Ausgangsspannung des Verstärkers U17B wird dann der spannungsgesteuerte Oszillator 106 angesteuert,
welcher seinerseits das Taktsignal abgibt, das zur Ansteuerung des Vorwärts/Rückwärts-Zäh lers 122 er-
forder lieh ist.
30
30
Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Frequenz des sinusförmigen
Geschwindigkeits-Bezugssignals auf der Leitung 110 gleich der durch 1020 geteilten Frequenz des Taktsignals.
Da die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuer-35
ten Oszillators die Frequenz des sinusförmigen Geschwin-
digkeits-BezugssignaLs auf der Leitung 110 bestimmt, ergibt
dies eine Einrichtung für das Verändern des PhasenfehLers in dem Phasenregler nach Erfordernis in der Weise,
daß an dem Ausgang des Phasendetektors 156 ein Phasen-5
fehler von nahe "0" aufrechterhalten wird. Dadurch wird
automatisch der Pendeldruckmechanismus mit dessen mechanischer
natürlicher bzw. Eigenresonanzfrequenz trotz Ände rungeη
dieser Frequenz angetrieben, welche während des Betriebs durch Änderungen von Hassen, Feder-
konstanten oder anderen Umgebungs-Betriebsbedingungen
verursacht werden könnten. Infolgedessen wird durch das gesamte Phasenkopplungskreis/Geschwindigkeitsregelkreis-ServoregeIsystem
gemäß Fig. 3 automatisch die Antriebsfrequenz für den Motor geregelt und sichergestellt, daß
15
die minimale Antriebsleistung erforderlich ist.
Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Regelung eines motorbetriebenen Hechanismus, insbesondere eines
Pendeldruckermechanismus wird eine erfaßte Phasendifferenz
20
zwischen einem ermittelten Bewegungsgeschwindigkeitssignal
und einem Elektromotor-Antriebssignal für die Ansteuerung
eines Phasenkopplungskreises benutzt, welcher automatisch
ein sinusförmiges Bezugssignal mit einer Frequenz
erzeugt, die im wesentlichen gleich der momentanen mechani-25
sehen Eigenresonanzfrequenz des angetriebenen Hechanismus
ist. Das sinusförmige Bezugssignal wird dann mit dem
rückgekoppelten erfaßten Geschwindigkeitssignal kombiniert,
um das Hotorantriebssigna I zu erzeugen, das für das Aufrechterhalten
der Resonanzantriebsbedingungen erforderlich
30
ist. Ferner ist in dem Geschwindigkeits-Regelkreis eine
Niederfrequenzkompensation vorgesehen. Das sinusförmige
Geschwindigkeits-Bezugssignal wird zunächst in digitaler Form durch Zählen von Taktsignalen erzeugt, welche mit
einer Wiederkehrfrequenz gebildet werden, die der erwünsch-35
ten Frequenz des sinusförmigen Bezugssignals entspricht.
Claims (16)
1. Verfahren zur elektrischen Ansteuerung eines Pende Idruckmechanismus, bei dem sich die mechanische Resonanzfrequenz
seiner PendeLbewegungen ändert, dadurch gekennzeichnet,
daß die mechanische Resonanzfrequenz automatisch erfaßt wird und daß der Hechanismus automatisch mit seiner
erfaßten mechanischen Resonanzfrequenz betrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei dem automatischen Erfassen und Betreiben die
momentane Geschwindigkeit des Mechanismus erfaßt und ein die Geschwindigkeit darstellendes elektrisches Geschwindigkeitssignal erzeugt wird, ein elektrisches sinusförmiges Antriebssignal für den Mechanismus als eine Funktion von zumindest dem Geschwindigkeitssignal und einem eingegebenen sinusförmigen Bezugssignal erzeugt wird und das Geschwindigkeitssignal mit dem Antriebssignal verglichen und automatisch das sinusförmige Bezugssignal mit einer Frequenz erzeugt wird, die im wesentlichen gleich der mechanischen Resonanzfrequenz ist.
momentane Geschwindigkeit des Mechanismus erfaßt und ein die Geschwindigkeit darstellendes elektrisches Geschwindigkeitssignal erzeugt wird, ein elektrisches sinusförmiges Antriebssignal für den Mechanismus als eine Funktion von zumindest dem Geschwindigkeitssignal und einem eingegebenen sinusförmigen Bezugssignal erzeugt wird und das Geschwindigkeitssignal mit dem Antriebssignal verglichen und automatisch das sinusförmige Bezugssignal mit einer Frequenz erzeugt wird, die im wesentlichen gleich der mechanischen Resonanzfrequenz ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß bei dem Vergleich zwischen den verglichenen Signalen eine Phasendifferenz von im wesentlichen "O" aufrechterhalten
wird.
A/25
4. Verfahren zum mechanischen Antreiben eines Pendeldruckmechanismus,
bei dessen vorwärts und zurück gerichteter Pendelbewegung eine mechanische Eigenresonanzfrequenz
auftritt, die sich mit einer Änderung von Umgebungsbedin-5
gungen ändert, dadurch gekennzeichnet, daß der Pendeldruckmechanismus
mechanisch entsprechend einem elektrischen Antriebseingangssignal angetrieben wird, daß die
Geschwindigkeit des Pendeldruckmechanismus erfaßt und
ein die Geschwindigkeit darstellendes elektrisches Ge-
schwindigkeitssignal erzeugt wird, daß die Phase des elektrischen
Geschwindigkeitssignals mit der Phase des elektrischen
Antriebseingangssignals verglichen wird, um automatisch
die mechanische Eigenresonanzfrequenz zu erfassen
und automatisch ein elektrisches sinusförmiges Bezugs-
signal mit einer Frequenz zu erzeugen, die im wesentlichen
gleich der auf diese Weise erfaßten mechanischen Eigenresonanzfrequenz
ist, und daß das elektrische Antriebseingangssignal entsprechend dem Bezugssignal und dem Geschwindigkeitssignal
erzeugt wird.
20
20
5. Verfahren zum automatischen Betreiben eines durch
einen Elektromotor angetriebenen Mechanismus mit dessen
natürlicher mechanischer Antriebs-Resonanzfrequenz, dadurch
gekennzeichnet, daß die momentane Geschwindigkeit des
Mechanismus erfaßt und ein entsprechendes Qeschwindig-
keitssignal erzeugt wird, daß der Mechanismus durch ein
zugeführtes Antriebssignal angetrieben wird, daß die Phasen
des Geschwindigkeitssignals und des Antriebssignals
verglichen werden und ein dem Vergleich entsprechendes
Fehlersignal erzeugt wird, daß ein sinusförmiges Bezugssignal mit einer Frequenz erzeugt wird, die dem Fehlersignal
entspricht, und daß das Antriebssignal entsprechend
dem sinusförmigen Bezugssignal und dem zurückgeführten
Geschwindigkeitssignal erzeugt wird.
35
35
6. Vorrichtung zur PhasenkopplungsregeLung zum automatischen
Betreiben eines durch einen Elektromotor angetriebenen Hechanismus mit dessen natürlicher mechanischer
Antriebs-Resonanzfrequenz, gekennzeichnet durch eine Ge-
schwindigkeitssensorvorrichtung (40) zum Erfassen der
momentanen Geschwindigkeit des Mechanismus (10) und zum
Erzeugen eines entsprechenden GeschwindigkeitssignaIsx
eine Elektromotor-Antriebsvorrichtung (20) für den Antrieb
des Mechanismus entsprechend einem zugeführten Antriebssignals, eine Phasenvergleichseinrichtung (100), die zum
Vergleichen der Phasen des Geschwindigkeitssignals und
des Antriebssignals und zum Erzeugen eines dem Vergleich
entsprechenden Fehlersignals geschaltet ist, eine hinsichtlich
der Frequenz gesteuerte Sinusbezugssignal-Gene-15
ratoreinrichtung (108) zum Erzeugen eines sinusförmigen
Bezugssignals mit einer Frequenz, die dem Fehlersignal
entspricht, und eine Antriebssignal-Erzeugungseinrichtung
(112) zum Erzeugen des Antriebssignals entsprechend
dem sinusförmigen Bezugssignal und dem zurückgeführten
Geschwindigkeitssignal.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch
eine Niederfrequenz-Kompensationseinrichtung (U2B) zur
Erzeugung eines Niederfrequenz-Kompensationseingangssig-25
nals für die Antriebssignal-Erzeugungseinrichtung (112)
entsprechend erfaßten, über die Elektromotor-Antriebsvorrichtung
(20) fließenden Niederfrequenzströmen.
8. In Resonanz betriebener Mechanismus, gekennzeichnet
30
durch einen elektrisch angetriebenen Mechanismus (10),
einen für den elektrischen Antrieb des Mechanismus geschalteten Geschwind!gkeits-ServoregeIkreis (114) und einen
mit dem Geschwindigkeits-Servoregelkreis verbundenen Pha-
senkopplungskreis-OsziIlator (100 bis 110) zum Steuern
35
der Frequenz, mit der der Mechanismus angetrieben wird,
DE42093A33499
zu einer Annäherung an die mechanische Resonanzfrequenz
des Mechanismus.
9. Pendeldrucker, gekennzeichnet durch einen elek-5
trisch betriebenen Pendeldruckmechanismus (10, 20) mit
einer sich ändernden mechanischen Resonanzfrequenz seiner Pende[bewegungen und eine mit dem Mechanismus verbundene
Regeleinrichtung (114, 116) für das automatische Erfassen
der mechanischen Resonanzfrequenz und für das automatische
10
Betreiben des Mechanismus mit der erfaßten mechanischen
Resonanzfrequenz desselben.
10. Pendeldrucker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnetdaß
die Regeleinrichtung (114, 116) einen Bewegungs-
geschwindigkeitssensor (40) zum Erfassen der momentanen
Geschwindigkeit des Mechanismus (10, 20) und zum Bilden
eines die Geschwindigkeit darstellenden elektrischen Geschwindigkeit
ssigna Is , eine Elektromotor-Antriebsschaltung
(112) zum Erzeugen eines sinusförmigen elektrischen
Antriebssignals für den Mechanismus als eine Funktion
von zumindest dem Geschwindigkeitssignal und einem eingegebenen
sinusförmigen Bezugssignal und eine elektrische
SignaIvergleichseinrichtung (100 bis 110) aufweist, die
zum Vergleichen des Geschwindigkeitssignal mit dem Antriebs-
signal und zum automatischen Erzeugen des sinusförmigen
Bezugssignals mit einer Frequenz ausgebildet ist, welche
im wesentlichen gleich der mechanischen Resonanzfrequenz
ist.
11. Pendeldrucker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrische SignaIvergIeichseinrichtung
(100 bis 110) einen Phasenverglei eher (100) für die Ansteuerung eines gesteuerten Oszillators (106) in einem
Phasenkopplungskreis (116) aufweist, der zwischen den
verglichenen Signalen eine Phasendifferenz von im wesentlichen
"0" aufrechterhält.
12. PendeLdrucker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrische Signalvergleichsein richtung
(100 bis 110) einen Digita I zähler (122), der durch das
Ausgangssignal des gesteuerten Oszillators (106) taktge-5
steuert ist, eine Digitalsigna I-Speichereinrichtung (124),
die durch den Digitalzähler zyklisch adressiert ist, um
digitale elektrische Signale zu bilden, welche jeweils die Amplitude aufeinanderfolgender, gleich beabstandeter
Abtastpunkte einer Sinuskurvenform darstellen, und einen
mit den digitalen Signalen aus der Speichereinrichtung
angesteuerten elektrischen Digital/Analog-Signalwandler
(126) zur Erzeugung des sinusförmigen Bezugssignals aufweist.
13. Pendeldrucker nach Anspruch 12, gekennzeichnet
durch eine Niederfrequenz-Kompensationseinrichtung (U2B),
die zum Bilden eines zusätzlichen Niederfrequenzkompensations-Steuereingangssigna
Is für die Elektromotor-Antriebsschaltung
(112) gestaltet ist.
20
20
14. Pendeldrucker, gekennzeichnet durch einen Pendeldruckmechanismus
' (10), bei dessen vorwärts und zurück gerichteter Pendelbewegung eine mechanische Eigenresonanzfrequenz
auftritt, die sich mit einer Änderung von Umge-
bungsbedingungen ändert, eine elektrische Linearmotoreinrichtung
(20), die für den mechanischen Antrieb des Pendeldruckmechanismus entsprechend einem elektrischen
Antriebseingangssignal ausgebildet ist, eine Lineargeschwindigkeit
s-Wandlerei nr i chtung (40), die zum Erfassen
der Geschwindigkeit des Pendeldruckmechanismus und zum
Erzeugen eines die Geschwindigkeit darstellenden elektrischen
Geschwindigkeitssignals aj>gebildet ist, eine Vergleichseinrichtung
(100 bis 110), die die Phase des e l£.k -
irischen Geschwindigkeitssignals mit der Phase des elek-35
trischen Antriebseingangssignals vergleicht, um automatisch
die mechanische Eigenresonanzfrequenz zu erfassen und
automatisch ein elektrisches sinusförmiges Bezugssignal
mit einer Frequenz zu erzeugen, die im wesentlichen gleich
der erfaßten mechanischen Eigenresonanzfrequenz ist, und
5
eine Motorantriebseinrichtung (112; U2A, U2B), die zum
Erzeugen des elektrischen Antriebseingangssignals entsprechend
dem Bezugssignal und dem Geschwindigkeitssignal
geschaltet ist.
15. Pendeldrucker nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Motorantriebseinrichtung (U2A, U2B)
eine Niederfrequenz-Kompensationseinrichtung (U2B) aufweist,
deren Eingang mit einer Antriebswicklung (22) der
Linearmotoreinrichtung (20) verbunden ist.
15
15
16. Pendeldrucker, gekennzeichnet durch einen Pendeldruckmechanismus
(10), der in zyklischen Vor- und RückpendeIbewegungen
bewegbar ist, einen elektrischen Linearmotor (20), der eine elektrische Wicklung (22) hat und
der zum mechanischen Antrieb des Pendeldruckmechanismus
entsprechend einem in die Wicklung eingegebenen elektrischen
Ant r i ebss i g'na I gestaltet ist, einen Lineargeschwindigkeitswandler
(AO), der zum Erfassen der momentanen
Geschwindigkeit des Pendeldruckmechanismus und zum Erzeu-25
gen eines entsprechenden elektrischen Geschwindigkeitsrückkopplungssignals
ausgebildet ist, eine Kombiniereinrichtung (112, 120) zum Kombinieren des Geschwindigkeitsrückkopplungssigna
I s mit einem zugeführten elektrischen
Geschwindigkeitsbezugssignal und zum Erzeugen des An-
triebssignaIs in Übereinstimmung hiermit, eine Phasenvergleichseinrichtung
(156), die zum Vergleichen der relativen Phasen des Geschwindigkeitsrückkopplungssigna I s
und des Antriebssignals und zum Erzeugen eines Fehler signals
geschaltet ist, welches irgendeine erfaßte Phasen-
differenz zwischen den Signalen darstellt, eine Filterein-
-7- °ε 42093433Α99
,
richtung (U1 7 A , U17B) zum Filtern des Fehlersignals und
zum Erzeugen eines gefilterten integrierten Fehlersignals
an einem Ausgangsanschluß, einen durch ein Signal steuerbaren
elektrischen Oszillator (106) zum Erzeugen einer 5
Folge von Taktsignalen mit einer Frequenz, die dem gefilterten Fehlersignal entspricht, einen Digitalzähler
(122), der die Taktsignale aufnimmt und eine zyklische Folge von digitalen Adressensignalen abgibt, einen digitalen
Speicher (124), der mit den Adressensignalen adressiert
wird und eine zyklische Folge digitaler Sinussignale abgibt, welche eine abgetastete Sinuskurvenform mit einer
Frequenz darstellen, die der Frequenz der Taktsignale entspricht, und einen Digita I/Analog-SignaIwandler (126),
der die digitalen Sinussignale aufnimmt und ein entspre-15
chendes analoges sinusförmiges AusgangssignaI an die
Kombiniereinrichtung als zugeführtes elektrisches Geschwindigkeit
sbezugss i gna I abgibt.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: B41J 19/14 |
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D2 | Grant after examination | ||
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Owner name: GENICOM,LLC, CHANTILLY, VA., US |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |