DE3433499A1 - Verfahren zur elektrischen ansteuerung eines pendeldruckmechanismus - Google Patents

Description

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PELLMANN - UIRAMS " OTRUiF Dicl-Chem G. Bühlina

Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne
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.

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.

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

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derartigen Pendeldrucker ein Antriebsmechanismus für einen ausgewuchteten Druckkopf beschrieben. Auf den Inhalt dieser früheren Anmeldung wird hierbei ausdrücklich Bezug

genommen.
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.

Es ist jedoch zu erwarten, daß die momentane mechanische

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

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

Frequenz zwangsläufig einen Anstieg der Erfordernisse

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-

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

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

Leistung (von beispielsweise 5 W bei einer als Beispiel

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.

Bei dem dargestellten Beispiel ist der Druckkopf 10 an

einer Stange 16 befestigt, die den bewegbaren Kern bzw. 15

Anker eines hin- und herbewegbaren Linearantriebsmotors

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

An der Wicklung 22 kann ein Gegengewicht 26 befestigt

sein, durch das die Gesamtmasse der Wicklung und des Gegengewichts ungefähr gleich derjenigen des hin- und herbewegten Druckmechanismus gemacht wird.

Die tragenden Blattfedern 28 und 30 können an einem Rahmen

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

Wechselstromquelle 24 mit fester Frequenz verglichen,

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

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

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

Leitung 41 mit der Phase des Antriebssignals 44 für die Motorwicklung vergleicht (wie beispielsweise vor dessen Leistungsverstärkung in einem Verstärker 102). Irgendeine erfaßte Phasendifferenz zwischen diesen beiden

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

Pendeldruckmechanismus (aus nachfolgend ausführlicher

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

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

Rückkopplungsverstärkung und die erforderliche Regelkreis-

-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.

Der Verstärker U3 und Widerstände R4 und R3 ergeben eine

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

Verstärker U2B kann der Geschwindigkeits-Regelkreis 114

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

Sinuskurvenform oder dergleichen darstellen.

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

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

U17B sowie zugehöriger Bauteile integriert und hinsieht-

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

Verzögerungs- bzw. Tiefpaßfilters erster Ordnung. Dem

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

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

R52 und R53 eine Phasenregelungsfehler-Bezugsspannung

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

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)

Patentansprüche

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.

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

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

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 GeschwindigkeitssignaIs_x 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,

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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

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

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-

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,

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.