DE3629826C2 - - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Dreh­ zahlregelung eines Gleichstrommotors, insbesondere zur Anwendung in druckenden Büromaschinen.

Gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 weisen Regelkreise bekannter Art einen Sollwertgeber auf, der eine der Soll-Drehzahl proportionale Größe abgibt und damit den einen Eingang eines Ver­ gleichers beaufschlagt, an dessen anderem Eingang eine dem Dreh­ zahl-Istwert proportionale Größe liegt, so daß am Ausgang eine der Regelabweichung proportionale Größe zur Verfügung steht, die über einen Regler in eine Stellgröße übergeführt wird, welche, gegebenenfalls über eine Motorsteuereinheit, am Gleichstrommotor liegt, um die Regelabweichung auszugleichen. Zur Erzeugung des Istwertes werden Istwertgeber verwendet, die häufig eine Takt­ scheibe beinhalten, welche mit dem Rotor des Motors gekoppelt ist und mittels einer Sensoranordnung abtastbare Marken trägt. Die Sensoranordnung erzeugt durch die Abtastung der Marken ein periodisches Ausgangssignal, dessen Periodendauer der augenblick­ lichen Drehzahl proportional ist. Dieses Ausgangssignal oder ge­ nauer dessen Periodendauer wird mittels einer Wandleranordnung bestehend aus z. B. einem Zähler und einem nachgeschalteten Analog- Digital-Wandler in eine andere Größe umgeformt, die dann dem Vergleicher als Istwert zugeführt werden kann. Eine derartige An­ ordnung ist z. B. aus der US-PS 42 80 082 bekannt.

Anwendung finden derartige Anordnungen zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors häufig in druckenden Büromaschinen, die nach dem kontinuierlichen Druckverfahren arbeiten, die also die Druck­ zeichen zu Papier bringen, während der Druckschlitten eine Relativbewegung zum Paier ausführt. Derartige Verhältnisse liegen bei Nadeldruckern vor, dort ist der Druckschlitten, da der Abdruck "im Flug" erfolgt, mit einer exakt vorgegebenen Ge­ schwindigkeit entlang einer Schreibzeile zu bewegen, damit durch die Verzögerungszeit vom Betätigen der Drucknadeln bis zu deren Auftreffen auf dem Papier keine Verzerrung des Druckbildes erfolgt.

Werden bei derartigen Anordnungen Korrekturfaktoren für die Be­ tätigungszeitpunkte der Druckelemente z. B. in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit der Druckelemente z. B. in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit des Druckschlittens generiert, wie dies in der DE-OS 26 56 060 vorgeschlagen ist, kann auch während der Beschleunigung des Druckschlittens gedruckt werden, ohne daß eine sichtbare Verzerrung des Druckbildes entsteht. Bedingung da­ bei ist allerdings ein definierter Verlauf der Drehzahl des Gleichstrommotors.

In Verbindung mit Regelanordnungen der eingangs genannten Art sind unterschiedliche Vorgehensweisen zur Erzeugung des Soll­ wertes bekannt.

Anwendungen, bei denen das Drehzahlverhalten während der Be­ schleunigung auf eine konstante Drehzahl bzw. beim Abbremsen des Gleichstrommotors bis zum Stillstand außer Acht bleiben kann, wird der Sollwert - es handelt sich dabei üblicherweise um eine Spannung - als Spannungssprung auf den Vergleicher aufgeschaltet. Der Sollwert bzw. die Sollwertspannung ist dabei so gewählt, daß nach einer möglichst kurzen Hochlauf und Einschwingzeit der Rotor des Gleichstrommotors sich mit der vorgegebenen Soll-Drehzahl dreht.

Wird hingegen auch in der Beschleunigungs- und/oder Bremsphase ein definiertes Drehzahlverhalten gefordert, ist es bekannt, den Sollwert stufenweise zu erhöhen bzw. zu reduzieren. Bewerk­ stelligt wird dies dadurch, daß z. B. positions- bzw. drehwinkel­ abhängig ein in digitaler Form vorgegebener Sollwert über einen Digital-Analog-Wandler (nachfolgend D/A-Wandler) an den Ver­ gleicher gelegt wird, wie dies z. B. aus der DE-OS 30 41 321 in Verbindung mit dem definierten Abbremsen eines Gleichstrommotors zu entnehmen ist.

Die Nachteile, die aus den bekannten Schaltungsanordnungen zur Generierung eines Sollwertes resultieren, sind offensichtlich. Bei Regelanordnungen, die den Sollwert als Sprungfunktion vor­ geben, liegen während der Beschleunigungs- und Bremsphase unde­ finierte Drehzahlverhältnisse vor. Regelanordnungen, die mit einer digitalen Vorgabe eines gestuften Sollwertes arbeiten, sind insbesondere bei einer hinreichend feinen Abstufung des vorge­ gebenen Sollwertes steuerungstechnisch sehr aufwendig.

Um hier Abhilfe zu schaffen ist es aus der DE-OS 28 30 826 be­ kannt, einen Hochlauf-Sollwertgeber einzusetzen der auf einen Sprung der Sollwertgröße an seinem Eingang, an seinem Ausgang mit einer linear ansteigenden Funktion antwortet. Die Sprungantwort des Hochlauf-Sollwertgebers kann auch eine Exponentialunktion sein, wie dies aus dem Artikel Speed Control of Lifts, Electrical Review, 6 February 1959, Seiten 245 bis 247 zu entnehmen ist.

Soll nun ein Hochlauf-Sollwertgeber der vorstehend genannten Art mit einem System zur Istwertgenerierung, wie es ebenfalls weiter oben beschrieben ist, kombiniert werden, tritt das Problem auf, daß der auf die oben beschriebene Weise generierte Istwert der Periodendauer und nicht der augenblicklichen Drehzahl direkt proportional ist. Mit anderen Worten, zwischen dem generierten Istwert und dem Verlauf der Drehzahl besteht kein linearer Zu­ sammenhang. Um unter diesen Voraussetzungen einen der Hochlauf- Sollwertkurve folgenden Drehzahlverlauf realisieren zu können, ist ein erheblicher Aufwand beim Regler erforderlich.

Es ist des­ halb Aufgabe der Erfindung eine Anordnung anzugeben, die, unter Vermeidung dieses Nachteils, die Drehzahl eines Gleichstrom­ motors, insbesondere während der Beschleunigungsphase nach einer vorgegebenen Drehzahlcharakteristik regelt, obwohl zur Istwert­ generierung eine Taktscheibe mit nachgeschaltetem Zähler Verwen­ dung findet. Weiterhin gehört es zur Aufgabe, die erfindungsge­ mäße Anordnung so auszubilden, daß in einer nach dem kontinuier­ lichen Druckprinzip arbeitenden druckenden Büromaschine ohne zu­ sätzlichen Aufwand der Drehzahl-Istwert als digitale Information zur Verfügung steht, so daß diese zur Generierung von Korrektur­ faktoren für die Betätigungszeitpunkte der Druckelemente während der Beschleunigungsphase des Druckschlittens herangezogen werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches.

Der Vorteil, der im Kennzeichen des Patentanspruchs dargetanen Schaltungsanordnung besteht in erster Linie darin, daß durch einen dem Zähler nachgeschalteten Speicher ein linearer Zusammen­ hang zwischen der Istdrehzahl und dem Istwert herstellbar ist. Durch Umsetzen des in digitaler Form vorliegenden, die Drehzahl repräsentierenden Istwertes über einen Analogdigitalwandler in eine entsprechende Spannung, ist der Vergleicher mit dieser direkt beaufschlagbar.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es somit, bei der Ist­ wertgenerierung anstelle von Tachogeneratoren, denen derartige Anwendungsfälle bislang vorbehalten waren, die weitaus billigeren Taktscheiben mit entsprechender Abtastung und nachgeschalteter Wandleranordnung, einzusetzen. Nachdem der Drehzahlistwert be­ reits in digitaler Form vorliegt, wird es ohne zusätzlichen Auf­ wand möglich, Korrekturfaktoren für die Betätigungszeitpunte des Druckelementes bzw. der Druckelemente von z. B. Nadeldruckern ab­ zuleiten, wodurch auf einfache und damit vorteilhafte Weise ein verzerrungsfreies Drucken, auch während der Beschleunigungsphase möglich ist.

Anhand einiger Ausführungsbeispiele ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Verbindung mit den Zeichnungen näher er­ läutert. Für gleiche Schaltungsteile sind gleiche Bezugszeichen gewählt. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Regelkreises zur Drehzahl­ regelung eines Gleichstrommotors;

Fig. 2 Diagramme zum Antwortverhalten des Hochlauf-Sollwert­ gebers;

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung für den Hochlauf-Sollwertgeber;

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zum Antrieb des Schlittenmotors und der Antriebselemente der Drucknadeln in einem Nadel­ drucker.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Regelkreises zur Dreh­ zahlregelung eines auf eine Last wirkendsen Gleichstrommotors ge­ zeigt.

Eine Sollwert-Spannungsquelle 1 ist über den Schaltkontakt 2 eines Schaltelementes 3 mit einem Hochlauf-Sollwertgeber 4 ver­ bunden. Der Ausgang des Hochlauf-Sollwertgebers 4 weist eine Ver­ bindung zu einem ersten Eingang eines Vergleichers 5 auf, dessen Ausgang über einen Regler 6 und eine Motoransteuerschaltung 7 an einem Gleichstrommotor 8 liegt. Mit dem Rotor des Gleichstrom­ motors 8 ist einerseits eine zu treibende Last 9 und andererseits ein Istwertgeber 10 mechanisch verbunden. Der Istwertgeber 10, der zur Feststellung der Ist-Drehzahl dient, liegt mit seinem Ausgang am Eingang einer Wandleranordnung 11, deren Ausgang auf den zweiten Eingang des Vergleichers 5 geführt ist.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung wird nachfolgend auf die Diagramme in Fig. 2a und 2b, die das Antwortverhalten des Hochlauf-Sollwertgebers zeigen, Bezug genommen. In den Diagrammen sind die Sollwertspannung U _S und die Hochlauf-Sollwertspannung U _HS jeweils in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt.

Mittels der in Fig. 1 gezeigten Sollwert-Spannungsquelle 1 wird eine Soll­ wert-Spannung generiert, die so gewählt ist, daß sich nach dem Hochlaufen des Gleichstrommotors 8 die Soll-Drehzahl einstellt. Diese Sollwertspannung wird über den Schaltkontakt 2 des Schaltelementes 3 an den Eingang des Hochlauf-Sollwertgebers 4 gelegt, so daß dort die Spannung sprunghaft auf den Wert U _S ansteigt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die Sprungantwort des Hochlauf-Sollwertgebers an dessen Ausgang ist eine nach einer e-Funktion ansteigende Hochlauf-Sollwertspannung U _HS gemäß der Darstellung in Fig. 2b. Die Hochlauf-Sollwertspannung U _HS liegt an einem Eingang des Vergleichers 5, dessen zweiter Eingang mit einer dem Drehzahl-Istwert proportionalen Spannung beaufschlagt ist. Der Vergleicher 5 ermittelt aus der Sollwert­ spannung und der Istwertspannung eine der Regelabweichung proportionale Spannung und legt diese an den Regler 6, der in Abhängigkeit von der Regel­ abweichung eine Stellgröße generiert und damit über die Motoransteuerschaltung 7 den Gleichstrommotor 8 beaufschlagt.

Der Drehzahl-Istwert wird mittels des Istwertgebers 10 erzeugt, mit der nachgeschalteten Wandleranodnung 11 in eine Istwertspannung umgeformt und wie bereits erwähnt dem Vergleicher 5 zugeführt.

Für die Auslegung des Hochlauf-Sollwertgebers kann angegeben werden, daß die Dimensionierung hinsichtlich der Zeitkonstanten τ der zu erzeugenden e-Funktion so vorzunehmen ist, daß sich für den Drehzahlverlauf unter allen Betriebsbedingungen, also unabhängig von Erwärmung, Reibungsverhält­ nissen usw., im wesentlichen der Aperiodische Grenzfall ergibt. Das bedeutet, daß die Zeitkonstante des erzeugten Drehzahlverlaufes größer ist, als die auf Grund der physikalischen Gegebenheiten des Antriebs realisierbare, aber gerade so groß, daß beim Übergang in die Gleichlaufphase kein Über­ schwingen stattfindet. Die Drehzahl-Anstiegszeit bis zum Erreichen der Gleichlaufphase wird also absichtlich verlängert, damit der Gleichstrommotor während der Beschleunigung genügend Reserven zum Ausgleichen der Regel­ abweichung besitzt.

Bezüglich der übrigen Komponenten des Regelkreises nach Fig. 1 erübrigen sich detaillierte Angaben, da diese Komponenten auf verschiedene, dem Fachmann bekannte Weise realisiert werden können. In Bezug auf die Istwert­ erfassung- bzw. Umwandlung ist lediglich anzumerken, daß wegen der damit verbundenen schnelleren Reaktion des Regelkreises solche Anordnungen der Vorzug zu geben ist, die die Istwertspannung in Echtzeit oder Quasi- Echtzeit (bei digitalen Systemen) erzeugen.

Fig. 3 zeigt eine besonders einfache und deshalb zu bevorzugende Ausgestaltung des Hochlauf-Sollwertgebers. Er besteht aus einer mit der Sollwert-Spannungsquelle verbindbaren Reihenschaltung aus einem Festwiderstand 12, einem regelbaren Widerstand 13 und einem Kondensator 14, der mit Masse verbunden ist. Als Hochlauf-Sollwertspanjnung U _HS wird die am Kondensator liegende Spannung abgegriffen. Der regelbare Widerstand 13 dient der Feineinstellung der Zeitkonstante τ, die gleich ist, dem Produkt aus Gesamtwiderstand und Kapazität. Bezüglich der wahl der Zeitkonstante τ und damit der Wahl der Widerstände 12, 13 bzw. des Kondensators 14, wird auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen.

In Erweiterung des Schaltungsprinzips nach Fig. 3 ist es denkbar, die einfache Reihenschaltung aus Widerständen und Kondensator durch ein Umfang­ reicheres passives Netzwerk aus Widerständen und Kondensatoren zu ersetzen, dessen Konfiguration über eine entsprechende Schaltlogik veränderbar ist. Mit einer derartigen Anordnungen lassen sich bei geringem Aufwand unterschied­ liche Zeitkonstanten für den Verlauf der Hochlauf-Sollwertspannung rea­ lisieren, was insbesondere beim Betrieb eines Gleichstrommotors mit ver­ schiedenen Gleichlauf-Drehzahlen im Hinblick auf die Optimierung des Hochlauferhaltens bei den unterschiedlichen Soll-Drehzahlen notwendig sein kann. Die konkrete Ausgestaltung eines derartigen Netzwerkes bzw. der entsprechenden Schaltlogik ist dem Fachmann geläufig, so daß sich weitergehende Angaben erübrigen.

Wie bereits einleitend erwähnt, finden Schaltungsanordnungen zur Drehzahl­ regelung eines auf eine Last wirkenden Gleichstrommotors häufig in nach dem kontinuierlichen Druckprinzip arbeitenden druckenden Büromaschinen, wie z. B. Nadeldruckern, Anwendung. Dort ist der Druckschlitten mit einer exakt vorgegebenen Geschwindigkeit entlang der Schreibzeile zu bewegen. Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung zur Steuerung bzw. Regelung eines den Druckschlitten eines Nadeldruckers antreibenden Gleich­ strommotors sowie zur Ansteuerung der Drucknadeln eines Nadeldruckkopfes, wobei die Schaltungsanordnung das Drucken während der Beschleunigungsphase und in beiden Bewegungsrichtungen des Schlittens erlaubt.

Eine programmierbare Steuereinheit 15 ist über Leitungen 16 mit den Digital­ eingängen eines D/A-Wandlers 17 verbunden. Der Ausgang des D/A-Wandlers 17 liegt an einem Hochlauf-Sollwertgeber, bestehend aus einem Festwiderstand 12, einem dazu in Reihe geschalteten variablen Widerstand 13 und einem bezüglich der Widerstände 12, 13 in Reihe und gegen Masse geschalteten Kondensator 14. Die am Kondensator 14 liegende Spannung ist durch den einen Eingang eines Vergleichers 5 abgreifbar, dessen Ausgang mit dem Regler 6 verbunden ist, der seinerseits über eine Motoransteuerschaltung 7 an einem Gleichstrommotor 8 liegt. Mit dem Rotor des Gleichstrommotors 8 ist über eine mechanische Verbindung eine Taktscheibe 18 gekoppelt, deren Marken mittels einer Sensoranordnung 19 abtastbar sind. Die beiden Ausgänge der Sensoranodnung 19 sind über Leitungen 20, 21 auf einen Dreh­ richtungsdetektor 22 bekannter Art geführt, dessen Ausgang über Leitung 23 einerseits mit einem Rückmeldeeingang der programmierbaren Steuereinheit 15 und andererseits mit dem Vorzeicheneingang eines D/A-Wandlers 24 verbunden ist. Darüber hinaus führt die Leitung 21 auf den Triggereingang eines Zählers 25 und gegebenenfalls über eine Verzögerungsschaltung (nicht darge­ stellt) auf den Triggereingang des D/A-Wandlers 24. Der Zähler 25 liegt ferner mit seinem Zähleingang über Leitung 26 an einem Taktgeber 27, ist mit seinen Ausgängen über Leitungen 28 an die Adreßeingänge eines Fest­ wertspeichers 29 angeschaltet und über Leitungen 30 mit einer Verzögerungs­ schaltung 31 verbunden. Die Datenausgänge des Festwertspeichers 29 liegen über Leitungen 32 an den Digitaleingängen des D/A-Wandlers 24, dessen Analogausgang über Leitung 33 auf den Vergleicher 5 geführt ist. Die Ver­ zögerungsschaltung 31 liegt über Leitungen 34 an Steuerausgängen der pro­ grammierbaren Steuereinheit 15, die zur Ansteuerung der Antriebsmagnete der Drucknadeln dienen und ist über Leitung 35 und gegebenenfalls über Treiberschaltungen (nicht dargestellt) auf die Antreibsmagnete 36 der Drucknadeln geführt.

Zur besseren Übersicht wird die nachfolgende Beschreibung der Funktions­ weise der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 in Funktionsgruppen gegliedert vorgenommen.

Sollwertvorgabe

Zur Sollwertvorgabe legt die programmierbare Steuereinheit 15 über Leitungen 16 eine digital codierte Sollwertinformation an den D/A-Wandler 17. Die Sollwertinformation enthält neben der Betragsangabe auch die Drehrichtungs­ angabe. Mittels eines von der programmierbaren Steuereinheit 15 ausgelösten Signales wird der D/A-Wandler 17 über eine dafür vorgesehene nicht darge­ stellte Leitung veranlaßt, die Sollwertinformation an seinen Eingängen zu übernehmen, zu analogisieren und an seinem Ausgang als Sollwertspannung zur Verfügung zu stellen. Die Sollwertspannung kann in Abhängigkeit von der Drehrichtung positive oder negative Polarität aufweisen. Durch den nachgeschalteten Hochlauf-Sollwertgeber, der aus den Widerständen 12, 13 und dem Kondensator 14 besteht, wird die Hochlauf-Sollwertspannung generiert, die am Kondensator 14 abgreifbar ist.

Die digitale Sollwertvorgabe durch die programmierbare Steuereinheit 15 erlaubt es, unterschiedliche Gleichlaufdrehzahlen zu realisieren. Nach Ausgabe eines digitalen Sollwertes und dessen Übernahme durch den D/A-Wandler ist die Tätigkeit der programmierbaren Steuereinheit 15 bezüglich der Sollwertvorgabe beendet, so daß dann mit der programmierbaren Steuereinheit 15 andere Steuerungsaufgaben durchgeführt werden können. Die programmier­ bare Steuereinheit 15 wird somit durch den Hochlauf-Sollwertgeber in er­ heblichem Maße entlastet.

Erzeugung der Istwertspannung

Die die Marken der Taktscheibe 18 abtastende Sensoranordnung 19 liefert an ihren Ausgängen zwei 90° phasenverschobene periodische Signale, die über Leitungen 20, 21 an den Eingängen des Drehrichtungsdetektors 22 liegen. Der Drehrichtunsdetektor 22 erzeugt aus diesen Signalen in bekannter Weise an seinem Ausgang und damit auf Leitung 23 eine Drehrichtungsinformation in Form eines Spannungspegels, z. B. H-Pegel für Rechtslauf und L-Pegel für Linkslauf. Die Verwendung der Drehrichtungsinformation wird weiter unten näher erläutert.

Das auf der Leitung 21 liegende Signal wird dem Triggereingang des Zählers 25 zugeführt, dessen Zähleingang vom Taktgeber 27 über Leitung 26 mit einem, im Vergleich zum Signal auf der Leitung 21 hochfrequenten Taktsignal beaufschlagt ist, so daß der Zähler 25 die Taktimpulse des Taktsignales auf der Leitung 26 zwischen zwei aufeinanderfolgenden z. B. ansteigenden Flanken des Signales auf der Leitung 21 zählt. Der Zählerstand des Zählers 25 ist demzufolge nach einer vollständigen Zählperiode der Ist-Drehzahl umgekehrt proportional. Die Zählerausgänge liegen über Leitung 28 an den Adreßeingängen des Festwertspeichers 29, so daß an dessen Datenausgängen und damit auf den Leitungen 32 ein durch den Zählerstand adressiertes Datenwort liegt. Dieses, den Drehzahl-Istwert in codierter Form angebende Datenwort, wird durch einen Triggerimpuls, der ebenfalls von dem Signal auf der Leitung 21 abgeleitet wird, von den Digitaleingängen des D/A-Wandlers 24 übernommen, zwischengespeichert und in eine Istwertspannung, die der Ist-Drehzahl proportional ist, übergeführt. Die Polarität der Istwertspannung bestimmt der Pegel auf Leitung 23, die mit dem Vorzeicheneingang des D/A- Wandlers 24 verbunden ist und vom Ausgang des Drehrichtungsdetektors 22 mit einem drehrichtungsabhängigen Pegel beaufschlagt wird. Die am Analog­ ausgang des D/A-Wandlers 24 liegende Istwertspannung gelangt über Leitung 33 zum Vergleicher 5.

Für die ordnungsgemäße Funktionsweise der Schaltungsanordnung zur Ist­ werterzeugung kann es erforderlich sein, den Zählerstand nach Abschluß einer Zählperiode zwischenzuspeichern, damit eine sichere Adressierung des Festwertspeichers 29 erfolgt. In diesem Fall ist das dem D/A-Wandler 24 zugeführte Triggersignal entsprechend zu verzögern.

Die schaltungstechnischen Maßnahmen zur sicheren Datenübertragung durch den Festwertspeicher 29 bzw. durch den D/A-Wandler 24 sind dem Fachmann geläufig und bedürfen keiner näheren Erläuterung.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß selbstverständlich nach jeder Zählperiode der Zähler 25 zurückgesetzt wird.

Drehzahlregelung

Die auf die vorstehend beschriebene Weise generierten Spannungswerte für den Drehzahl-Sollwert bzw. den Drehzahl-Istwert werden dem Vergleicher 5 zugeführt, der daraus eine der Differenz von Sollwertspannung und Istwert­ spannung proportionale Spannung als Regelabweichung erzeugt. Diese Regel­ abweichung wird dem Regler 6 zugeführt. Die Regelcharakteristik des Reglers 6 hängt von den durch den Anwendungsfall gegebenen Bedingungen ab. Dem Fachmann ist es ohne weiteres möglich, auf Grund besagter Bedingungen einen geeigneten Regler auszuwählen. Der Regler 6 erzeugt ein Stellsignal, das über eine Motorsteuerschaltung 7 dem Gleichstrommotor 8 zugeführt wird. Für die Motoransteuerschaltung 7 kommen die dem Fachmann bekannten analogen oder digitalen Konzepte in Frage.

Erzeugung der Signale für die Antriebsmagente der Drucknadeln

Zum Ansteuern der Antriebsmagnete der Drucknadeln benötigt die programmier­ bare Steuereinheit 15 eine Information über die augenblickliche horizon­ tale Position des Druckschlittens und seine Bewegungsrichtung. Diese In­ formation gewinnt die programmierbare Steuereinheit 15 durch Abtasten der Signale auf den Leitungen 21 und 23. Das Signal auf Leitung 21 wird, wie bereits erwähnt, von der Sensoranordnung 19 durch Abtasten der Marken auf der Taktscheibe 18 erzeugt. Da zwischen zwei Marken durch den Rotor des Gleichstrommotors 8 ein bestimmter Winkelweg zurückzulegen ist und dieser Winkelweg einer bestimmten Strecke entspricht, die der Schlitten zurücklegt, wenn der Rotor des Gleichstrommotors 8 um den besagten Winkelweg dreht, ist durch das drehrichtungsabhängige Inkrementieren bzw. Dekremen­ tieren eines in der programmiebaren Steuereinheit 15 enthaltenen Zählers (nicht dargestellt) der auf die z. B. positiven Flanken des Signals auf der Leitung 21 anspricht, eine genaue Ortsbestimmung durchführbar. Die Entscheidung, ob der besagte Zählerstand zu Inkrementieren oder Dekrementieren ist, macht die programmierbare Steuereinheit 15 vom Pegel auf Leitung 23, der über die Drehrichtungsverhältnisse Auskunft gibt, abhängig.

Mittels der Ortsbestimmung läßt sich ein Druckauftrag in der Weise aus­ führen, daß die programmierbare Steuereinheit 15 über entsprechende Ausgänge, in Abhängigkeit von dem durch den Druckschlitten erreichten Ort und der durch den Druckauftrag vorgegebenen Information bezüglich der an diesem Ort anzusteuernden Drucknadeln, Steuersignale auf die Leitungen 34 legt. Die Steuersignale werden einer Verzögerungsschaltung 31 zugeführt, die diese um eine durch die augenblickliche Geschwindigkeit vorgegebene Zeit Δ t verzöget, über Leitung 35 und gegebenenfalls über Treiberschaltungen, an die Antriebsmagnete 36 für die Drucknadeln legt. Die Verzögerungszeit Δ t stellt dabei einen Korrekturwert dar, der von der augenblicklichen Druckwagen­ geschwindigkeit abhängt. Erzeugt wird dieser Korrekturwert durch Anlegen des Zählerstandes des Zählers 25 (nach jeweils einem Zählintervall) über Leitung 30 an die Verzögerungsschaltung 31 und das Überführen des Zähler­ standes in eine Verzögerungszeit Δ t. Das Überführen in die Verzögerungszeit Δ t kann z. B. durch das Dekrementieren des Zählerstandes auf Null erfolgen, wobei der Beginn der Dekrementierung durch die Signale auf den Leitungen 34 bestimmt wird und die Dekrementierung mittels eines Taktsignales vor­ gegebener Frequenz erfolgt. Dabei hängt die Taktfrequenz selbstverständlich von der Relation des Zählerstandes zur zu erzeugenden Verzögerungszeit Δ t ab. Die notwendige Verzögerungszeit Δ t ist in Abhängigkeit von der Ge­ schwindigkeit des Druckschlittens empirisch zu ermitteln.

Wie vorstehend in Verbindung mit der Sollwertgenerierung ausgeführt, läßt die in Fig. 4 gezeigte Schaltungsanordnung ein geregeltes Hochfahren der Drehzahl in beiden Drehrichtungen des Gleichstrommotors zu. Das Beauf­ schlagen des Hochlauf-Sollwertgebers mit einer negativen Sollwertspannung U _S hat einen Verlauf der Hochlauf-Sollwertspannung U _HS zur Folge, der sich durch Spiegelung des in der Fig. 2b gezeigten Kurvenverlaufs an der Zeit­ achse ergibt.

Für die direkte Drehrichtungsumkehr wird bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 von der programmierbaren Steuereinheit 15 über Leitung 16 und D/A- Wandler eine Sollwertspannung entgegengesetzter Polarität an den Hochlauf-Soll­ wertgeber gelegt. Dies hat ein geregeltes Abbremsen und Wiederbeschleunigen in Gegenrichtung zur Folge. Da die Regelabweichung während des Abbremsens realtiv groß ist, muß bei vertreibbarem Aufwand für den Regler 6 während der Bremsphase auf das Drucken verzichtet werden. Für das anschließende Hochfahren der Drehzahl in Gegenrichtung liegen wieder die beschriebenen Verhältnisse vor, so daß auch hier während der Beschleunigung gedruckt werden kann. Die für das bidirektionale Drucken notwendige Feststellung des Ortes auf der Schreibzeile, an der der Druckschlitten seine Bewegungs­ richtung ändert, erfolgt durch die programmierbare Steuereinheit 15, die das Signal auf Leitung 23 abtastet. Wie bereits ausgeführt, ändert das Signal auf Leitung 23 bei Drehrichtungsumkehr seinen Pegel.

Der Vollständigkeit halber ist noch zu erwähnen, daß das Drucken selbst­ verständlich nicht von der Drehzahl Null an erfolgen kann, sondern erst dann, wenn die Regelung greift, wobei dieser Zeitpunkt durch höheren Auf­ wand für den Regler sowie für die Istwertgenerierung in Richtung kleiner werdender Drehzahlen verschoben werden kann.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines auf eine Last wirkenden Gleichstrommotors, enthaltend

   • - einen Sollwertgeber, der eine der Soll-Drehzahl pro­ portionale Größe erzeugt;
   • - einen nachgeschalteten Hochlauf-Sollwertgeber, der auf einen Sprung der Sollwertgröße an seinem Eingang, an seinem Ausgang mit einer e-Funktion antwortet;
   • - einen Vergleicher, der die der Soll-Drehzahl proportionale Größe mit einer der Ist-Drehzahl proportionalen Görße vergleicht;
   • - einen Rgler, der in Abhängigkeit von der Regelab­ weichung eine Stellgröße erzeugt;
   • - eine Motoransteuereinheit, die den Gleichstrommotor in Abhängigkeit von der vom Regler gelieferten Stellgröße beaufschlagt;
   • - einen Istwertgeber, der eine mit dem Rotor des gleich­ strommotors mechanisch verbundene Taktscheibe aufweist, die mittels einer Sensoranordnung abtastbar ist, derart, daß die Sensoranordnung an ihren beiden Ausgängen zwei periodische um 90° phasenverschobene Signale erzeugt, deren Periodendauer der augenblicklichen Drehzahl proportional ist und deren Phasenlage zueinander die Drehrichtung des Gleichstrommotors angibt;
   • - eine nachgeschaltete Wandleranordnung, die einen Zähler beinhaltet, der von einem Taktgeber an seinem Zählein­ gang mit Zählimpulsen konstanter Frequenz beaufschlagt ist und den die Sensoranordnung Triggerimpulse zuführt, derart, daß der Zähler die Zählimpulse zwischen zwei z. B. ansteigenden Flanken des einen von der Sensoranord­ nung erzeugten Signales zählt;
2. dadurch gekennzeichnet, daß

   • - dem Zähler (25) ein Festwertspeicher (29) nachgeschaltet ist, derart, daß der Zählerstand als Adresse an den Adreßeingängen des Festwertspeichers (29) liegt und der Festwertspeicher (29) an seinen Datenausgängen ein Datenwort abgibt; das den Drehzahl-Istwert in codierter Form darstellt;
   • - die Datenausgänge des Festwertspeichers (29) an die Digitaleingänge eines Digital-Analog-Wandlers (24) ange­ schaltet sind, der an seinem Triggereingang mit einem Triggersignal beaufschlagt wird, das von dem einen Signal, das die Sensoranordnung (19) abgibt, abgeleitet ist, der an seinem Vorzeicheneingang mit einem vor­ zeichensignal beaufschlagt wird, das ein Drehrichtungs­ detektor (22) durch Auswerten der von der Sensoran­ ordnung (19) abgegebenen Signale erzeugt und daß die vom Digital-Analog-Wandler (24) erzeugte, der Ist-Drehzahl entsprechende Spannung an dem einen Eingang des Ver­ gleichers (5) liegt.