DE3751087T2

DE3751087T2 - Selbstjustierender Rücklauf für einen Schrittmotor.

Info

Publication number: DE3751087T2
Application number: DE3751087T
Authority: DE
Inventors: Darell Dean Cronch; Richard Thomas Fischer; Patricia Anne Graham; John Edward Passafiume
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1986-12-11
Filing date: 1987-11-03
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2007-11-04
Also published as: JPS63157697A; EP0267527A1; US4706008A; JPH0732639B2; DE3751087D1; EP0267527B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schrittmotoren und insbesondere auf ein Verfahren und ein Gerät zum Eliminieren von Fehlern im Einzelschrittmodus bei Schrittmotorsystemen mit offenem Regelkreis.

Hintergrundtechnik

Bekannte Schrittmotoren sind äußerst genau beim Liefern einer Relativbewegung oder Rotation; diese äußerste Genauigkeit hat zu beliebter Verwendung von Schrittmotorsystemen mit offenem Regelkreis geführt, in denen das Vertrauen auf Genauigkeit vollständig in den Schrittmotor gesetzt wurde. Da der Schrittmotor nur in der Lage ist, für eine relative Stellung zu sorgen, muß für eine externe Referenzinformation gesorgt werden, um ein genaues absolutes Positionieren sicherzustellen. Solch eine externe Referenz wird gewöhnlich in der Form irgendeines Positionssensors vorgesehen, der ein Signal (z.B. eines Spannungs- oder Stromübergangs) an einer bestimmten absoluten Position liefert, auf die bisweilen Bezug genommen wird als die Referenzstellung oder -position. Üblicherweise werden Bewegungen des Motors im Hinblick auf eine Grundstellung definiert, die mit der Referenzlage zusammenfallen kann, aber nicht muß, solange als die Grundstellung relativ zu der Referenzlage identifiziert werden kann. Wenn der Motor sich einmal in der Grundstellung befindet, können nachfolgende Relativbewegungen mit einer absoluten Stellung korreliert werden durch Verfolgen der Anzahl von Schritten von der Grundstellung aus. Beispiele solcher Positionierungsverfahren mit offenem Regelkreis finden sich in US-A-3 944 902, 3 992 614, 4 066 943, 4 409 530 und 3 986 094.
EP-A-0116904 offenbart eine Positionierungseinrichtung, die einen Schrittmotor umfaßt, Positions-Sensormittel, die mit dem Schrittmotor verbunden sind, der ein Positionssignal erzeugt, wenn der Schrittmotor sich an einer vorgegebenen Stelle befindet, und eine Lese-/Schreib-Speichereinrichtung. Dieser Speicher wird mit Daten geladen, die einen Phasenzustand des Schrittmotors definieren, so daß das Justieren der Grundstellung des Schrittmotors sichergestellt wird.
In diesen und in allen anderen Systemen, in denen die absolute Positionierung von einer externen Referenz abhängt, wird die externe Referenz oder eine Position, die sich auf die externe Referenz bezieht, als einem vorgegebenen Phasenzustand entsprechend angesehen. Vergleiche z.B. US-A-3 986 094 (Spalte 10 in Zeile 52) und US-A-4 066 943 (Spalte 7, Zeile 29 und folgende). Diese Anordnung arbeitet ganz gut, solange die externe Referenz unzweideutig definiert und mit dem vorgegebenen Phasenzustand korreliert werden kann. Unglücklicherweise kann in vielen in Massenproduktion hergestellten Schrittmotorsystemen die externe Referenz an oder nahe bei einem Übergang des Phasenzustandes gelegen sein. Unter diesen Bedingungen kann die Grundstellung um einen Schritt variieren, abhängig davon, ob die externe Referenz physikalisch mit einem Phasenzustand oder seinem benachbarten Phasenzustand korreliert ist oder nicht. Dies kann zwischen aufeinanderfolgenden Motorinitialisierungen einen Fehlausrichtungsfehler von einem Schritt zur Folge haben. Natürlich kann dies es Problem überwunden werden durch Einengen der Herstellungstoleranzen (mit der damit verbundenen Zunahme der Kosten), oder kann einen unerwünschten manuellen Justierschritt im Laufe der Herstellung erfordern (mit den zugehörigen Kosten).

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät bereitzustellen für das Überwinden solcher Fehlausrichtungsfehler von einem Schritt und damit die Positionswiederholbarkeit des Schrittmotors zu verbessern. Dies wird mittels des Verfahrens und des Gerätes erreicht, wie sie im Anspruch 1 bzw. 2 definiert sind.
Es sollte klar verstanden werden, daß, während wir auf eine externe Referenz und eine Grundstellung Bezug genommen haben, diese in einigen Fällen identisch sein können, aber nicht müssen. Daher ist die Grundstellung notwendigerweise definiert im Hinblick auf die externe Referenz, aber sie muß damit nicht identisch sein. Beispielsweise kann die Grundstellung als eine bestimmte Anzahl von Schritten von der externen Referenz aus definiert sein. Der Motor kann die vorgegebene Anzahl von Schritten bei einer Operation im Einzelschrittmodus positioniert werden, in einer Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit oder sogar in einer Bewegung nach Art einer Schnellnachführung.
Die Positionswiederholbarkeit gemäß der Erfindung wird durch Ausführen eines Initialisierungsverfahrens verbessert. Das Initialisierungsverfahren, das ausgeführt wird, ist entweder ein Initialisierungsverfahren einer ersten Art für einen "Kalt"- Start oder ein Initialisierungsverfahren einer zweiten Art, das durchgeführt wird für einen "Warm"-Start. Um das Initialisierungsverfahren gemäß der Erfindung durchzuführen, wird das Schrittmotorsystem mit einem Lese-/Schreibspeicher versehen wie auch mit der Fähigkeit, zu unterscheiden, ob ein "Warm"- oder ein "Kalt"-Start ausgeführt wird. Der Unterschied zwischen einem "Warm"- und einem "Kalt"-Start besteht darin, daß bei einem "Kalt"-Start der Speicher durch die frühere Operation nicht belegt wird, während der Speicher beim "Warm"-Start belegt wird.
Das Initialisierungsverfahren schließt ein:
1) das Speisen des Motors und sein Stabilisieren und
2) das Weiterschalten des Motors, bis die externe Referenzstelle beobachtet wird.
Für "Kalt"-Starts erfordert der letzte Schritt des Verfahrens, daß der Phasenzustand gespeichert wird. Der gespeicherte Phasenzustand kann der Referenzposition oder einer damit in Beziehung stehenden Grundstellung entsprechen.
Für "Warm"-Starts wird der Motor, nachdem die externe Referenz erkannt wurde, zuerst so gesteuert, daß er sich gemäß der vorgegebenen Distanz zwischen der Referenzstelle und der angenommenen Grundstellung bewegt, wenn eine da ist, und dann so, um ihn in Koinzidenz mit dem vorher gespeicherten Phasenzustand zu bringen, und eine ausreichende Verzögerung wird angewandt, um dem Motor zu gestatten, in diesem Zustand sich zu beruhigen.
Gemäß dem Initialisierungsverfahren für den "Warm"-Start ist eine Justierung der Motorphase von +1, 0 oder -1 Schritten aus Gründen möglich, die klar sein sollten.
Es ist für ein Schrittmotorsystem ganz üblich, diskontinuierlich zu arbeiten, d.h. das System kann während eines ersten Zeitintervalls arbeiten, abgeschaltet werden, und dann wieder eingeschaltet werden, um während eines zweiten Zeitraums zu arbeiten. In vielen Fällen besteht der Wunsch (oder die Notwendigkeit) für den Motor, sich selbst während eines zweiten Zeitraums des Vorganges, wieder in eine identische Position zu bringen, die in dem ersten Zeitraum des Vorganges erreicht wurde.
Die Lösungen nach dem Stand der Technik nähern sich bei den gegebenen weiten Herstellungstoleranzen dem gewünschten Ziel, erreichen es aber nicht notwendigerweise. Das Potential des Standes der Technik für Fehlausrichtungen wird durch Benutzen der Erfindung wie folgt eliminiert. Nachdem ein "Kalt"-Start einmal bewirkt wurde, kann das Schrittmotorsystem danach ganz diskontinuierlich arbeiten, und solange als Vorsorge dafür getroffen ist, daß nur Warm-Starts bewirkt werden, tritt keine Fehlausrichtung aufgrund der Initialisierungsverfahren auf. Dies erfordert natürlich das Festhalten im Speicher, aber das ist möglich beim Benutzen eines überlicherweise verfügbaren nichtflüchtigen Speichers zum Festhalten der Phasenzustands- Information. Ein nichtflüchtiger Speicher kann eliminiert werden, solange als die Energie für einen flüchtigen Phasenzustands-Speicher ständig vorhanden ist.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Lese-/Schreibspeicher für den Phasenzustand ein üblicher Speicher mit wahlfreiem Zugriff und Notstrom-Umschaltung sein.
Der gespeicherte Phasenzustand kann der sein, der der externen Referenz oder einem damit in Beziehung stehenden Phasenzustand entspricht. Beispielsweise kann eine feste Anzahl von Schritten zwischen der externen Referenz und der Grundstellung vorhanden sein. In diesem Fall kann die Phasenjustierung in der Grundstellung erfolgen und nicht beim Abfühlen der externen Referenz.
Durch Verwendung der Erfindung wird der Fehlausrichtungsfehler von einen Schritt, der zwischen den "Warm"-Starts vorhanden sein kann, eliminiert.
Daher stellt die Erfindung ein Positioniergerät bereit, das die im Anspruch 2 definierten Merkmale einschließt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird jetzt in den folgenden Teilen der Beschreibung beschrieben, wenn sie in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen benutzt wird, in denen gleiche Bezugszeichen entsprechende Einrichtungen identifizieren und in denen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines üblichen Schrittmotors mit einer externen Referenzstelle ist,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Gerätes zur Implementierung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist,
Fig. 3 den Phasenzustand eines Schrittmotors und die Rotorverschiebung mit einer externen Referenzstelle in Beziehung setzt,
Fign. 4-6 verschiedene Beziehungen zwischen einer externen Referenzstelle und einer Grundstellung zeigen,
Fig. 7 ein funktionelles Blockdiagramm ist, das die gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführten Schritte darstellt und
Fign. 8 und 9 Zustandsdiagramme sind, die beim Beschreiben der Funktion der Steuerung 119 nützlich sind.

Genaue Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Schrittmotors, dessen Positionswiederholbarkeit gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert werden kann. Insbesondere ist, wie das in Fig. 1 dargestellt ist, ein Schrittmotor 10 angeordnet, um eine Lastwelle 11 anzutreiben (zu drehen); der Schrittmotor 10 wird durch eine Steuereinheit 12 gesteuert, deren einem Eingang eine externe Positionsreferenz zugeführt wird. Die in Fig. 1 dargestellte externe Positionsreferenz wird von einer gekerbten Platte 13 entwickelt, die an der Welle 11 befestigt ist und ein optisches Signal entwickelt, wenn die Welle 11 sich in einer besonderen Orientierung befindet, indem Licht von einer LED 14 zu einem Photodetektor 15 gelangt. Die Fachleute verstehen, daß diese besondere externe Referenz ein elektrisches Signal entwickelt, das einer Position der Welle bei jeder Umdrehung um 360º entspricht. Es gibt andere übliche externe Referenzen, die nicht diese 360º Mehrdeutigkeit aufweisen, und das Lesen der Anmeldung wird zeigen, daß gemäß der Erfindung jede externe Referenz verwendet werden kann.
Fig. 3 zeigt eine Strichabbildung, die für den Schrittmotor 10 den Phasenzustand des Schrittmotors, die Verschiebung das Rotors und die externe Referenzstelle zueinander in Beziehung setzt. Wie in Fig. 3 dargestellt, treten die Phasenzustände in einer Folge auf, die sich wiederholt. Daher haben z.B. die Rotorschrittpositionen 2 und 6 einen gleichen Phasenzustand. In Fig. 3 ist angenommen, daß die externe Referenzstelle dem Phasenzustand C beim Rotorschritt 3 entspricht. Wenn wir sicher sein könnten, daß die externe Referenz stets innerhalb der Grenzen des Phasenzustandes C lokalisiert wäre, würde keine Notwendigkeit für die Erfindung bestehen. Das durch die Erfindung gelöste Problem entsteht, da weite Herstellungstoleranzen zur Folge haben, daß die externe Referenzstelle bisweilen näher an der Grenze eines Phasenzustandes liegt, und daß in diesem Fall die externe Referenz eventuell entweder dem Phasenzustand B oder C entspricht, was zu einer Fehlausrichtung von einem Schritt führt. Wie das bereits beschrieben wurde, kann die Grundstellung der externen Referenz entsprechen. Fig. 4 zeigt eine andere Anordnung, in der die externe Referenz um n Schritte gegenüber der Grundstellung verschoben ist. Fig. 5 zeigt eine Anordnung ähnlich der nach Fig. 4, bei der n Schritte zwischen der externen Referenz und der Grundstellung liegen, die sich aber von Fig. 4 in der Art unterscheidet, in der die Distanz implementiert ist; Fig. 5 schlägt insbesondere eine Bewegung vor, die ein Segment mit konstanter Geschwindigkeit einschließt. Fig. 6 zeigt noch eine andere Anordnung, die sich auf die externe Referenz und die Grundstellung bezieht. Insbesondere wird die externe Referenz abgefühlt, während sich der Schrittmotor mit ansteigender Geschwindigkeit bewegt, danach wird der Schrittmotor in n Schritten zu einem Stop gebracht, wobei ein Teil oder die gesamte Bewegung eine abbremsende Bewegung sein kann und ein Teil der Bewegung mit schneller Geschwindigkeit erfolgen kann.
Unabhängig davon, wie die Beziehung zwischen der externen Referenzstelle und der Grundstellung definiert ist, muß, wenn sie verschieden sind, der Motor sich von der Position, an der die externe Referenz abgefühlt wird, zu der erwarteten oder der vorhergesagten Grundstellung bewegen können, bevor ein Schritt der Erfindung angewandt wird, um irgendeine Fehlausrichtung korrigieren zu können. Im Fall der Fign. 4 und 5 kann die erfinderische Korrektur an der Referenzstelle vorgenommen werden, wenn der gespeichterte Phasenzustand der Referenzstelle entspricht (anstatt der Grundstellung). Der wesentliche Punkt ist der, daß die Korrektur, die durch die Erfindung bestimmt wird, an der Stelle vorgenommen wird, an der dar gespeicherte Phasenzustand bestimmt wurde.
Fig. 7 ist eine funktionelle Beschreibung der verschiedenen Schritte, die durch die Funktion der Erfindung bewirkt werden. Der Motor wird gestartet, das heißt erregt, und durch die Funktion F1 stabilisiert. Die Funktion F2 schaltet den Motor weiter, bis die externe Referenz lokalisiert wird. Typischerweise wurden andere Verfahren benutzt, um sicherzustellen, daß die gerade initialisierte Motorsteuerung sich der Richtung, in der der Motor weitergeschaltet werden muß, "bewußt" ist, im die externe Referenz zu lokalisieren. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Motor stets zu einer vorgegebenen Stelle bewegt wird, wenn er angehalten wird, und daß danach der Motor immer so gesteuert wird, daß er von der angenommenen Position zu der externen Referenzstelle weitergeschaltet wird. Die Fachleute kennen andere Verfahren, die benutzt werden können, um sicherzustellen, daß die Funktion F2 erfolgreich durchgeführt werden kann. Die Funktion F3 wird dann durchgeführt, um für die definierte Distanz, wenn eine vorhanden ist, zwischen der externen Referenzstelle und der Grundstellung zu sorgen. Die definierte Distanz kann z.B. die in einer der Fign. 4 - 6 gezeigte Distanz sein. Am Abschluß von Schritt F3 ist dei Moter entweder in der gewünschten Grundstellung oder mit der Grundstellung um plus oder minus. einen Schritt fehlausgerichtet. Funktion F4 bestimmt, ob dies ein Kalt- oder ein Warm-Start ist, d.h. hat der Speicher während der letzten Ein-/Aus- und Aus-/Ein- Übergänge gespeichert? Wenn der Speicher nicht gespeichert hat, dann ist dies ein Kalt-Start und die Funktion F5A wird durchgeführt, um den gegenwärtigen Phasenzustand des Motors zu speichern. Wenn auf der anderen Seite dies ein Warm-Start ist, dann wird die Funktion F5B durchgeführt, um den gespeicherten Phasenzustand des Motors zu erreichen. Wie das bereits im Verlauf der Ausführung von F5B beschrieben wurde, kann der Motor um plus oder minus einen Schritt bewegt werden oder umbewegt bleiben, wenn kein Fehlausrichtungsfehler vorlag.
In dem Fall, daß die Steuereinheit 12 ein Computer ist oder einen einschließt, dann kann die Erfindung durch Software implementiert werden, die die Funktion nach Fig. 7 durchführt. Fig. 2 ist ein Blockschaltbild des Gerätes (als eine Alternative zu der gerade beschriebenen), das gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Insbesondere zeigt Fig. 2, daß ein Oszillator 120 ein Steuerelement 119 steuert. Das Steuerelement 119 liefert Schritt-, Geschwindigkeits- und Richtungsinformation an eine Phasenfolge-Logik 122. Die Phasenfolge-Logik 122 gibt eine Identifizierung des nächsten Motor-Phasenzustandes aus, die der Motorsteuereinheit (nicht dargestellt) zugeführt wird. Das Steuerelement 119 erhält auch ein Abfühl-Eingangssignal von dem Gerät, das die externe Referenzstelle abfühlt (z.B. der lichtempfindlichen Diode 15, Fig. 1). Das Steuerelement 119 empfängt auch ein Eingangssignal von einem Flip-Flop 123, das identifiziert, ob ein Warm- oder ein Kalt-Start (wie früher definiert) durchgeführt wird oder nicht. Und schließlich empfängt das Steuerelement 119 das Ausgangssignal eines Vergleichselementes 126, um zu identifizieren, ob eine Korrektur notwendig ist oder nicht, und, wenn sie es ist, die Richtung der Korrektur. Zusätzlich zum Steuern der Phasenfolge-Logik 122 liefert das Steuerelement 119 auch ein SCHREIB-Signal an einen Phasenzustands-Speicher 125. Der Phasenzustands-Speicher 125 empfängt auch eine Information über den Motor-Phasenzustand von der Phasenfolge-Logik 122, und schreibt beim Vorhandensein des SCHREIB-Signals diese Information für zukünfige Referenznahme ein. Die gespeicherte Information des Phasenzustandes, die in dem Speicher 125 gespeichert ist, wird als ein Eiiigangssignal an das Vergleichselement 126 geliefeit, dessen anderes Eingangssignal durch den Ausgang der Phasenfolge-Logik 122 geliefert wird, d.h. den Motor-Phasenzustand. Daher kann der Vergleicher 126 bestimmen, ob seine beiden Eingangssignale gleich sind oder nicht, um in Fall einer Ungleichheit die Richtung dieser Ungleichheit bestimmen, um ein Eingangssignal für das bereits beschriebene Steuerelement 119 zu liefern. Das Flip-Flop 123 ist das Gerät, das verwendet wird, um zu bestimmen, ob ein Warm- oder ein Kalt-Start bewirkt wird oder nicht. Das Flip-Flop 123 empfängt ein Rücksetzsignal in der Form eines NEG ( Netz Ein-Grundstellung). Demgemäß ist das Flip-Flop 123 bei fehlenden anderen Eingangssignalen und im Anschluß an den Empfang eines NEG in einem Rücksetzzustand. In dem Fall, daß anschließend an das letzte NEG das Steuerelement 119 das SCHREIB-Signal ausgibt, befindet sich das Flip-Flop 123 in einem gesetzten Zustand, da das. SCHREIB-Signal mit dem Setzeingang des Flip-Flops 123 verbunden wird. Wenn der Phasenzustands-Speicher 125 anschließend an das letzte NEG rückgeschrieben wurde, dann zeigt das Flip-Flop 123 an, daß irgendwelche Startoperationen Warm-Starts sind. Auf der anderen Seite zeigt das Flip-Flop 123, wenn ein NEG anschließend an irgendein SCHREIB-Signal empfangen wird, jede Startoperation als einen Kalt-Start an.
Die von dem Steuerelement 119 ausgeführten Funktionen werden, insoweit sie für die Erfindung relevant sind, in Verbindung mit Fig. 8 beschrieben. Fig. 8 zeigt verschiedene Zustände für da Steuerelement 119, und diese sind identifiziert als S1-Stop, S2-Grundstellung, S3-Korrigieren, S4-Speichern und S5-Lauf. Bezüglich jedes Zustandes werden die Bedingungen das Schritt- Ausgangs und des Schreibsignals identifiziert. Zusätzlich werden auch die Bedingungen definiert, unter denen ein Übergang bewirkt wird, als auch der Zustand, in den der Übergang die Maschine bringt. Weiterschalten=Wahr (W) zeige an, daß die Steuereinheit 119 einen Weiterschaltimpuls und Richtungsbefehle für die Phasenfolge-Schaltung 122 liefeit.
Zum Beispiel erfährt die Maschine einen Übergang von S1 zu S2 beim Vorhandensein einer Initialisierung (INIT), die ein NEG (Netz Ein-Grundstellung) einschließen kann oder nicht. Unter diesen Umständen ändert sich der Weiterschaltausgang auf wahr, um den Motor zu bewegen; wir bleiben in diesem Zustand, bis der Sensoreingang aktiv ist, was nachweist, daß wir die vorgegebene Referenzstelle erreicht haben.
Der Übergang vom Zustand S2 erfolgt dann entweder in die Zustände S1, S3 oder S4, abhänigig von den Ausgangssignalen des Flip-Flop 123 (warm oder kalt) und dem Ausgangssignal des Vergleichers 126 (gleich oder ungleich). Es erfolgt ein Übergang von Zustand S2 zum Zustand S3, wenn der Vergleicher eine Ungleichheit anzeigt, z.B. es ist eine Korrektur während des Verlaufs eines Warm-Starts vorzunehmen, z.B. ist Phasenzustands- Information gespeichert worden. Im Zustand S3 liefert das Steuerelement einen Weiterschaltbefehl an die Phasenfolge-Logik 122 mit einem Richtungsbefehl, der bestimmt wird durch die Richtung des Fehlers, die am Vergleicher 126 festgestellt wurde. Danach erfolgt der Übergang zum Zustand S1. An diesem Punkt ist das Schrittmotorsystem in den vorgegebenen Phasenzustand initialisiert worden, der dem Phasenzustand entspricht, der in dem Phasenzustands-Speicher 125 gespeichert wurde.
Auf der anderen Seite erfolgt für einen Kalt-Start der Übergang vom Zustand S2 zum Zustand S4. Im Zustand S4 liefert das Steuerelement 119 keine Korrektur an die Phasenfolge-Logik 122 (der Weiterschaltbefehl ist falsch), sondern stattdessen wird das SCHREIB-Signal wahr. Dies sorgt für das Rückschreiben des Phasenzustands-Speichers 125 als auch für das Setzen des Flip- Flops 123. Der Übergang erfolgt vom Zustand S4 zum Zustand S1.
Wenn die Eingangsbedingungen für das Steuerelement 119 anzeigen, daß ein Warm-Start durchgeführt wird und daß keine Notwendigkeit für eine Korrektur vorhanden ist (das Vergleichselement 126 zeigt eine Gleichheit an) dann erfolgt der Übergang vom Zustand S2 zum Zustand S1. Der Zustand S5 ist so dargestellt, daß er die Steuerung de Schrittmotors anschließend an die Initialisierung anzeigt, d.h. dies ist der Laufzustand. Dieser Übergang wird entsprechend einem Verschiebungsbefehl bewirkt), der, wie der INIT-Befehl, ein Eingangssignal für das Steuerelement 119 eines nicht dargestellten Gerätes ist). Während des Laufzustandes ist der Weiterschaltausgang wahr und der Schreibausgang falsch. Dieser Zustand wird aufrechterhalten, bis die Verschiebung beendet ist und danach erfolgt der Übergang zurück zu dem Zustand S1.
Für den allgemeinen Fall, in dem die Referenzstelle und die Grundstellung verschieden sind, wird das Zustandsdiagramm nach Fig. 9 benutzt. Fig. 9 ist generell ähnlich zu Fig. 8, mit der Ausnahme, daß während des Initialisierungsverfahrens der Übergang vom Schritt S1 zu einem neuen Schrltt S6 erfolgt, dem Referenzzustand. Im Referenzzustand ist der Weiterschaltausgang wahr und der Schreibausgang falsch und wird aufrechterhalten, bis das Ausgangssignal des Sensors festgestellt wird. Wenn das Ausgangssignal des Sensors festgestellt wird, erfolgt ein Übergang in den Grundzustand S2. Der Grundzustand S2 ist ähnlich dem Zustand S2 nach Fig. 8, außer daß er aufrechterhalten wird, während DISTANZ falsch ist , d.h. bis der Schrittmotor die n Schrittbewegungen zwischen der Referenzstelle und der Grundstellung gemacht hat. Wenn DISTANZ wahr ist, dann erfolgt der Übergang zu einem von drei Zuständen, zu dem Stop-Zustand S1, dem Korrigier-Zustand S3 oder dem Speicher-Zustand S4, basierend auf im wesentlichen den gleichen Bedingungen, auf die in Fig. 8 fui den Übergang vom Zustand S2 zu den Zuständen S1, S3 odei S4 Bezug genommen wurde. Die Arbeitsweise des in Fig. 2 dargestellten Gerätes sollte jetzt offensichtlich sein, insbesondere in Verbindung mit der Definition des Steuerelementes 119, die durch die Fign. 8 und 9 geliefert wird. Insbesondere wird immer dann, wenn ein Kalt-Start bewirkt wird, der Schrittmotor angetrieben, bis die Referenzstelle abgefühlt wird. An diesem Punkt wird jede Distanz zwischen der Referenzstelle und der Grundstellung benutzt, um für weitere Bewegung des Schrittmotors zu sorgen. Wenn die Grundstellung erreicht ist, wird der Phasenzustand der Maschine gespeichert. Danach kann die Maschine gemäß üblichen Verfahren betrieben werden. Wenn zu irgendeiner Zeit danach die Maschine wieder initialisiert werden muß, d.h. wenn die Phase gebrochen ist oder die Ausgangswelle manuell bewegt wurde oder aus irgendeinem anderen Grund wird das Initialisieren des Eingangssignal so geregelt, daß es den Schrittmotor steuert, so daß er nach der Referenzstelle sucht. Wenn die Referenzstelle gefunden ist, wird der Schrittmotor weiter gemäß der Distanz (wenn eine vorhanden ist) zwischen der Referenzstelle und der Grundstellung bewegt. An diesem Punkt wird der Motor-Phasenzustand mit dem gespeicherten Zustand verglichen, und wenn Korrektur Korrektur nötig ist, wird sie bewirkt. Danach kann die Maschine gemäß üblichen Verfahren betrieben werden.
In der vorstehenden Beschreibung wurde das Eingangssignal NEG benutzt, um ein Ereignis darzustellen, das nach dem Verlust der Speicherung im Phasenzustands-Speicher 125 auftrat. Wenn der Phasenzustands-Speicher 125 nichtflüchtig ist (keine Energie erfordert, um die Speicherung aufrecht zu erhalten), dann wird das Signal NEG nur erzeugt als Ergebnis einer Mechanismusänderung, ohne Rücksicht darauf, ob andere Komponenten in dem Schrittmotorsystem jemals außer Strom gesetzt wurden oder nicht. Dementsprechend ist NEG, wie es in der Anmeldung verwendet wird, nur vorhanden, wenn das Schrittmotorsystem initialisiert werden muß und der Phasenzustands-Speicher 125 keine sinnvollen Daten fur den Phasenzustand fur Zwecke der Initialisierung enthält.

Claims

1. Verfahren zum Positionieren eines Schrittmotors, um Fehlausrichtungsfehler als Folge weiter Herstellungstoleranzen zu überwinden, einschließend die Schritte des:

a) Vorsehens eines Phasenzustands-Speichers zum Speichern von Daten, die einen spezifizierten Phasenzustand des Schrittmotors definieren, der einer externen Referenzposition entspricht, auf die als externe Referenzposition Bezug genommen wird,

b) Speisens des Schrittmotors und Suchens nach einem Positionssignal, das eine externe Referenzstelle definiert,

c) Ausführens einer vorgeschriebenen Bewegung des Schrittmotors gemäß einer vorgegebenen Distanz, wenn eine vorhanden ist, zwischen der Referenzstelle und einer angenommenen Grundstellung,

d) Bestimmens, ob der Phasenzustands-Speicher Daten festhält, die einen spezifizierten Phasenzustand des Schrittmotors definieren, und,

e) wenn solche spezifizierten Phasenzustands-Daten festgehalten werden, des anschließenden Steuerns des Phasenzustandes des Schrittmotors, um den gespeicherten Phasenzustand zu erreichen, und, im gegenteiligen Fall, des Definierens eines Phasenzustandes des Schrittmotors anschließend an die Bewegung des Schrittmotors und des Speicherns der spezifizierten Phasenzustands-Daten in dem Phasenzustands-Speicher.

2. Positionierungsgerät, enthaltend:

einen Schrittmotor (10)

eine Einrichtung (15) zum Abfühlen der Position, die mit dem Schrittmotor verbunden ist zum Erzeugen eines Positionssignals, wenn der Schrittmotor sich an einer bestimmten, absoluten Position befindet, die einer externen Referenz entspricht,

eine Lese-/Schreib-Speichereinrichtung (125) zum Speichern von Daten, die einen Phasenzustand des Schrittmotors (10) definieren, der der externen Referenzposition einer anderen Position entspricht, auf die als die externe Referenz Bezug genommen wird,

Mittel zum Bestimmen der Verfügbarkeit von früher in die Lese-/Schreib-Speichereinrichtung (125) eingeschriebenen Phasenzustands-Daten und

eine Steuereinrichtung zum Antreiben des Schrittmotors, um einen aktuellen Phasenzustand des Schrittmotors, in Koinzidenz mit den gespeicherten Daten zu bringen, wenn solche Daten verfügbar sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (12) weiter enthält:

eine Phasenfolge-Logik (122) zum Ausgeben einer Identifizierung des nächsten Motor-Phasenzustandes,

ein Steuerelement (119) zum Liefern von Schritt- und Geschwindigkeitsinformation an die Phasenfolge-Logik (122) wobei das Steuerelement Information von der Einrichtung (15) zum Abfühlen der Position empfängt, wogegen die Einrichtung zum Bestimmen der Verfügbarkeit von früher eingeschriebenen Phasendaten eine Selbsthalteschaltung (123) enthält, die identifiziert, ob ein Warm- oder ein Kalt-Start durchgeführt wird oder nicht, wobei die Selbsthalteschaltung ein Ausgangssignal an das Steuerelement (119) aussendet,

ein Vergleichselement (126), dessen Ausgang mit dem Steuerelement (119) verbunden ist zum Identifizieren, ob eine Korrektur notwendig ist oder nicht, und, wenn das der Fall ist, der Richtung der Korrektur, wobei das Vergleichselement an einem ersten Eingang die Information über den Phasenzustand empfängt, die in der LESE-/SCHREIB- Speichereinrichtung (125) gespeichert ist, und an einem zweiten Eingang das Ausgangssignal der Phasenfolge-Logik (122),

wobei das Steuerelement (119) ein Schreibsignal an die LESE-/SCHREIB-Einrichtung liefert, wenn ein Kalt-Start ausgeführt wird, und

die Lese-/Schreib-Speichereinrichtung (125) Information über den Motor-Phasenzustand von der Phasenfolge-Logik (122) empfängt und bei Vorliegen des Schreibsignals diese Information für zukünftige Bezugnahme einschreibt.