DE2805363C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kon­ trollierten Steuerung eines Schrittmotors, ent­ haltend

• (a) eine von Fortschaltimpulsen beaufschlagte Steuervorrichtung zur Erzeugung digitaler Steuersignale für den Schrittmotor, von denen jedes einer oder mehrerer diskreten Stellungen des Schrittmotors zugeordnet ist und ein dieser Stellung entsprechendes, elektrisches Ansteuerimpuls der Schrittmotorwicklungen erzeugt,
• (b) einen mit dem Schrittmotor gekuppelten Winkelsensor zur Erzeugung von Rückmelde­ signalen, bei welchem jeder stabilen Stellung des Schrittmotors nur ein definiertes Signal des Winkelsensors zugeordnet ist, und
• (c) eine zum Vergleich von Steuersignal und Winkelsensor-Signal eingerichtete Auswerte­ schaltung (DE-AS 13 03 612).

Eine Schrittmotorsteuerung kann angewandt werden bei der Anzeige des Standortes in einer topographi­ schen Karte, bei welcher ein Lichtkreuzprojektor in zwei Achsen durch Schrittmotoren so unter der Karte bewegt wird, daß das projizierte Lichtkreuz auf den Standort zeigt. Die Zahl der von den Schrittmotoren ausgeführten Schritte wird als Maß für die Stellung des Lichtkreuzprojektors benutzt. Während des Be­ triebes unter rauhen Umgebungsbedingungen kann es dabei vorkommen, daß durch mechanisches Verklemmen, Reibungsänderung, Verschmutzung usw. der Schritt­ motor zeitweise blockiert wird, so daß die Zahl der ausgeführten Schritte nicht mit der Zahl der be­ fohlenen Schritte übereinstimmt (Schrittverlust). Bei Betrieb des Schrittmotors mit bestimmten Schrittfrequenzen kann es, hervorgerufen durch das Trägheitsmoment der Last, zu Resonanzen kommen, bei denen ebenfalls die Gefahr eines Schrittverlustes besteht. Da der Anzeigebereich durch Anschläge be­ grenzt ist, muß eine Vorrichtung vorhanden sein, die den Motor bei Erreichen des Anschlags abschal­ tet und eine entsprechende Meldung auslöst.

Um eine Blockierung des Antriebs durch unvorherge­ sehene Lastschwankungen zu verhindern, werden bei bekannten Vorrichtungen dieser Art Schrittmotoren mit groß dimensioniertem Antriebsmoment eingesetzt. Durch die große Dimensionierung der Schrittmotoren konnte davon ausgegangen werden, daß befohlene Schritte auch ausgeführt wurden. Dadurch werden die Abmessungen oder eines solchen Geräts unerwünscht groß. Es ist in der Praxis häufig erforderlich, das Kartenanzeigegerät mit dem Lichtkreuzprojektor und dem Antrieb desselben in einem sehr flachen Gehäuse unterhalb der Karte unterzubringen. Die Anschläge werden bei der bekannten Anordnung durch Endschal­ ter oder entsprechende Sensoren erkannt, die sehr genau, nämlich auf eine halbe Schrittweise genau, justiert sein müssen.

Es ist weiterhin bekannt, den Schrittmotor über ein Getriebe mit einem Winkelsensor zu koppeln. Der Winkelsensor erlaubt es, die Stellung des Antriebs im Anzeigebereich zu bestimmen. Der Schrittmotor wird dabei so lange angesteuert, bis die gewünschte Position erreicht ist (Nachlaufprinzip). Als Winkelsensoren werden Potentiometer, Synchros und Winkelkodierer verwendet. Da jederzeit die Stellung des Antriebs bekannt ist, können die Anschläge vermieden werden.

Die Resonanzerscheinungen des Schrittmotors werden bei bekannten Anordnungen durch mechanische Dämpfung (Bremsen, hydraulische Dämpfer) oder durch Vermeidung der entsprechenden Antriebsfrequenzen unterdrückt.

Mechanische Dämpfungselemente sind sehr aufwendig und störanfällig und setzen die Zuverlässigkeit des Antriebs herab. Das Nachlaufprinzip mit einem dem gesamten Stellweg des Schrittmotors über mehrere Umdrehungen hinweg erfassenden Winkelsensor ist in der Ausführung sehr aufwendig und teuer.

Durch die DE-AS 13 03 612 ist eine Überwachungs­ einrichtung für einen impulsgesteuerten Schritt­ motor bekannt, der mehrere Statorwicklungen und einen Permanentmagneten als Rotor aufweist und der wahlweise in beiden Drehrichtungen schaltbar ist. Der Schrittmotor weist eine kollektorlose Steuer­ schaltung auf, welche die Eingangsimpulse, die von einem Impulsgenerator geliefert werden, auf die Statorwicklungen verteilt. Mit dem Schrittmotor ist ein Winkelsensor gekuppelt. Dieser Winkelsensor besteht aus einer Scheibe mit einer Öffnung, durch welche das Licht einer Lichtquelle auf Photozellen fällt. Die Photozellen sind auf einem Kreis ent­ sprechend den Stellungen der Statorwicklungen angeordnet. Jeder Photozelle ist eine UND-Schaltung zugeordnet. Ein Eingang dieser UND-Schaltung ist mit der Photozelle verbunden. Der andere Eingang der UND-Schaltung ist mit derjenigen Ausgangs­ leitung der Steuerschaltung verbunden, über welche die der betreffenden Photozelle stellungsmäßig zugeordnete Statorwicklung beaufschlagt wird. Die UND-Schaltung liefert somit dann und nur dann ein Ausgangssignal, wenn die zugehörige Statorwicklung angesteuert wird und der Stator sich in diese Stellung eingestellt hat. Die Ausgangssignale der UND-Schaltungen sind über eine ODER-Schaltung auf eine Torschaltung geführt, deren zweiter Eingang an den Impulsgenerator anliegt. Die Torschaltung läßt bei Anwesenheit eines Signals der ODER-Schaltung über eine Drehrichtungssteuerung einen Fortschalt­ impuls an die Steuerschaltung durch.

Diese bekannte Anordnung sorgt dafür, daß die Steuerschaltung erst dann durch einen Impuls um einen Schritt weitergeschaltet wird, wenn vorher der Rotor in die dem bisherigen Schaltzustand entsprechende Stellung gelangt ist. Es soll also eine richtige Beziehung zwischen der momentanen Rotorstellung und der als nächstes über die Steuerschaltung anzusteuernden Wicklung sicherge­ stellt werden. Es soll verhindert werden, daß etwa die Fortschaltung der Steuerschaltung durch die Impulse des Impulsgenerators schneller erfolgt als der Rotor zu folgen vermag, was die schrittweise Fortschaltung des Rotors von einer Schaltstellung zur nächsten beeinträchtigen würde. Dafür wird in Kauf genommen, daß durch die Torschaltung einzelne Impulse des Impulsgenerators unterdrückt werden. Die Anzahl dieser Impulse stellt kein Maß für den Stellweg des Schrittmotors dar. Vielmehr erfolgt lediglich eine Drehrichtungssteuerung mittels eines Komparators in Abhängigkeit vom Vergleich einer Eingangsspannung und einer Spannung, die an einem von dem Schrittmotor verstellten Potentiometer abgegriffen wird.

Bei vielen Anwendungen von Schrittmotoren geht es jedoch darum, eine Stellbewegung zu erzeugen, die genau proportional einer Impulszahl ist. Es muß also jeder Impuls einen Schritt des Schrittmotors bewirken. Für solche Anwendungen ist die Schal­ tungsanordnung nach der DE-AS 13 03 612 weder bestimmt noch geeignet.

Durch die US-PS 33 45 547 ist eine Schaltungs­ anordnung zur Fortschaltung eines Schrittmotors ohne wesentliche Schwingungen bekannt. Um die Schwingungen zu vermeiden, wird der Zustand der Motorwicklungen abgegriffen. Eine Logikschaltung erregt den Motor in der gewünschten Richtung, indem sie den Wicklungen ein erstes Erregersignal zum Starten des Motors zuführt, dann den Motor durch ein zweites, in umgekehrter Richtung zugeführtes Signal abbremst und dann dem Motor wieder das erste Signal zuführt, um diesen in seiner neuen Stellung zu verriegeln. Die Erregersignale werden von einer Zahnscheibe gesteuert, welche durch Lichtschranken abgetastet werden. Es geht dort um die Dämpfung von Schwingungen des Schrittmotors, wobei im übrigen vorausgesetzt wird, daß der Schrittmotor den kommandierten Schritt schließlich ausführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs definierten Art zur kontrollierten Steuerung eines Schrittmotors so auszubilden, daß

• - jeder aufgeschaltete Impuls einen Schritt des Schrittmotors bewirkt,
• - mit einem kleinen und raumsparenden Schrittmotor gearbeitet werden kann, der auf einfache Weise ansteuerbar ist und
• - durch den Winkelsensor und die Auswerteschaltung ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Schritt­ motor einen kommandierten Schritt nicht im Rah­ men vorgegebener Zeitverlaufskriterien ausführt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Auswerteschaltung

• (d) Mittel zur Vorgabe einer Maximalzeit nach Auf­ schaltung eines Steuersignals,
• (e) Mittel zum Vergleich des Steuersignals mit dem Signal des Winkelsensors, und
• (f) Mittel zur Erzeugung eines Fehlersignals bei Nichtübereinstimmung von Steuersignal und Signal des Winkelsensors nach der besagten vorgegebenen Maximalzeit enthält, sowie ferner
• (g) Mittel zur Vorgabe einer Minimalzeit,
• (h) Prüfmittel, die bei Eintritt einer Überein­ stimmung zwischen Steuersignal und Signal des Winkelgebers darauf ansprechen, ob das dem Steuersignal entsprechende Signal des Winkel­ sensors für die vorgegebene Minimalzeit an dem Winkelsensor auftritt, und
• (i) Mittel zum Signalisieren einer ordnungsgemäßen Durchführung des kommandierten Schrittes, wenn die Übereinstimmung zwischen Steuersignal und Signal des Winkelsensors durchgehend während eines der Minimalzeit entsprechenden Zeitrau­ mes gegeben ist.

Der Schrittmotor wird somit nach der Erfindung bei der Ausführung jedes einzelnen Schritts durch einen Winkelsensor kontrolliert, der jedoch nicht wie beim Nachlaufprinzip den gesamten Stellbereich darstellt, sondern nur zwischen den möglichen elektrisch umschaltbaren Stellungen des Schritt­ motors innerhalb einer einzigen Umdrehung desselben zu unterscheiden gestattet. Die Kontrolle erfolgt durch Vergleich des dem Schrittmotor zugeführten Steuersignals, dem ein bestimmtes elektrisches Ansteuermuster der Schrittmotorwicklungen zugeord­ net ist, mit dem von dem Winkelsensor gelieferten, der Winkelstellung des Schrittmotors entsprechenden Signal. Es erfolgt dabei eine Kontrolle bei jedem einzelnen Schritt: Jedes einen Schritt des Schritt­ motors einleitende Kommando wird durch das Winkel­ sensor-Signal "quittiert". Der Winkelsensor braucht dabei nicht die Schritte über den gesamten Stellbe­ reich des Schrittmotors hinweg zu unterscheiden. Damit wird der gesamte Aufbau wesentlich verein­ facht.

Zu diesem Zweck wird nach Aufschalten des Steuer­ signals eine vorgegebene Maximalzeit abgewartet, während welcher der Schrittmotor sich in diesem Steuersignal entsprechende Winkelstellung einge­ stellt haben muß. Wenn dies nicht der Fall ist, beispielsweise weil eine Spindel klemmt, wird ein Fehlersignal erzeugt.

Es kann geschehen, daß der Schrittmotor nur durch die kommandierte neue Stellung hindurchschwingt, so daß der Winkelsensor zwar kurzzeitig das der kommandierten Stellung entsprechende Signal abgibt, daß der Schrittmotor jedoch diese Stellung im Ver­ lauf dieser Schwingung sofort wieder verläßt. Dem wird dadurch Rechnung getragen, daß die Auswerter­ schaltung eine Minimalzeit vorgibt und Prüfmittel enthält, die darauf ansprechen, ob das einem vorge­ gebenen Steuersignal zugeordnete Signal des Winkel­ sensors für die vorgegebene Minimalzeit an dem Winkelsensor anliegt, wobei erst bei Erfüllung dieser Bedingung eine Einstellung des Schrittmotors auf die durch das Steuersignal vorgegebene Winkel­ stellung angenommen wird.

Die Steuerung und Kontrolle des Schrittmotors kann mittels eines geeignet programmierten Mikropro­ zessors durchgeführt werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt als Anwendungsbeispiel der Erfindung ein Kartenanzeigegerät mit Mikroprozessor und Schrittmotoren als Stellmotoren für eine Navigationsanlage.

Fig. 2 zeigt die Steuerung eines Schrittmotors bei dem Kartenanzeigegerät nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt als Blockschaltbild die kontrollierte Steuerung des Schrittmotors mit Winkelsensor und Auswerterschaltung.

Fig. 4 veranschaulicht die verschiedenen Stellungen des Schrittmotors und die zugehörigen Winkel­ bereiche des Winkelsensors sowie die den Winkel­ bereichen zugeordneten Signale des Winkelsensors.

Fig. 5 veranschaulicht einen Einschwingvorgang des Schrittmotors und die zugehörigen Winkel­ sensor-Signale.

Fig. 6 veranschaulicht den Programmablauf in dem Mikroprozessor für die Steuerung des Schritt­ motors und die Auswertung der Winkelsensor- Signale.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Kartenanzeigegerätes für eine Navigationsanlage als Anwendungsbeispiel für die er­ findungsgemäße Schrittmotorsteuerung. Von einem Navigationsrechner werden Koordinaten über einen Eingang 10 auf ein Interface 12 gegeben und auf die Eingabe/Ausgabe-Einheit 14 eines Mikro­ prozessors 16 geschaltet. Der Mikroprozessor enthält üblicher­ weise einen Datenspeicher (RAM) 18, einen Programmspeicher (PROM) 20 und eine Steuereinheit (CPU) 22. Von der Eingabe/Ausgabe- Einheit 14 des Mikroprozessors 16 ist unmittelbar der Treiber 24 zweier Schrittmotoren 26 und 28 ansteuerbar. Die Schritt­ motoren 26 und 28 treiben über Spindeln 32, 34 einen Licht­ kreuzprojektor, der einen Punkt auf einer Landkarte 36 markiert. Mit den Schrittmotoren 26 und 28 sind Winkelsensoren 38, 40 gekuppelt, die digitale Signale liefern, welche den stabilen Stellungen der Schrittmotoren 26, 28 zugeordnet sind. Diese Signale werden über Verstärker 42 auf die Eingabe/Ausgabe- Einheit 14 des Mikroprozessors 16 gegeben und kontrollieren, ob die kommandierten Schritte von den Schrittmotoren 26 und 28 auch ausgeführt worden sind. Mit 44 ist ein Bediengerät bezeichnet, über welches Befehle auf den Mikroprozessor 16 aufschaltbar sind.

Fig. 2 zeigt die Ansteuerung eines der Schrittmotoren 36.

Der Treiber 24 enthält zur Steuerung des Schrittmotors vier Komparatoren 46, 48, 50, 52, an deren nicht-invertierenden Eingängen eine Referenzspannung anliegt, die von einer zwischen den Klemmen 54, 56 liegenden Versorgungsspannung über Spannungs­ teilerwiderstände 58, 60 abgegriffen wird. An den invertierenden Eingängen der Komparatoren 46 bis 52 liegen über Widerstände 62, 64, 66, 68 eine Versorgungsspannung von 5 Volt sowie die Ausgänge 70, 72, 74, 76 einer Eingabe/Ausgabe-Baugruppe 78. Die Eingabe/Ausgabe-Baugruppe 78 liefert ein digitales Steuer­ signal, durch welches der invertierende Eingang jedes Komparators 46 bis 52 entweder auf das 5 Volt-Potential der Versorgungsspannung angehoben oder an Erde gelegt wird. Dementsprechend geht der Komparator 46, 48, 50 bzw. 52 in den einen oder den anderen Schaltzustand. Die Komparatoren 46, 48, 50, 52 steuern Transistoren 80, 82, 84 bzw. 85 auf oder zu. Von den Transistoren 80 bis 86 werden wiederum Transistoren 88, 90, 92 bzw. 94 auf- oder zugesteuert. Dadurch werden die beiden Wicklungen 96 bzw. 98 des Schrittmotors 26 mit einem von dem Signal an den Ausgängen 70 bis 76 abhängigen Ansteuermuster erregt. Wenn bei­ spielsweise der Transistor 88 durchgesteuert ist, so fließt ein Strom von der Versorgungsspannung 24 Volt über die mit einer Mittenanzapfung der Wicklung 96 verbundene Leitung 100, die in Fig. 2, rechte Hälfte, der Wicklung 96, Leitung 102, den Transistor 88 und Leitung 104 zur Erde. Der Schrittmotor hat auf diese Weise acht stabile Stellungen, die jeweils um 45° gegeneinander versetzt sind. In Fig. 4 ist die Welle des Schrittmotors 38 mit 106 bezeichnet. Die stabilen Stellungen liegen bei 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° und 315°.

Mit dem Schrittmotor 26 ist der Winkelsensor 38 gekuppelt. Der Winkelsensor 38 weist ein Paar von Leuchtdioden 108 und 110 auf, die mit einem Paar von Fototransistoren 112 bzw. 114 zwei Lichtschranken bilden. Die Lichtschranken werden je nach der Stellung des Schrittmotors freigegeben oder abgedeckt, wie in Fig. 2 durch die Blende 116 angedeutet ist. Der Winkelsensor 38 liefert, wie in Fig. 4 angedeutet ist, in acht verschiedenen Winkelbereichen unterschiedliche zweistellige Digitalsignale, nämlich OO, OL, LL und LO. Jedes Digitalsignal erscheint in einem Winkelbereich von 45°, der symmetrisch zu jeweils einer der stabilen Stellungen des Stellmotors 26 ist. Das Digitalsignal O erscheint in den Winkelbereichen, die symmetrisch zu der 0°-Stellung und zu der 180°-Stellung des Schrittmotors liegen. Das Signal OL erscheint in den Winkelbereichen, die symmetrisch zu der 45°-Stellung und zu der 225°-Stellung des Schrittmotors liegen. Das Signal LL erscheint in den Winkel­ bereichen, die symmetrisch zu der 90°-Stellung und zu der 270°- Stellung des Schrittmotors liegen und das Signal LO erscheint in den Winkelbereichen, die symmetrisch zu der 135°-Stellung und zu der 315°-Stellung des Schrittmotors liegen.

Der Schrittmotor treibt die Spindel 34 über ein Getriebe 118.

Die Ausgangssignale der Fototransistoren 112 und 114 liegen über Inverter 120 und 122 an einer Eingabe/Ausgabe-Baugruppe 124 an, deren Ausgang mit dem Bus des Mikroprozessors 16 verbunden ist. Über Inverter 126 und 128 werden die Signale des Winkelsensors 40 in entsprechender Weise aufgeschaltet.

Fig. 3 zeigt schematisch die Ansteuerung und Überwachung des Schrittmotors 26. An einem Eingang 130, der beispielsweise der Eingang 10 von Fig. 1 sein kann, erscheint ein Steuerbefehl. Eine Auswerterschaltung 132, die von dem entsprechend programmierten Mikroprozessor 16 gebildet sein kann, liefert ein Steuersignal an einem Ausgang 134, das in Ausgängen 70 bis 76 der Eingabe/Aus­ gabe-Baugruppe 78 entsprechen kann. Der Schrittmotor 26 führt einen dem Steuersignal entsprechenden Schritt aus. Die Ausführungen jedes solchen Schritts wird durch den Winkelsensor 38 überwacht, der die Stellung des Schrittmotors 26 als Digitalsignal an einem Ausgang 136 liefert. Die Schaltung 132 vergleicht den durch das Signal am Ausgang 134 kommandierten Schritt mit der durch den Winkelsensor 38 erfaßten Drehbewegung des Schrittmotors 26 und liefert an einem Ausgang 138 eine Fehlermeldung, die beispielsweise eine Signallampe 140 an dem Bediengerät 44 aufleuchten läßt, wenn der kommandierte Schritt nicht ausgeführt worden ist.

Die Nichtausführung eines kommandierten Schritts durch den Schrittmotor kann darauf zurückzuführen sein, daß beispiels­ weise die Spindelverstellung mit der Spindel 34 klemmt. Es kann aber auch eine Eigenschwingung angeregt werden, so daß der Schrittmotor, wie in Fig. 5 dargestellt ist, mit einem Einschwingvorgang in die kommandierte Stellung einläuft. In Fig. 5 ist dargestellt, wie der Schrittmotor mit einer gedämpften Schwingung von der 0°-Stellung in die 45°-Stellung einschwingt. Dem auf den Schrittmotor aufgeschalteten Steuer­ signal würde das Signal OL des Winkelsensors 38 entsprechen. Dieses Signal wird auch schon nach relativ kurzer Zeit T 1 erreicht. Der Winkelbereich um die 45°-Stellung wird jedoch schon den Zeitpunkt T 2 wieder verlassen. Der Schrittmotor schwingt über in den Bereich um die 90°-Stellung. Der Schritt­ motor schwingt dann, wie bei 140 und 142 dargestellte, mehrmals durch den 45°-Winkelbereich hindurch. Erst nach einer Zeit T _N verläuft die Schwingung vollständig innerhalb des Winkelbereichs um die 45°-Stellung, so daß der Winkelsensor 38 dann konstant das Ausgangssignal OL liefert. Die Schwingungsdauer der mechanischen Schwingungen ist mit T _mech bezeichnet. Als Kriterium für das Einschwingen in die kommandierte Stellung kann gefordert werden, daß der Schrittmotor sich während eines Zeitintervalls von ³/₄ · T _mech innerhalb des 45°-Winkelbereichs um die kommandierte stabile Stellung befindet. Innerhalb dieses Zeitintervalls liegt jeweils wenigstens ein Maximum und ein Minimum der Schwingung.

Zur Steuerung und Kontrolle jedes Schrittmotors kann der Mikro­ prozessor 16 das in Fig. 6 dargestellte Programm durchführen.

Zunächst wird aus der augenblicklichen Stellung des Schrittmotors 26 und der vorgegebenen Drehrichtung die benachbarte Stellung des Schrittmotors berechnet, in die der Schrittmotor fortge­ schaltet werden soll. Das ist durch Kästchen 44 dargestellt. Entsprechend dieser Berechnung wird gemäß Kästchen 146 ein Steuersignal auf den Schrittmotor gegeben. Daran schließt sich gemäß Kästchen 148 eine vorgegebene Wartezeit an, durch die die Geschwindigkeit des Schrittmotors bestimmt wird. Im Anschluß an diese Wartezeit werden zwei Zähler H und L gesetzt. Das ist durch Kästchen 150 angedeutet. Diese beiden Zähler bestimmen, wie oft eine erste und eine zweite oder eine dritte Programm­ schleife durchlaufen wird.

In der ersten Programmschleife wird das Ausgangssignal des Winkelsensors 38 eingelesen, wie durch Kästchen 150 dargestellt ist. Es wird dann, durch die Raute 152 dargestellt, das eingelesene Signal von dem Winkelsensor 38 mit dem Sollwert verglichen, welcher der kommandierten Stellung des Schritt­ motors entspricht. Wenn das Signal des Winkelsensors 38 ungleich dem Sollwert ist, so wird der Zählerstand H um eins vermindert, wie durch Kästchen 154 dargestellt ist. An­ schließend wird geprüft, ob sich damit ein Zählerstand H = 0 ergibt, wie durch die Raute 156 dargestellt ist. Ist dies der Fall, so wird an einem Ausgang 158 ein Fehler signalisiert. Ist dies nicht der Fall, dann wird eine Wartezeit, symbolisiert durch das Kästchen 160 eingeschaltet und daraufhin die Schleife, beginnend mit dem Einlesen des Signals von dem Winkelsensor 138 wiederholt.

In dieser ersten Schleife wird somit geprüft, ob nach höchstens 20maligem Durchlaufen dieser Schleife der Schrittmotor die kommandierte neue Stellung eingenommen hat. Wenn dies nicht der Fall ist, liegt ein Ausfall des Schrittmotors oder eine Blockierung des Antriebs vor. Auch ein Anschlag am Ende des Stellbereichs blockiert den Schrittmotor und löst somit ein Fehlersignal am Ausgang 158 aus. Dieses Fehlersignal kann benutzt werden, um den Schrittmotor abzuschalten, wodurch eine Zerstörung des Schrittmotors vermieden werden kann.

Wenn während des 20maligen Durchlaufens der ersten Schleife der Vergleich zwischen dem eingelesenen Signals des Winkelsensors und dem Sollwert eine Übereinstimmung feststellt, so geht die weitere Verarbeitung, durch den Pfeil 162 angedeutet, auf die zweite Schleife über. Es wird der Zähler auf H = 8 gesetzt, wie durch das Kästchen 164 angedeutet ist. Es wird wieder, wie durch das Kästchen 166 angedeutet, das Signal des Winkelsensors 138 eingelesen. In einem Vergleichsvorgang, der durch die Raute 168 dargestellt ist, wird dieses eingelesene Winkelsensor- Signal mit dem Sollwert verglichen, der sich durch den kommandierten Schritt des Schrittmotors 26 ergibt. Sind diese Signale gleich, so wird eine Wartezeit von 3 Millisekunden wirksam, die durch das Kästchen 170 dargestellt ist. Nach Ablauf dieser Wartezeit wird der Zählerstand L um eins vermindert, symbolisiert durch das Kästchen 172 und es wird geprüft, ob L gleich 0 ist. Das ist durch die Raute 174 darge­ stellt. Wenn dies zunächst nicht der Fall ist (es wird von L = 3 ausgegangen), so wird der beschriebene Vorgang, wie durch die Verbindung 176 dargestellt ist, wiederholt. Tritt dabei wieder eine Ungleichheit des Winkelsensor-Signals und des Sollwerts auf, so wird die dritte Schleife weiterverfolgt, wie durch den Pfeil 178 dargestellt ist: Es wird der Zähler wieder auf L = 3 gesetzt. Was durch das Kästchen 180 dargestellt ist. Anschließend wird der Zählerstand H um eins vermindert. Das ist durch das Kästchen 182 symbolisiert. Es wird geprüft, dargestellt durch die Raute 184, ob nach dieser Verminderung H = 0 geworden ist. Ist dies nicht der Fall, so wird nach Einschalten einer Wartezeit von 3 Millisekunden symbolisiert durch das Kästchen 186 der Vergleich von Winkelsensor-Signal und Sollwert wiederholt. Wird nach der Verminderung H um eins gemäß Kästchen 182 der Zählerstand H = 0, so erfolgt, wie durch den Pfeil 188 dargestellt ist, ebenfalls eine Fehlermeldung. In dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel, wo der Schrittmotor zu Schwingungen angeregt wird, würde der durch die Raute 152 symbolisierte Vergleich die Gleichheit von Winkelsensor-Signal und Sollwert schon eine Übereinstimmung ergeben, bevor die erste Schleife 20 Mal durchlaufen ist. Es würde damit die zweite Schleife wirksam werden. Die zweite Schleife würde jedoch bei wiederholtem Vergleich, symbolisiert durch die Raute 168, erneut Ungleichheit von Winkelsensor-Signal und Sollwert signalisieren, bevor die zweite Schleife dreimal durchlaufen, also L = 0 geworden ist. In diesem Falle würde (Kästchen 180) der Zählerstand wieder auf L = 3 zurückgesetzt und die dritte Schleife durchlaufen. Dabei würde gemäß Fig. 5 dreimal Gleichheit und anschließend wieder Ungleichheit von Winkel­ sensor-Signal und Sollwert festgestellt und jedesmal erneut auf die dritte Schleife umgeschaltet werden. Bei jedem Umschalten würde H um eins vermindert. Beim vierten Versuch bleibt jedoch gemäß Fig. 5 der Schrittmotor innerhalb des um die 45°- Stellung gebildeten Winkelbereichs. Das Winkelsensor-Signal bleibt damit auf seinem Sollwert OL. Es würde somit dann die zweite Schleife dreimal hintereinander ohne Umschaltung auf die dritte Schleife durchlaufen werden, wodurch L auf 0 herunterge­ zählt wird und, wie durch den Pfeil 188 dargestellt, ein Signal erzeugt wird, das die Ausführung des kommandierten Schrittes bestätigt. Würde nach acht Versuchen immer noch kein stationäres Winkelsensor-Signal entsprechend dem Sollwert erscheinen, so müßte ein grundsätzlicher Fehler angenommen und dementsprechend ein Fehlersignal ausgelöst werden.

Durch die unmittelbare Kopplung von Schrittmotor und Winkel­ sensor ist eine ständige Kontrolle des Schrittmotors möglich. Da der Winkelsensor nur eine geringe Winkelauflösung zu besitzen braucht, kann der sehr einfach aufgebaut sein und erfordert nur geringen Kostenaufwand. Der Mikroprozessor der hier verwendet wird, kann auch für andere Berechnungen benutzt werden, so daß keine zusätzlichen Schaltelemente erforderlich sind. Die Auswertung berücksichtigt die dynamischen Vorgänge bei der Schrittausführung. Die Schrittfrequenz wird automatisch den mechanischen Verhältnissen angepaßt, so daß Resonanzen nicht mehr auftreten können. Ein Resonanzvorgang der in Fig. 5 dargestellten Art würde zu einer Verzögerung des nächsten Schritts und damit zu einer Verminderung der Schrittfrequenz führen. Dies würde wiederum den Schrittmotor aus der Resonanz herausbringen. Für eine gegebene Aufgabe kann ein kleinerer Schrittmotor eingesetzt werden. Die Auswerterschaltung erkennt auch einen Anschlag als Blockierung und kann über das Fehlersignal eine Abschaltung des Schrittmotors bewirken.

Statt eines opto-elektronischen Winkelsensors können auch andere Winkelsensoren, beispielsweise Kontakte oder magnetfeld­ abhängige Elemente verwendet werden. Der Winkelsensor kann mit dem Schrittmotor zu einer Baueinheit vereinigt sein. Statt eines Mikroprozessors können diskret aufgebaute elektronische Schaltungen vorgesehen werden.

Die Anwendung der beschriebenen kontrollierten Steuerung eines Schrittmotors ist nicht auf Kartenanzeigegeräte der beschriebenen Art beschränkt.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur kontrollierten Steuerung eines Schrittmotors, enthaltend

• (a) eine von Fortschrittimpulsen beaufschlagte Steuervorrichtung zur Erzeugung digitaler Steuersignale für den Schrittmotor, von denen jedes einer oder mehrerer diskreten Stellungen des Schrittmotors zugeordnet ist und ein dieser Stellung entsprechen­ des, elektrisches Ansteuermuster der Schrittmotorwicklungen erzeugt,
• (b) einen mit dem Schrittmotor gekuppelten Winkelsensor zur Erzeugung von Rückmelde­ signalen, bei welchem jeder stabilen Stellung des Schrittmotors nur ein defi­ niertes Signal des Winkelsensors zuge­ ordnet ist, und
• (c) eine zum Vergleich von Steuersignal und Winkelsensor-Signal eingerichtete Aus­ werteschaltung,

dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschal­ tung (132)

• (d) Mittel (150, 154, 156, 160) zur Vorgabe einer Maximalzeit nach Aufschaltung eines Steuersignals,
• (e) Mittel (151) zum Vergleich des Steuersi­ gnals mit dem Signal des Winkelsensors (38 bzw. 40) und
• (f) Mittel (158) zur Erzeugung eines Fehler­ signals bei Nichtübereinstimmung von Steuersignal und Signal des Winkelsensors (38 bzw. 40) nach der besagten vorgege­ benen Maximalzeit enthält, sowie ferner
• (g) Mittel (180, 170, 172, 174, 176) zur Vorgabe einer Minimalzeit,
• (h) Prüfmittel (168), die bei Eintritt einer Übereinstimmung zwischen Steuersignal und Signal des Winkelgebers darauf ansprechen, ob das dem Steuersignal entsprechende Signal des Winkelsensors (38 bzw. 40) für die vorgegebene Minimalzeit an dem Winkel­ sensor (38 bzw. 40) auftritt, und
• (i) Mittel (188) zum Signalisieren einer ord­ nungsgemäßen Durchführung des kommandier­ ten Schrittes, wenn die Übereinstimmung zwischen Steuersignal und Signal des Winkelsensors (38 bzw. 40) durchgehend während eines der Minimalzeit entsprechen­ den Zeitraumes gegeben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• (j) Mittel (180) zum Neustarten der Minimal­ zeit bei Feststellung einer Ungleichheit zwischen Steuersignal und Signale des Winkelsensors (38 bzw. 40),
• (k) Mittel (164) zur Vorgabe einer vorgege­ benen zulässigen Anzahl (H = 8) von Über­ schwingvorgängen des Schrittmotors (26 bzw. 28), bei denen das Signal des Winkel­ sensors (38 bzw. 40) jeweils nach Er­ reichen einer Übereinstimmung mit dem Steuersignal vor Ablauf der Minimalzeit wieder von diesem Steuersignal abweicht, und
• (l) Mittel (182, 184, 188) zur Erzeugung eines Fehlersignals, wenn nach der besagten vorgegebenen Anzahl von Überschwingvor­ gängen noch keine Übereinstimmung von Steuersignal und Signal des Winkelsensors (38 bzw. 40) für einen der Minimalzeit entsprechenden Zeitraum erreicht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Minimalzeit im Verhält­ nis zur Schwingungsdauer (T _mech ) des Schritt­ motors (26 bzw. 28) so gewählt ist, daß inner­ halb der Minimalzeit mit Sicherheit ein Maximum und ein Minimum der Schwingung auftritt.