DE3110784C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 7 zur Ansteuerung eines Schritt­ motors.

Es soll zunächst ein herkömmliches Verfahren dieser Art in Verbindung mit einem Beispiel einer Ansteuerung mit offener Schleife beschrieben werden. Bei diesem Ansteuerungsverfahren mit offener Schleife ist kein Detektor vorhanden, um den Umlauf des Schrittmotors aufzunehmen. Der Zeitpunkt des Phasenwechsels, der für den Hochlauf des Motors, für sein Abbremsen oder die Einhaltung einer konstanten Drehgeschwindigkeit erforderlich ist, wird im voraus berechnet und in einem Speicher gespeichert.

Wenn die Steuerschaltung zur Ansteuerung des Schritt­ motors als Mikrocomputersystem ausgebildet ist, werden die Daten errechneter Zeitintervalle im voraus in einem ROM gespeichert. Dies sei nachfolgend im einzel­ nen erläutert.

Für die Beschleunigungszeit bzw. den Hochlauf werden die Daten von Zeitintervallen, die zur Steuerung des Hochlaufs notwendig sind, im voraus in einem Speicher gespeichert. Beim Beginn der Ansteuerung wird das erste Intervall aus dem Speicher ausgelesen und am Ende dieses Zeitintervalles ein Phasenwechsel ausgeführt und zugleich das nächste Zeitintervall aus dem Speicher ausgelesen. Das bedeutet, daß Phasenwechsel in der errechneten Anzahl ausgeführt werden und die Motor­ drehgeschwindigkeit auf einen konstanten Wert erhöht wird.

Das zur Erzielung einer konstanten Drehgeschwindigkeit zwischen zwei Phasenwechseln der Motoransteuerung erforderliche Zeitintervall wird eingestellt. Am Ende eines jeden solchen Zeitintervalles wird die Phase der Motoransteuerung geändert. Dies wiederholt sich, und der Motor wird mit konstanter Drehgeschwindigkeit angetrieben.

Für das Abbremsen sind die errechneten Zeitintervalle im voraus in einem Speicher gespeichert. Wenn der Motor in die Abbremsphase eintritt, wird aus dem Speicher das erste errechnete Zeitintervall ausgelesen. Gleich­ zeitig damit wird die Phase geändert und aus dem Speicher das nächste Zeitintervall ausgelesen. Dies wiederholt sich, und die Drehgeschwindigkeit des Motors fällt ab, bis der Motor schließlich stoppt.

In einem Kurzlaufbetrieb, das heißt wenn sich der Motor nur um einen geringen Winkel dreht, dann wird nur die halbe Anzahl aller für den Anlauf dienenden Schritte benutzt, während die übrigen Schritte der Abbremssteu­ erung dienen.

Der Schrittmotor wird also entsprechend errechneten Zeitintervallen angesteuert, die man vorher aus dem Hochlauf- und dem Abbremsverhalten des Schrittmotors gewonnen hat. Diese Art der Ansteuerung führt während des Hochlaufs oder des Abbremsens zu Schwingungen. Die Schwingungen beruhen auf Schwenkungen der Speise­ spannung oder Schwankungen der auf den Schrittmotor einwirkenden Belastung. Die Wellenform der Schwingung des Schrittmotors ist in Fig. 1 dargestellt. In dieser Figur ist auf der Ordinate die Schrittstrecke des Schrittmotors, auf der Abszisse die Zeit aufgetragen. Hierin sind T _a bis T _{a +9} jeweils bestimmte Zeitinter­ valle, die im voraus berechnet werden und für die Hochlaufsteuerung oder die Abbremssteuerung erforder­ lich sind.

Die erläuterte Art der Ansteuerung weist einen weiteren Nachteil auf, der darin besteht, daß die Motordrehge­ schwindigkeit nicht auf einen Impuls bestimmter Zeit­ dauer ansprechen kann, wenn das Ansteuerungssystem des Schrittmotors eine Zeitlang blockiert ist, infolge der Tatsache, daß die Phase des Schrittmotors entspre­ chend den berechneten Zeitintervallen gewechselt wird.

Die DE-AS 13 03 612 offenbart eine Überwachungseinrichtung für einen impulsgesteuerten Schrittmotor. Für die möglichen Stellungen des Rotors des Schrittmotors ist ein jeweiliger Positionsfühler vorgesehen, der in einem Fall aus einer mit dem Rotor gekoppelten Scheibe besteht, die ein Loch auf­ weist und auf deren einer Seite sich eine Lampe und auf der anderen Seite den möglichen Drehstellungen des Rotors und damit der Scheibe entsprechend Fotosensoren befinden. Jedem dieser Fotosensoren ist ein UND-Glied nachgeschaltet, des­ sen anderer Eingang mit demjenigen Treibersignal des Schrittmotors beaufschlagt wird, das den Rotor in die Stel­ lung entsprechend dem zugehörigen Fotosensor bringen soll. Nur wenn das jeweilige UND-Glied das gleichzeitige Anstehen des Treibersignals und das Erreichen der neuen Stellung aufgrund des Signals vom Fotosensor erkennt, wird das Signal für den nächsten Schritt ausgegeben. Mit anderen Worten, das zu einem Schritt des Rotors führende Signal wird erst dann ausgegeben, wenn durch die Überwachungsein­ richtung die korrekte Durchführung des vorhergehenden Schrittes festgestellt wurde.

Die DE-OS 21 56 389 befaßt sich mit einem kollektorlosen Gleichstromsynchronmotor, dessen Aufbau dem Schrittmotor der vorgenannten Druckschrift grundsätzlich ähnlich ist. Bei einer Ausführungsform dieses Standes der Technik lie­ fert ein von einem Referenzoszillator gespeister Ringzähler die phasenversetzten Ausgangssignale, die in Verbindung mit den verschiedenen Statorwicklungen des Motors für die Er­ zeugung des erforderlichen Drehfeldes nötig sind. Die Mo­ torwicklungen werden über UND-Glieder mit Signalen ge­ speist, deren Erscheinungszeitpunkt von der mit Hilfe von Sensoren erfaßten Stellung des Rotors und deren Dauer von der Winkelgeschwindigkeit des Rotors abhängen. So wird ei­ nerseits der Phasenwechsel in der jeweils richtigen Dreh­ stellung des Rotors eingeleitet und ferner erreicht, daß bei langsam drehendem Rotor ein im zeitlichen Mittel höhe­ rer Erregerstrom pro Phase fließt, als bei schneller dre­ hendem Rotor. Dies führt zu einem hohen Anzugsmoment einer­ seits und synchronem Lauf in stationärem Zustand anderer­ seits.

Die DE-AS 20 55 753 beschreibt eine Steuerung eines Schrittmotors, der in den drei unterschiedlichen Betriebs­ arten Beschleunigen, stationärer Lauf und Abbremsen betrie­ ben werden kann. Beim Beschleunigen wird mit jedem vom Schrittmotor ausgeführten Schritt ein Rückmeldeimpuls erzeugt. Zu diesem Zweck ist der Rotor des Schrittmotors mit einer Scheibe gekoppelt, auf deren Umfang jeder Winkel­ stellung des Rotors entsprechend eine Markierung angebracht ist, die von einem Sensor abgetastet wird. Jede abgetastete Markierung führt zu einem der Rückmeldeimpulse. Der Rückmeldeimpuls löst den nächsten Phasenwechsel aus. Beim stationären Lauf des Motors werden die Rückmelde­ impulse nach einer Verzögerung zur Auslösung des jeweils nächsten Phasenwechsels herangezogen. Zwischen dem Erzeugen eines Rückmeldeimpulses und dem nächsten Phasenwechsel vergeht demnach eine festgelegte Verzögerungszeit. Zur Ab­ bremsung des Motors wird ein Stoppimpuls über mehrere in Reihe geschaltete Verzögerungsglieder geleitet, deren Aus­ gänge nacheinander jeweils die folgenden Phasenwechsel aus­ lösen. Die Verzögerungszeiten sind fest vorgegeben und sol­ len etwa so bemessen sein, daß Beschleunigung und Verzöge­ rung etwa symmetrisch ablaufen.

Die DE-OS 27 22 759 beschreibt ein System zur Drehzahlrege­ lung eines Schrittmotors. Die Drehzahlregelung wird dazu eingesetzt, einen stetigen Übergang von der Beschleuni­ gungsphase in die stationäre Phase der Rotordrehung zu er­ zielen, in der stationären Phase die Momentan-Geschwindig­ keit im wesentlichen konstant zu halten und schließlich einen stetigen Übergang von der stationären Phase in die Abbremsphase einzuleiten. Während der eigentlichen Be­ schleunigung sowie Abbremsung des Rotors ist bei diesem Stand der Technik die Regelung abgeschaltet. Das bekannte System umfaßt eine mit dem Rotor verbundene Positions­ scheibe, an deren Umfang für jede der möglichen Rotorstel­ lungen eine Markierung angeordnet ist, die mit Hilfe eines Sensors erfaßt wird, so daß bei einer Rotordrehung eine Im­ pulsfolge erzeugt wird, von der jeder Impuls die Durchfüh­ rung eines Rotorschritts kennzeichnet. Die zwischen zwei Rotorschritten vergehende Zwischenschrittzeit wird durch Auszählen von Taktimpulsen ermittelt und in digitaler Form gespeichert. Aufgrund eines vorgegebenen Algorithmus wird dann eine Verzögerungszeit zwischen dem letzten von der Po­ sitionsscheibe abgeleiteten Schrittimpuls und dem darauf­ folgenden Phasenwechsel des Motors ermittelt. Diese Verzö­ gerungszeit wird ermittelt in Abhängigkeit von der letzten davor ermittelten Verzögerungszeit, von der gespeicherten Zwischenschrittzeit und von einem fest vorgegebenen Nenn­ wert für die Zwischenschrittzeit. Ist die tatsächliche Zwi­ schenschrittzeit gleich dem Nennwert, dann wird die er­ wähnte Verzögerungszeit gleich der vorherigen Verzögerungs­ zeit gewählt. Ist die tatsächliche Zwischenschrittzeit größer als der Nennwert, dann wird die Verzögerungszeit ge­ genüber der vorherigen verringert. Sie wird entsprechend erhöht, wenn die tatsächliche Zwischenschrittzeit kleiner als der Nennwert ist. Die Zwischenschrittzeit stellt ein Maß für die Momentan-Geschwindigkeit des Rotors dar. Liegt diese Momentangeschwindigkeit unter einem durch den genann­ ten Nennwert festgelegten Sollwert, dann muß die Zeit zwi­ schen zwei aufeinanderfolgenden Phasenwechseln verkürzt werden, damit der Motor beschleunigt. Liegt die Momentan- Geschwindigkeit dagegen über dem Sollwert, dann muß die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Phasenwechseln ver­ ringert werden, damit der Motor abgebremst wird. Auf diese Weise wird der Motor auf eine Geschwindigkeit geregelt, die dem festgelegten Nennwert der Zwischenschrittzeit ent­ spricht.

Aus der DE-OS 24 21 219 ist ein Verfahren zur Steuerung ei­ nes Schrittmotors bekannt, das eine Motoranordnung voraus­ setzt, die Rückmeldeimpulse abgibt, wie sie mittels einer Positionsscheibe und zugeordnetem Sensor erzeugt werden. Bei dem bekannten Verfahren werden die Phasenwechsel durch die Rückmeldeimpulse ausgelöst. Im stationären Betrieb löst ein Rückmeldeimpuls den Ablauf einer Verzögerungszeit aus, nach deren Ende der nächste Phasenwechsel auftritt. Die Verzögerungszeit wird aus einem Speicher ausgelesen, der eine Reihe von Verzögerungszeiten für verschiedene Motor­ parameter gespeichert enthält. Beim Beschleunigen und beim Bremsen erfolgt die Steuerung abweichend von dem stationä­ ren Betrieb. Beim Beschleunigen löst der erste Rückmeldeim­ puls beispielsweise direkt den nächsten Phasenwechsel aus und verzögert den übernächsten Phasenwechsel. Der zweite Rückmeldeimpuls löst mit Verzögerung den nächsten und mit einer weiteren Verzögerung danach den übernächsten Rückmel­ deimpuls aus. Der dritte Rückmeldeimpuls löst nach einer entsprechenden Verzögerung einen weiteren Phasenwechsel aus. Der Ablauf beim Abbremsen erfolgt entsprechend umge­ kehrt. Für dieses Verfahren müssen offenbar sehr viele Ver­ zögerungswerte gespeichert und nach jeweiligen Kriterien ausgelesen werden.

Die in der DE-OS 24 21 219 als Stand der Technik genannte DE-AS 12 23 039 beschreibt die Steuerung eines Schrittmo­ tors mit Rückmeldeimpulsen, bei der jeder Rückmeldeimpuls sofort den nächsten Phasenwechsel aufgrund jeweils eines aus einem Impuls­ speicher entnommenen Antriebsimpulses auslöst.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur An­ steuerung eines Schrittmotors und eine Vorrichtung, das heißt eine Steuerschaltung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei denen eine Schwingung des Motors infolge eines weiten Bereichs der Speisespannung oder einer Schwankung der Belastung während der Be­ schleunigung oder Abbremsung des Schrittmotors vermieden werden kann. Darüberhinaus soll der Schrittmotor bei Drehung mit konstanter Drehgeschwindigkeit eine gute Regelungscharakteristik aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ge­ kennzeichnet.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen kann eine Schwin­ gung des Schrittmotors aufgrund eines großen Speise­ spannungsbereichs oder einer Schwankung der Last ver­ mieden werden. Es ergibt sich ein ausgezeichnetes An­ triebsverhalten des Schrittmotors auch bei einem Kurz­ laufbetrieb, bei dem der Schrittmotor beschleunigt und dann abgebremst wird, bevor er den Zustand der konstanten Drehgeschwindigkeit erreicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Wellenformen einer Schwingung des Schrittmotors, der in herkömmlicher Weise angesteuert wird,

Fig. 2 schematisch einen Antriebsmechanismus für den Schreibkopf eines Punktmatrix­ druckers als einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm für die Antriebs­ steuerung des Antriebsmechanismus von Fig. 2 und

Fig. 4 und 5 Zeitdiagramme zur Erläuterung des er­ findungsgemäßen Verfahrens zum Antrieb des Schrittmotors zur Bewegung des Schreib­ kopfs um eine geringe Anzahl von Schritten, wobei Fig. 4 den Fall einer Bewegung des Schreibkopfes um eine geradzahlige Anzahl von Schritten und Fig. 5 den Fall einer entsprechenden Bewegung um eine ungeradzahlige Anzahl von Schritten zeigen.

In Fig. 2 ist der Antriebsmechanismus für einen Schreib­ kopf eines Punktschreibers als eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

In dieser Figur bezeichnet 1 einen Schrittmotor, 2 eine Schlitzscheibe, die Schlitze oder Löcher aufweist, deren Anzahl der Anzahl von Schritten entspricht, die der Schrittmotor 1 zur Ausführung einer Umdrehung benötigt. Die Schlitzteilung bzw. der Abstand zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Schlitzen ergibt sich durch Einteilung der Schlitzscheibe in gleiche Teile entsprechend der Anzahl von Schritten, die für eine Um­ drehung des Schrittmotors 1 benötigt werden. 3 ist ein optischer Detektor, der in Verbindung mit der Schlitzscheibe 2 pro Schritt des Schrittmotors einen Rückmeldeimpuls abgibt. 4 ist eine Haltevor­ richtung für den Detektor, die in Richtung des Pfeiles A verschoben werden kann, um einjustiert werden zu können. 5 ist ein Untersetzungsgetriebe, 6 ein Zeit­ steuerungs- oder Antriebsriemen und 7 ein Schreibkopf­ träger, der am Antriebsriemen 6 angebracht ist. 8 ist der Schreibkopf.

Fig. 3 zeigt ein Zeitdiagramm der Ansteuerung des ge­ zeigten Antriebsmechanismus für den Schreibkopfträger. Fig. 3 (a) zeigt die vom Detektor 3 im Zusammenwirken mit der Schlitzscheibe 2 erzeugten Rückmeldeimpul­ se. Fig. 3 (b) kennzeichnet die Zeitpunkte, zu denen die Phase der dem Schrittmotor 1 zugeführten Antriebsimpulse geändert wird. 10 kennzeichnet den Startzeitpunkt des Antriebs, zu dem die Phase der Antriebsimpulse zum Schrittmotor das erste Mal geändert wird. Während des Hochlaufs 11 unterliegt der Schrittmotor 1 einer Be­ schleunigungssteuerung. 12 kennzeichnet den stationären Betrieb, das heißt die Zeitspanne, während welcher der Schrittmotor 1 auf konstante Drehgeschwindigkeit geregelt wird. In der Abbremsphase 13 schließlich unterliegt der Schrittmotor 1 einer Abbremssteuerung.

Das Verfahren zum Antrieb des Antriebsmechanismus für den Schreibkopfträger des Punktdruckers soll nun unter bezug auf das Zeitdiagramm von Fig. 3 erläutert werden. Während des Stillstandsabschnitts 9 wird der Schrittmotor 1 mit einer bestimmten Phase erregt, das heißt er erhält Antriebsimpulse, deren Phase sich nicht ändert, so daß auf den Rotor des Schrittmotors kein Drehmoment ausgeübt wird und er daher stillsteht. Wenn zum Startzeitpunkt 10 die Phase der Antriebsim­ pulse für den Schrittmotor 1 geändert wird, wie das durch einen entsprechenden Pfeil in Fig. 3 (b) ange­ deutet ist, dann beginnt sich der Schrittmotor 1 oder genauer sein Rotor zu drehen. Zur gleichen Zeit, wie die Phase geändert wird, wird ein Zeitgeber eingestellt, um für die Dauer eines Bezugsintervalles tc, das im Hinblick auf die konstante Drehgeschwindigkeit während des stationären Betriebs 12 des Schrittmotors gewählt wird, angeschaltet zu bleiben. Falls der Zeitsteuerungsimpuls T₁ vom Detektor 3 nicht ausgegeben wird, solange der Zeitgeber ange­ schaltet ist (also innerhalb des Bezugsintervalles tc nach dem Startzeitpunkt), wird die Phase der Antriebs­ impulse zum Schrittmotor mit Ausgabe des Rückmelde­ impulses T₁ geändert. Zur gleichen Zeit wird der Zeit­ geber erneut eingestellt, um wiederum für das Bezugs­ intervall tc angeschaltet zu bleiben. Falls wiederum der Rückmeldeimpuls T₂ nicht während des Bezugs­ intervalles tc ausgegeben wird, wird die Phase mit der Ausgabe von T₂ geändert. Gleichzeitig wird der Zeit­ geber erneut auf den gleichen Wert tc eingestellt. Diese Vorgänge wiederholen sich, bis der Motor in den Zustand gelangt, bei dem der Rückmeldeimpuls T _n während des vorgegebenen Bezugsintervalles tc ausge­ geben wird. In diesem Fall wird die Phase am Ende dieses Intervalles tc, nicht aber mit der Ausgabe des Rückmeldeimpulses geändert.

Wenn der Rückmeldeimpuls während des Bezugsinter­ valles tc ausgegeben wird, dann befindet sich der Schrittmotor 1 außerhalb des Hochlaufs 11 und tritt in den Abschnitt 12 mit Drehgeschwindigkeitskonstant­ regelung ein.

Während der Hochlaufphase wird das Zeitintervall tm (t 1, t 2, ... tn-1, tn) zwischen der Ausgabe der Rück­ meldeimpulse T₁ bis T _n der Reihe nach für m = 1 bis m=n-1 in einem Speicher gespeichert. Für m=1 be­ deutet t _m = t₁ das Zeitintervall zwischen dem Startzeit­ punkt 10 und dem Zeitpunkt der Ausgabe des Rückmelde­ impulses T₁. Entsprechend bedeutet tm = t₂ das Zeit­ intervall zwischen der Ausgabe der Rückmeldeim­ pulse T₁ und T₂, etc.

Während des stationären Betriebs 12, währenddessen der Schrittmotor auf konstante Drehgeschwindigkeit gesteuert wird, werden die Rückmeldeimpulse Tn normalerweise während des Bezugsintervalles tc ausge­ geben werden und die Phase der Motorerregung jeweils am Ende eines solchen Intervalles tc bei gleichzeitigem erneuten Einstellen des Zeitgebers geändert werden. Es kann jedoch vorkommen, daß ein Rückmeldeimpuls nicht während der Zeit ausgegeben wird, während derer der Zeitgeber angeschaltet ist. Dies kann etwa auf­ treten, weil die Motordrehgeschwindigkeit infolge eines raschen Anstiegs der Motorlast abfällt. In diesem Fall wird die Phasenänderung synchron mit der Ausgabe des Rückmeldeimpulses ausgeführt, wobei gleich­ zeitig der Zeitgeber zurückgesetzt wird, wie dies auch beim Hochlauf der Fall ist. Während der Arbeits­ phase mit Konstantgeschwindigkeitsregelung werden die Zeitintervalle tm zwischen den Rückmeldeimpulsen nicht in einen Speicher eingespeichert. Die Regelung auf konstante Drehgeschwindigkeit wird für den Schritt­ motor 1 durch Wiederholung der erwähnten Abläufe durch­ geführt.

Wenn die Anzahl der Schritte ausgehend vom Startzeit­ punkt 10 den Betrag von 1 - (n - 1) erreicht, dann tritt der Schrittmotor 1 in die Abbremsphase ein und wird der Abbremssteuerung unterzogen (1 ist die vorgegebene Gesamtanzahl der Schritte, um die der Schrittmotor angesteuert werden soll). Gleichzeitig mit der letzten Phasenänderung im stationären Betrieb wird der Zeit­ geber so eingestellt, daß er für das Zeitintervall tn - 1 angeschaltet bleibt. Hierbei handelt es sich um das letzte beim Hochlauf erfaßte und gespeicherte Zeit­ intervall. Am Ende des Zeitintervalls tn - 1 wird die Phase geändert und der Zeitgeber so eingestellt, daß er für das Zeitintervall tn - 2 angeschaltet bleibt, das ebenfalls im Speicher gespeichert ist. Das bedeutet, daß beim Abbremsen die Erregungsphase des Schrittmotors jeweils am Ende der vom Zeitgeber bestimmten Zeitinter­ valle geändert wird, wobei der Zeitgeber entsprechend den während des Hochlaufs gespeicherten Zeitintervallen, die jetzt rückwärtn ausgelesen werden, eingestellt wird. Dies wiederholt sich, bis die letzte Phasenände­ rung am Ende des Zeitintervalles t 1 ausgeführt wird. Schließlich kommt die Abbremsphase zu einem Ende.

Entsprechend der oben beschriebenen Arbeitsweise vom Hochlauf zum Abbremsen kann der Schreibkopfträger 7 ohne Beeinflussung durch Speisespannungsschwankungen oder Lastschwankungen stetig angetrieben werden. Da­ rüberhinaus kann eine äußerst gute Druckqualität er­ reicht werden, da der Druckzeitpunkt des Punkt- oder Schreibkopfs mit dem Anstieg der Zeitsteuerungsimpulse und mit der Zeitsteuerung synchronisiert ist, die sich dadurch ergibt, daß das Zeitintervall des Zeit­ steuerungsimpulses in gleiche Längen unterteilt ist.

Soll sich der Schreibkopfträger 7 nicht so weit be­ wegen, dann muß der Schrittmotor entsprechend den Zeitdiagrammen in den Fig. 4 bzw. 5 angesteuert werden. Dies ist deswegen der Fall, weil sich der Schreibkopf­ träger 7 zu weit bewegt, falls der Schrittmotor erst nach Erreichen des stationären Zustands abgebremst wird.

Fig. 4 zeigt das Verfahren zur Ansteuerung des Schritt­ motors um eine geradzahlige Anzahl von Schritten (6 Schritte). Fig. 4 (c) zeigt die vom Detektor 3 erzeugten Rückmeldeimpulse. Fig. 4 (d) kennzeichnet die Zeit­ punkte der Phasenänderung durch einen Pfeil. Wenn die Phase an dem durch 14 gekennzeichneten Startzeitpunkt geändert wird, beginnt der Motor hochzulaufen. Das Zeitintervall tc 1 zwischen dem Startzeitpunkt und dem Zeitpunkt der ersten Ausgabe eines Rückmeldeimpul­ ses wird ermittelt und in einem Speicher gespeichert. Die Phase wird mit der Ausgabe des ersten Rückmelde­ impulses geändert und das Zeitintervall tc 2 zwischen der Ausgabe des ersten und des zweiten Rückmeldeimpul­ ses erfaßt und in den Speicher eingespeichert. Die nächste Phasenänderung erfolgt dann mit der Ausgabe des zweiten Rückmeldeimpulses. Dies wiederholt sich, bis die Anzahl der Phasenänderungen den Wert von (Gesamtanzahl dcr Schritte/2) + 1 (4-Phasenwechsel im Beispiel von Fig. 4) erreicht. Dann kommt der Schrittmotor in die Abbremsphase. Während dieser Ab­ bremsphase 16 werden (Gesamtanzahl von Schritten/2) - 1 Phasenwechsel ausgeführt. Der Zeitgeber wird auf die Phasenänderungszeitpunkte eingestellt, so daß er während der in dem Speicher gespeicherten Zeitintervalle ange­ schaltet bleibt. Diese Zeitintervalle werden dadurch erhalten, daß die während der Hochlaufphase 15 einge­ speicherten Zeitintervalle rückwärts ausgelesen werden, mit Ausnahme des letzten Zeitintervalles tc 3, also beginnend mit dem Zeitintervall tc 2. Jeweils am Ende des Zeitintervalles, auf das der Zeitgeber eingestellt wurde, wird die Erregungsphase des Schrittmotors qe­ ändert und der Zeitgeber erneut eingestellt. Dies wiederholt sich, bis am Ende des Zeitintervalles tc 1 die letzte Phasenänderung ausgeführt wird. Schließlich stoppt der Schrittmotor.

Fig. 5 zeigt das Verfahren zur Ansteuerung des Schritt­ motors um eine ungeradzahlige Anzahl von Schritten, wobei die Länge der Hochlaufphase 18 und die der Ab­ bremsphase 19 einander gleich sind. Die erste Phasen­ änderung folgt beim Startzeitpunkt 17 und führt dazu, daß der Motor zu rotieren beginnt. Während des Hoch­ laufs werden die Zeitintervalle zwischen den Rückmelde­ impulsen ermittelt und in den Speicher eingespei­ chert. Während der Abbremsphase werden diese während des Hochlaufs eingespeicherten Zeitintervalle zwischen den Rückmeldeimpulsen rückwärts ausgelesen und auf ihrer Grundlage die Zeitspanne eingestellt, während derer der Zeitgeber jeweils angeschaltet ist. Dies wiederholt sich bis die letzte Phasenänderung am Ende des Zeitintervalles td 1 ausgeführt wird und der Motor stoppt. In Fig. 5 sind unter e die Rückmeldeimpulse vom Detektor 3 und unter f mit Pfeilen die Zeitpunkte der Phasenänderungen des Schrittmotors 1 dargestellt.

Mit dem beschriebenen Ansteuerungsverfahren kann der Schrittmotor bei hoher Geschwindigkeit und ohne jedes Schwingen selbst um eine geringe Anzahl von Schritten angetrieben werden. Daher kann eine sehr gute Druck­ qualität des Punktdruckers erreicht werden, etwa ein Schritt-bei-Schritt-Druck, wobei der Schreibkopf zum Druck eines Zeichens mit der Ausgabe eines Rückmeldeimpulses, während der Schrittmotor stoppt oder während sich der Schrittmotor um mehrere Schritte be­ wegt und dann erneut stoppt, angetrieben wird.

Wie oben angegeben, kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung des Schrittmotors eine Schwingung des Motors, die bisher manchmal während des Hochlaufens oder des Abbremsens auftrat, vermieden werden. Selbst wenn infolge einer zu starken Belastung des Motors dieser während der Antriebsperiode stoppt, wird er nach Entfernen der Belastung erneut umlaufen. Der Grund dafür ist, daß die Phase niemals geändert wird, bis der Rückmeldeimpuls ausgegeben wird. Auf diese Weise wird der Nachteil des Standes der Technik, daß die Motordrehgeschwindigkeit nicht auf einen Impuls bestimmter Zeitspanne infolge einer zu starken Last ansprechen kann, beseitigt. Daher ist das erfindungsgemäße Ansteuerungsverfahren sehr vorteil­ haft.

Das beschriebene Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich nicht nur zur Anwendung auf den Antriebsmechanis­ mus eines Schreibkopfträgers eines Druckers, sondern auch auf andere Vorrichtungen mit einem Schrittmotor, bei denen es erwünscht ist, den Motor mit hoher Ge­ schwindigkeit und ohne Schwingungen um bestimmte Schritte anzutreiben, wie es beispielsweise bei der Antriebs­ vorrichtung für einen Magnetkopf der Fall ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also während des Hochlaufs, währenddessen der Motor aus dem Still­ stand beschleunigt wird, das jeweilige Zeitintervall zwischen der Ausgabe zweier aufeinanderfolgender Rückmelde­ impulse mit Hilfe eines mit dem Motor ver­ bundenen Detektors gemessen. Ist das jeweils gemessene Zeitintervall länger als ein bestimmtes Bezugszeitinter­ vall oder Bezugsintervall, das ist das Zeitintervall zwischen zwei Phasenänderungen im stationären Betrieb mit konstanter Drehgeschwindigkeit, dann wird die Erregungsphase des Motors synchron mit der Ausgabe des Rückmeldeimpulses geändert. Ist ein Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rückmeldeimpul­ sen kürzer als das Bezugsintervall, hat also praktisch der Motor den stationären Betrieb erreicht, dann wird die Phasenänderung gleich nach Ablauf des Bezugsinter­ valls ausgeführt und der Zeitgeber erneut auf dieses eingestellt. Fällt die Drehgeschwindigkeit des Motors während des stationären Betriebs, etwa infolge stärkerer Belastung soweit ab, daß nach einer Phasenänderung der nächste Rückmeldeimpuls nach Ablauf des Bezugs­ intervalls seit der vorherigen Phasenänderung auftritt, dann erfolgt die Phasenänderung erst mit der Ausgabe des Rückmeldeimpulses, wodurch in einem geschlos­ senen Regelkreis eine Geschwindigkeitsregelung erreicht wird. Während des Hochlaufs werden die Zeitintervalle zwischen den Phasenänderungen gespeichert. Bei der Ab­ bremsung werden diese Zeitintervalle rückwärts ausge­ lesen und die Phasenänderung entsprechend den ausgele­ senen Zeitintervallen ausgeführt. Bei der Abbremsung übernehmen also die ausgelesenen Zeitintervalle die Funktion des Bezugsintervalls, bis der Motor stoppt.

Claims (10)

1. Verfahren zur Ansteuerung eines Schrittmotors, der mit jeder Phasenänderung ihm zugeführter Erreger­ signale einen Schritt ausführt, und bei dem mit jedem vom Schrittmotor ausgeführten Schritt ein Rückmeldeimpuls erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zugleich mit jeder Phasenänderung begonnen wird, ein vorgegebenes Bezugsintervall auszuzählen, daß die nächste Phasenänderung am Ende dieses Bezugs­ intervalles bewirkt wird, wenn während des Bezugsinter­ valles ein Rückmeldeimpuls erzeugt wurde, und daß die nächste Phasenänderung mit dem ersten nach der letzten Phasenänderung erzeugten Rückmeldeimpuls bewirkt wird, wenn dieser erst nach Ablauf des vorgegebenen Bezugsintervalles auftritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während des Hochlaufs des Schrittmotors die Zeitintervalle zwischen je zwei auf­ einanderfolgenden Rückmeldeimpulsen gemessen und der Reihe nach gespeichert werden, und daß während des Abbremsens des Schrittmotors die beim Hochlauf ge­ speicherten Zeitintervalle rückwärts der Reihe nach ausgelesen werden und nacheinander die Bezugsintervalle darstellen.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hochlauf und dem Abbremsen ein konstantes, der gewünschten Drehgeschwindigkeit des Schrittmotors ent­ sprechendes Bezugsintervall vorgegeben wird, um den Schrittmotor auf eine im wesentlichen konstante Dreh­ geschwindigkeit zu regeln.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Antrieb des Schrittmotors um n Schritte, wobei der Schrittmotor vor Erreichen einer stationären Drehgeschwindigkeit abgebremst wird, (Kurzlauf), während des Abbremsens die zuvor beim Hochlauf gespeicherten Zeitintervalle ausgehend vom zuletzt gespeicherten Zeitintervall rückwärts bis zu dem zuerst gespeicherten Zeitintervall als Bezugsinter­ vall dienen, wenn n eine ungerade Zahl ist, während für den Fall, daß n eine gerade Zahl ist, die gespei­ cherten Zeitintervalle beginnend mit dem an vorletzter Stelle gespeicherten Zeitintervall bis zu dem zuerst gespeicherten Zeitintervall als Bezugsintervall dienen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ge­ kennzeichnet durch die Verwendung zum Antrieb eines Druckkopfträgers in einem Drucker.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ge­ kennzeichnet durch die Verwendung zum Antrieb eines Magnetkopfes.

7. Vorrichtung zur Ansteuerung eines Schrittmotors nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch
einen mit dem Schrittmotor (1) gekoppelten Impuls­ geber (2, 3), der mit jedem Schritt des Schrittmotors einen Rückmeldeimpuls (T 1, T 2, . . . Tn - 1, Tn) ab­ gibt,
eine Einrichtung zum Messen des Zeitintervalles (t 1, t 2 . . . tn - 1) zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Rückmeldeimpulsen und zum Speichern der gemessenen Zeitintervalle,
einen oder mehrere Zeitgeber, der bzw. die auf ein vorgegebenes Bezugsintervall und/oder ein gespeicher­ tes Zeitintervall einstellbar sind,
eine Vergleichseinrichtung zur Feststellung, ob ein Rückmeldeimpuls während oder nach Ablauf eines an einem Zeitgeber eingestellten Bezugsintervalls bzw. gespeicherten Zeitintervalls auftritt, und
eine an die Vergleichseinrichtung angeschlossene Steuereinrichtung zur Steuerung des Zeitpunkts einer Phasenänderung der dem Schrittmotor (1) zugeführten Erregersignale abhängig vom Ausgangssignal der Ver­ gleichseinrichtung.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekenn­ zeichnet durch einen Zähler zur Auszählung von l - (n - 1) Schritten des Schrittmotors (1), wobei l die von dem Schrittmotor für einen Antriebsvorgang auszuführende Gesamtanzahl von Schritten und n - 1 die für den Hochlauf des Schrittmotors benötigte Anzahl von Schritten ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch die Verwendung zum Antrieb eines Druckkopfträgers in einem Drucker.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch die Verwendung zum Antrieb eines Magnetkopfes.