DE2805363A1

DE2805363A1 - Vorrichtung zur kontrollierten steuerung eines schrittmotors

Info

Publication number: DE2805363A1
Application number: DE19782805363
Authority: DE
Inventors: Dirk Dipl Ing Jansen
Original assignee: INST FLUGNAVIGATION DER UNI ST; Institut fuer Flugnavigation Universitaet Stuttgart
Current assignee: INST FLUGNAVIGATION DER UNI ST; Institut fuer Flugnavigation Universitaet Stuttgart
Priority date: 1978-02-09
Filing date: 1978-02-09
Publication date: 1979-08-16
Also published as: DE2805363C2; US4264848A

Description

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Patentanwälte O DIPL.-PHYS. JÜRGEN WEISSE DIPL.-CHEM. DR. RUDOLF WOLGAST

D 562o Velbert 11 - Langenberg, Bökenbusch 41 Postfach 11 o3 86 Telefon (o2127) 4ol9 Telex 8516895

Patentanmeldung

Institut für Flugnavigation der Universität Stuttgart Keplerstraße 11, 7000 Stuttgart

Vorrichtung zur kontrollierten Steuerung eines Schrittmotors

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontrollierten Steuerung eines Schrittmotors, enthaltend eine Steuervorrichtung zur Erzeugung digitaler Steuersignale für den Schrittmotor, von denen jedes einer oder mehreren diskreten, stabilen Stellungen des Schrittmotors zugeordnet ist und ein dieser Stellung entsprechendes elektrisches Ansteuermuster der Sehrittmotorentwicklungen erzeugt, und einen mit dem Schrittmotor gekuppelten Winkelsensor zur Erzeugung von Rückmeldesignalen.

Eine solche Schrittmotorsteuerung kann angewandt werden bei der Anzeige des Standortes in einer topographischen 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

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Betriebes unter rauhen ümgebungsbedingungen kann es dabei vorkommen, daß durch mechanisches Verklemmen, Reibungsänderung, Verschmutzung usw. der Schrittmotor zeitweise blockiert wird, so daß die Zahl der ausgeführten Schritte nicht mit der Zahl der befohlenen 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 begrenzt ist, muß eine Vorrichtung vorhanden sein, die den Motor bei Erreichen des Anschlags abschaltet und eine entsprechende Meldung auslöst.

Um eine Blockierung des Antriebs durch unvorhergesehene 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 Endschalter oder entsprechende Sensoren erkannt, die sehr genau, nämlich auf eine halbe Schrittweite 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 Winke!kodierer verwendet. Da jederzeit die Stellung des Antriebs bekannt ist, können die Anschläge vermieden werden.

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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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs definierten Art so auszubilden, daß mit kleinen und raumsparenden Schrittmotoren gearbeitet werden kann und durch eine mit einfachen Mitteln aufgebaute Kontrollvorrichtung jederzeit kontrolliert wird, ob die befohlenen Schritte durch den Schrittmotor auch ausgeführt worden sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder stabilen Stellung des Schrittmotors nur ein definiertes Signal des Winkelsensors zugeordnet ist und daß eine zum Vergleich von Steuersignal und Winkelsensor-Signal eingerichtete Auswerterschaltung vorgesehen ist, durch welche die Ausführung jedes einzelnen kommandierten Schrittes durch den Schrittmotor kontrollierbar 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 Schrittmotors 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

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zugeordnet 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 Schrittmotors einleitende Kommando wird durch das Winkelsensor-Signal "quittiert". Der Winkelsensor braucht dabei nicht die Schritte über den gesamten Stellbereich des Schrittmotors hinweg zu unterscheiden. Damit wird der gesamte Aufbau wesentlich vereinfacht.

Der Winkelsensor kann zur Erzeugung digitaler Ausgangssignale eingerichtet sein, von denen jedes einem oder mehreren Winkelbereichen zugeordnet ist, wobei jeder Winkelbereich dem Winkel zwischen benachbarten stabilen Stellungen des Schrittmotors entspricht.

Die Anzahl der durch die Ansteuermuster der Schrittmotorwicklung unterscheidbaren elektrischen Sehaltzustände des Schrittmotors kann gleich der Anzahl der unterscheidbaren digitalen Ausgangssignale des Winkelsensors sein.

Die Anzahl der unterscheidbaren digitalen Ausgangssignale des Winkelsensors kann gleich dem größten Teiler der Anzahl der stabilen Stellungen des Schrittmotors sein.

Beispielsweise kann der Schrittmotor acht stabile Stellungen besitzen, die den Winkelstellungen 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° und 315° entsprechen. Der Winkel zwischen benachbarten stabilen Stellungen des Schrittmotors ist somit 45 , und der Winkelsensor unterscheidet acht Winkelbereiche von je 45 . Schrittmotor und Winkelsensor können so zueinander justiert sein, daß jede stabile Stellung des Schrittmotors in der Mitte eines solchen Winkelbereiches liegt. In jedem der Winkelbereiche gibt der Winkelsensor ein digitales Ausgangssignal ab, das beispielsweise in dem Winkelbereich um die 0°-Stellung und in dem Winkelbereich um die 18O°Stellung des Schrittmotors 00, in dem angrenzenden Winkelbereich um die 45°-Stellung des Schrittmotors und um die 225°-Stellung des Schrittmotors OL, in

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dem Winkelbereich um die 9O°-Stellung und um die 27O°-Stellung des Schrittmotors LL und in dem Winkelbereich um die 135°- Stellung und um die 315°-Stellung des Schrittmotors LO sein kann. Jedes digitale Ausgangssignal ist somit gleichzeitig zwei diametral einander gegenüberliegenden Winkelbereichen zugeordnet. Der Winkelsensor liefert also jeweils eines von vier unterscheidbaren digitalen Ausgangssignalen. Entsprechend ist der Schrittmotor mit seinen beiden Wicklungen durch vier verschiedene digitale Steuersignale, die ebenfalls als 00, OL, LL und LO bezeichnet werden können, in vier durch die Ansteuermuster der Schrittmotorwicklungen unterscheidbare elektrische Schaltzustände schaltbar, wobei jeweils diametral einander gegenüberliegende stabile Stellungen des Schrittmotors durch das gleiche Ansteuermuster der Schrittmotorwicklungen erzielt werden. Die Anzahl der unterscheidbaren elektrischen Schaltzustände des Schrittmotors ist somit gleich der Anzahl der unterscheidbaren digitalen Ausgangssignale des Winkelsensors, nämlich beidemal vier. Die Anzahl der unterscheidbaren digitalen Ausgangssignale des Winkelsensors ist gleich dem größten Teiler, nämlich vier, der Anzahl der stabilen Stellungen des Schrittmotors, nämlich acht.

Durch die Auswerterschaltung kann ein Fehlersignal erzeugbar sein, wenn nach einer vorgegebenen Maximalzeit nach Aufschaltung eines Steuersignals das Signal des Winkelsensors nicht den diesem Steuersignal zugeordneten Wert annimmt.

Es wird also nach Aufschalten des Steuersignals eine vorgegebene Maximalzeit abgewartet, während welcher der Schrittmotor sich in die diesem Steuersignal entsprechende Winkelstellung eingestellt haben muß. Wenn dies nicht der Fall ist, beispielsweise weil eine Spindel klemmt, wird ein Fehlersignal erzeugt.

Es kann jedoch geschehen, daß der Schrittmotor nur durch die kommandierte neue Stellung hindurchschwingt, so daß der Winkel sensor zwar kurzzeitig das der kommandierten Stellung entsprechende Signal abgibt, daß der Schrittmotor jedoch diese

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Stellung im Verlauf dieser Schwingung sofort wieder verläßt. Dem kann dadurch Rechnung getragen werden, daß die Auswerterschaltung eine Minimalzeit vorgibt und Prüfmittel enthält, die darauf ansprechen, ob das einem vorgegeben Steuersignal zugeordnete Signal des Winkelsensors für die vorgegebene Minimalzeit an dem Winkelsensor anliegt, wobei erst bei Erfüllung dieser Bedingung eine Einstellung des Schrittmotors auf die durch das Steuersignal vorgegebene Winkelstellung angenommen wird.

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

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen 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 Winkelbereiche des Winkelsensors sowie die den Winkelbereichen zugeordneten Signale des Winkelsensors.

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Pig. 5 veranschaulicht einen Einschwingvorgang des Schrittmotors und die zugehörigen Winkelsensor-Signale .

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

Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Kartenanzeigegerätes für eine Navigationsanlage als Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Schrittmotorsteuerung. Von einem Navigationsrechner werden Koordinaten über einen Eingang 10 auf ein Interface gegeben und auf die Eingabe/Ausgabe-Einheit 14 eines Mikroprozessors 16 geschaltet. Der Mikroprozessor enthält üblicherweise 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 Schrittmotoren 26 und 28 treiben über Spindeln 32, 34 einen Lichtkreuzprojektor, 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 auch ausgeführt worden sind. Mit 44 ist ein Bediengerät bezeichnet, über welches Befehle auf den Mikroprozessor 16 aufschaltbar sind.

Figur 2 zeigt die Ansteuerung eines der Schrittmotoren 26.

Der Treiber 24 enthält zur Steuerung des Schrittmotors vier Komparatoren 46, 48, 50, 52, an deren nieht-invertierenden Eingängen eine Referenzspannung anliegt, die von einer zwischen

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den Klemmen 54, 56 liegenden Versorgungsspannung über Spannungsteilerwiderstände 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 Steuersignal, 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. 86 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 beispielsweise 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 Figur 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 Figur 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 Figur 2 durch die Blende 116 angedeutet ist. Der Winkelsensor 38 liefert, wie in Figur 4 angedeutet ist, in acht verschiedenen Winkelbereichen unterschiedliche zweistellige Digitalsignale, nämlich 00, OL, LL und LO. Jedes Digitalsignal erscheint in einem Winkelbereich von 45°, der symmetrisch zu jeweils einer

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der stabilen Stellungen des Schrittmotors 26 ist. Das Digitalsignal O erscheint in den Winkelbereichen, die symmetrisch zu der O°-Stellung und zu der 18O°-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 Winkelbereichen, 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 31 5°-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.

Figur 3 zeigt schematisch die Ansteuerung und Überwachung des Schrittmotors 26. An einem Eingang 130, der beispielsweise der Eingang 10 von Figur 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/Ausgabe-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.

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Die Nichtausführung eines kommandierten Schritts durch, den Schrittmotor kann darauf zurückzuführen zu sein, daß beispielsweise die Spindelverstellung mit der Spindel 34 klemmt. Es kann aber auch eine Eigenschwingung angeregt werden, so daß der Schrittmotor, wie in Figur 5 dargestellt ist, mit einem Einschwingvorgang in die kommandierte Stellung einläuft. In Figur 5 ist dargestellt, wie der Schrittmotor mit einer gedämpften Schwingung von der O°-Stellung in die 45°-Stellung einschwingt. Dem auf den Schrittmotor aufgeschalteten Steuersignal würde das Signal OL des Winkelsensors 38 entsprechen. Dieses Signal wird auch schon nach relativ kurzer Zeit T1 erreicht. Der Winkelbereich um die 45°-Stellung wird jedoch schon den Zeitpunkt T2 wieder verlassen. Der Schrittmotor schwingt über in den Bereich um die 90°-Stellung. Der Schrittmotor schwingt dann, wie bei 140 und 142 dargestellt, mehrmals durch den 45 -Winkelbereich hindurch. Erst nach einer Zeit T 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 , bezeichnet. Als Kriterium für das Einschwingen in die kommandierte Stellung kann gefordert werden, daß der Schrittmotor sich während eines Zeitintervalls von 3/4 . T , innerhalb des 45°-Winkelbereichs

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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 Mikroprozessor 16 das in Figur 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 fortgeschaltet werden soll. Das ist durch Kästchen 144 dargestellt. Entsprechend dieser Berechnung wird gemäß Kästchen 146 ein Steuersignal auf den Schrittmotor gegeben. Daran schließt sich

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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 Programmschleife 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 Schrittmotors entspricht. Wenn das Signal des Winkelsensörs 38 ungleich dem Sollwert ist, so wird der Zählerstand H um eins vermindert, wie durch Kästchen 154 dargestellt ist. Anschließend wird geprüft, ob sich damit ein Zählerstand H=O 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

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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 dargestellt. 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=O 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 von H um eins gemäß Kästchen 182 der Zählerstand H=O, so erfolgt, wie durch den Pfeil 188 dargestellt ist, ebenfalls eine Fehlermeldung. In dem in Figur 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

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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=O geworden ist. In diesem Falle würde (Kästchen 18O) der Zählerstand wieder auf L=3 zurückgesetzt und die dritte Schleife durchlaufen. Dabei würde gemäß Figur 5 dreimal Gleichheit und anschließend wieder Ungleichheit von Winkelsensor-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 Figur 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 heruntergezählt 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 Winkelsensor 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 Resoanzvorgang der in Figur 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

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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 Kontake oder magnetfeldabhängige 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.

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Claims

Patentansprüche

' 1. Vorrichtung zur kontrollierten Steuerung eines Schrittmotors, enthaltend eine Steuervorrichtung zur Erzeugung digitaler Steuersignale für den Schrittmotor, von denen jedes einer oder mehreren diskreten, stabilen Stellungen des Schrittmotors zugeordnet ist und ein dieser Stellung entsprechendes elektrisches Ansteuermuster der Schrittmotorwicklungen erzeugt, und einen mit dem Schrittmotor
gekuppelten Winkelsensor zur Erzeugung von Rückmeldesignalen,

dadurch gekennzeichnet,

daß jeder stabilen Stellung des Schrittmotors nur ein
definiertes Signal des Winkelsensors zugeordnet ist und

daß eine zum Vergleich von Steuersignal und Winkelsensor-Signal eingerichtete Auswerterschaltung vorgesehen ist, durch welche die Ausführung jedes einzelnen kommandierten Schrittes durch den Schrittmotor kontrollierbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Winkelsensor (38, 40) zur Erzeugung digitaler
Ausgangssignale eingerichtet ist, von denen jedes einem oder mehreren Winkelbereichen zugeordnet ist, wobei jeder Winkelbereich dem Winkel zwischen benachbarten stabilen Stellungen des Schrittmotors (26, 28) entspricht.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der durch die Ansteuermuster der Schrittmotor-Wicklungen (96, 98) unterscheidbaren elektrischen Schaltzustände des Schrittmotors (26, 28) gleich der Anzahl der unterscheidbaren digitalen Ausgangssignale des Winkelsensors (38, 40) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der unterscheidbaren digitalen Ausgangssignale des Winkelsensors (38, 40) gleich dem größten Teiler der Anzahl der stabilen Stellungen des Schrittmotors (26, 28) ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennz eichnet,

daß durch die Auswerterschaltung (132) ein Fehlersignal erzeugbar ist, wenn nach einer vorgegebenen Maximalzeit nach Aufschaltung eines Steuersignals das Signal des Winkelsensors nicht den diesem Steuersignal zugeordneten Wert annimmt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerterschaltung (132) eine Minimalzeit vorgibt und Prüfmittel enthält, die darauf ansprechen, ob das einem vorgegebenen Steuersignal zugeordnete Signal des Winkelsensors (38, 40) für die vorgegebene Minimalzeit an dem Winkelsensor (38, 40) anliegt, wobei erst bei Erfüllung dieser Bedingung eine Einstellung des Schrittmotors (26, 28) auf die durch das Steuersignal vorgegebene Winkelstellung angenommen wird.

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