DE3221190C2 - Anordnung zur Regelung eines Linearmotors - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Anordnung zur Positionsregelung eines Linearmotors (30) beschrieben, bei welchem der mit dem beweglichen Teil des Motors verbundene Wegaufnehmer ein ortsabhängiges Wegsignal (6) erzeugt, dieses Signal einmal dazu benutzt wird, um mittels einer Rechenfunktion (9) einen Geschwindigkeitssollwert zu bestimmen und zum anderen, dieses Wegsignal (6) als differenzierter Geschwindigkeitsistwert (14) kontinuierlich mit dem Sollwert verglichen und angepaßt wird. Dies erfolgt so lange, bis elektrische Anschläge (8R, 8L) erreicht sind, um dann mit einer Minimalgeschwindigkeit den beweglichen Teil des Motors an die mechanische Endposition fahren zu können.

Description

ein geregelter Vorschub des zu bewegenden Teiles und insbesondere ein »weicher Einlauf« bzw. Abbremsung auf eine Geschwindigkeit erfolgt, so daß ein Prellen und damit Uberschwingen vermieden werden kann, wobei unabhängig vom tatsächlichen Abstand des zu bewegenden Teiles von seiner Endposition, die jeweils richtige, dem verbleibenden Restabstand angepaßte Sollgeschwindigkeit berechnet werden soll.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnende« Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst

Gemäß der Erfindung wurde eine Schaltung für einen Linearmotor geschaffen, wobei prinzipiell eine wegabhängige Geschwindigkeit des Motors derart erfolgt, daß der dem beweglichen Teil des Motors zugeordnete induktive Wegaufnehmer von der tatsächlichen Position des bewegenden Teiles ausgehend im Bewegungsverlauf ein Wegsignal abgibt, aus dem sowohl der Geschwindigkeitssollwert als auch der Geschwindigkeitsistwert für den Geschwindigkeitsregler generiert wird.

In der Tat ist es bei der erfindungsgemäßen Schaltung erst durch die Hinzunahme von zwei sample + hoid-Verstärkern vor und nach dem Differenzierer gelungen, eine sehr exakte und konstante Lösung, bzgl. der Aufbereitung des Wegaufnahmesignales, zu verwirklichen. Nachfolgend sei die Funktion der sample + hold-Verstärker unter Bezugnahme auf F i g. 1 erläutert

Die Positionsinformation wird aus der Amplitude des Wegaufnehmersignales, ohne die für geregelte Antriebe außerordentlich nachteilige Verzögerung bzw. Phasendrehung demodulierender Tiefpaßfilter, gewonnen, indem ein synchron zur Trägerfrequenz getakteter erster sample + hold-Verstärker (5) die Maxima des Wegaufnehmersignales abtastet und während der Folgeperiode der Trägerfrequenz als konstante Spannung, sowohl dem Differenzierer (12) als auch dem Rechennetzwerk (9), zur Verfügung stellt

Hierdurch wird das Problem der Signaldifferenzierung gegenüber der sonst üblichen und bekannten Demodulation wesentlich eleganter und sicherer gelöst Die Geschwindigkeit ist proportional zu den sehr kleinen Sprüngen des Wegsignales und zu den Zeitpunkten der Taktung des ersten sample + hold-Verstärkers (5). Ein Geschwindigkeitssignal wird gewonnen, indem das Wegsignal auf einen Differenzierer (12) geleitet wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Regelung eines Linearmotors.

Der Aufbau eines Linearmotors ist weitgehend bekannt und nicht Gegenstand dieser Beschreibung.

Das in F i g. 1 gezeigte Blockschaltbild zeigt deshalb den Linearmotor 30 lediglich am Ende der Regelschaltung. Ein Wegaufnehmer 1, welcher beispielsweise ein nach dem Differestialtrafo-Prinzip wirkender induktiver Wegaufnehmer sein kann, wird von einem Sinusgenerator 2, beispielsweise mit einer Frequenz von 1OkHz, gespeist. Die beiden Sekundärwicklungen des Wegaufnehmers sind antiseriell geschaltet Der mit dem beweglichen Teil des Motors verbundene Kern des Wegaufnehmers 1 bewegt sich somit zwischen den beiden Endpositionen. Diese Endpositionen werden auch mit mechanisch Null bezeichnet. Die Ausgangsspannung nimmt zur Wegmitte hin ab und steigt, nach erfolgter Drehung der Phasenlage um 180°, wieder auf den vorherigen Wert an, sobald die andere Endlage erreicht ist. Von einer Steuereinrichtung 3 wird ein Laufrichtungs-Steuersignal abgegeben, welches in der Samplepulsaufbereitung 4 mit dem Vorzeichen des phasenverbundenen Cosinussignals des Sinusgenerators 2 logisch verknüpft (EXCLUSIV-ODER) und über ein nachgeschaltetes Monoflop als Samplepuls dem ersten sample + hold-Verstärker 5 zugeführt wird.

Das EXCLUSIV-ODER bewirkt je nach Laufrichtung-Steuersignal eine Verzögerung der Monoflop-Triggerung um 180° und somit eine wahlweise Invertierung des Ausgangssignales. Dadurch wird eine einheitliche Zählweise der Abstandsbeträge von der angestrebten Endlage in der gesamten Regelschaltung erreicht, wodurch sich der Aufwand beträchtlich reduziert

Am Ausgang 6 dieses Verstärkers erhält man eine wegproportionale Gleichspannung, die für beide Laufrichtungen bei etwa —9 V beginnend sich proportional zum zurückgelegten Weg vergrößert, bis sie in der erreichten Endposition des Motors auf +9 V angestiegen ist Dieses Wegsignal 6 wird nun mit »iiner negativen, in der Größe frei wählbaren Spannung überlagert weiche der betragsmäßigen Wegaufnehmerspannung in der gewünschten elektrischen Endposition 'JZR, SL) entspricht Die Differenz wird durch ein analoges Rechennetzwerk 9, im Beispiel einer Nachbildung der Wurzeifunktion und optionell auf eine Beschattung zur Eingrenzung des Sollwertbereiches (10) geleitet, wodurch man den für eine maximale Geschwindigkeit und auch minimale Geschwindigkeit begrenzten, ortsabhängigen Soliwert erhält.

Aus dem Wegsignal 6 wird ferner durch das Zusammenwirken des modifizierten Differenzieren 12 und des s + h-Verstärkers 13 der augenblickliche Geschwindigkeitswert, gültig bis zur nächsten Meßperiode, abgeleitet

Am Eingang eines Reglers 17 stehen sowohl die, wie oben beschrieben, gewonnenen Signale des Geschwindigkeitssollwerts VsoIJ an als auch der Geschwindigkeitsistwert ViSf mit entgegengesetzter Polarität

Das Ausgangssignal 26 des Reglers 17 wird für die erste Bewegungsrichtung direkt der Stron:endsiufe 18 zugeführt Für die zweite Bewegungsrichtung wird der Eingang der Stromendstufe mit einem Analogschalter 19 fcuf das invertierte Ausgangssignal umgeschaltet und somit die invertierte Wirkung des eingangsseitigen EX-KLUSIV-ODER Gatters wieder aufgehoben und dann der Stromendstufe 18 zugeführt.

Der bewegliche Teil des Motors wird nun duch die Regelschaltung auf der wegabhängigen Sollgeschwindigkeit gehalten, und zwar gilt bis kurz vor Erreichen der elektrischen Anschläge SR, SL die Wurzelfunktion, wodurch ein konstanter Bremsstrom erreicht wird. Wegen der Unsicherheit der mechanischen Endposition übernimmt dann die Vmin-Begrenzung 10 die Sollgeschwindigkeitsvorgabe bis zum Erreichen der mechanischer. E-idposition. Im Beispiel liegen die elektrischen Anschläge SR, SL ca. 0,1—0,3 mm vor den mechanischen.

Wegen der konstanten Einlaufgeschwindigkeit ist damit, unbhängig vom Abstand zwischen den mechanischen und elektrischen Anschlägen SR, SL, ein sogenannter »weicher Einlauf« vorgegeben und ein Prellen am mechanischen Anschlag wird verhindert.

Nach Erreichen der mechanischen Endpositionen wird der Regelkreis über einen Komparator 22 abgeschaltet. Der Komparator schaltet dann, wenn sowohl der Regelausgangswert infolge der abfallenden Istgeschwindigkeit ansteigt, als auch dann, wenn der bewegliche Teil des Motors 30 sich nahe oder jenseits des jeweiligen elektrischen Anschlages SR, SL befindet. Gleichzeitig wird eine Haltespannung an die Stromendstufe 18

gelegt, mit der das bewegliche Teil definiert und kontinuierlich gegen die mechanische Endposition gedrückt wird.

Die Stromendstufe 18 wirkt direkt auf die Spule des Linearmotors 30. s

Weiterhin liefert der Komparator 22 ein »ready«-Signal 23 an die Steuerzentrale des jeweiligen Gerätes, z. B. an die bereits genannte Steuereinrichtung 3, womit angezeigt wird, daß der Bewegungsvorgang abgeschlossen ist und nunmehr weitere Funktionen in die- sem Gerät eingeschaltet werden können.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

1 2 kann. Je schneller der Wechsel beendet ist, umso höher Patentansprüche: ist die Leistung einer derartigen Fotosetzmaschine. Eine zurückzulegende Strecke eines Linearmotors

1. Schaltung zum Anhalten eines Linearmotors an wird üblicherweise in Anlauf, Geschwindigkeitskoneiner vorgegebenen Position, mit einem Wegaufneh- 5 stanthaltung und Abbremsung oder Einlauf aufgegliemer, einem Geschwindigkeits-Regelkreis, einem dert Eine Erhöhung der Geschwindigkeit bringt aber Funktionsgenerator, dessen Eingang mit dem Weg- gleichzeitig eine verstärkte Prellschwingneigung am Beaufnehmer verbunden ist und dessen Ausgang einen wegungsende mit sich, so daß wiederum besondere Mitwegabhängigen Geschwindigkeits-Sollwert an den tel zur Abbremsung benötigt werden.
Geschwindigkeits-Regelkreis liefert, gekenn- 10 Es sind bereits eine Vielzahl von Lösungen zur Dämpzeichnet durch folgende Merkmale: fung dieser Prellschwingungen bekanntgeworden, aber

überwiegend Lösungen mechanischer Art, mittels Fe-

a) mechanische Endpositionen, die nach Erreichen dem, Gummi oder Kompression von Luft Derartige eines Minimalabstandes mit einer vorgegebe- einrichtungen sind für extrem schnelle und anspruchsnen Kriechgeschwindigkeit angefahren werden, 15 volle Bewegungen ungeeignet

b) einem Differentialtransformator mit vorge- Auch elektrische Lösungen mittels zweier Spulen, schalteten! Sinusgenerator als Wegaufnehmer wobei die eine Spule als Antrieb und die zweite Spule (1), als Bremse wirken, bringen keine zufriedensteiienden

c) einem ersten, mit der Signalträgerfrequenz ge- Ergebnisse und sind daher ebenfalls für hochwertige takteten sample + hold-Verstärker (5) zwi- 20 Aufgaben ungeeignet

sehen dem Wegaufnehmer (i) und dem Funk- Durch die DE-PS 21 13 101 ist ein Gieichstromiinear-

tionsgenerator, motor bekannt, bestehend aus einem zweipoligen Stator

d) einem Differenzierer (12) dessen Eingang an mit konstantem Magnetfeld und einem Verschiebeanden Ausgang des ersten sample + hold-Ver- ker mit an den Enden angeordneten Steuerwicklungen, stärkers (5) angeschlossen ist, 25 Die Regelung dieses Motors erfolgt derartig, daß beim

e) einem zweiten mit der Sign?'.trägerfrequenz ge- Verschieben des Ankers zunächst die eine Wicklung mit takteten sample + hold-Verstärker (13), der einem Beschleunigungsimpuls und dann zur Abbremdem Differenzierer (12) nachgeschaltet ist und sung die andere Wicklung mit einem Bremsimpuls bedem Geschwindigkeits-Regelkreis den Ge- aufschlagt wird. Zur Minderung des Prellens beim Erreischwindigkeits-Istwert liefert 30 chen der Endlage kana die zuerst mit einem Beschleunigungsimpuls beaufschlagte Steuerwicklung zusätzlich

2. Anordnung nach Anspruch ', dadurch gekenn- zum Bremsimpuls der anderen Wicklung auf einen zeichnet, daß ein Komparator (22) durch Anstieg des Schiebeimpuls umgeschaltet werden.
Beschleunigungssignales (26) den 'Regelkreis unter- Aus dieser Veröffentlichung sind aber keine, für die bricht und die Stromendstufe (18; mit einer Halte- 35 Regelung wichtigen schaltungstechnischen Zusammenspannung beaufschlagt wird, jedoch nur, wenn sich hänge, aufgezeigt Für die wegabhängige impulsstcucder bewegliche Teil des Motors nahe der elektri- rung ist lediglich gesagt, daß eine fotoelektrische Rückschen Anschläge (Signal 25) befindet meldung vom Anker benutzt werden kann.

Durch die DE-AS 24 60 551 ii'c eineoieueranordnung

40 für einen Schwingspulenmotor bekanntgeworden. Dieser arbeitet als wechselseitig betriebener Linearmotor, wobei Position und Geschwindigkeit zueinander abge-

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für einen Line- tastet werden, über eine Rechenfunktion ein ortsabhän-

armotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ins- giger Geschwindigkeits-Sollwert bestimmt wird und der

besondere für extrem schnelle und kurzhubige Bewe- 45 Geschwindigkeits-Istwert an einer Vergleichsstelle mit

gungen, wobei eine Positionsregelung auf eine wegab- dem Sollwert verglichen wird.

hängige Geschwindigkeitsregelung zurückgeführt wird, Nachteilig hieran ist, daß keine Gewinnung des Ge-

dergestalt, daß dem beweglichen Teil des Motors ein schwindigkeits-Istweri.es aus dem Wegsignal erfolgt,

induktiver Wegaufnehmer zugeordnet ist, dieser ein und daß keinerlei mechanische Endpositionen, mit einer

Wegsignal abgibt, aus dem sowohl der Geschwindig- 50 vorgeschriebenen Minimalgeschwindigkeit, angefahren

keitssollwert, als auch der Geschwindigkeitsistwert für werden.

den ortsabhängigen Geschwindigkeitsregler generiert Weiterhin sind durch die DE-OS 30 01 778, DE-OS

wird. Eine derartige Schaltung ist aus der DE-AS 2127 731 und durch die DE-OS 27 08 361 Positionier-

24 60 551 bekannt. Steuereinrichtungen bekanntgeworden, bei denen eine

Derartige Linearmotore finden dort Anwendung, wo 55 Endposition, mit einer vorgegebenen Minimalgeschwin-

mechanische Teile oder Systeme, beispielsweise Blen- digkeit, über ein vom Sollwert abhängiges Bremsverfah-

den oder Verschlüsse in optischen Geräten, Maschinen ren angefahren wird.

oder in elektronischen Datenspeichern usw. unter Be- Auch hier erfolgt kein tatsächlicher Vergleich zwirücksichtigung von Verlustleistungsbeschränkungen sehen einem Geschwindigkeits-Sollwert und dem tatsehr schnell von einem Endpunkt zu einem anderen 60 sächlichen Ist-Wert, so daß keine Anpassung oder BeEndpunkt gebracht werden müssen und umgekehrt, so rücksichtigung der zu bewegenden Masse und/oder z. B. in hochwertigen Fotosetzmaschinen, wo von einer Störungen, wie Stromunterbrechungen, erfolgt,
ruhenden, mit transparenten Schriftzeichen versehenen Für eine hochgenaue, exakt reproduzierbare Arbeits-Scheibe, jeweils einzelne Schriftzeichen mittels eines weise, ist demnach diese bekannte Anordnung nicht ge-Prismensystems auf einen gemeinsamen Abbildungs- 65 eignet.

strahlengang gebracht werden müssen, kommt es dar- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zur Erzie-

auf an, daß eine von mehreren Prismenebenen sehr lung eines zeitoptimalen Bewegungsablaufes eines Li-

schnell und absolut schwingungsfrei bewegt werden nearmotors eine Anordnung aufzuzeigen, mit welcher