专利名称：用来控制直流电动机的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流(DC)电动机，更具体地说，涉及一种用来控制通过DC电动机而驱动的对象的方法和装置。
背景技术：
喷墨打印机或多功能外设通常利用DC电动机或步进式电动机驱动带有头的载体作为驱动对象。特别是，当载体由DC电动机驱动时，由于用户或其它的外部因素，可能在载体中引起干扰。在这种情况下，即使干扰非常严重，传统的电动机控制方法不能够停止操作中的电动机并且不能把这种情况通知用户。换言之，传统的电动机控制方法继续增加用来控制电动机的脉冲宽度调制(PWM)信号的占空比以克服外部干扰。尽管如此，如果由DC电动机所驱动的对象的位置，即载体的位置，没有到达目标位置，驱动对象被认为具有错误。然而，特别地，由于这种外部干扰，在连续的尝试移动载体的过程中打印纸可能被撕破。
传统的电动机控制方法试图只利用对象的位置信息，而不利用对象的速度信息来改变对象的位置。具体地说，当在DC电动机操作过程中出现外部干扰时，尽管没有必要，传统的电动机控制方法连续地增加PWM的占空比，而这将引起其他的错误/问题，比如纸张的破损等。所以，传统的电动机控制方法不能灵敏地检测出在对象中是否已经出现了错误(即传统的电动机控制方法在一个时间周期中不能按照对象的速度检测驱动对象的错误)。具体地说，因为PWM信号的输出值被最大化以克服外部干扰，所以基于PWM信号而检测速度误差将是很低的。另外，在DC电动机的驱动过程中，如果外部干扰引起电动机的对象没有到达目标位置，由于PWM信号的占空比连续增加以改变或试图改变驱动对象的位置，大量的功率被消耗。
发明内容
因此，本发明提供一种控制DC电动机的方法，使得当由DC电动机驱动的对象由于外部干扰出现错误时，能够检测到这个错误并能够把这个错误通知用户，更进一步地，能够停止DC电动机的操作。
本发明还提供一种执行本发明的DC电动机控制方法的装置。
本发明的另外方面和优点部分将在后面的描述中阐述，还有部分可从描述中明显地看出，或者可以在本发明的实践中得到。
本发明可以通过控制一驱动对象的直流电动机的方法加以实现，包括如果对象没有达到目标位置，从预先确定的速度轨迹中检测与第一中断出现的时间点相对应的参考速度，获得对象的位置，计算第二中断出现时更新的对象的当前速度(即对于第一中断的时间更新的当前速度)，并计算参考速度和当前速度之间的差值，确定差值是否大于速度误差极限值，如果确定差值大于速度误差极限值，则通知用户出现误差。
本发明也可以通过控制驱动对象的直流电动机的装置加以实现，包括缓冲器、第一比较器、参考速度检测器、位置检测器、当前速度计算器、差值检测器、第二比较器、和误差通知器。缓冲器缓冲并输出对象的位置。第一比较器响应第一控制信号和第一中断信号，把从缓冲器输入的对象的位置与目标位置进行比较，并把比较结果作为第二控制信号加以输出。响应第二控制信号和第一中断信号，参考速度检测器从预先确定的速度轨迹中确定与第一次中断出现的时间点相对应的参考速度。位置检测器响应第二控制信号和第一中断信号检测对象的位置，并向缓冲器输出所检测的对象的位置。当前速度计算器响应第二控制信号和第一中断信号，计算第二次中断出现时更新的对象的当前速度。差值检测器计算并输出参考速度和当前速度之间的差值。第二比较器把差值与速度误差极限值进行比较，并把比较结果作为第三控制信号加以输出。误差通知器响应第三控制信号，通知用户出现了误差。按照本发明的一方面，第二中断信号比第一中断信号更频繁地出现。
参考附图，本发明的上述和/或其他方面和优点从下面的实施例的说明中将变得显而易见并更容易理解，其中
图1是按照本发明的一个实施例，控制DC电动机的流程图；图2是按照本发明的一个实施例，由DC电动机所驱动的对象的预先确定的速度轨迹和实际速度轨迹的曲线图；图3是按照本发明的另一个实施例，控制DC电动机的流程图；图4是按照本发明的一个实施例，执行如图1和3中所示的控制DC电动机的方法的装置的控制方框图；和图5是按照本发明的一个实施例，使用如图4所示的装置的喷墨打印机或多功能外设的控制方框图。
具体实施例方式
现在将详细地参考本发明的当前实施例，在附图中说明了其实例，其中相同的参考数字始终代表相同的组件。通过参考这些图，在下文中对实施例加以描述以阐明本发明。
图1是按照本发明的一个实施例，控制DC电动机的流程图。该方法包括操作10到16，用来在对象的位置没有达到目标位置并且第一中断出现时，获得参考速度和当前速度之间的差值；以及操作18和20，用来在差值大于速度误差极限值时，通知用户出现了误差。
更具体地说，在操作10，对象的位置被初始化。在操作10之后，在操作12，检测由DC电动机所驱动的对象是否到达目标位置。如果在操作12，确定对象到达了目标位置，则DC电动机控制方法结束。即，如果在操作12，确定对象到达了目标位置，则DC电动机的操作停止。如果在操作12，确定对象没有到达目标位置，在操作14，检测是否出现第一中断。
图2是按照本发明的一个实施例，说明由DC电动机所驱动的对象的预先确定的速度轨迹26和实际(当前)速度轨迹28的曲线图。这里，纵轴和横轴分别代表速度和时间。如图2所示，假设对象随着时间的推移加速到一个固定速度，而后对象随着时间的推移减速。
如果在操作14，确定第一中断没有出现，则处理过程返回到操作12。然而，如果，在操作14确定第一中断出现了，在操作16中，从预先确定的速度轨迹26中检测与第一次中断出现的时间点相对应的参考速度，计算对象的位置，计算第二中断出现时所更新的对象的当前速度，并获得参考速度和当前速度之间的差值。按照本发明的一个方面，通过例如使第二中断比第一中断更频繁的出现，可以关于第一中断时间来更新所计算的当前对象的速度。在图2中，如果第一中断出现在如图2中的时间点t1，参考速度是速度v1。随着时间点t1增加并且第一中断出现，在预先确定的速度轨迹26中，参考速度收敛于目标速度30。
在操作16之后，在操作18，确定对象的参考速度和对象的当前速度28之间的差值是否大于预先确定的速度误差极限值。如果在操作18，确定对象的参考速度和对象的当前速度28之间的差值不大于预先确定的速度误差极限值，则处理过程返回到操作12。
然而，如果在操作18，确定对象的参考速度和对象的当前速度28之间的差值大于预先确定的速度误差极限值，则在操作20，告知用户正在发生/已经发生错误。例如，参考图2，当发生在时间t2的外部干扰引起实际速度轨迹28偏离预先确定的速度轨迹26时(即偏离了计算出来的在t2时刻的参考速度，这个参考速度是预先确定的参考速度30)，如果在操作18，确定参考速度30和当前速度28之间的差值大于速度误差极限值32，则告知用户由DC电动机所驱动的对象正在发生错误(即对象驱动错误已经发生)。这样，用户能够察觉已经发生了错误。按照本发明的一个方面，当在操作18，确定参考速度和当前速度28之间的差值大于速度误差极限值32并且告知用户发生错误时，可以停止DC电动机操作。
图3是按照本发明的另一个实施例，控制DC电动机的流程图。该方法包括操作40、42、44和46，用来在对象没有达到目标位置并且第一中断出现时，获得参考速度和当前速度之间的差值；操作48、50和52，用来根据把所获得的差值与速度误差极限值进行比较的结果，获得速度误差计数值；以及操作54和56，用来在速度误差计数值大于误差计数极限值时，通知用户出现了误差。具体地说，图3中的操作40、42、44、46和48分别地对应于图1中的操作10、12、14、16和18，在这里执行了相同的操作过程。因此，这里将不再重复对操作40、42、44、46和48的说明。
在图3中，如果在操作48，确定参考速度和当前速度28之间的差值大于速度误差极限值，则在操作50，速度误差计数值增加。例如，参考图2，当发生在时间t2的外部干扰引起实际速度轨迹28偏离预先确定的速度轨迹26时(即偏离了计算出来的在t2时刻的参考速度，这个参考速度是预先确定的参考速度30)，如果在操作48，确定参考速度30和当前速度28之间的差值大于速度误差极限值32，则速度误差计数值增加。然而，如果在操作48，确定参考速度和当前速度28之间的差值不大于速度误差极限值，则在操作52中，重置速度误差计数值。
在操作50或52之后，在操作54中，确定速度误差计数值是否大于误差计数极限值。按照本发明的这个实施例，速度误差计数值代表在对象的速度中误差所持续的时间周期，所以可以根据对象的误差将以多么灵敏地程度被检测出来，而确定/调整速度误差极限值和误差计数极限值。
如果在操作54，确定速度误差计数值不大于误差计数极限值，则处理过程返回到操作42。然而，如果在操作54，确定速度误差计数值大于误差计数极限值，则在操作56中，告知用户错误正在发生。例如，参考图2，如果在操作54，确定在对象的速度中误差所持续的时间t2-t3大于误差计数极限值34，则在操作56，在时间点t3告知用户对象的误差已经发生。
按照本发明的一个方面，在如图3所示的DC电动机控制方法中，如果在操作42，确定由DC电动机控制的对象到达了目标位置，则DC电动机的操作可以停止。同样，在如图3所示的DC电动机控制方法中，如果在操作54，确定速度误差计数值大于误差计数极限值，则在操作56，告知用户错误正在发生并且DC电动机的操作能够被停止。
图4是按照本发明的实施例，执行/实现如图1和3中所示的控制DC电动机的方法的装置的控制方框图。特别地，典型地，喷墨打印机结合如图4所示的装置以控制驱动作为对象的打印头的DC电动机。该装置包括缓冲器70、第一比较器72、参考速度检测器74、位置检测器76、当前速度计算器78、差值检测器80、第二比较器82、误差通知器84(error informer)、计数器86、第三比较器88以及电动机控制单元90。
首先，缓冲器70缓冲由DC电动机所驱动的对象的位置，并向第一比较器72输出缓冲后的结果。这里，为了执行图1的操作10或图3的操作40，缓冲器70用DC电动机所驱动的对象的位置作为初始状态。这样，初始化时，对象的位置被输入到第一比较器72。
为了执行操作12，第一比较器72响应由第二比较器82输入的第一控制信号C1或第一中断信号I1，把经由输入端口IN1输入的对象的目标位置与从缓冲器70输入的对象的位置进行比较，并输出比较结果作为第二控制信号C2。因此，第二控制信号C2指出对象在一个时间周期内是否到达了它的目标位置。特别地，如果没有对象驱动误差被检测以继续这种误差检查，在操作18输出第一控制信号C1。这里，第一中断信号I1出现在每个预先确定的时间周期。同样，为了执行操作42，比较器72响应由第三比较器88输入的第三控制信号C3或第一中断信号I1，把目标位置与对象的位置进行比较，并输出比较结果作为第二控制信号C2。特别地，如果没有对象驱动误差被检测以继续这种误差检查，第三控制信号C3是操作54的输出。因此，当第一比较器72通过第一中断信号I1检测到第一中断没有出现时，第一比较器72把经输入端口IN1输入的目标位置与从缓冲器70输入的对象的位置进行比较，并输出比较结果作为第二控制信号C2。
为了执行操作16或46，如图4所示的装置包括参考速度检测器74、位置检测器76、当前速度计算器78以及差值检测器80。这里，参考速度检测器74响应从第一比较器72输入的第二控制信号C2和第一中断信号I1，从图2所示预先确定的速度轨迹26，检测与第一中断出现的时间点相对应的参考速度。例如，如果参考速度检测器74通过第二控制信号C2发现对象没有到达目标位置并通过第一中断信号I1发现第一中断出现，则参考速度检测器74从预先确定的速度轨迹26检测与第一中断出现的时间点相对应的参考速度，并向差值检测器80输出所检测的参考速度。
同样，在操作16或46，位置检测器76响应由第一比较器72输入的第二控制信号C2和第一中断信号I1检测对象的位置，并向缓冲器70输出所测得的对象的位置。例如，如果位置检测器76通过第二控制信号C2发现对象没有到达目标位置并通过第一中断信号I1发现第一中断出现，则位置检测器76检测对象的位置。因此，只要缓冲器70收到来自位置检测器76的对象的位置，缓冲器70更新以前接收的对象的位置，并向第一比较器72输出更新后的对象的位置。
同样，在操作16或46，当前速度计算器78响应由第一比较器72输入的第二控制信号C2和第一中断信号I1，计算第二中断出现时对象的更新的当前速度，并向差值检测器80输出计算后的对象的当前速度。例如，如果当前速度计算器78通过第二控制信号C2发现对象没有到达目标位置并通过第一中断信号I1发现第一中断出现，则当前速度计算器78计算对象的当前速度，并且只要第二中断I2出现就更新计算的当前速度。特别地，按照本发明的一个方面，例如通过使第二中断I2比第一中断更频繁的出现，可以关于第一中断的时间更新当前对象速度。如果第二中断I2以和第一中断相同的速率出现，当前速度计算器78计算当前对象速度，并且第二中断I2可以被省略。差值检测器80计算从参考速度检测器74输入的参考速度和从当前速度计算器78输入的当前速度之间的差值，并向第二比较器82输出计算出的差值。
更具体地，如果由DC电动机所驱动的对象是喷墨打印机头或多功能外设的载体，位置检测器76经由输入端口IN2接收来自一编码器传感器(未显示)的一个方波信号，并且位置检测器76检测载体的位置。更进一步，当前速度计算器78利用方波信号计算载体的当前速度。这里，编码传感器感应载体的运动并分别地向位置检测器76和当前速度计算器78输出感测结果作为方波信号。方波信号包含有关载体的位置和速度方面的信息。
在图1和3中，为了执行操作18或48，第二比较器82把从差值检测器80输入的差值与从输入端口IN3输入的速度误差极限值进行比较，并向误差通知器84输出比较结果作为第一控制信号C1。为了执行操作20，误差通知器84响应由第二比较器82输入的第一控制信号C1，经由输出端口OUT1通知用户误差已经发生。例如，如果误差通知器84通过由第二比较器82输入的第一控制信号C1发现参考速度和当前速度之间的差值大于速度误差极限值，误差通知器84经由输出端口OUT1通知用户对象的错误正在发生。如果通过由第二比较器82输入的第一控制信号C1发现参考速度和当前速度之间的差值不大于速度误差极限值，DC电动机控制过程响应来自第二比较器82的第一控制信号C1，继续利用第一比较器72将对象的位置与目标位置进行比较(即执行操作12)。
按照图3的替换实施例，为了执行操作50或52，计数器86响应由第二比较器82输入的第一控制信号C1执行计数操作或被重置，并向第三比较器88输出计数结果作为速度误差计数值。例如，如果计数器86通过由第二比较器82输入的第一控制信号C1发现参考速度和当前速度之间的差值大于速度误差极限值，计数器86执行计数操作以增加速度误差计数值。但是，如果计数器86通过由第二比较器82输入的第一控制信号C1发现参考速度和当前速度之间的差值不大于速度误差极限值，则计数器86重置计数结果，即速度误差计数值。
在图3中，为了执行操作54，第三比较器88比较由计数器86输入的速度误差计数值和由输入端口IN4输入的误差计数极限值，并输出比较结果作为第三控制信号C3。这里，如果通过由第三比较器88输入的第三控制信号C3发现速度误差计数值不大于误差计数极限值，DC电动机控制过程响应来自第三比较器88的第三控制信号C3，继续利用第一比较器72将对象的位置与目标位置进行比较(即执行操作42)。
在图3中，为了执行操作56，误差通知器84响应由第三比较器88输入的第三控制信号C3通知用户出现了误差。例如，如果误差通知器84通过第三控制信号C3发现速度误差计数值大于误差计数极限值，则误差通知器84经由输出端口OUT1通知用户对象的误差正在发生。
按照本发明的一个方面，如图4所示的装置还可以包括电动机控制单元90。这里，电动机控制单元90响应由第二比较器82输入的第一控制信号C1、由第一比较器72输入的第二控制信号C2或由第三比较器88输入的第三控制信号C3，产生第四控制信号C4，并经由输出端口OUT2向DC电动机(未显示)输出第四控制信号C4。因此，如果通过第四控制信号C4发现对象已经到达了目标位置(即，第二控制信号C2表明对象已经到达了目标位置)，或速度极限值已被超过，或速度误差计数值大于误差计数极限值，DC电动机的操作停止。
上述的按照本发明控制DC电动机的方法和装置能够应用到喷墨打印机或多功能外设，以控制具有喷墨头作为对象的载体的DC电动机。图5是使用如图4所示的装置的喷墨打印机或多功能外设的控制方框图。图5的喷墨打印机或多功能外设包括DC电动机控制装置110、PWM信号发生器112、脉冲计数器114、电源116、装置118和编码器发生器124。这里，装置118包括DC电动机120和载体系统122。
DC电动机120驱动载体系统122，并且载体系统122是由比如安装喷墨头的载体、编码器剥离器(encoder stripper)等等。这里，编码器发生器124(编码器感测器)利用行剥离器产生包含有载体的速度和位置方面的信息的方波信号。如图4所示，方波信号经由输入端口IN2被输入到位置检测器76和当前速度计算器78。脉冲计数器114响应方波信号执行计数操作。DC电动机控制装置110包括如图4所示的DC电动机控制装置。在每个预定的周期中，利用包含有载体的速度和位置方面的信息的脉冲计数器114的计数结果，DC电动机控制装置110检测载体系统的速度误差，并控制PWM信号检测器112产生最佳的PWM信号，这个PWM信号被输出到电源116。电源116响应PWM信号向DC电动机120提供电力。DC电动机120响应由电源116提供的电能驱动载体系统122。
如上所述，与只利用对象位置中的改变来检测电动机驱动对象的误差的传统方法和传统装置不同，在本发明中，利用对象的速度和位置，根据预先确定的速度误差极限值和/或在每个预定的时间周期时，即在第一中断出现时，计算的误差计数极限值，能灵敏地感测持续预定的时间周期并偏离预定水平的电动机驱动对象的误差，由此根据一个时间周期检测驱动对象速度误差。同样，当感测到误差时，DC电动机的操作能够被停止。这样，能够使DC电动机和由DC电动机驱动的对象免受外界干扰的影响，并且能够防止不必要的电能消耗。另外，在打印机的情况下，能够解决甚至在对象的位置没有改变时连续增加PWM信号的占空比所引起的许多传统的问题，比如撕破纸张。
本发明通过如下步骤来控制驱动对象的直流电动机，如果对象没有到达目标位置(即在对象到达目标位置之前)并且在每个预定的时间周期(例如出现中断)，从预先确定的速度轨迹确定对应于时间点的参考速度，获得对象的位置，计算对象的当前速度，并且计算参考速度和当前速度之间的差值。如果计算的差值大于速度误差极限值，用户被告知出现了误差。因此本发明能在时间周期内按照对象的速度检测驱动对象误差。更具体地说，本发明提供一种DC电动机控制装置/系统，产生最佳的PWM信号，以驱动DC电动机系统(例如，DC电动机和载体/对象)，最佳的PWM信号也包含对于DC电动机系统的DC电动机驱动速度误差信号，例如，在DC电动机速度误差的情况下停止DC电动机系统。按照本发明的一个方面，在操作18、48和54的比较过程也可以包括速度差值等于误差极限值。如在DC电动机控制装置110中所体现的本发明的处理过程可以在计算硬件和/或软件中加以实现。
通过参考其示例实施例，已经详细地显示和说明了本发明，在不离开如下文的权利要求和它们的等效物所确定的本发明的精神和领域的情况下，可以在结构和细节上做出各种改变，这对于本技术领域的那些普通技术人员而言是显而易见的。
权利要求
1.一种控制驱动对象的直流电动机的方法，该方法包括步骤如果对象没有到达目标位置，从预先确定的速度轨迹检测与第一中断出现时的时间点相对应的参考速度，获得对象的位置，计算出现第二中断时更新的对象的当前速度，并且计算参考速度和当前速度之间的差值；确定该差值是否大于速度误差极限值；如果确定该差值大于速度误差极限值，则通知用户出现误差。
2.如权利要求1所述的方法，其中，检测参考速度，获得对象位置，以及计算当前速度和差值步骤，包括初始化对象的位置；确定对象是否到达目标位置；如果确定对象没有到达目标位置，则确定是否出现第一中断；如果确定出现第一中断，则计算参考速度、对象位置、当前速度以及差值。
3.如权利要求1所述的方法，其中第二中断出现的频率高于第一中断。
4.如权利要求1所述的方法，还包括如果确定差值大于速度误差极限值，则增大速度误差计数值；如果确定差值不大于速度误差极限值，则重置速度误差计数值；在增大或重置速度误差计数值之后，确定速度误差计数值是否大于误差计数极限值；和如果确定速度误差计数值大于误差计数极限值，则通知用户出现误差。
5.如权利要求4所述的方法，还包括，如果确定对象到达目标位置或速度误差计数值大于误差计数极限值，则停止直流电动机。
6.一种控制驱动对象的直流电动机的装置，该装置包括缓冲器，缓冲并输出对象的位置；第一比较器，响应于第一控制信号或第一中断信号，将从缓冲器输入的对象的位置与目标位置进行比较，并输出比较结果作为第二控制信号；参考速度检测器，响应于第二控制信号和第一中断信号，从预先确定的速度轨迹检测与第一中断信号出现的时间点相对应的参考速度；位置检测器，响应于第二控制信号和第一中断信号检测对象的位置，并向缓冲器输出所测得的对象的位置作为更新位置；当前速度计算器，响应于第二控制信号和第一中断信号，计算第二中断信号出现时更新的对象的当前速度；差值检测器，计算并输出参考速度和当前速度之间的差值；第二比较器，把差值和速度误差极限值进行比较，并输出比较结果作为第一控制信号；和误差通知器，响应于第一控制信号通知用户出现误差，其中第二中断信号出现的频率高于第一中断信号。
7.如权利要求6所述的装置，还包括计数器，响应于第一控制信号计数或重置速度误差计数值；和第三比较器，比较速度误差计数值和误差计数极限值，并输出比较结果作为第三控制信号，其中误差通知器响应于第三控制信号通知用户出现误差。
8.如权利要求7所述的装置，还包括电动机控制器，响应于第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号之一产生第四控制信号，其中直流电动机响应于第四控制信号而停止。
9.如权利要求1所述的方法，还包括，调整速度误差极限值以调整误差检测的灵敏度。
10.如权利要求4所述的方法，还包括，调整误差计数极限值以调整误差检测的灵敏度。
11.一种喷墨打印机，包括驱动载体系统的直流电动机；和直流电动机控制器，按照载体系统速度和位置灵敏度，控制直流电动机和检测直流电动机驱动速度误差。
12.如权利要求11所述的喷墨打印机，其中通过在定时的中断出现时检查载体系统速度并根据在定时的中断出现时的目标速度，检测直流电动机驱动速度误差。
13.一种控制驱动对象的直流电动机的控制器，包括对象速度检验器，确定与定时的中断出现的时间点相对应的目标速度，直到对象到达目标位置并且定时的中断出现时，获得对象的位置，计算对象的当前速度，并计算参考速度和当前速度之间的差值；速度误差检测器，确定所计算出的差值是否大于速度误差极限值，作为速度误差差值；和误差通知器，如果速度误差差值大于误差极限值，则通知用户出现误差并停止电动机。
14.如权利要求13所述的控制器，其中速度误差检测器包括调节器，调整速度误差极限值以控制误差检测的灵敏度。
15.一种控制驱动对象的直流电动机的装置，该装置包括参考速度检测器，当第一中断信号出现时，从预先确定的速度轨迹检测与第一中断信号出现的时间点相对应的对象的参考速度；当前速度计算器，响应于第一中断信号，计算对象的当前速度；差值检测器，计算参考速度和当前速度之间的差值；比较器，把速度差值和速度误差极限值进行比较作为速度误差差值；和误差通知器，根据速度误差差值通知用户出现误差。
16.如权利要求15所述的装置，其中对象的当前速度在出现一其出现频率高于第一中断信号的第二中断信号时被更新。
全文摘要
控制驱动对象的直流电动机当对象没有到达目标位置时，从预先确定的速度轨迹确定对应于时间点的参考速度，获得对象的位置，计算对象的当前速度，并计算参考速度和当前速度之间的差值。如果计算出的差值大于误差极限值，则通知用户出现误差。
文档编号G05B19/4062GK1495583SQ03159770
公开日2004年5月12日 申请日期2003年7月6日 优先权日2002年7月6日
发明者丁永道 申请人:三星电子株式会社