DE3744188A1 - Method for positioning an object - Google Patents

Method for positioning an object

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Abstract

A method, realisable with simple means, for positioning an object by means of a positioning motor (M) consists in that a control criterion for the positioning motor (M) is derived from information delivered by the running positioning motor (M) in the form of voltage pulses, of which the respective positioning motor (M) generates a number per revolution characteristic of it (Figure). <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren eines Objektes mittels eines Stellmotors, der bezüglich der Anzahl seiner Umdrehung so geregelt wird, daß durch seinen Antrieb das Objekt in eine definierte Lage gebracht wird.The present invention relates to a method for Positioning an object using a servomotor, the is regulated in terms of the number of its rotation so that by its drive the object in a defined position brought.

Ein derartiges Verfahren zum Positionieren einer Antenne in der Azimut- und der Elevationsebene ist aus der "Siemens Zeitschrift" 48. Jahrgang, Heft 11, Nov. 1974, S. 814-840 (insbesondere Bild 5) bekannt. Dieser Veröffentlichung ist eine sehr aufwendige mit Winkelgeber und Tachogeneratoren ausgestattete Anordnung zum Steuern der vorhandenen Stellmotoren zu entnehmen.Such a method for positioning an antenna in the azimuth and elevation levels are from the "Siemens Magazine "Volume 48, Issue 11, Nov. 1974, pp. 814-840 (especially picture 5). This release is a very elaborate with angle encoder and tachometer generators equipped arrangement to control the existing To remove servomotors.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, womit unter Einsatz wenig aufwendiger Mittel eine möglichst präzise Positionierung durchführbar ist.The invention is based on the object of a method of the type mentioned at the beginning, with what use less expensive means as precise as possible Positioning is feasible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. This object is achieved by the features of Claim 1 solved. Practical embodiments of the invention emerge from the subclaims.  

Dadurch, daß entsprechend der Erfindung Informationen, die der Stellmotor im Betrieb in Form von Spannungsimpulsen liefert, ausgenutzt werden, kann, je nachdem ob eine Winkelbewegung oder eine Längenbewegung eines Objekts beabsichtigt ist, ein Winkelgeber bzw. ein Längengeber eingespart werden. Winkel- bzw. Längengeber sind nämlich sehr aufwendige Geräte, wenn sie zur exakten Erfassung sehr kleiner Winkel- bzw. Längenänderungen äußerst eng toleriert ausgelegt sein müssen. Soll neben der Steuerung für Winkel- bzw. Längenänderungen auch noch eine Regelung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Stellmotors vorgenommen werden, kann der Erfindung zufolge auch auf einen üblicherweise verwendeten Tachogenerator verzichtet werden.The fact that according to the invention information that the servomotor in operation in the form of voltage pulses supplies, can be exploited, depending on whether one Angular movement or a longitudinal movement of an object is intended to be an angle encoder or a length encoder be saved. Angle or length encoders are namely very elaborate devices, if they are very accurate Small changes in angle or length are extremely closely tolerated must be designed. In addition to the control for angular or changes in length also a regulation of Rotation speed of the servomotor made can, according to the invention, also on one usually used tachometer generator can be omitted.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.Using one shown in the drawing The invention will be described in more detail below explained.

Das in der Figur gezeigte Blockschaltbild stellt eine Anordnung dar, mit der z.B. eine Bodenstationsantenne auf einen gewünschten Abstrahlwinkel in der Azimut- oder Elevationsebene ausgerichtet werden kann. Diese Anordnung und das Verfahren, nach dem sie arbeitet, können aber generell zur Positionierung beliebiger Objekte - z.B. Satellitenantennen, Werkzeugmaschinenteile, Roboter und dergleichen - angewendet werden. Die Positionierung kann sich dabei auf eine Drehung des Objekts um einen vorgebbaren Winkel oder auf eine Längsbewegung des Objekts um eine wählbare Strecke beziehen.The block diagram shown in the figure represents an arrangement with which, for example, a ground station antenna can be aligned with a desired radiation angle in the azimuth or elevation plane. However, this arrangement and the method by which it works can generally be used to position any objects - for example satellite antennas, machine tool parts, robots and the like. The positioning can relate to a rotation of the object by a predeterminable angle or to a longitudinal movement of the object by a selectable distance.

Ein in der Figur dargestellter Stellmotor M dient dazu, eine Antenne A in eine gewünschte Winkellage zu schwenken. Dabei ist der Läufer des Motors mit einem in der Figur nicht eingezeichneten Getriebe gekoppelt, welches die Drehbewegung des Läufers stark untersetzt in eine Kippbewegung der Antenne umwandelt. Das bedeutet, daß jeder Motorumdrehung eine genau definierte differentielle Winkeländerung der Antenne zugeordnet ist. Als Stellmotor M wird vorzugsweise ein Gleichstrommotor verwendet.A servomotor M shown in the figure serves to pivot an antenna A into a desired angular position. The rotor of the motor is coupled to a gear, not shown in the figure, which strongly converts the rotary movement of the rotor into a tilting movement of the antenna. This means that a precisely defined differential change in the angle of the antenna is assigned to each motor revolution. A DC motor is preferably used as the servomotor M.

Informationen über eine Änderung der Winkellage der Antenne A und außerdem über die Drehgeschwindigkeit des Stellmotors M werden aus einem parasitären Effekt, der jedem Motor zu eigen ist, abgeleitet. Und zwar erzeugt ein jeder Motor aufgrund eines Generatoreffektes eine Spannung, die, der Versorgungsspannung überlagert, an seiner Stromzuführungsleitung abgreifbar ist. Diese Spannung weist eine für jeden Motor pro Umdrehung seines Läufers charakteristische Zahl von Impulsen auf. Das Pulsieren der Störspannung kommt dadurch zustande, daß die Luftspaltbreite zwischen Stator und Läufer und damit der magnetische Widerstand des Motors schwankt, je nachdem ob sich die Polschuhe von Stator und Läufer gerade gegenüberstehen oder nicht.Information about a change in the angular position of the antenna A and also about the rotational speed of the servomotor M is derived from a parasitic effect that is characteristic of each motor. This is because each motor generates a voltage due to a generator effect, which, superimposed on the supply voltage, can be tapped off from its power supply line. This voltage has a characteristic number of pulses for each motor per revolution of its rotor. The pulsation of the interference voltage is caused by the fact that the air gap width between the stator and the rotor and thus the magnetic resistance of the motor fluctuate, depending on whether the pole shoes of the stator and the rotor are facing each other or not.

Die charakteristische Zahl von Spannungsimpulsen pro Umdrehung des jeweils eingesetzten Stellmotors M wird in einer Steuereinheit ST in einem Speicher festgehalten. Es ist also der Steuereinheit ST bekannt, wieviele Spannungsimpulse der Stellmotor M pro Umdrehung abgibt und damit auch die durch eine Umdrehung des Stellmotors M bewirkte differentielle Winkeländerung.The characteristic number of voltage pulses per revolution of the servomotor M used in each case is recorded in a memory in a control unit ST . The control unit ST therefore knows how many voltage pulses the servomotor M emits per revolution and thus also the differential change in angle caused by one revolution of the servomotor M.

Soll eine bestimmte Winkeländerung der Antenne A vorgenommen werden, so wird in der Steuereinheit ST eine Sollzahl berechnet, die ein dem gewünschten Winkelbetrag zugeordnetes Vielfaches der gespeicherten charakteristischen Zahl von Spannungsimpulsen ist. Bei der Festlegung der Sollzahl wird auch ein vorhandenes Getriebespiel berücksichtigt. If a specific change in the angle of the antenna A is to be carried out, a desired number is calculated in the control unit ST , which is a multiple of the stored characteristic number of voltage pulses associated with the desired angle amount. When determining the target number, an existing gear play is also taken into account.

Zu Anfang einer Positionierprozedur wird die Antenne A in eine Referenzwinkelstellung gefahren, die als "Null"-Winkel definiert ist. Ausgehend von dieser Referenzwinkelstellung beginnt auf folgende Weise die Erfassung des Winkels, um den der Stellmotor die Antenne verdreht.At the beginning of a positioning procedure, the antenna A is moved into a reference angular position, which is defined as a "zero" angle. Starting from this reference angle position, the detection of the angle by which the servomotor rotates the antenna begins in the following manner.

Während nun zum Positionieren der Antenne der Stellmotor läuft, werden die von ihm erzeugten Spannungsimpulse U über einen Widerstand R an der Stromzuführungsleitung des Stellmotors M abgegriffen. Die Spannungsimpulse müssen nicht am Ort des Stellmotors M, sondern sie können entfernt von diesem bei der mit der Stromzuführungsleitung verbundenen Steuereinheit ST abgegriffen werden. Das hat den Vorteil, daß schaltungstechnische Mittel vom Einsatzort des Stellmotors ganz ferngehalten werden können. Die Spannungsimpulse U werden zunächst über einen Kondensator C von der Gleichspannung des Stellmotors getrennt und mittels eines Filters F von Hochfrequenzanteilen, die z.B. durch Bürstenfeuer im Motor entstehen, befreit. Anschließend werden die Spannungsimpulse einem Impulsformer IF zugeführt und dort in Impulse gleicher Amplitude umgeformt. Dieser Impulsformer IF kann ein Trigger sein, dessen Ansprechschwelle so zu legen ist, daß sie von den kleinsten auftretenden Spannungsimpulsen gerade noch überschritten wird. In der Steuereinheit ST werden die aus dem Impulsformer IF herausgegebenen Rechteckimpulse gezählt und in einem Komparator ständig ein Vergleich zwischen der aktuell ermittelten Zahl von Spannungsimpulsen und der vorgegebenen Sollzahl durchgeführt. Aus dem Vergleich gewinnt die Steuereinheit ST ein Steuersignal S 1, das über einen Verstärker V ein Ein- oder Ausschalten des Stellmotors M veranlaßt. Ein weiteres ebenfalls in der Steuereinheit ST generiertes und dem Verstärker V zugeführtes Steuersignal S 2 gibt den Drehrichtungssinn für den Stellmotor an. While the servomotor is now running to position the antenna, the voltage pulses U generated by it are tapped via a resistor R on the power supply line of the servomotor M. The voltage pulses do not have to be at the location of the servomotor M , but they can be tapped away from the latter at the control unit ST connected to the power supply line. This has the advantage that circuitry means can be kept completely away from the location of the servomotor. The voltage pulses U are first separated from the DC voltage of the servomotor by a capacitor C and freed from high-frequency components, for example caused by brush fires in the motor, by means of a filter F. The voltage pulses are then fed to a pulse shaper IF, where they are converted into pulses of the same amplitude. This pulse shaper IF can be a trigger whose response threshold is to be set such that it is just exceeded by the smallest voltage pulses that occur. The square-wave pulses output from the pulse shaper IF are counted in the control unit ST and a comparison between the currently determined number of voltage pulses and the predetermined target number is carried out continuously in a comparator. The control unit ST obtains a control signal S 1 from the comparison, which causes the servomotor M to be switched on or off via an amplifier V. Another control signal S 2 , likewise generated in the control unit ST and fed to the amplifier V, indicates the direction of rotation for the servomotor.

Es ist zweckmäßig, vor allem wenn Objekte großer Masse bewegt werden sollen, den Stellmotor M mit Annäherung des Objektes an die Soll-Position in seiner Umdrehungsgeschwindigkeit herunterzuregeln. Das geschieht auf einfache Weise dadurch, daß in der Steuereinheit ST ein einem vorgebbaren Funktionsverlauf folgendes Steuersignal erzeugt wird, das die Motorspannung nach eben dieser Funktion herunterregelt, sobald der Komparator eine bestimmte Annäherung der aktuell gezählten Spannungsimpulse an die Sollzahl anzeigt. Für die Regelung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Stellmotors M kann dabei die Tatsache ausgenutzt werden, daß die Folgefrequenz der Spannungsimpulse proportional mit der Umdrehungsgeschwindigkeit des Stellmotors zu- oder abnimmt. Damit erübrigen sich jegliche Geräte (z.B. Tachogenerator) zur Erfassung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Stellmotors. Ebenso sollte zum Schutz des Stellmotors dieser nach dem Start in seiner Umdrehungsgeschwindigkeit allmählich hochgeregelt werden.It is expedient, especially if objects of large mass are to be moved, to reduce the speed of rotation of the servomotor M as the object approaches the target position. This is done in a simple manner in that a control signal following a predefinable function curve is generated in the control unit ST , which regulates the motor voltage down according to this function as soon as the comparator indicates a certain approximation of the currently counted voltage pulses to the desired number. The fact that the repetition frequency of the voltage pulses increases or decreases proportionally with the speed of rotation of the servomotor can be used for the regulation of the speed of rotation of the servomotor M. This eliminates the need for any devices (eg tachometer generator) to record the speed of rotation of the servomotor. Likewise, in order to protect the servomotor, its rotational speed should be gradually increased after starting.

Statt, wie vorangehend beschrieben, eine einem vorgegebenen Winkel entsprechende Sollzahl mit den aktuell gezählten Spannungsimpulsen des Stellmotors zu vergleichen, kann in der Steuereinheit ein in dessen Speicher eingegebener Soll-Winkel mit demjenigen Winkel verglichen werden, der jeweils aus der Zahl der aktuell gezählten Spannungsimpulse abgeleitet wird.Instead of a given one, as described above Angle corresponding target number with the currently counted Comparing voltage pulses from the servomotor can be done in the control unit one entered in its memory The desired angle is compared with the angle that each from the number of voltage pulses currently counted is derived.

Claims (4)

1. Verfahren zum Positionieren eines Objektes mittels eines Stellmotors, der bezüglich der Anzahl seiner Umdrehungen so geregelt wird, daß durch seinen Antrieb das Objekt in eine definierte Lage gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch einen parasitären Effekt im Stellmotor (M) erzeugte Spannung, die pro Umdrehung des Motorläufers eine für den jeweils verwendeten Stellmotor (M) charakteristische Zahl von Impulsen aufweist, in der Weise ausgenutzt wird, daß die vom laufenden Stellmotor (M) abgegebenen Spannungsimpulse gezählt werden, daß ein Vergleich zwischen der jeweils registrierten aktuellen Zahl der vom Stellmotor (M) abgegebenen Spannungsimpulse und einer Sollzahl durchgeführt wird, die dasjenige Vielfache der charakteristischen Spannungsimpulszahl, der eine feste differentielle Lageänderung des Objektes (A) entspricht, angibt, das einer beabsichtigten Lageänderung zugeordnet ist, und daß aus diesem Vergleich ein Steuerkriterium für den Stellmotor (M) abgeleitet wird.1. A method for positioning an object by means of a servomotor, which is regulated in terms of the number of its revolutions so that the drive brings the object into a defined position, characterized in that a voltage generated by a parasitic effect in the servomotor ( M ) , which has a characteristic number of pulses per revolution of the motor rotor for the servomotor used ( M ), is used in such a way that the voltage pulses emitted by the running servomotor ( M ) are counted so that a comparison between the respectively registered current number of voltage pulses emitted by the servomotor ( M ) and a target number is carried out which indicates that multiple of the characteristic number of voltage pulses, which corresponds to a fixed differential change in the position of the object ( A ), which is assigned to an intended change in position, and that from this comparison a control criterion for the Actuator ( M ) removed is leading. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Stellmotor (M) entnommenen Spannungsimpulse in Rechteckimpulse gleicher Amplitude umgeformt werden und daß dann diese Rechteckimpulse gezählt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the voltage pulses taken from the servomotor ( M ) are converted into rectangular pulses of the same amplitude and that these rectangular pulses are then counted. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit des Stellmotors (M) mit Annäherung der gezählten Spannungsimpulse an die festgelegte Sollzahl nach einer vorgegebenen Funktion heruntergeregelt wird. 3. The method according to claim 1, characterized in that the speed of rotation of the servomotor ( M ) is reduced with approximation of the counted voltage pulses to the predetermined target number according to a predetermined function. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (M) nach seinem Anschalten allmählich in seiner Umdrehungsgeschwindigkeit heraufgeregelt wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the servomotor ( M ) is gradually regulated in its rotational speed after it is switched on.
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