AT214745B - Verfahren zur digitalen Wegregelung - Google Patents

Description

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  - Verfahren zur digitalen Wegregelung 
Es ist bekannt, dass die Anwendung des Digitalprinzips auf eine Wegregelung, beispielsweise zur Positionierung bei Werkzeugmaschinen., eine wesentlich erhöhte Genauigkeit bringt. Bei bekannten Einrichtungen dieser Art wird der Sollwert durch eine Reihe von Impulsen vorgegeben, während der Istwert durch einen mit dem zu positionierenden Teil starr gekuppelten Impulsgeber erzeugt wird. Die Differenz der beiden. Impulsreihen. stellt die Regelabweichung dar und dient zur Beeinflussung des Reglers, der meist analog arbeitet. Zu diesem Zweck wird die Regelabweichung mittels eines Digital-Analog-Wandlers verarbeitet und einem Regler üblichen Aufbaus    zugefUhrt,. der   den Antriebsmotor steuert. 



   Es ist ferner vorgeschlagen worden, zur Positionierung Sollwert und Istwert nicht, in Form von Impulsreihen vorzugeben, sondern als binäre Zahlen. Dabei ist es erforderlich, zum Vergleich der Sollwert-und   IstWertzah1   einen Digitalrechner anzuwenden, der Stelle für Stelle aus den beiden Zahlen eine weitere Zahl ableitet, die der Regelabweichung entspricht. Diese digitale Wegregelung ist mit einem nicht unbe-   trächtlichen   Aufwand verbunden.- 
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 einfachergabe eines neuen Sollwertes in die Regeleinrichtung nicht möglich ist. Vielmehr ist es erforderlich, eine dem neuen Sollwert bzw. der Differenz zwischen altem und neuem Sollwert entsprechende Zahl von Impulsen zu erzeugen.

   Wird dieser neue Sollwert beispielsweise einer Lochkarte oder einer Eintasteinrichtung 
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Lochka. rtenab-tastung die erforderliche Zahl der zu erzeugenden Impulse bestimmen und diese in die Regeleinrichtung einführen.' . Zur Erleichterung der Bedienung ist es in. vielen Fällen   zweckmässig,   die Sollwerte als mehrstellige 
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   abten   Kräften ohne weiteres vorbestimmt werden. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur digitalen Wegregelung anzugeben, bei dem Jeder   Wegänderungseinheit   ein elektrischer Impuls mit Richtungsangabe zugeordnet ist, und das eine 
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   Da im Gegensatz zum Vergleich   binarer Zahlen die Differenzbildung nicht   mit einem Digitalrechner, sondern mit einfachen Zählwerken vorgenommen werden kann, ergibt sich insgesamt ein wesentlich billigerer Aufbau der'Regeleinrichtung. 



   Trotzdem ist es möglich, Sollwerte für die Wegregelung nicht nur relativ, d. h. in Form eines Unter- 

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 schiedes gegenüber dem bisher gültigen Sollwert, sondern auch absolut vorzugeben. Die Einrichtung nach der Erfindung zeichnet sich daher durch grosse Anpassungsfähigkeit aus. 



   Die den   Wegänderungseinheiten   bei der Verschiebung des zu positionierenden Teiles zugeordneten elektrischen Impulse werden in das die Restzahl enthaltende Zählwerk derart eingegeben, dass die Restzahl gegen Null gebracht wird. Dabei kann je nach der Genauigkeit der Regeleinrichtung eine dem Aus-   regelfehler entsprechende   Zahl in diesem Zählwerk stehen bleiben.. 



   Es ist zweckmässig, eines der beiden Zählwerke dadurch zu bevorzugen, dass an dieses Zählwerk der Digital-Analog-Wandler angeschlossen ist, der den Regler beeinflusst. In diesem Fall wird man, wenn bei 
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 -werk übertragen. Dies kann mit Hilfe des Impulsoszillators geschehen. Hierauf kann der neue Sollwert aus dem Register in das zweite Zählwerk übertragen. werden. 



   Tritt ein   Ausregelfeh1er   in dem bevorzugten Zählwerk auf, so wird eine Korrektur erforderlich sein, wobei die dem Ausregelfehler entsprechende Zahl zu dem neuen Sollwert im zweiten Zählwerk unter Berücksichtigung des Vorzeichens addiert wird. 



   Die Erfindung sei im folgenden an Hand eines Blockschemas näher   erläutert,   das die Anwendung des Verfahrens veranschaulichen soll. 



   Es ist ein Stellmotor 1 vorgesehen, der von einem Regler 2 gesteuert wird. Der Regler wird von einem Digital-Analog-Wandler 3 beeinflusst, der an das erste   Zählwerk 4 angeschlossen ist.   Mit dem zu positionierenden Teil ist ein Impulsgeber 5 gekuppelt, der für   jede Wegänderungseinheit einen   elektrischen Impuis mit Richtungsangabe erzeugt. Die Impulse werden dem ersten Zählwerk 4 zugeführt, das auch als   Differenzzählwerk   bezeichnet werden kann. 



     Zur Ein. gabe-des Sollwertes   dient ein Register 6, in das der Sollwert in Form mehrstellige Dezimalzahlen eingetastet werden kann. Die Information   des Registers kann"parallel", d. h. für sämtliche Stellen   gleichzeitig, in das   Differenzzählwerk   4 übertragen werden. Eine solche parallele Eingabe ist auch in das zweite Zählwerk 7 möglich, das als   Sollwertzählwerk   bezeichnet werden kann. 



      Beide. Zählwerke   können durch einen Oszillator 8 schrittweise fortgeschaltet werden. Ferner ist noch ein Schrittschaltwerk 9 vorgesehen, das zur Steuerung der Verfahrensschritte dient. Es kann sich hiebei um ein Schrittschaltwerk oder ein Schieberegister mit einer der Zahl der Verfahrensschritte entsprechenden Stufenzahl handeln. 



   Es sei nun angenommen, dass bisher der Sollwert 600 gültig war. Dementsprechend steht im Register 
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2hat. 



   Nunmehr werde der neue Sollwert 520 durch Eintastung in das Register 6 vorgegeben. Das Schritt- schaltwerk 9 wird durch eine Starttaste in Gang gesetzt und bewirkt zunächst ein Anlaufen des Oszillators
8, um die im   Differeazzählwerk   4 enthaltene Zahl auf Null zu stellen. Der Oszillator beeinflusst dabei auch das Zählwerk 7. Nach Abschluss dieses Schrittes steht also im Differenzzählwerk 4 die Zahl 0, im
Sollwertzählwerk 7 die Zahl 598. Damit ist im Sollwertzählwerk die. Korrektur vorgenommen, die den
Ausregelfehler berücksichtigt, und die Zahl 598 stellt den Istwert der Regelung dar. 



   Nunmehr wird die im Register 6 eingetastete Zahl 520 in das Zählwerk 4 eingegeben, so dass dort'die
Zahl 520 steht. Auch dieser und die folgenden Verfahrensschritte werden vom Schrittschaltwerk9 gesteuert. 



   Es läuft nunmehr wiederum der Oszillator 8 an und stellt die kleinere der. in. den Zählwerken 4 und 7 gespeicherten Zahlen auf Null. Im vorliegenden Fall wird nach Abschluss dieses Schrittes im Zählwerk 4 die Zahl 0, im Zählwerk 7 die Zahl 78 enthalten sein. Damit Ist durch den Ort der Restzahl (Zählwerk 7) das Vorzeichen der Regelabweichung (in diesem Fall minus) bestimmt. 



   Beim nächsten Verfahrensschritt wird die Zahl 78 aus dem Zählwerk 7   in.   das Zählwerk 4 übertragen, was wiederum mit Hilfe des Oszillators 8 geschehen kann. Es steht nunmehr im Zählwerk 7 die Zahl 0, im
Zählwerk 4 die Zahl-78. Das Vorzeichen minus bedeutet, dass die Regeleinrichtung nunmehr im Sinne einer Verminderung des früher eingestellten Weges arbeiten muss. Die Zahl-78 wird   nunmehrvom Wand-   . ler 3 in den Regelkreis eingegeben. 



   Zugleich kann vom Register 6 der neue Sollwert 520 in das   Sollwertzahlwerk   7 parallel übertragen werden, so dass in diesem Zählwerk nunmehr der gültige Sollwert gespeichert ist. Damit wird das Vorga- 
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   Im Laufe der Regelung liefen der Impulsgeber 5 entsprechend   denWegänderungseinheiten Impulse   an   dans Zählwerk   4 und bringt die in diesem Zählwerk enthaltene Restzahl-78 gegen Null. Als Folge endlicher Regelgenauigkeit kann nach der Ausregelung noch ein Fehler vorhanden sein, der als entsprechend 

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 kleine Zahl im Zählwerk 4 in Erscheinung tritt. Damit sind die mit einer Änderung des Sollwertes verbundenen Verfahrensschritte der Regelung abgeschlossen. 



   Wenn statt des neuen Sollwertes 520 beispielsweise ein Sollwert 650 vorgegeben würde, so wird im Zählwerk 4 nach   Durchführung   der ersten Verfahrensschritte die Restzahl 52 enthalten sein. Da sie (entsprechend ihrem   Ergebnisort)   positives Vorzeichen hat, setzt sie den Regelkreis im Sinne einer   Vergrö -     sserung   des Weges in Gang. Im übrigen bleibt die Wirkungsweise unverändert. 



   Während bisher die Vorgabe von absoluten Sollwerten behandelt wurde, ist es gemäss der weiteren Erfindung auch möglich, eine an sich bekannte Relativregelung vorzunehmen, bei der in das Register 6 nur der Unterschied des neuen gegenüber dem alten Sollwert eingegeben wird. 



   Es sei wieder angenommen, dass von dem alten Sollwert 600 auf den neuen Sollwert 520   übergegangen   wird. Bei der relativen Vorgabe des neuen Sollwertes wird in. das Register 6 die   Zahl-80   eingetastet. Das Schrittschaltwerk 9 steuert nunmehr die parallele Übertragung dieser Zahl in das   D1fferenzzählwerk   4. Da diese Zahl bereits die Regelabweichung angibt, kann sie unmittelbar zur Beeinflussung des Reglers über den Digital-Analog-Wandler 3 verwendet werden. Die vom Impulsgeber 5 gelieferten Impulse steuern in diesem Falle gleichzeitig die Zählwerke 4 und 7, so dass nach der Ausregelung im Zählwerk 4 die Zahl 0 und 
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 Oszillator 8 und Digital-Analog-Wandler 3.

   Das   Sollwertzählwerk   7 kann sowohl nach innerem Aufbau als auch nach Impulseingabe völlig identisch mit dem Zählwerk 4 aufgebaut sein und ist daher nicht dargestellt. 
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 der Schaltzustand einer Kippstufe auf die nächste Kippstufe übertragen. Die Eingabe kann mit Hilfe eines Tastenfeldes oder auch mit Lochkarten, Lochstreifen u. dgl. erfolgen und ist nicht dargestellt. 



   Die Ausgänge der jeweils letzten vier Stufen jeder Reihe 11 - 14 sind an je einen Eingang von Undgattern geführt, die mit   111-114, 121-124, 131-134, 141-144   bezeichnet sind. Die zweiten Eingänge sämtlicher Undgatter sind mit einer gemeinsamen Freigabeleitung 20 verbunden, die an eine Stufe des   Scbxituchalrwerkes   9 geführt wird. Sobald an die Leitung 20 ein Freigabeimpuls gelangt, wird die im Register 6 gespeicherte vierstellige Dezimalzahl parallel auf das Zählwerk 4 übertragen, das ebenfalls aus vier Reihen   21, 22, 23, 24   von je vier bistabilen Kippschaltungen besteht. Zu diesem Zweck sind die Setzeingänge der Kippschaltungen jeweils mit dem Ausgang eines Undgatters verbunden.

   Die Löscheingänge sämtlicher Kippschaltungen sind an eine gemeinsame   Loschleitung   30 geführt, so dass die in dem Diffe-   renzzählwerk   4 gespeicherte Zahl jederzeit gelöscht werden kann. 



   An den binären Eingang der ersten Kippschaltung der Reihe 21 werden die Ausgangsimpuls des Oszillators 8 angelegt. Als binären Eingang bezeichnet man bekanntlich bei bistabilen Kippschaltungen im Gegensatz zum   Setz-bzw. Löscheingang denjenigen Eingang,   bei dem aufeinanderfolgende Impulse gleicher Polarität jeweils ein Umkippen in die andere Ruhelage herbeiführen. 



     Die übrigen binären Eingänge sämtlicher Kippschaltungen   des   Differenzzählwerkes 4 sind an die   beiden Eingänge der jeweils vorhergehenden Kippschaltungen derart angeschlossen, dass ein   Vor-und Rtickwärtszäh-   len ermöglicht wird. Diese Verbindungen können in bekannter Weise ausgeführt sein und sind zur Erhöhung der Übersichtlichkeit in   Fig. 2   nicht dargestellt. 



   Die ausgänge sämtlicher Kippschaltungen werden schliesslich an einen Digital-Analog-Wandler beliebiger bekannter Ausbildung angeschlossen. Dieser Wandler erzeugt aus der in Form von vierstellige De-   zimalza11len   im Zählwerk 4   vorliegenden Grosse eine Eingangsgrösse für   den Regler 2. Zwischen Zählwerk und Wandler liegen wieder Undgatter   151-154, 161-164, 171-174, 181-184.   Die Übertragung wird durch ein Signal auf der Leitung 40 freigegeben. 



   Zur stufenweisen Fortschaltung der Zählwerke 4 und 7 kann man, wie dies bisher auch angenommen wurde, die erforderliche Anzahl von Impulsen aus dem Oszillator 8 entnehmen. Handelt es sich jedoch 
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Claims (1)

1. den Oszillator 8 die Zahl 520 im Zählwerk 4 auf 0 und die Zahl 598 im Zählwerk'1 7 auf 78 gebracht. Dies kann dadurch erfolgen, dass man beiden Zählwerken 520 Impulse aus dem Oszillator 8 zuführt.. Dies nimmt wegen der begrenzten Impulsfrequenz des Oszillators 8 eine gewisse Zeit in Anspruch. Erscheint diese Zeit zu lange, so kann man zuerst die Hunderter, dann die Zehner, dann die Einer der in den Zählwerken 4 und 7 enthaltenen Zahlen miteinander vergleichen. Zu diesem Zweck liefert der. Oszillator zu- nächst fünf Impulse, so dass die Hunderter in beiden Zählwerken auf 0 gelangen. Dann schaltet das Schrittschaltwerk 9 auf den Vergleich der Zehner um, wobei im Zählwerk 7 die Ziffer 7 bleibt. Schliesslich er- 'gibt sich aus dem Vergleich der Einer im Zählwerk 7 die Ziffer 8.

   Man kommt also mit einer ganz wesentlich kleineren Zahl von Impulsen aus und erzielt eine entsprechende Beschleunigung der Auszählung.

   Man wird dann bei der Anordnung nach Fig. 2 nicht nur die erste Kippschaltung der Reihe 21 des Zählwerkkes 4, sondern auch die übrigen ersten Stufen mit Impulsen aus dem Oszillator 8 speisen, muss dann jedoch eine entsprechende Verteilung und Auswertung vornehmen, die vom Schrittschaltwerk 9 gesteuert wird.

   Besonders vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten sind für das Verfahren nach der Erfindung bei Werkzugmaschinen zur Positionierung von Schlitten und Support, zur Steuerung des Vorschubes von Werkzeugen sowie bei Walzwerken zur Walzenanstellung in aufeinanderfolgenden Stichen gegeben. Die freizUgi- EMI4.1 Wählbarkeit zwischen absoluter1.

   Verfahren zur dig alen Wegragelung, wobei jeder Wegänderungseinheit ein elektrischer Impuls mit Richtungsangabe zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der neue Sollwert aus einem Register (6) in ein erstes Zählwerk (4) eingegeben und die Differenz gegenüber dem in einem zweiten Zählwerk (7) ge- speicherten Istwert durch einen Impulsoszillator (8) ausgezählt wird, so dass die Restzahl in einem der beiden Zählwerke den Betrag und der Ort der Restzahl das Vorzeichen der Regelabweichung gegenüber dem neuen Sollwert bestimmt.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das die Restzahl enthaltende Zählwerk die Istwertimpulse derart eingegeben werden, dass die Restzahl gegen Null gebracht wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Restzahl in das erste Zählwerk übertragen wird, falls sie nicht bereits darin enthalten ist, und dort zur Beeinflussung des Regelkreises zur Verfügung steht.

   4. Verfahren nach Anspruch 3,-dadurch gekennzeichnet, dass der neue Sollwert aus dem Register in das zweite Zählwerk übertragen wird.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten eines Ausregelfehlers die im Zählwerk verbleibende, dem Ausregelfehler entsprechende Zahl zu dem neuen Sollwert im zweiten Zählwerk unter Berücksichtigung des Vorzeichens addiert wird, 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auszählung der Differenz zwischen Sollwert und Istwert stellenweise erfolgt und bei der höchsten Stelle beginnt.

   '7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zwei gleichartig aufgebaute vor-und rückwärts arbeitende Zählwerke (4, 7), in die wahlweise aus einem Register (6) der neue Sollwert eingegeben wird, und durch einen Oszillator (8), der die Zählwerke schrittweise fonschaliet.

   8. Einrichtung nach Anspruch * ?, gekennzeichnet durch ein Schrittschaltwerk (9) zur Steuerung der einzelnen Verfahrensschritte.

   9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie unter Verwendung des Registers und des ersten Zählwerkes zur an sich bekannten Relativregelung durch das Schrittschaltwerk umschaltbar ist.