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Verfahren zum Umschalten von digitalem Grobkanal auf analogen Feinkanal bei Regelanordnungen
Bei Regelanordnungen liegt häufig die Aufgabe vor, den Istwert auf einen beliebig einstellbaren Sollwert, der vom gerade vorliegenden'Istwert weit entfernt sein kann, einzuregeln. Als Anschauungsbeispiel für das Auftreten dieser Aufgabe sei eine Lageregelung zum Einfahren des Schlittens einer Werkzeugmaschine auf eine vorgegebene Position genannt.
Es ist nun erwünscht, den Schlitten der Werkzeugmaschine, um bei dem angedeuteten Beispiel zu bleiben, zunächst schnell und ungedämpft in die Nähe der vorgegebenen Position zu fahren und ihn daran anschliessend mit geringer Geschwindigkeit und gedämpft in die vorgegebene Position genau einzufahren.
Hiezu werden Regelanordnungen mit einem digitalen Grobkanal und einem analogen Feinkanal verwendet. Der digitale Grobkanal ist für den ungedämpften Schnellauf und der analoge Feinkanal für den ge- dämpften Langsamlauf vorgesehen.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird an Hand der Fig. 1-3 zunächst ein dem Stande der Technik entsprechendes Verfahren der genannten Art erläutert. Das zur Erfindung gehörende Glied 10 in Fig. 1 bleibt zunächst ausser Betracht. Das Glied 2 der Fig. 1 stellt das Messglied des digitalen Grobkanals dar. Es bildet den Istwert in binärer Form ab (z. B. durch Abtastung kodierter Scheiben) und führt diesen digitalen Istwert einem Soll-Istvergleichsglied, dem Komparator 8 über den Eingang 8b zu. Es wird angenommen, dass die kleinste vom Messglied 2 erfassbare digitale Einheit sich über 100 mögliche nebeneinander liegende Soll- bzw. Istwertpositionen erstreckt. Ferner wird angenommen, dass der Sollwert in seiner Gesamtheit digital vorgegeben wird. Hiezu dient der Sollwertgeber 9.
Der Sollwert kann irgendeinen Wert zwischen den Positionen 9 und 10n annehmen.'Der Teil des vorgegebenen Sollwertes, der die Hundertergruppe kennzeichnet, in die der Sollwert fällt, wird in digitaler Form dem Komparator 8 über den Eingang 8a zugeführt. Solange der Istwert nicht an die Grenze der Hundertergruppe gekommen ist, in der der vorgegebene Sollwert liegt, tritt am Ausgang 8c des Komparators 8 iig :, ale legelabweichung auf, die im allgemeinen von der Grösse der Regelabweichung unabhängig ist und nur durch ihr Vorzeichen anzeigt, ob der Istwert unterhalb oder oberhalb in irgendeiner Entfernung von der Hundertergruppe, in der der vorgegebene Sollwert liegt, entfernt ist. Diese Regelaweichung wird über den Kontakt 6a und über einen Verstärker 4 dem Verstellmotor 3 zugeführt. Sobald
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det die digitale Regelabweichung am Ausgang 8c.
In Abhängigkeit von dem Verschwinden der digitalen Regelabweichung schaltet die Umschalteinrichtung 6 auf den Kontakt 6b ab, d. h. auf den analogen Fein- kanal um. Zur analogen Messung des Istwertes dient das Glied 1. Der von ihm gemessene analoge Istwert wird in der Summierungsstelle 5 mit dem analog darzustellenden Teil des Sollwertes verglichen. Da angenommen wurde, dass der gesamte Sollwert in digitaler Form vorgegeben wird, ist der den beiden letzten Zenerpotenzen entsprechende Teil dieses digitalen Sollwertes über einen Digital-Analög-Wandler 7 in eine analoge Grösse umzuformen.
Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise des soweit beschriebenen bekannten Verfahrens soll noch an Hand eines Zahlenbeispieles der Ablauf des Regelvorganges geschildert werden. Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus den drei letzten Spuren des digitalen Istwert-Messgliedes 2. Dieses kann beispielsweise aus einer im natürlichen Binärzahlensystem kodierten Scheibe bestehen, die sich mit der Verstellung der Istwertposition dreht und bei der über einem bestimmten im Raum festliegenden Radius eine Abtasteinrichtung
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11 vorgesehen ist. Bei den in Fig.
P dargestellten Irei letzten Spuren des auf der Scheibe aufgebrachten Binärkodes kommt der Einfluss der Scheibe, d. h. die konzentrische Anordnung der einzelnen Spuren um einen gemeinsamen Mittelpunkt der Einfachheit halber nicht zum Ausdruck. Es gibt auch Einrichtungen, bei denen keine kodierten Scheiben, sondemkodierte Lineale verwendet werden. Der im Raum feststehende Radius, auf dem die Abtasteinrichtung vorgesehen ist, wird als die Istwertlinie 12 bezeichnet, weil er die Spuren in einer solchen Weise durchläuft, dass die dadurch bestimmte Binärzahl die Istwertposition be- schreibt. Bei den normalen Abtastvorrichtungen ist über jeder Spur eine beispielsweise photoelektrisch arbeitende Ablesevorrichtung vorgesehen. Der von der Ablesevorrichtung jeder Spur erfasste Punkt dieser Spur wird als Abtastpunkt bezeichnet.
Mit der Verstellung der Istwertposition wandern die einzelnen Spuren unter der Abtasteinrichtung entlang. Natürlich kann die Anordnung auch so aufgebaut sein, dass die Spuren, d. h. die kodierte Scheibe, im Raum feststehen und die Abtasteinrichtung mit der Verstellung der Istwertposition Über die Scheibe rotiert. Um die durch Fertigungsungenauigkeiten bedingten möglichen falschen Angaben an den Übergangsstellen von L auf 0 oder umgekehrt zu vermeiden, werden heute im allgemeinen sogenannte Kliever-Abtaster verwendet. Diese Kliever-Abtaster sind dadurch gekennzeichnet, dass über der Spur mit der feinsten Unterteilung, die Abtastvorrichtung nur einen Abtastpunkt 13 besitzt, der genau mit der Istwertlinie zusammenfällt.
Allen andern Spuren sind je zwei Abtastpunkte 14a, 14b und 15a, 15b zugeordnet, die symmetrisch zur Istwertlinie 12 angeordnet sind. Hievon sind jeweils nur die rechts oder links der Istwertlinie liegenden Abtastpunkte für die Abtastung wirksam. Die rechten Abtastpunkte 14a und 15a sind dann wirksam, wenn sich der Abtastpunkt 13 der feinsten Spur über einer schraffierten Fläche (L) befindet. Die linken Abtastpunkte 14b und 15b'sind wirksam, wenn sich der Abtastpunkt 13 über einer nicht schraffierten Fläche (0) befindet. In Fig. 3 wird schematisch die Wirkungweise des Komparators 8 angedeutet. Es sei von der in Fig. 3 dargestellten Anordnung zunächst nur der unterhalb der gestrichelten Linie 24 liegende Teil vorhanden. Es wird angenommen, dass der Sollwert 250 vorgegeben wird.
Man entnimmt der Fig. 2 für die drei letzten Spuren den Wert L 0 L. Dieser Wert wird über den Eingang 8a dem Komparator 8 zugeführt und ist in Fig. 3 eingetragen. Der Istwert liege bei Beginn des Regelvorganges bei der Position 450. In den letzten drei Spuren des Istwertes erscheint 0 LL.
Auch dieser Wert ist in Fig. 3 eingetragen. Im Komparator 8 werden nun, von den gröberen zu den feineren Spuren gehend, die Soll-Istwertangaben verglichen und durch die Wirkung der Regelabweichung am Ausgang 8c einander gleich gemacht. Das bedeutet, um bei dem eingangs erwähnten Beispiel zu bleiben, dass der Schlitten der Werkzeugmaschine sich von der Position 450 in Richtung auf die Position 250 in Bewegung setzt. Man muss sich hiezu den Abtaster 11 in Fig. 2 in die Position 450 verschoben denken und ihn nach links wandern lassen.
Erreicht die Istwertlinie 12 den Wert 400, so verändert sich die Istwertanga-
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i1Istwertlinie den Wert 300, so hat der Istwert den Wert L 0 L, d. h. die digitale Regelabweichung am Ausgang 8c des Komparators 8 verschwindet und es erfolgt die Umschaltung auf den analogen Feinkanal über den der Istwert dann in die gewünschte Sollposition 250 geführt wird.
Der Nachteil dieses Verfahrens wird offenbar, wenn als Sollwert nicht der Wert 250, sondern der Wert 299 oder gar 300 vorgegeben wird. Der Schlitten der Werkzeugmaschine läuft im ungedämpften Schnellgang bis an die Position 300. Im Punkte 300 erfolgt die Umschaltung auf den analogen Feinkanal. Infolge seiner hohen Geschwindigkeit wird nun aber der Schlitten über den Sollwert 299 oder 300 hinausgefahren und nähert sich dann von der andern Seite her dem Sollwert. Dies kann z. B. bedeuten, dass der von einem
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einem dicht an der Grenze zwischen zwei Hundertergruppen liegenden Sollwert die Gefahr, dass-die Regelanordnung überhaupt nicht zur Ruhe kommt, da infolge geringer Ungenauigkeiten die digitale Regelabweichung wie bei einem Zwei-Punkt-Regler hin und her springt.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die geschilderten Nachteile des bekannten Verfahrens zu beseitigen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, das bekannte Verfahren so abzuändern, dass der Abstand zwischen Ist-und Sollwert, bei dem die Umschaltung vom digitalen Grobkanal auf den analogen Feinkanal erfolgt, einen bestimmten Wert nicht unterschreiten kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren vor, das gekennzeichnet ist durch folgende der Sicherstellung eines Mindestabstandes des Istwertes vom vorgegebenen Sollwert im Augenblick des Umschaltens vom digitalen Grobkanal auf den analogen Feinkanal dienende Merkmale :
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