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Schaltungsanordnung für aus gemäss den einzelnen Stellenwerten abgestuften Bewertungswiderständen und diesen zugeordneter
Speisequelle bestehende Digital-Analog-Umsetzer für eine hybride vermaschte Regeleinrichtung
Bei hybriden Verhältnisregelungen, z. B. bei Lage- oder Mischungsregelungen, müssen die in digitaler Form vorliegenden Regelabweichungen in Digital-Analog-Umsetzern (D-A-Umsetzern) in analoge Form umgesetzt werden, bevor sie Stellglieder beeinflussen können. Meist bilden die umgesetzten analogen Werte der Regelabweichungen die Sollwerte unterlagerter analoger Regelkreise, z. B. analoger Drehzahlregelkreise.
Auf diesem Prinzip beruhende Lageregelungen können grundsätzlich als einfache Bahnsteuerungen arbeiten, wenn der bewegte Maschinenteil einer Arbeitsmaschine, z. B. einer Werkzeugmaschine, in mehreren Koordinaten gleichzeitig verfahren wird. Dabei sind dann die Bewegungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Koordinaten, z. B. über die Drehzahlen der Antriebsmotoren, den Regelabweichungen proportional, so dass die vom Programmträger vorgegebenen Lagesollwerte auf kürzestem Wege angefahren werden. Zwar können durch Ungenauigkeiten im Signalfluss und durch unterschiedliche Charakteristiken bei den Stellgliedern Abweichungen von der mathematisch vorgegebenen Bahn auftreten, doch wird der Sollwert selbst mit Sicherheit erreicht.
Voraussetzung ist allerdings, dass die Zuwachsstücke (Regelabweichungen) in den einzelnen Koordinaten die Stellenzahl der D-A-Umsetzer nicht überschreitet, d. h. das Sättigungsgebiet der Umsetzerkennlinien nicht erreicht wird. Die Verfahrgeschwindigkeiten sind nicht konstant, da sie ja der jeweiligen Lageregelabweichung proportional sind und daher nach Vorgabe eines neuen Sollwertes, von einem Maximum beginnend, während des Weges bis auf Null abgebaut werden. Die Folge ist eine manchmal unruhige und, da der Maximalwert aus technologischen Gründen oder wegen des Sättigungsverhaltens der verwendeten Bauelemente nicht beliebig hoch gewählt werden kann, im Mittel auch eine langsame Bahnbewegung. Die hohen Beschleunigungen bei den Geschwindigkeits wechseln können ferner eine Überforderung des Lageregelkreises zur Folge haben.
Die Soll-Werte müssen, um wenigstens einige dieser Nachteile hintanzuhalten, in dichter Folge programmiert sein.
Die Erfindung bezweckt, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden. Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für aus gemäss den einzelnen Stellenwerten abgestuften Bewertungwiderständen und diesen zugeordneter Speisequelle bestehende Digital-Analog-Umsetzer für eine hybride vermischte Regeleinrichtung, deren Stellglieder mindestens zwei Maschinenteile gleichzeitig antreiben, insbesondere für Lageregelungen mit einem in mindestens zwei Koordinaten gleichzeitig bewegten Maschinenteil (Bahnsteuerung).
Die Erfindung besteht darin, dass die Digital-Analog-Umsetzer als Sollwertgeber von einer degres-
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siven Speisequelle mit einer Knickkennlinie speisbar sind, welche Speisequelle die Digital-Analog-Um- setzer bei grossenRegelabweichungen mit einer konstanten Grösse versorgt, die mit abnehmenden Regel- abweichungen nach dem Knickpunkt der Kennlinie abnimmt.
Die die D-A-Umsetzer speisende Grösse und damit die Bahngeschwindigkeiten können nach Eingabe von Sollwerten, z. B. von Lagesollwerten verändert werden. Die Änderungen können z. B. nach einem
Zeitprogramm erfolgen. So ist es wichtig, dass Gleichstrom-Stellmotoren geführt auf ihre Enddrehzah- len hochlaufen, Bei einem freien Hochlauf besteht nämlich die Gefahr, dass bei Verwendung sättigungs- behafteter Bauelemente, wie Verstärker mit Strombegrenzung, nach Eingabe eines neuen Sollwertes und entsprechend grossen Regelabweichungen während des Hochlaufs das Drehzahlverhältnis unter dem Ein- fluss der Sättigung, z. B. der Strombegrenzung, unabhängig von dem Verhältnis der Regelabweichungen den Wert eins annimmt.
Die Hochlaufkurve, bei Lageregelungen die Bahnkurve, verläuft dann während des Hochlaufs stets unter einem Winkel von 450, was im allgemeinen sehr unerwünscht ist. Wird der
Anstieg der die D-A-Umsetzer speisenden Grösse jedoch so verlangsamt, dass die Bauelemente nicht in ihre Sättigungsbereiche kommen, so entspricht das Drehzahlverhältnis der Stellmotoren bereits beim
Anlauf exakt dem Verhältnis der Regelabweichungen.
Es kann ferner erforderlich sein, die die D-A-Umsetzer speisende Grösse - etwa aus technologischen Gründen - nach einer bestimmten zeitlichen Funktion oder in Abhängigkeit von einer andern Grösse zu ändern.
Besonders wichtig für die dynamische Güte einer Regelung, insbesondere einer Lageregelung, ist eine günstige Kennlinie der Drehzahlen über den Regelabweichungen beim Einlauf in die Sollwerte. Hie- bei hat sich die Parabelform als optimal erwiesen. Die zum genauen Einlauf erforderliche exakte Einhaltung des Drehzahlverhältnisses lässt sich auch für eine parabelförmige Kennlinie auf einfache Weise erreichen, wenn die die D-A-Umsetzer speisende Grösse nach einer Parabelfunktion vermindert wird.
Dabei werden dann auch die analogen Ausgangssignale der D-A-Umsetzer nach einer Perabelfunktion vermindert, wobei die geforderte Zuordnung erhalten bleibt.
Sollen die Bahngeschwindigkeiten bei Lageregelungen konstant sein, vom Anlauf und Einlauf in den
Sollwert abgesehen, so ist die die D-A-Umsetzer speisende Grösse konstant zu halten. Als Kriterium für die Umschaltung der reinen Drehzahlregelung auf Lageregelung wird dann zweckmässig eine zweite Grösse herangezogen, die sich ändert, während die speisende Grösse konstant gehalten wird. Ist die speisende Grösse z. B. ein konstanter elektrischer oder ein Fluidstrom, so kann als zweite Grösse die elektrische Spannung an einer Konstantstromquelle oder der Druckabfall an einer einen konstanten Fluidstrom abgebenden Anordnung herangezogen werden. Erreicht diese zweite Grösse einen bestimmten vorgegebenen Wert, so wird sie so beeinflusst, z. B. ebenfalls konstant gehalten, dass die speisende Grösse abnimmt.
Bestehen dieD-A-Umsetzer aus einer Reihenschaltung von elektrischen Bewertungswiderständen, die dual abgestuft und jeweils einer Stelle der binären Regelabweichungen, z. B. von Lageregelabweichungen, so zugeordnet sind, dass sie je nach dem zugehörigen Stellenwert (L, O) ab- oder zugeschaltet werden, so werden die D-A-Umsetzer hintereinandergeschaltet und an eine Konstantspannungsquelle gelegt, deren Ausgangsgrösse nach Überschreiten eines Stromgrenzwertes stetig abnimmt. Das analoge Ausgangssignal einer Koordinate erscheint dann als Spannungsabfall an den in Reihe liegenden Bewertungwiderständen des zugehörigen D-A-Umsetzers. Die Spannung der Konstantspannungsquelle wird so lange auf gleicher Höhe gehalten, bis der Strom, der die Bewertungswiderstände durchfliesst, einen vorgegebenen Wert erreicht.
Hierauf wird der Strom konstant gehalten oder so beeinflusst, dass der analoge Spannungsabfall an den Bewertungswiderständen der D-A-Umsetzer abnimmt.
Auf ähnliche Weise kann bei D-A-Umsetzern verfahren werden, die in an sich bekannter Weise aus parallelgeschalteten, ebenfalls jeweils einer Stelle der binären Regelabweichungen, z. B. von Lageregelabweichungen, zugeordneten Bewertungswiderständen bestehen, deren Leitwerte dual gestuft sind und die entsprechend dem zugehörigen Stellenwert (L, O) zu-bzw. abgeschaltet werden, wobei die analogen Ausgangssignale von den die Parallelschaltungen der Bewertungswiderstände durchfliessenden Strömen gebildet werden und die D-A-Umsetzer parallel an einer Konstantstromquelle liegen, deren Ausgangsgrösse nach Überschreiten eines Spannungsgrenzwertes stetig abnimmt.
Speisen die aus parallelgeschalteten Bewertungswiderständen bestehenden D-A-Umsetzer stromge- steuerte Verstärker mit Ausgangsstrombegrenzung, dann ist beim Einsetzen der Ausgangsstrombegrenzung die lineare Zuordnung zwischen den Drehzahlen der von den Verstärkern angesteuerten Motoren in den einzelnen Koordinaten und den Steuerströmen der Verstärker gestört. Um das betriebsmässige Auftreten der Strombegrenzung zu verhindern, sind erfindungsgemäss Schwellenwertverstärker vorgesehen, die die
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mit der Vollaussteuerung oder Strombegrenzung verbundene Erhöhung des Eingangswiderstandes überwachen. Wird diese Überwachung in Form einer Grenzwertregelung ausgeführt, so kann mit der maximal zulässigen Geschwindigkeit verfahren werden.
Die erfindungsgemässe Verhältnisregelung ist nicht nur bei elektrische Bewertungswiderstände ent-
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geordnet und je nach dem zugehörigen Stellenwert (L, 0) ab-oder zuschaltbar sind, so kann ein analoges Ausgangssignal in dem Druckabfall an den Drosselwiderständen abgenommen werden. Die D-A-Umsetzer werden dann hintereinandergeschaltet und mit Fluid konstanten Drucks gespeist, bis der die Drosselwiderstände durchfliessende Fluidstrom einen vorgegebenen Wert erreicht, worauf er im Sinne abnehmenden Druckabfalles beeinflusst, z. B. konstant gehalten wird.
Bestehen die D-A-Umsetzer aus parallelliegenden Drosselwiderständen mit abgestuften Kehrwerten der Widerstände, die wieder einzeln je nach den zugehörigen Stellenwerten (L, 0) der binären Regelabweichungen zu-oder abschaltbar sind, dann werden die D-A-Umsetzer, deren analoges Ausgangssignal dann von einem Fluidstrom gebildet wird, mit einem konstanten Fluidstrom beaufschlagt, bis der Druckabfall an den D-A-Umsetzern einen vorgegebenen Wert erreicht. Von diesem Wert an wird dann der Druckabfall im Sinne abnehmender Fluidströme beeinflusst, z. B. konstant gehalten.
Als Fluid kann ein Druckgas, insbesondere Druckluft, Verwendung finden, die vor Druckflüssigkeit den Vorteil geringerer Dichtungsschwierigkeiten hat. In den Fällen, in denen die Kompressibilität der Luft stört, oder relativ leistungsstarke Ausgangssignale gefordert sind, ist Druckflüssigkeit, z. B. Hydraulik- öl, oder bei Verwendung von Kunststoffbauteilen Wasser vorteilhaft. Mit Fluiden arbeitende D-A-Umsetzer können in den Fällen zweckmässig sein, in denen die Stellglieder ebenfalls pneumatisch oder hydraulisch arbeiten. Gegebenenfalls lassen sich die analogen Ausgangssignale noch durch geeignete pneumatische oder hydraulische Verstärker verstärken.
Eine elektrische Erregung der Schaltelemente zur Zu- oder Abschaltung der Drosselwiderstände empfiehlt sich bei als elektrische Signale vorliegenden Regelabweichungen.
Erfolgt jedoch schon die Bildung der Regelabweichung pneumatisch oder hydraulisch, so lassen sich mit Vorteil statisch arbeitende Steuerelemente verwenden, bei denen die Steuerung eines Fluid-Ausgangsstrahles unmittelbar durch einen Fluid-Steuerstrahl erfolgt. Hiefür eignen sich besonders sogenannte Wandstrahlverstärker und aerodynamische Verstärker. Auch Turbulenz- und Wirbelkammerverstärker sind geeignet. Alle derartigen Elemente weisen noch den zusätzlichen Vorteil auf, dass die Ausgangssignale erheblich leistungsstärker sind als die Steuersignale.
Die erfindungsgemässe Verhältnisregelung eignet sich besonders gut für digitale Lageregelungen, bei denen ein bewegter Maschinenteil in mindestens zwei Koordinaten gleichzeitig verfahren wird (Bahn-
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tung des gewünschten Verhältnisses auf Null erniedrigt werden. Ein derartiger Anwendungsfall ist bei digitalen Mischungsregelungen gegeben. Digital vorgegebenen, den Anteilen der zu mischenden Stoffe entsprechenden Sollwerten, werden dabei die ebenfalls digitalen, z. B. von mit rotierenden Durchflussmessern verbundenen Istwertgebern abgegebenen Istwerte entgegengeschaltet. Die Regelabweichungen beaufschlagen nach ihrer Umsetzung in Analogwerte Motoren, deren gleichbleibende Drehzahlen in einem konstanten Verhältnis gehalten werden.
Hat die zweite Grösse der D-A-Umsetzer einen bestimmten Grenzwert erreicht, so wird, wenn der Mischprozess weiterlaufen soll, ein neuer Sollwert vorgegeben ; soll der Mischprozess jedoch nach Erreichen der Sollwerte, die gewünschten Mengen entspre- chen können, beendet werden, so wird die zweite Grösse so beeinflusst, z. B. konstant gehalten, dass die die D-A-Umsetzer speisende Grösse und damit die analogen Ausgangswerte mit kleiner werdenden Regelabweichungen ebenfalls abnehmen, bis sie schliesslich zu Null werden. Die Vorgabe neuer Sollwerte zur Verlängerung des Mischprozesses kann z. B. von einem endlosen Lochstreifen erfolgen.
Eine besonders einfache Ermittlung der digitalen Regelabweichungen erhält man, wenn zur Sollwertvorgabe die Rasterscheiben eines sogenannten Winkelkodierers auf den gewünschten Wert gestellt werden und von einem rotierenden Mengen- oder Durchflussmesser auf den Wert Null zurückgestellt werden. Die jeweilige Lage der Kodescheiben stellt dann bereits die Regelabweichung dar. Werden zur Mischungsregelung von Flüssigkeiten Pumpen verwendet, deren Fördermenge je Umdrehung des Antriebsmotors konstant ist, z. B.
Zahnrad- oder Drehflügelpumpen, dann können die Winkelkodierer auch in einfacherer Weist mit den Antriebsmotoren gekuppelt sein.
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Ausser bei Lage- und Mischungsregelungen kann die Verhältnisregelung der Erfindung auch zur Re- gelung anderer in konstantem Verhältnis zueinander zu haltenden Regelgrössen eingesetzt werden, bei- spielsweise zur Regelung der Drehzahlen von Mehrmotorenantrieben.
Durch die österr. Patentschrift Nr. 235 971 sind die Forderungen bekannt, die an ein servomotori- sches Antriebssystem im Gebiet des Nullwertes und ausserhalb des Gebietes des Nullwertes zu stellen sind. Durch die USA-Patentschrift Nr. 3, 019,426 ist ein D-A-Umsetzer bekannt, welcher binärdezimale
Signalkombinationen in proportionale analoge Werte umsetzt. Der Umsetzer ist aus drei Gruppen mit jeweils vier Transistoren aufgebaut, wobei die Signalkombinationen an die Basiselektroden der Transi- storen gelegt sind. Jeweils vier Transistoren einer Gruppe stellen also eine Tetrade dar. Ein Kennzei- chen dieses Umsetzers besteht darin, dass die den gleichen Stellenwerten zugeordneten und in den
Kollektorkreisen der Transistoren angeordneten Widerstände den gleichen Wert haben.
Ein weiteres
Merkmal dieses Umsetzers ist, dass eine Tetrade von einer Gesamtspannung einer Wechselspannungs- quelle gespeist wird, die folgende Tetrade von einem Zehntel dieser Spannung und die dritte Tetrade von einem Hundertstel dieser Spannung. Durch die deutsche Auslegeschrift 1144029 ist ein D-A-Um- setzer bekanntgeworden, dem die Aufgabe zugrunde liegt, einen Summierverstärker zu vermeiden. An
Stelle des Summierverstärkers ist direkt der Verbraucherwiderstand vorgesehen.
Um Fehler zu vermeiden, die dadurch entstehen, dass der am Verbraucherwiderstand auftretende Spannungsabfall den Strom durch die Teilwiderstände des Umsetzers merklich verkleinert, ist mit der Teilwiderstandsschaltung und dem Verbraucherwiderstand in Reihe ein regelbarer Widerstand geschaltet, der die durch den Verbraucherwiderstand auftretenden Fehler ausregelt. Durch die deutsche Auslegeschrift 1144 949 ist ein D-A-Umsetzer bekanntgeworden, bei welchem der durch den unterschiedlichen Spannungsabfall am Verbraucherwiderstand hervorgerufene Fehler vermieden werden soll. Dies wird dadurch erreicht, dass der durch den Verbraucher fliessende Strom durch Zuführung eines jeweils von der Grösse des Verbraucherstromes abhängigen Korrekturstromes erhöht wird.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen für die digitale Lageregelung einer Arbeitsmaschine, auf die sie jedoch nicht beschränkt ist, näher erläutert. Einander entsprechende Teile der einzelnen Figuren erhalten dabei gleiche Bezugszahlen.
Es zeigen Fig. l ein Blockschaltbild eines digitalen Lageregelkreises für eine Koordinate mit unterlagertem Drehzahlregelkreis, Fig. 2 von einer Konstantspannungsquelle gespeiste in Reihe liegende Bewertungswiderstände enthaltende D-A-Umsetzer für zwei Koordinaten, Fig. 2a eine Konstantspannungsquelle mit einer Knickkennlinie ; Fig. 3 von einer Konstantstromquelle gespeiste parallel liegende Bewertungswiderstände enthaltendeD-A-Umsetzer für zwei Koordinaten, Fig. 3a einen D-A-Umsetzer mit einer Konstantstromquelle und kontaktlosen Schaltern, Fig. 4 zusätzliche Anordnungen zur Bildung einer zumindest angenäherten Parabelform der Kennlinien (Analogwerte-Regelabweichungen) beim Einlauf in die Sollwerte.
In der schematischen Darstellung der Fig. 1 wird einem Rechenwerk --RW-- der von einem Programmträger, z. B. einem Lochstreifen kommende digitale Lagesollwert s zugeführt, während der Istwert s von einem Lagemesswertgeber --WK-- geliefert wird. Der Geber --WK-- kann z. B. aus einem absolut digitalen Messgerät wie einem Winkelkodierer bestehen. Die in einem als Vergleichsglied arbeitenden Rechenwerk --RW-- ermittelte Differenz aus Lagesoll- und Lageistwert, die Lagere- gelabweichung-Sg-, liegt in digitaler Form vor und muss in analoge Form umgewandelt werden.
Hiezu dient der Digital-Analog-Umsetzer (D-A-Umsetzer) --DA--, dessen analoges Ausgangssignal --il-- als Sollwert eines unterlagerten analogen Drehzahlregelkreises einer Vergleichsstelle-VG-- zugeführt wird.
Aufbau und Wirkungsweise des D-A-Umsetzers werden in den folgenden Figuren beschrieben. Dem Si-
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abgegeben wird. Als Stellmotor ist zweckmässig ein Gleichstrommotor, als Tachomaschine ein Gleichstromgenerator vorgesehen. Die Differenz-i-der Grössen il und i. die einer Drehzahlregelabweichung entspricht, steuert einen Verstärker --SV-- aus, der den Stellmotor --SM-- speist.
Der beschriebene Regelkreis ist für jede Koordinate vorzusehen. Das Rechenwerk --RW-- braucht jedoch nur einmal vorhanden zu sein, wenn es zyklisch von den Lagesoll- und -istwerten der einzelnen Koordinaten beaufschlagt wird und seine den Lageregelabweichungen entsprechenden Ausgangssignale während eines Zyklus gespeichert werden.
Fig. 2 lässt eine Ausführungsform der Bahnsteuerung gemäss der Erfindung für zwei Koordinaten mit dem Regelkreis je Koordinate erkennen.
Dargestellt sind allerdings nur die D-A-Umsetzer und der sich daran anschliessende Steuerungsteil.
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Die D-A-Umsetzer-DAX und DAy-bestehen aus hintereinandergeschalteten Bewertungswiderständen W ox.... Wnx, W.... Wn, deren Widerstandswerte dual, also nach Potenzen der Zahl 2, ab-
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den entsprechend dem Stellenwert (L, 0) dieser Dualstelle geöffnet oder geschlossen. Dabei ist denkleinsten Bewertungswiderständen Woxl Woy die niedrigste Dualstelle zugeordnet, den doppelt so grossen
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Die hintereinandergeschalteten D-A-Umsetzer --DA , DAy-liegen an einer Spannungsquelle --SU--, die, wie aus der angedeuteten Kennlinie hervorgeht, ihre Spannung-U-konstanthält, bis der Strom-J-einen bestimmten Wert erreicht. Von da an fällt die Kennlinie stark ab. Die Abnahme der Spannung kann auch von einem nicht dargestellten, den Strom überwachenden Schwellenwertglied
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--U-- teiltderstände auf die beiden Umsetzer auf. Sie ist gleich der Summe der Teilspannungsabfälle --Ux und Uy-. Besteht eine lineare Zuordnung zwischen Ausgangs- und Eingangsspannungen der Verstärker --SVx, SVy-und ist die Drehzahl der Stellmotoren proportional den Ausgangsspannungen der Verstärker, dann ist auch die Summe der Drehzahlen und damit der Geschwindigkeiten der einzelnen Koordinaten konstant.
Voraussetzung ist allerdings, dass die durch die Sollwerte vorgegebenen Zuwachsstücke nicht so gross sind, dass die Stellenzahl der binären Regelabweichungen die Stellenzahl der D-A-Umsetzer übersteigt.
NachEingabe eines Lagesollwertes wird der bewegte Maschinenteil in zwei Koordinaten verfahren.
Entsprechend erniedrigt sich laufend die Regelabweichung, d. h. die Widerstände in dem von der Spannungsquelle --SU-- gespeisten Stromkreis nehmen ab.
Damit ist jedoch keine Abnahme der Geschwindigkeiten verbunden, dass die Gesamtspannung-Ubei steigendem Strom --J-- konstant gehalten wird.
Durch die auf konstante Spannung geregelte Spannungsquelle-SU-selbst oder eine zusätzliche
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Strom --J-- überwachende-Jmax-- wird für ein überschwingfreies Einlaufen in die Sollwert-Position ausgelegt. Um im Bahnsteuerungsbetrieb eine kontinuierliche Arbeitsweise bei möglichst konstanter Geschwindigkeit zu erzielen, wird zweckmässig in dem Zeitraum zwischen Erreichen des maximalen Stromwertes-Jmax-und tatsächlichem Einlaufen in den Sollwert der neue Lagesollwert für den folgenden Bearbeitungsabschnitt vom Programmspeicher übernommen. Die Grösse der Spannung-U-und damit die Bahnge-
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träger, z. B. einem Lochstreifen, zusammen mit den Lagesollwerten gespeichert sein und legen die Höhe der Spannung-U-fest. Hiedurch kann die Bahngeschwindigkeit dem Bearbeitungsproblem optimal angepasst werden.
Die Umschalter-Hx, Hy-werden von den Vorzeichen der Regelabweichungen gesteuert,
In Fig. 2a ist eine Konstantspannungsquelle dargestellt, deren Spannung bei Erreichen eines bestimmten Stromes abnimmt. Die eigentliche Spannungsstabilisierung wird von den Schaltungselementen in dem umrandeten Teil --SU 1 -- vorgenommen. Als Spannungssollwertgeber dient dabei eine Zener- diode-NZ-. Den Sollwert-Istwertvergleich und die Verstärkung der Regelabweichung übernimmt ein Transistor-Po-, der einen als Stellglied wirkenden Transistor --P 1-- ansteuert. Erzeugt der Strom, der von Transformator --TF-- und Gleichrichter --GR-- abgegeben wird und der den Transistor-P- durchfliesst, einen vorgegebenen Spannungsabfall, dann sperrt der Transistor-P--und begrenzt den Strom auf einen bestimmten Wert.
Die in der Umrandung --SU2-- gezeichneten Schaltungselemente stellen somit eine Strombegrenzungsschaltung dar.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Bahnsteuerung gemäss der Erfindung mit Regelkreisen, deren D-A-Umsetzer --DAx. DAy-- parallelgeschaltete Bewertungswiderstände .... Gn , Goy .... Gny für ein n-stelliges natürlich binäres Signal aufweisen. Jeder Bewertungswiderstand istwie-
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der einer Stelle des Signals zugeordnet. Die Leitwerte sind dual abgestuft. Je nach dem zugehörigen Stellenwert (L. O) werden sie über die vorzugsweise kontaktlosen Schalter --Box....Bnx.Boy....Bny-- zu-oder abgeschaltet.
Die Umschalter-Hx, Hy-werden wieder von den Vorzeichen der Regelabwei-
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ter gegebenen Werten der binären Signale der einzelnen Koordinaten proportional und beaufschlagen als analoge Ausgangssignale der D-A-Umsetzer stromgesteuerte, d. h. stark gegengekoppelte Verstär- ker-SV, SV..-. die die Stellmotoren --SMx, SMy --speisen. Analoge nicht dargestellte Regelkreise sor- gen dafür, dass die Drehzahlen der Stellmotoren proportional den Strömen-I und Jy-sind.
Die D-A-Umsetzer-DA, DAy-werden von der gemeinsamen Stromquelle --SJ-- gespeist, die, wie mit der Kennlinie dargestellt ist, als Konstantstromquelle arbeitet.. Der konstant gehaltene Strom - verteilt sich je nach der Kombination dr stromführuenden Bewertungswiderstände auf die D-A -Umsetzer und ist gleich der Summe der über diese fliessenden Teilströme-Jx, Jy--. Die Drehzahlen der Stellmotoren und damit die Geschwindigkeiten in den einzelnen Koordinaten stehen im selben Verhält-
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der D-A-UmsetzerKonstantstromquelle den Strom-J-auf seinem Wert hält, steigt die Klemmenspannung-U-- der
Stromquelle laufend an. Durch die Stromquelle selbst oder durch eine zusätzliche Anordnung wird da- für gesorgt, dass diese Spannung einen Grenzwert-Umax--nicht überschreiten kann.
Nach Erreichung der maximalen Spannung arbeiten beide D-A-Umsetzer im linearen Kennlinien- bereich, d. h. die Geschwindigkeitsregelung geht in eine Lageregelung über. Die Grösse des Stromes - und damit die Drehzahlen können von Hand an Eingang --F-- der Konstantstromquelle -- SJ -- vorgegeben werden. Sie kann aber auch zur Erzielung optimaler Bahngeschwindigkeiten mit den Lage- sollwerten auf dem Programmträger programmiert sein. Zusätzlich kann sie damit dem Neigungswinkel der Bahn angepasst werden.
Bei Auftreten von Sättigungserscheinungen bei den Verstärkern, die ein Anwachsen der Ausgangs- ströme über bestimmte Werte hinaus zum Schutz der Motoren verhindern, weicht das Drehzahlverhältnis von dem gewünschten Wert ab. Dies ist besonders beim Anfahren der Motoren der Fall. Diesem Übelstand wird durch eine Überwachungsschaltung abgeholfen, die aus Differenzverstärkern--WWx.
ÜWy-- besteht. Diese Verstärker überwachen die Eingangsspannungen der stromgesteuerten Verstär- ker-SV, SVy-, die beim Einsetzen der Strombegrenzung oder Vollaussteuerung plötzlich stark ansteigen, da in diesem Fall die Verstärkereingangswiderstände wegen der nicht mehr zunehmenden Ge- genkopplung hochohmig werden. Über ein ODER-Glied V, das ein Ausgangssignal abgibt, wenn mindestens einer seiner Eingänge von einem Signal beaufschlagt wird, wird der Strom --J-- der Konstantstromquelle auf einen Wert vermindert, bei dem die Strombegrenzung noch nicht auftritt. Im Interesse einer maximalen Bahngeschwindigkeit kann der Strom-J-auf einem Wert dicht an der Stromgrenze gehalten werden.
Fig. 3a zeigt Einzelheiten der Konstantstromquelle --SJ-- in Verbindung mit kontaktlosen Schaltern der D-A-Umsetzer. Ein Transistor --Pli-- wird von einem Transistor-Fg.-gesteuert. dass der Strom - in seinem Kollektorkreis konstant bleibt. Dabei steigt das Potential mit zunehmenden Gesamtwiderstandswerten der D-A-Umsetzer an der Basis des Steuertransistors-Pg.-an, bis es von einer Zenerdiode-NZi--begrenzt wird. Von diesem Zeitpunkt an bleibt die Spannung der Konstantstromquelle konstant ; der Ausgangsstrom --J-- nimmt daher mit weiter ansteigenden Widerstandswerten der D-A-Umsetzer ab. Über den Widerstand Ri kann der Wert des Konstantstromes vorgegeben werden.
Bei numerisch gesteuerten Maschinen, deren Steuerbefehle in digitaler Form vorliegen, wird der Widerstand R. vorteilhaft in Form von z. B. parallelgeschalteten Einzelwiderständen mit dual gestuften Leitwerten ausgebildet, die über geeignete kontaktlose Schalter in Abhängigkeit von einem digitalen Steuerbefehl geschaltet werden. Auf diese Weise können. die Widerstandswerte der Parallelschaltung und damit die Ströme, die die Geschwindigkeiten bestimmen, unmittelbar von dem Programmträger, z. B. dem Lochstreifen gesteuert werden.
Fig. 3a zeigt ausserdem noch kontaktlos Schalter-B ... Bnx,Boy....B ny-zur Steuerung der Bewertungswiderstände .... G,G y.... Gny mit dual gestuften Leitwerten. Die als Schalter betriebenen Transistoren werden jeweils von den Bits (L, 0) der zugehörigen Stellenwerte der digitalen Lageregelabweichungen der x-und y-Koordinate beaufschlagt, die die Basen über die Eingänge-20.... 2-beaufschlagen und die Transistoren voll auf-oder zusteuern.
In Fig. 4 sind zusätzliche Schaltungsmittel dargestellt, die bei einer schematisch gezeichneten Schaltung entsprechend Fig. 3 einen zumindest annähernd parabelförmigen Verlauf der Kennlinien der
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Ausgangswerte der D-A-Umsetzer-DA , DAy-und damit der Drehzahlen der Motoren-SMX, SMy - über den Regelabweichungen beim Einlauf in die Lagesollwerte bewirken. In der Figur sind der besseren Übersichtlichkeit halber nur die für das Verständnis wesentlichen Teile aus Fig. 3 dargestellt, also ausser den D-A-Umsetzern und den Motoren nur die Konstantstromquelle-SJ--und die Verstär- ker--SVx, SV--.
In der Verbindungsleitung zwischen Konstantstromquelle --SJ-- und den D-A-Umsetzern-DAx, DAy-bzw. deren Verstärkern --SVx'SVy--liegt der Widerstand RJ, der somit von dem gesamten von der Konstantstromquelle abgegebenen Strom durchflossen wird. Solange dieser Strom konstant gehalten wird, wirkt sich der zusätzliche Widerstand RJ nicht aus. Ist jedoch die maximale Spannung an der Konstantstromquelle erreicht (Leitendwerden der Zenerdiode Zi) dann bewirkt bei gleichbleibender maximaler Spannung--Umax--der Spannungsabfall an dem Widerstand RJ eine zusätzliche Verminderung des den D-A-Umsetzern zugeführten Stromes.
Der Ausgangsstrom derD-A-Um- setzer folgt dann der Gleichung
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wobei Gn die Leitwerte der Bewertungswiderstände der D-A-Umsetzer, Gz der Leitwert des zu- sätzlichen Widerstandes RJ sind.
Die Kurve dieser Gleichung und damit auch die Drehzahlen über den Regelabweichungen haben einen annähernd parabelförmigen Verlauf, der in der Praxis vollauf genügt.
An Stelle des Widerstandes RJ kann mit der gleichen Wirkung ein stromabhängiger Widerstand parallel zu den D-A-Umsetzern geschaltet sein. Als derartiger Widerstand wirkt z. B. ein mit einer Zenerdiode -'-Zu-- in Reihe liegender zusätzlicher Widerstand RU, der bei Überschreitung eines bestimmten Spannungswertes Strom der Konstantstromquelle-SJ-- führt. Damit wird ein Teil des Stromes an den D-A-Umsetzern vorbeigeführt.
Mit den Lageregelungen gemäss der Erfindung können verhältnismässig grosse Zuwachsstücke vorgegeben werden, die die Stellenzahl der D-A-Umsetzer weit übersteigen, ohne dass durch Divisionen Zwischenwerte gebildet werden müssen. Die Geschwindigkeitsregelung geht in der Nähe des Sollwertes selbsttätig in eine Lageregelung über, so dass ein sehr genaues Anfahren der Sollwerte gewährleistet ist.
Die Stellglieder, z. B. Stellmotoren, fahren während der Geschwindigkeitsregelung mit maximalen Drehzahlen. Der Aufwand ist gegenüber bekannten Bahnsteuerungen überraschend gering.
Die Steuerung gemäss der Erfindung ist natürlich nicht auf zweidimensionale Steuerungen beschränkt. Sie kann ohne Schwierigkeiten auf dreidimensionalen Betrieb erweitert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung für aus gemäss den einzelnen Stellenwerten abgestuften Bewertungswiderständen und diesen zugeordneter Speisequelle bestehende Digital-Analog-Umsetzer für eine hybride vermaschte Regeleinrichtung, deren Stellglieder mindestens zwei Maschinenteile gleichzeitig antreiben, insbesondere für Lageregelungen mit einem in mindestens zwei Koordinaten gleichzeitig bewegten Maschinenteil (Bahnsteuerung), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Digital-Analog-Umsetzer als Sollwertgeber von einer degressiven Speisequelle mit einer Knickkennlinie speisbar sind, welche Speisequelle die Digital-Analog-Umsetzer bei grossen Regelabweichungen mit einer konstanten Grösse versorgt, die mit abnehmenden Regelabweichungen nach dem Knickpunkt der Kennlinie abnimmt.