<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung zur Lagepositionierung eines Synchronmotors mit einer Statorplatte und einem relativ zu dieser beweglichen Läuferglied, mit einem Zweiphasen-Steuergenerator für zwei ausgangsseitige periodische Steuersignale mit gegenseitiger Phasenverschiebung, mit auf der Statorplatte
EMI1.1
schleunigung oder Verzögerung der Bewegung des Läufergliedes parallel zur Statorplatte geführten Steuernetz.
Bei einer be lmunten Anordnung dieser Art (deutsche Offenlegungsschrift 2123872) wird eine Beschleunigung oder Verzögerung des Läufergliedes in bezug auf die Statorplatte durch Erzeugung von"Steuerstossen"in Form einer Anzahl digitaler Signale erreicht, wobei jedes dieser Digitalsignale eine Verschiebung des Leistungswinkels von 9 bewirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, im Gegensatz zu dieser digitalen Steuerung des Leistungswinkels eine einfache auf analoger Basis arbeitende Leistungswinkelverschiebung vorzusehen.
Dieswird ausgehend von einer Steueranordnung der eingangs beschriebenenArt erfindungsgemässdadurch gelöst, dass zwischen den Zweiphasen-Steuergenerator und die Stellglieder für die Erregerwicklungen eine analoge Phasenverschiebeschaltung mit mindestens zwei Steuerumsetzern zur Verschiebung der Phase der periodischen Steuersignale in Abhängigkeit von dem Führungssignal geschaltet ist, welche zwei Steuerumsetzer zur Vervielfachung und Summierung jedes der beiden periodischen Steuersignale oder eines proportionalen Hilfssignals mit dem. Produkt aus dem anderen periodischen Steuersignal und dem Führungssignal dienen.
Hiebei kann in vorteilhafter Weise die Anordnung so getroffen sein, dass als Steuerumsetzer zwei die beiden periodischen, um 900 elektrisch verschobenen Steuersignale mit der Führungsgrösse vervielfachende Multiplizierer und zwei Summierstufen vorgesehen sind, von denen die eine zur Addition des einen der beiden periodischen Steuersignale oder des zu diesem proportionalen Hilfssignals und des vervielfachten andern Steuersignals und die andere zur Differenzbildung des andern periodischen Steuersignals oder des zu diesem proportionalen Hilfssignals mit dem vervielfachten Steuersignal dient.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können schliesslich zwei den Steuerumsetzern vorgeschaltet Hilfsmultiplizierer vorgesehen sein, durch die die beidenperiodischen Steuersignale mit der Steuer-
EMI1.2
tudenstellwertumsetzbar sind. Auf diese Weise werdenAmplitudenänderungen der gebildeten Signale in Abhängigkeitvon den Änderungen der Spannung des Befehlssignals und deren mögliche ungünstige Auswirkungen ausgeschaltet.
In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Synchronmotor mit einem entlang zweier Koordinatenachsen gegenüber einer Grundplatte bewegbaren Kopf, Fig. 2 eine vergrösserte Perspektivansicht des in Fig. 1 gezeigten Kopfes, Fig. 3 einen vergrösserten Schnitt durch einen Teil des in Fig. 2 gezeigten Kopfes, Fig. 4 eine vergrösserte Teilansieht von Teilen des Kopfes und der Grundplatte der Fig. 1, wobei die Grundplatte geschnitten ist, Figea eine vergrösserte Teilansicht des Kopfes, Fig. 5 ein Vektordiagramm der Beziehung zwischen der augenblicklichen Lage des Kopfes und den zwecks dessen Antrieb am Kopf anliegenden Signalen, Fig. 6 einErsatzschaltbild des Motors nach den Fig. 1 bis 4a mit offener Regelschleife, Fig.
6a ein Zeigerdiagramm der Beziehungen zwischen den verschiedenen Systemparametern des in Fig. 6 gezeigten Systems, weiters veranschaulichen Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Phasenverschiebungskreises nach der Erfindung, Fig. 7a ein Zeigerdiagramm, das die Beziehung zwischen den Eingangs- und Ausgangsgrössen des Phasenverschiebungskreises nach Fig. 7 darstellt, Fig. 8 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des Phasenverschiebungskreises und Fig. 8a ein Zeigerdiagramm der Eingangsgrössen und der Ausgangsgrössen des Phasenverschiebungskreises nach Fig. 8.
Nach Fig. 1 weist ein allgemein mit-10-- bezeichneter Linear-Reaktionsmotor eine Grundplatte --12-und einen Kopf --14-- auf. Dieser Motor kann in ähnlicher Weise aufgebaut sein, wie er in den USA-PatentschriftenNr. 3, 376, 578 und Nr. 3, 457, 482 beschrieben und dargestellt ist. Der Motor kann so aufgebaut sein, dass die Bewegung des Kopfes --14-- relativ zur Grundplatte --12-- entlang einer einzigen Achse oder entlang eines Koordinatenachsenpaares erfolgt, und betrieblich sowohl magnetisch als auch pneumatisch oder auch nach anderen Prinzipien, z. B. kapazitiv erfolgt.
Arbeitet der Linear-Reaktionsmotor magnetisch, wie es in den USA-Patentschriften Nr. 3, 376, 578 und Nr. 3, 457, 482 beschrieben ist, kann die Grundplatte --12-- aus einem ferromagnetischen Material hergestellt und mit Nuten --16--, die parallel zueinander im Abstand liegen, versehen sein, so dass magnetische Zähne --18-- entstehen. Bei einer praktischen Ausführungsform sind die Nuten --16-- etwa 0, 52 mm breit und etwa 0, 52 mm tief ; ihr Mittenabstand beträgt etwa 1, 04 mm. Der Abstand zwischen den Mittelliniender Nuten lässt sich als die Nutenteilung bezeichnen.
Die Nuten können offen sein, wobei Luftals nichtmagnetisches Material dient ; vorzugsweise werden sie jedoch mit einem Kunststoff oder anderem nichtmagnetischem Füllstoff ausgefüllt, um der Grundplatte --12-- eine glatte Oberfläche zu geben. Die Nuten --16-- und die Zähne
<Desc/Clms Page number 2>
- 18-- bilden zusammen eine Gitterstruktur.
Ist das bewegliche Glied, nämlich der Kopf --14--, relativ zur feststehenden Grundplatte --12-- entlang einer einzigen Achse bewegbar, weist das bewegliche Glied zwei Gruppen von Magneten --20 und 22-auf, die in einem Gehäuse oder Unterteil --24-- angebracht sind, wobei die Polflächen der Magneten sich an der Unterteiloberfläche befinden. Vorteilhafterweise kann der Unterteil --24-- eine Aluminium- oder Kunststoffplatte mit zwei Öffnungen sein, die die Magneten aufnehmen. Die Magnetgruppen --20, 22-- liegen im wesentlichen parallel zur Grundplatte --12-- und dienen dazu, den Kopf --14-- über die Grundplatte fortzubewegen und einzustellen.
Da die beiden Gruppen von Magneten --20 und 22-- gleich aufgebaut sein können, wird hier nur eine im einzelnen beschrieben. Jede Gruppe kann aus zwei Magneten. bestehen, deren jeder zwei Polstücke aufweist.
EMI2.1
--20-- enthältentsprechender Magnet--44-- mit den Polstücken --32 und 34-- an einer Rippe--45-- des Rahmens--26--be- festigt Der Rahmen --26-- besteht aus nicht magnetischem Material, wie z. B. Aluminium, und in der vor- zugsweise verwendeten Asuführungsform sidn die Magneten--40 und 44-- Permanentmagneten, die in den zu- geordneten Polstücken eine Vormagnetisierung bzw. einen Polarisierungsfluss erzeugen.
Die Unterfläche jedes der Polstücke --28 und 30-- hat Zähne aus magnetischem Material und vorzugsweise eine Vielzahl von Zähnen der gleichen Breite und mit dem gleichen Abstand wie die Zähne --18-- aus magnetischem Material in der Grundplatte --12--. Beispielsweise kann das Polstück --28-- ein paar Zähne --a und c-- (Fig. 4) haben, deren Breite jeweils der Breite der Zähne --18-- und der Nuten --16-- in der Grundplatte --12-- entspricht, Alternativ kann jede der Polfläcken--28 und 30-- eine Vielzahl von auf Abstand liegenden Zähnen aufweisen, wie es Fig. 3 zeigt.
Wenn die Polstücke --28 und 30-derart aufgebaut sind, wie Fig. 4 zeigt, sind die Zähen --a und c-- zueinander so angeordnet, dass wenn einer sich über einem Zahn --18-- aus magnetischem Material auf der Grundplastte --12-- befindet, der andere sich über der Nut --16-- aus nichtmagnetischem Material in der Grundplatte befindet. Mit anderen Worten, der Abstand zwischen den Mittellinien der Zähne-a und c-be- trägt p 1/2), wobei n eine ganze Zahl und p die Teilung des Gitters auf der Grundplatte --12-- oder die Entfernung zwischen den Mittellinien aufeinanderfolgender Nuten bzw. Zähne der Grundplatte --12-- ist. Die Polstücke --30, 32 und 34-- sind entsprechend aufgebaut.
Die Polstücke --28 und 30-- des Magneten --40-- haben untereinander einen solchen Abstand, dass die magnetischen Zähne a'-gegenüber den Nuten --16-- und den Zähnen --18-- in gleicher Weise angeordnet sind und dass die magnetischen Zähne-c und c'-ebenfalls gegenüber den Nuten --16-- und den Zähnen --18-- in gleicher Weise angeordnet sind. Mitandern Worten, die magnetischen Zähen --a und a'- befinden sich jeweils gleichzeitig über den magnetischen Zähnen --18--, ebenso wie die magnetischen Zähne - c und c' -- sich gleichzeitig über den magnetischen Zähnen --18-- befinden.
Der Magnet--44-- ist in ähnlicher Weise aufgebaut wie der Magnet --40--. Die Magneten --40 und 44--
EMI2.2
EMI2.3
Neigung, um eine senkrecht zur Oberfläche der Grundplatte --12-- verlaufende Achse zu schwenken, so gering wie möglich. Bei dieser Anordnung liegen die Magneten einer Gruppe im Abstand p (n + 1/4) und die Magneten der anderen Gruppe im Abstand p (n-1/4).
Wenn nun, vgl. Fig. 4, der Strom in der Wicktung --36-- des A-phase-Magneten --40-- mit voller Stärke fliesst, addiert sich der erzeugte Magnetfluss zu dem durch den Permanentmagneten --40-- in den Polflächen
EMI2.4
fähr zu Null. Da die Zähne und und a'-- unmittelbar über den Zähnen --18-- der Grundplatte --12-- liegen, wirkt auf den Kopf --14-- keine Kraft ein, die ihn über die Platte --12-- bewegen könnte.
Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom iB in der Wicklung --38-- des Magneten --44-- gleich Null, und die Flüsse in den Zähnen --dundb--desPolstückes--32--undindenZähnen--d'undb'--desPolstückes--34--sindimwesentlichen
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
Flüsse kanndieHälftedesdurchdenA-Phasen-Magneteninden Zähnen-adie Grundplatte --12-- bewegen könnten. Unter diesen Bedingungen verbleibt der Kopf --14-- in der Stellung nach Fig. 4.
Um den Kopf--14-- jedoch nach rechts zu verschieben, wird der B-Phasenstrom mit einer Flussrichtung angeschaltet, dass die magnetischen Flüsse in-d und d'-- auf Null und die Flüsse in-b und b'-- auf ihr Maximum gehen. Wenn dies geschieht, wirkt auf den Kopf --14-- eine positive Kraft ein, die ihn nach rechts (Fig. 4) bewegt.
Wenn der Kopf --14-- sich um eine Viertelteilung bewegt hat, kann der B-Phasenstrom ab-und der A-Phasenstrom angeschaltet werden, wobei seine Polarität der in Fig. 4 gezeigten entgegengesetzt sein muss.
Dann bewegt sich der Kopf--14-- um eine Strecke nach rechts, die einer weiteren Viertelteilung entspricht.
EMI3.2
übernächsten Schritt kann derA-Phasenstrom ab- und der B-Phasenstrom mit einer der oben beschriebenen ent- gegengesetzten Polarität angeschaltet werden. Der nächste Schritt erfolgt durch Anschalten des in Fig. 4 ge- zeigten Stromes. Eine schrittweise Bewegung in der entgegengesetzten Richtung erfolgt, indem man die
Ströme in der umgekehrten Reihenfolge schaltet.
Die Wicklungen --36 und 38-- und die A-Phasen-und B-Phasen-Magnetenlassensichauchgleichzeitig erregen. Die an die Windungen --36 und 38-- gelegten Signale können periodisch und gegeneinander um 900 phasenverschoben sein. Beispielsweise kann man Sinussignale an die Wicklung --36-- und Cosinussignale an die Wicklung --38-- legen. Wenn dies der Fall ist, erfolgt die Bewegung des Kopfes --14-- nicht schritt- weise, wie es die vorigen Absätze beschreiben, sondern kontinutierlich. Die Richtung der Bewegung des Kopfes --14-- über der Platte-12-- lässt sich umkehren, indem man an die Phase eines der Eingangssignale - wie z. B. das Sinussignal-umkehrt oder die Vektoren der Eingangssignale in der entgegengesetzten Richtung dreht.
Die oben beschriebene Vorrichtung hat wesentliche Vorteile. Sie erzeugt eine Bewegung des Kopfes --14-- relativ zur Grundplate --12-- in synchronismus zur Periodizität der an den Wicklungen --36 und 38-- lie- genden Eingangssignale. Mit anderen Worten : Der Kopf --14-- legt eine der Teilung der Zähne --18-- ent- sprechende Strecke zurück, wenn die an den Wicklungen --36 und 38-- liegenden Signale um eine Periode weitergelaufen sind. Weiterhin lässt sich der Kopf schneller beschleunigen und verlangsamen als bei Asyn- chronmotoren.
Die Beschleunigung und Verzögerung des Kopfes und dessen gesteuerten Bewegung in Synchronismus mit der Periodizität der Eingangssignale werden weiterhin dadurch erleichtert, dass während der Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte zwischen diesen beiden keinerlei Reibung auftritt. Da keine Reibung zwischen Kopf und Grundplatte auftritt, kann der Kopf verhältnismässig leicht sein. Dieser Umstand erleichtert eine schnelle Beschleunigung und Verzögerung des Kopfes und erleichtert weiterhin den schnellen Übergang des Kopfes von einer ersten zu einer anderen, erwünschten Stellung, die von der ersten verschieden ist.
Wie ersichtlich, kann der Kopf --14-- ein Arbeitsgerät --48-- in der Form eines Werkzeuges oder eines Schreibstiftes tragen. Die verschiedenen Teile der Vorrichtung - einschliesslich der Grundplatte --12-und des Kopfes --14-- sind leicht zugänglich, und das Arbeitsgerät --48-- d. h. das Werkzeug oder der Schreibstift, lässt sich leicht beobachten. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Arbeitsgerät --48-- unmittel- bar vom Kopf getragen wird, so dass die Stellung dieses Arbeitsgerätes in direkter Beziehung zur Stellung des Kopfes steht.
Die oben beschriebene Vorrichtung hat weitere wesentliche Vorteile. Da die Wicklungen --36 und 38-periodische Signale erhalten, die der Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte entsprechen, lässt sich die Bewegung des Kopfes entlang jeder der Koordinatenachsen in jedem Augenblick durch die Anzahl der. Perioden und deren Teile bestimmen, die an den Wicklungen-36 und 38-- liegen. Weiterhin lässt sich die Bewegung des Kopfes entlang jeder der Koordinationsachsen durch magnetische Fühler ermitteln, die sich mit dem Kopf über die Zähne --18-- bewegen und ein Signal erzeugen, dessen Amplitude ein Minimum hat, wenn die. Fühler über die Nuten --16- laufen.
Auf diese Weise erzeugen die Fühler periodische Signale, deren Periode der Bewegung des Kopfes um eine Strecke entspricht, die gleich der Teilung zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen --18-- ist.
Wie bereits beschrieben, befindet der Kopf --14-- sich zwar im Abstand, aber in unmittelbarer Nähe zur Grundplatte --12--. Verschiedene Bauglieder lassen sich einsetzen, um diesen Abstand. aufirechtzuer- halten-z. B. eine Luftkissenlagerung. Beispielsweise kann die Steuerleitung --50-- (Fig. 4a) die Zuführung einer Druckluftversorgung darstellen. Die Luftzuführung dieser Steuerleitung mündetineinemRohr --52--, das mittels einer in einem Loch --56-- befindlichen Schraube --54-- in dem Unterteil des Rahmens gehalten wird. EinDurchlass --58-- in der Schraube --54-- stellt eine Strömungsverbindung zu den Durchlässen-60- her, die sich von der Schraube hinwegerstrecken und in Auslassöffnungen--62-- (Fig. 2) münden.
<Desc/Clms Page number 4>
Die oben beschriebenen Linear-Synchronmotoren erzeugen eine Bewegung eines Gliedes, wie z. B. eines Kopfes, relativ zu einem anderen Glied, wie z. B. einer Grundplatte, entlang linearer Koordinatenachsen, wie beispielsweise einer X- und einer Y-Achse. Wie jedoch einzusehen ist, lässt sich im Rahmen der Erfindung jedoch auch eine Bewegung entlang anderer Koordinatenachsen vorsehen, ohne vomErfindungsgegenstand abzugehen. Beispielsweise lassen sich Synchronmotoren verwenden, bei denen die Bewegung nach Polarkoordinaten oder eine Drehung um eine bestimmte Achse erfolgt. Der Erfindungsgedanke wird auch hiebei nicht verlassen.
Die Grundgleichung für die magnetische Kraft in Motoren-inkl. Synchronmotoren, nach dem Prinzip des veränderlichen magnetischen Widerstandes ist :
F = dw/dx,, (Gl. l) wobei bedeutet : F = magnetische Kraft zwischen dem Kopf --14-- und der Grund- platte --12--, w = Energieinhalt des magnetischen Feldes, x = Verschiebung des Kopfes --14-- relativ zur Grundplatte --12-- entlang der X-Achse.
Für magnetische Anordnungen mit Weicheisen-Flusspfaden ist bekannt, dass
EMI4.1
ist, mit MMK = magnetomotorische Kraft zwischen dem Kopf --14-- und der Grundplatte --12-- und
P = magnetische Permeanz (Kehrwert des magnetischen Widerstandes bzw. der
Reluktanz) zwischen dem Kopf --14-- und der Grundplatte --12--.
Aus der Gleichung 2 lässt sich die Kraft zwischen dem Kopf --14-- und der Grundplatte --12-- für jede Achse ableiten. Es gilt also :
EMI4.2
mit F, = Kraft zwischen Kopf und Grundplatte in X-Richtung, ferner
EMI4.3
EMI4.4
EMI4.5
EMI4.6
Wenn ein Zahn - z. B. der Zahn --a-- im Polstück --28-- sich relativ zur Grundplatte bewegt, ändert sich die Permeanz zwischen Zahn und Grundplatte nach folgender Beziehung :
EMI4.7
mit Po = konstante Grundpermeanz,
K = konstanter Faktor, p = Teilung zwischen den Zähnen --18-- auf der Grundplatte --12--.
Es gilt also :
EMI4.8
Da jedes Polstück zwei um 1800 feldversetzte Zähne aufweist (z. B. sind die Zähne --a und c-auf dem Polstück --28-- um 1800 feldversetzt), hebt sich der konstante Term Po gemäss Gleichung 4 auf, so dass die Tangentialkraft für den A-Phasen-Magneten --20-- sich ausdrücken lässt als :
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
mit FA = Kraft zwischen dem Magneten --20-- und der Grundplatte in X-Richtung cA= konstanter Faktor i = Strom in der Wicklung-36-.
In analoger Weise lässt sich die Kraft für den B-Phasen-Magneten --22-- ausdrücken als;
EMI5.2
mit FB = Kraft zwischen dem Magneten --22-- und der Grundplatte in X-Richtung,
EMI5.3
Wie oben beschrieben, stehen die Ströme durch die Wicklungen -36 und 38-- periodisch in Beziehung zu der Verschiebung zwischen dem Kopf und der Grundplatte bzw. mit anderen Worten, zu der zwischen der Grundplatte und den den entsprechenden Wicklungen zugeordneten Magneten erzeugten Kraft. iA und iB lassen
EMI5.4
ist, gilt
EMI5.5
mit
CA = CB = c = konstanter Faktor
I = Spitzenwert des Stromes durch jede der Wicklungen --36 und 38--.
EMI5.6
EMI5.7
obigen Darlegungen basieren auf der Annahme, dass der Zeiger der Bewegung des Kopfes-14--relativHiemit wird
FA + FB = e.I. sin 0.
(Gl. 8)
Wie aus dem folgenden Beschereibungsteil ersichtlich sein wird, stellt 0 einen steuerbaren Winkel dar.
Die Tatsache, dass ein Winkel 0 zwischen dem Vektor der augenblicklichen Verschiebung des Kopfes relativ zur Grundplatte und dem Vektor der resultierenden, in diesem Augenblick an den Wicklungen --36 und 38-für die X-Achse liegenden Ströme besteht, führt zu einer Kraft, die die Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte verursacht. Bei dieser Steuerung entspricht die Ist-Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte in Jedem Augenblich sehr genau der für diesen Augenblick gewünschten Soll-Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte.
<Desc/Clms Page number 6>
Die Erzeugung des Leistungswinkels 0 ist in Fig. 5 veranschaulicht. Der Zeiger der Verschiebung des
Kopfes --14-- relativ zur Grundplatte --12-- entlang einer bestimmten Achse wie der X-Achse ist bei 70 ge- zeigt. Eine um 900 gedrehte Komponente wird in das System eingebracht und ist bei 72 gezeigt. Diese um
900 gedrehte Komponente lässt sich auf verschiedene Art und Weise steuern, wie es im folgenden beschrieben wird. Die Kombination der vektoriellen Komponenten 70 und 72 ergibt einen Vektor 74, der den Zeiger der an die Wicklungen-wie die Wicklungen --36 und 38-- - für die X-Richtung gelegten Signale darstellt.
Der Winkel
0 zwischen den Vektoren 70 und 74 stellt den Leistungswinkel zwischen den Eingangssignalen zum Kopf und der augenblicklichen Stellung des Kopfes dar.
Der Leistungswinkel lässt sich als ein Federsystem betrachten, das eine Kraft nach der Funktion (sin ss) erzeugt und zwischen dem Kopf --14-- und der Grundplatte --12-- in Richtung einer bestimmten Achse - wie der X-Achse-liegt. Betrachtet man den Leistungswinkel derart als Federsystem, dann wird dieser gespannt, um nach Massgabe der Federspannung auf den Kopf relativ zur Grundplatte eine Kraft in Richtung einer bestimmten Achse - wie der X-Achse - auszuübe. Die resultierende Verschiebung des Kopfes verursacht eine Rückstellung der Feder, wenn der Leistungswinkel nicht auf irgendeine andere Weise aufrechterhalten wird.
In Fig. 6 ist ein Ersatzschaltbild eines Synchronmotors dargestellt, der nach den Prinzipien einer offenen Regelschleife arbeitet. Der Synchronmotor und die entsprechende trägheitsbehaftete Last sind als strichlierter Schaltblock --80-- gezeigt. Die Eingangssignale werden über Speiseleitungen an den Motor gelegt, die beispielsweise als einfache Leitung --82-- angedeutet sind. In Fig. 6a können die Eingangsignale einen mit A bezeichneten Phasenwinkel aufweisen. Die Signale über die leitung --82-- werden einem Vergleicher --84-zugeführt.
Die Ausgangssignale des Vergleichers --84-- werden nach einer beschreibenden Übertragungsfunktion be- wertet, die bei --86-- schematisch als Teil des Synchronmotors --80-- dargestellt ist. Die beschreibende Übertragungsfunktion-86-- ist als D (A, jw) dargestellt, wobei A die Eingangssignale auf der Leitung-82-, D die beschreibende Übertragungsfunktion und jw eine Frequenzfunktion der auf die Leitung --82-- gegebenen periodischen Signale ist. Die beschreibende Übertragungsfunktion --86-- ist in Wirklichkeit nichtlinear, lässt sich aber innerhalb eines bestimmten begrenzten Wertebereiches als eine Konstante Km betrachten.
Die durch die beschreibende Übertragungsfunktion --86-- dargestellte Ausgangsgrösse stellt eine Kraft
EMI6.1
--14-- ausgeübtwirken. Die Umsetzung der Kraft in die Verschiebung xo ist durch einen Schaltblock-88-mitder Funktion 1/Ms2 dargestellt, in der M die Masse des Kopfes, 1/s das Integral der dem Kopf durch eine Kraft erteilten Beschleunigung, die eine bestimmte Kopfgeschwindigkeit bewirkt, und 1/S ! ein Doppelintegral der Beschleunigung ist, die eine Verschiebung des Kopfes bewirkt. Innerhalb des Motors --80-- ist eine Leitung --89-gezeigt, die eine mechanische Rückführung zur Rückstellung der Feder darstellt, die bei der Bewegung des Kopfes die dem Leistungswinkel 0 entsprechende Kraft ausübt.
Die Übertragungsfunktion, die den Synchronmotor und die Kopfmasse nach Fig. 6 beschreibt, lässt sich schreiben als Gh (S) = xo (s)/A, (Gl. 9) eine grundlegende Gleichung für Regelsysteme, die auf Seite 50 des Buches "Control Engineering" von Gordon Murphy, Boston Technical Publishers, Inc., 1965, angegeben ist. In dieser Gleichung ist
A = das Eingangssignal des Synchronmotors --80-- in Zeigerdarstellung, Xo = die tatsächliche Verschiebung des Motors --80-- relativ zur Grund- platte in Zeigerform, s = eine komplexe variable Funktion und Gh (s) = das Verhältnis der Übertragungsfunktion der Motorverschiebung zu den
Eingangssignalen.
Die Gleichtung 9 lässtsich - entsprechend der Erläuterun auf Seite 50 des Buches Gordon Murphy, "Control Engineering", auch ausdrücken als
EMI6.2
Wie oben beschrieben, stellt die beschreibende Funktion D (A, jw) für einen begrenzten Wertbereicheine Konstante Km dar. Entsprechend lässt sich die Funktion G (s) umschreiben als G (s) = Km/Ms , (Gl. 11)
<Desc/Clms Page number 7>
mit K = konstanter Faktor,
M = Masse des Kopfes und
1/s2 = Doppelintegral zur Umsetzung einer Beschleunigung in eine Verschiebung.
Durch Einsetzen der Gleichung 11 in die Gleichung 10 erhält man
EMI7.1
Fig. 7 zeigt eine erste Ausführungsform des Phasenverschiebungskreises (im folgenden als "PAR" be- zeichnet) einer erfindungsgemässen Steueranordnung.
Wie ersichtlich, kommen die auf zwei Leitungen --90 und 92-- anliegenden Steuersignale von einem Steuergenerator --94--, insbesondere einem Digital-Analog-Resolver. Das Signal auf der Leitung--90-- lässt sich als P. cos ss und das Signal auf der Leitung--92-- als P. sin ss darstellen, um eine bestimmte Phasenbeziehung zwischen den Signalen-wie einen Phasenabstand von 900 - anzudeuten. Das Signal auf der Leitung
EMI7.2
--95-- gelegt,änderliche Amplitude, können eine unabhängige Variable darstellen und lassen sich durch einen Wert U bezeichnen. Die Signale werden zwischen dem Anschluss --98-- und einem Anschluss --99-- erzeugt, der auf einem Bezugspotential, wie Massepotential, liegt.
Die Steuerspannung U ist vorgesehen, um den in Fig. 5 gezeigten Leistungswinkel 0 zu steuern.
Die Signale aus dem Multiplizierer --96-- lassen sich als UP. cos ss darstellen und gelangen zu einem Addierer-100-, der auch die Signale P. sinss von der Leitung --92-- erhält. Die Ausgangssignale des Addierers --100-- gelangen zu einem Anschluss-102-. In gleicher Weise werden die Signale von der Leitung - zusammen mit den Signalen U, die zwischen den Anschlüssen-98 und 99-- liegen, auf einen zweiten Multiplizierer --104-- gegeben. Die Ausgangssignale des Multiplizierers --104-- haben die Form UP. sinss Diese Signale von der Leitung --90-- gehen an einen Addierer --106--, dessen Ausgangssignal an einen An- schluss --108-- gelegt ist.
Die Signale am Anschluss --102-- lassen sich als P (j. sinss - U. cos ss) darstellen, die Signale am Anschluss - -108-- analog als P (cos ss+ jU. sinss). Die sich zwischen den Anschlüssen --108 und 102--ergebendenSignale lassen sich darstellen als
EMI7.3
EMI7.4
EMI7.5
Die Funktion des in Fig. 7 gezeigten PARs ergibt sich aus Fig. 7a, in derssdenaugenblicklichen Winkel der Signale auf den Leitungen --90 und 92-und 6 die von dem PAR der Fig. 7 erzeugte Phasenverschiebung darstellt. In Fig. 7a ist P die zusammengefasste Phase der Eingangssignale auf den Leitungen--90 und 92-und UP der von dem PAR erzeugte Vektor. Der sich aus den Signalen ergebende Vektor zwischen den Anschüssen-102 und 108-- ist als Po darstellt.
Dieser Vektor ist um einen Winkel ss gegenüber dem Vektor
EMI7.6
EMI7.7
EMI7.8
EMI7.9
U ab. Diese Veränderlichkeit der Amplitude des vektoriellen Signals Po ist zuweilen unerwünscht, da sie, wenn sie zu gross wird, die verschiedenen Eingangsstufen sättigen kann. Fig. 8 zeigt einenPAR, der ein Ausgangssignal Po mit konstanter Amplitude erzeugt. In der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsformführendie
EMI7.10
<Desc/Clms Page number 8>
einer Steuerstufe die mit der Inverterstufe--95--derFig. 7identischist, mit (-1) multipliziert. Die Ausgangssignal der Inverterstufe-95-werden einer Steuerstufe-96-zugeführt, die mitdem Multiplizierer --96-- in Fig. 7 identisch ist. Entsprechend ist die Steuerstufe --104-- dem Multiplizierer --104-- in Fig. 7 identisch.
Die Multiplizierer --96 und 104-- übernehmen Steuersignale der Anschlüsse-98, 99-erzeugt.
Die Ausgangssignale des Multiplizierers --96-- liegen an einem Addierer --110--, der auch die Signale des Multiplizierers --112-- übernimmt. Der Multiplizierer --112-- multipliziert die Signale der Leitung
EMI8.1
EMI8.2
EMI8.3
--116-- aus--116-- und gibt sie auf einen Addierer --118--, wo sie zu den Signalen des Multiplizierers --104-- addiert werden. Die Ausgangssignale der Addierer --110 und 118-- liegen an den Anschlüssen 120 bzw. 122.
Die Signale r zwischen denAnschlüssen-120 und 122-- haben eine konstante Amplitude, wie es Fig. 8a
EMI8.4
EMI8.5
EMI8.6
verschobenenstante Amplitude haben, können sie diejenigen Eingangsstufen, die den Betrieb des Synchronmotor steuern, nicht sättigen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Steueranordnung zur Lagepositionierung eines Synchronmotor mit einer Statorplatte und einem relativ zu dieser beweglichen Läuferglied, mit einem Zweiphasen-Steuergenerator für zwei ausgangsseitige periodische Steuersignale mit gegenseitiger Phasenverschiebung, mit auf der Statorplatte oder dem Läuferglied angeordneten über Stellglieder gespeistenErregerwicklungen, und mit einem den Stellgliedern vorgeschalteten, von den periodischen elektrischen Steuersignalen und einem Führungssignal zur Beschleunigung oder Ver-
EMI8.7
lungen eine analoge Phasenschiebeschaltung mit mindestens zwei Steuerumsetzern zur Verschiebung der Phase der periodischen Steuersignale in Abhängigkeit von dem Führungssignal geschaltet ist,
welche zwei Steuerumsetzer zur Vervielfachung und Summierung jedes der beiden periodischen Steuersignale oder eines zu diesem proportionalen Hilfssignals mit demProdukt aus dem anderen periodischen Steuersignal und dem Führungssignal dienen.