Digitale Regeleinrichtung
Bei digitalen Regeleinrichtungen, z. B. bei Lageoder 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 digitalen Regelabweichungen die analogen Sollwerte unterlagerter analoger Regelkreise, z. B. analoger Drehzahlregelkreise.
Auf diesem Prinzip beruhende Lageregelungen können grundsätzlich als einfache Bahnsteuerungen arbeiten, wenn der bewegte Maschinenteil einer Arbeits- maschine, 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 digitalen 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 D-A-Umsetzer nicht beliebig hoch gewählt werden kann, im Mittel auch eine langsame Bahnbewegung. Die hohen Beschleunigungen bei den Geschwindigkeitswechseln können ferner eine Überforderung des Lageregelkreises zur Folge haben.
Die Sollwerte müssen, um wenigstens einige dieser Nachteile hintanzuhalten, in dichter Folge programmiert sein.
Die Erfindung bezweckt eine die oben geschilderten Nachteile vermeidende digitale Regeleinrichtung, bei der die jeweilige Regelabweichung nach Umformung von ihrer digitalen in ihre analoge Form in einem D-A-Umsetzer zur Bildung von Sollwerten für Geschwindigkeitsregelkreise dient.
Die Erfindung besteht darin, dass eine alle Digital Analog-Umsetzer speisende elektrische oder Fluidquelle mit einer solchen Arbeitskennlinie vorgesehen ist, dass die Quelle alle Digital-Analog-Umsetzer bei grösseren Regelabweichungen mit einer konstanten elektrischen bzw. Fluidstromgrösse versorgt, die bei Erreichen vorgegebener niederer Regel abweichungen abnimmt.
Die die D-A-Umsetzer speisende Grösse und damit die Bahngeschwindigkeiten können nach Eingabe von Sollwerten, z. B. von Lagesoliwerten verändert werden.
Die Änderungen können z. B. nach einem Zeitprogramm erfolgen. So ist es wichtig, dass Gleichstrom-Stellmotoren geführt auf ihre Enddrehzahlen hochlaufen. Bei einem freien Hochlauf besteht nämlich die Gefahr, dass bei Verwendung sättigungsbehafteter Bauelemente, wie Verstärker mit Strombegrenzung, nach Eingabe eines neuen Sollwertes und entsprechend grossen Regelabweichungen während des Hochlaufs das Drehzahlverhältnis unter dem Einfluss 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 anderen 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. Hierbei 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 Parabelfunktion 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 be einflusst, z. B. ebenfalls konstant gehalten, dass die speisende Grösse abnimmt.
Die beschriebene Verhältnisregelung ist nicht nur bei elektrische Bewertungswiderstände enthaltenden D-A Umsetzern ausführbar. Bestehen die D-A-Umsetzer aus in Reihe liegenden dual abgestuften Drosselwiderständen für ein Fluid, die jeweils einer Stelle der binären Regel abweichung zugeordnet und je nach dem zugehörigen Stellenwert (L, O) ab- oder zuschaltbar sind, so kann ein analoges Ausgangssignal in dem Druckabfall an den Drossekviderständen abgenommen werden. Die D-A-Umsetzer werden dann hintereinandergeschaltet und mit Fluid konstanten Drucks gespeist, bis der die Drossehviderstände durchfliessende Fluidstrom einen vorgegebenen Wert erreicht, worauf er im Sinne aibneh- menden Druckabfalles beeinflusst, z. B. konstant gehalten wird.
Bestehen die D-A-Umsetzer aus parallelliegenden Drosselwiderständen mit abgestuften Kehiwerten der Widerstände, die wieder einzeln je nach den zugehörigen Stellwerten (L, 0) der binären Regelabweichungen zuoder 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 abneh- mender 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. 3. Hydrauliköl, 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 Regel ab weichungen.
Erfolgt jedoch schon die Bildung der Regelabweichung pneumatisch oder hydraulisch, so lassen sich mit Vorteil statisch arbeitende Steuerelemente verwenden, bei denen die Steuerung eines Fluidausgangsstrahles unmittelbar durch einen Fluidsteuerstrahl erfolgt. Hierfür 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 beschriebene Verhältnisregelung eignet sich besonders gut für digitale Lageregelungen, bei denen ein bewegter Maschinenteil in mindestens zwei Koordinaten gleichzeitig verfahren wird (Bahnsteuerung). Sie ist jedoch ganz allgemein mit Vorteil auch überall da anwendbar, wo Geschwindigkeiten, z. B. die Drehzahlen von Antriebsmotoren, in einem bestimmten Verhältnis gehalten werden und nach vorgegebenen Wegen, z. B.
nach einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen, unter Einhaltung 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. 3. von mit rotierenden Durchfiussmessern verbundenen Istwertgebern abgegebenen Istwerte ent gegengeschaltet. 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 entsprechen 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 Mengenoder Durchflussmesser auf den Wert Null zurückgestellt werden. Die jeweilige Lage der Kodescheiben stellt dann bereits die Regelabweichung dar. Werden zur Mischungs- regelung von Flüssigkeiten Pumpen verwendet, deren Fördermenge je Umdrehung des Antriebsmotors konstant ist, z. B. Zahnrad- oder Drehflügelpumpen, dann können die Winkelkodierer auch in einfacherer Weise mit den Antriebsmotoren gekuppelt sein.
Ausser bei Lage- und Mischungsregelungen kann die Verhältnisregelung auch zur Regelung der Drehzahlen von Mehrmotorenantrieben eingesetzt werden.
Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeich nung 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 zeigt
Fig. 1 ein Biockschaltbild 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. 3 von einer Konstantstromquelle gespeiste parallel liegende Bewertungswiderstände enthaltende D-A Umsetzer für zwei Koordinaten,
Fig. 4 zusätzliche Anordnungen zur Bildung einer zumindest angenäherten Parabelform der Kennlinien (Analogwerte - Regelabweichungen) beim Einlauf in die Sollwerte,
Fig.
5 eine Ausführungsform der hybriden Regelung mit einem das Ausgangssignal mindestens eines D-A Umsetzers konstanthaltenden Regelkreis, dessen So'l- wert von dem Verhältnis der digitalen Regelabweichun- gen unabhängig ist,
Fig. 6 und 7 jeweils eine Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 5 mit einem Regelkreis, dessen Sollwert abhängig ist von dem Verhältnis der digitalen Regelabweichungen,
Fig. 8 eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der Speisespannung jeweils der höchsten Dekade der für dezimal-binär kodierte Regelabweichungen ausgelegten, mehrere Dekaden aufweisenden D-A-Umsetzer.
In der schematischen Darstellung der Fig. 1 wird einem Rechenwerk RW der von einem ProgramluLräger, z. B. einem Lochstreifen kommende digitale Lagesollwert sl zugeführt, während der Istwer,± s2 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 5,ter- gleichsglied arbeitenden Rechenwerk RW ermittelte Differenz aus Lagesoll- und Lageistwert, die Lageregelab- weichung s,, liegt in digitaler Form vor und muss in analoge Form umgewandelt werden.
Hierzu dient der Digital-Analog-Umsetzer (D-A-Umsetzer) DA, dessen analoges Ausgangssignal ii 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 Signal i1 an der Vergleichsstelle VG entgegengeschaltet wird die Istwertgrösse i2 eines Drehzahlregelkreises, die z. B. von einer mit einem Stellmotor SM umlaufenden Tachomaschine TM abgegeben wird.
Als Stellmotor ist zweckmässig ein Gleichstrommotor, als Tachomaschine ein Gleichstromgenerator vorgesehen. Die Differenz i3 der Grössen i1 und i2, 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 zyklisdi 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 für zwei Koordinaten mit einem Regelkreis je Koordinate erkennen.
Dargestellt sind allerdings nur die D-A-Umsetzer und der sich daran anschliessende Steuerungsteil. Die D-A-Umsetzer DAx und DAy bestehen aus hintereinandergeschalteten Bewertungswiderständen Wox ... Wnx, W,,...W,,,, deren Widerstandswerte dual, also nach Potenzen der Zahl 2, abgestuft sind. Die einzelnen Widerstände sind jeweils durch Schalter Box ... Bnx, Boy ... Bny überbrückbar. Sie sind jeweils einer Dualstelle der binären Lageregelabweichungen zugeordnet und werden entsprechend dem Stellenwert (L, 0) dieser Dualstelle geöffnet oder geschlossen. Dabei ist den kleinsten Beweftungswiderständen WOx, Woy die niedrigste Dualstelle zugeordnet, den doppelt so grossen Widerständen W1x, W1v die nächsthöhere usw.
Die Spannungsabfälle Ux, U,, bilden die analogen Ausgangssignale der D-A-Umsetzer DAX, DAy, die spannungsgesteuerten Verstärkern SVx, SVy zugeführt werden, welche die Stellmotoren SM,, SMy speisen. Die Drehzahlregelkreise sind nicht dargestellt.
Die hintereinandergeschalteten D-A-Umsetzer DAX, DAV liegen an einer Spannungsquelle SU, die, wie aus der angedeuteten Kennlinie hervorgeht, ihre Spannung U konstant hält, 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 über einen besonderen Steuereingang von SU gesteuert werden.
Die Spannung U teilt sich je nach der Anzahl und den Werten der in dem Kreis liegenden Widerstände auf die beiden Umsetzer auf. Sie ist gleich der Summe der Teilspannur.gsabfälle U; und Uy. Besteht eine lineare Zuordnung zwischen Ausgangs- und Eingangsspannungen der Verstärker SVx, SVy und ist die Drehzahl der Stellmotoren proportional den Ausgangsspannungen der Vers.ärkel, 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.
Nach Eingabe eines Lagesollwertes wird der bewegte Maschinenteil in zwei Koordinaten verfahren. Entsprechend erniedrigt sich laufend die Regelabweidng, d. h.
die Widerstände in dem von der Spannungsquelle SU gespeisten Stromkreis nehmen ab.
Damit ist jedoch keine Abnahme der Geschwindigkeiten verbunden, da die Gesamtspannung U bei steigendem Strom 1 konstant gehalten wird.
Durch die auf konstante Spannung geregelte Spannungsquelle SU selbst oder eine zusätzliche den Strom J überwachende Anordnung wird, wie bereits ausgeführt.
dafür gesorgt, dass dieser Strom einen Grenzwert Jmax nicht überschreitet. Erreicht der Strom seinen maximalen Wert, so wird er auf ihn begrenzt. Die Spannungsabfälle U,, U, nehmen dann mit kleiner werdenden Regelabweichungen linear ab, d. h. die Geschwindigkeitsregelung geht in eine Lageregelung über. Der Strom Jmax wird für ein überschwingfreies Einlaufen in die Sollwertposition ausgelegt. Um im Bahnsteuerungsbetrieb eine kontinuierliche Arbeitsweise bei möglichst konstanter Geschwindigkeit zu erzielen, wird zweckmässig in dem Zeitraum zwischen Errichen des maximelen 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 Bahngeschwindigkeit kann an dem Einstellknopf F der Spannungsquelle SU vorgegeben werden.
Die bei einer bestimmten Bahnneigung optimalen Geschwindigkeiten können auf einem Programmträger, z. B. einem Lochstreifen, zusammen mit den Lagesoll werten gespeichert sein und legen die Höhe der Spannung U fest. Hierdurch 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 SU1 vorgenommen. Als Spannungssollwert geber dient dabei eine Zenerdiode NZ. Den Sollwert Istwertvergleich und die Verstärkung der Regelabweichung übernimmt ein Transistor PO, der einen als Stellglied wirkenden Transistor P1 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 P2 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 ider Bahnsteuerung mit Regelkreisen, deren D-A-Umsetzer DAX, DAy parallelgeschaltete Bewertungswiderstände Gox ... Gnx, Goy ... Gny für ein n-stelliges natürlich binäres Signal sufweisen. Jeder Bewertungswiderstand ist wieder einer Stelle des Signals zugeordnet. Die Leitwerte sind dual abgestuft. Je nach dem zugehörigen Stellenwert (L, 0) werden sie über die vorzugsweise kontaktlosen Schalter Box ... Bnx, Boy ... Bny zu- oder abgeschaltet. Die Umschalter Hx, Hv werden weider von den Vorzeichen der Regelabweichungen gesteuert.
Die Ausgangsströme J., J, sind den durch die Stellungskombinationen der Schalter gegebenen Werten der binären Signale der einzelnen Koordinaten proportional und beaufschlagen als analoge Ausgangssignale der D-A-Umsetzer stromgesteuerte, d. h. stark gegengekoppelte Verstärker SVx, SVy, die die Stellmotoren SMx, SMy speisen. Analoge nicht dargestellte Regelkreise sorgen dafür, dass die Drehzahlen der Stellmotoren proportional den Strömen Jx und Jy sind.
Die D-A-Umsetzer DAX, DAy werden von der gemeinsamen Stromquelle SJ gespeist, die, wie mit der Kennlinie dargestellt ist, als Konstantstromquelle arbeitet. Der konstant gehaltene Strom J verteilt sich je nach der Kombination der stromführenden Bewertungswiderstände auf die D-A-Umsetzer und ist gleich der Summe der über diese fliessenden Teilströme Jx, J,. Die Drehzahlen der Stellmotoren und damit die Geschwindigkeiten in den einzelnen Koordinaten stehen im selben Verhältnis wie die Teilströme Jx und Jy. Beim Fahren auf der vorgegebenen Bahn erniedrigen sich die Regelabweichungen, die Widerstände der D-A-Umsetzer erhöhen sich dabei im gleichen Masse. Da die Konstantstromquelle 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 dafür gesorgt, dass diese Spannung einen Grenzwert Urnox nicht überschreiten kann.
Nach Erreichung der maximalen Spannung arbeiten beide D-A-Umsetzer im linearen Kennlinienbereich, d. h.
die Geschwindigkeitsregelung geht in eine Lageregelung über. Die Grösse des Stromes J und damit die Drehzahlen können von Hand an Eingang F der Konstantstrom- quelle SJ vorgegeben werden. Sie kann aber auch zur Erzielung optimaler Bahngeschwindigkeiten mit den Lagesollwerten 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 Ausgangsströme 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 überstand wird durch eine Überwachungsschaltung abgeholfen, die aus Diffe renzverstärkern OW,, ÜW, besteht.
Diese Verstärker überwachen die Eingangsspannungen der stromgesteuerten Verstärker SVx, SVy, die beim Einsetzen der Strombegrenzung oder Vollaussteuerung plötzlich stark ansteigen, da in diesem Fall die Verstärkereingangswiderstände wegen der nicht mehr zunehmenden Gegenkopplung 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 P1i wird von einem Transistor P i so gesteuert, dass der Strom J in seinem KolleZktor- kreis konstant bleibt. Dabei steigt das Potential mit zunehmenden Gesamtwiderstandswerten der D-A-Umsetzer an der Basis des Steuertransistors Poi 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 Ri vorteilhaft in Form von z. B. parallelgeschalteten Einzekviderständen 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, uninittelbar von dem Programmträger, z. 3. dem Lochstreifen, gesteuert werden.
Fig. 3a zeigt ausserdem noch kontaktlose Schalter Box ... Bnx, Boy ... Bny zur Steuerung der Bewertungswiderstände Gox ... Gnx, Goy ... Gny mit dual gestuften Leitwerten. Die als Schalter betriebenen Transistoren werden jeweils von den Bits (L, 0) der zugehörigen Stellenwerte der digitalen Lageregelabweichungen der xund y-Koordinate beaufschlagt, die die Basen über die Eingänge 2o ... 2n 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 Ausgangswerte der D-A-Umsetzer DAX, DAy und damit der Drehzahlen der Motoren SMX, SM, über den Regelabweichungen beim Einlauf in die Lagesollwerte bewirken. In der Fi- gur 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 Verstärker SVx, SVy.
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 der D-A-Umsetzer folgt dann der Gleichung
EMI5.1
wobei Gen die Leitwerte der Bewertungswiderstände der D-A-Umsetzer, Gz der Leitwert des zusätzlichen Widerstandes RJ sind.
Die Kurve dieser Gleichung und damit auch die Drehzahlen über den Regel abweichungen haben einen annähernd parabelförmigen Verlauf, der in der Praxis vollauf genügt.
Anstelle des Widerstandes RJ kann mit der gleichen Wirkung ein stromabhängiger Widerstand parallel zu den D-A-Umsetzern geschaltet sein. Als derartiger Widerstand wirkt z. 3. 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 können verhältnismässig grosse Zuwachsstücke vorgegeben werden, die die Stel lenzahl der D-A-Umsetzer weit übersteigen, ohne dass durch Divisionen Zwischenwerte gebildet werden müssen. Die Geschwindigkeitsregelung geht in der Nähe des Sollwertes selbsttätig iin 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.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die zur Zu- und Abschaltung der Bewertungswiderstände dienenden Transistoren von sehr geringen Strömen gesteuert werden. Es sind in Fig. 5 wieder durch parallelgeschaltete Bewertungswiderstände Gox ... Gnx, Goy ... Gny mit dual gestuften Leitwerten und in Reihe liegenden Schaltern Sox ... Snx bzw. Soy . . . Sny schematisch die D-A-Umsetzer DAX, DA7 für die n-stellige natürlich-binär kodierte Regelabweichung in der x- und der y-Koordinate dargestellt. Die Bewertungswiderstände sind jeweils einer Dualstelle des Signals so zugeordnet, dass sie nach dem zugehörigen Stellwert (L, 0) über die kontaktlosen Schalter zu- oder abgeschaltet werden.
Die Ausgangsströme Jx, J7 sind den durch die Stellungskombinationen der Schalter gegebenen Werten der binären Signale der einzelnen Koordinaten proportional und beaufschlagen als analoge Ausgangssignale der D-A-Umsetzer über Widerstände Ro gegengekoppelte Operationsverstärker OVx, OVy mit hohen Eingangswiderständen, in denen sie Spannungen U1, Uly umgesetzt werden. Die Ausgänge dieser Verstärker bilden in bekannter Weise die Sollwerte von unterlagerten Geschwindigkeitsregelkreisen.
Ausserdem werden sie über als ODER-Glied wirkende Dioden Dx, D7, mit denen hintereinandergeschaltete Zenerdioden ZD in Reihe liegen, auf gemeinsames Potential (-b12) gelegt, das gegenüber den Ausgangspotentialen und dem Nullpotential negativ ist. Über die beiden Transistoren Prl und I > r2 wird an die D-A-Umsetzer eine Speisespannung UDA gelegt, die bis zum Leitendwerden der Zenerdioden ZD gleich der Spannung -b12 ist.
Werden neue Lagesollwerte vorgegeben, und sind die von dem Rechenwerk ermittelten Lageregelabweichungen in mindestens einer Koordinate so gross, dass einer der nachgeschalteten Verstärker OVx, OVy seinen maximalen Ausgangswert erreicht, dann wird dieser durch die in der Umrandung RK dargestellte zusätzliche Regelanordnung konstant gehalten. Die Regelanordnung arbeitet dabei so, dass bei Erreichen oder Überschreiten des Ansprech-Ausgangswertes eines Verstärkers die Zenerdioden ZD leitend werden und das Emitterpotential des Transistors Pri erhöhen.
Durch den abnehmenden Laststrom nimmt das Kollektorpotential des Transistors P1.1 ab. Das Emitterpotential des Transistors Pr2 folgt, so dass die Speisespannung UDA für die D-A-Umsetzer DAx, DAy ebenfalls abnimmt und die Ausgangsspannung des Verstärkers, der die Begrenzung ausgelöst hat, konstant bleibt. In entsprechender Weise wird die Speisespannung der D-A Umsetzer erhöht, wenn die Zenerdioden in Zenerrichtung sperren. Durch die Regelung der Ausgangsspannungen der Verstärker auf konstante Werte durch die zusätzliche Regelanordnung machen sich Schwankungen des Stromes im D-A-Umsetzer infolge von sprunghaften Änderungen der Basisströme von als Schalter Sox ... Snx, Soy ... Sny dienenden Transistoren bei abnehmenden Lageregelabweichungen an den Eingängen der die Stellmotoren speisenden Leistungsverstärkern nicht mehr bemerkbar.
Der bewegte Maschinenteil wird nunmehr durch den analogen Geschwindigkeitsregelkreis verfahren, wobei die zulässige Höchstgeschwindigkeit konstant bleibt. Dadurch, dass die Lageregelabweichungen an jedem Punkt der Bahn die Sollwerte der Geschwindigkeitsregelkreise bilden, korrigiert sich das System stets so, dass den Zielpunkt der Bahn der Sollwert bildet.
Von dem Wert der Lageregelabweichung an, bei dem das aus den Transistoren P,1 und Pr2 bestehende Stellglied der zusätzlichen Regelanordnung voll ausgesteuert ist, nehmen bei weiter abnehmenden Lageregelabweichungen auch die Ausgangswerte der Operationsverstärker OVx, OVy gemäss der Kennlinie der D-A Umsetzer DAX, DA7 ab, wodurch die Geschwindigkeitsregelung in eine reine Lageregelung übergeht. Der Lagesollwert wird dann unter Korrektur etwaiger kleiner während der Geschwindigkeitsregelung entstandener Bahnfehler exakt erreicht. Werden neue Lagesollwerte bereits vor Erreichung eines Lagesollwertes vorgegeben, so wird eine Summierung der jeweiligen kleinen Fehler zu grossen Fehlern zuverlässig vermieden.
Bei klelinen Werten von Ulx, Uly, also kleinen Sollgeschwindigkeiten in den unterlagerten Geschwindig keitsregelkreisen, und grossen Lageregelabweichungen, die einen kleinen Gesamtwiderstand eines D-A-Umsetzers bedeuten, wird die Spannung UDA an den D-A-Umsetzern DAx und DA sehr klein. Es gilt die Beziehung
EMI6.1
wobei RDA jeweils den Gesamtwiderstand eines D-A Umsetzers DAx, DAy, Ro den Gegenkopplungswiderstand eines Operationsverstärkers OVx, OVy und U1 die Ausgangsspannung eines Operationsverstärkers bedeutet.
Wird die Gleichung umgeformt in
EMI6.2
so ist leicht erkennbar, dass das Produkt UDA bei kleinen Faktoren RDA und U1 sehr klein wird. Die Speisespannung UDA kann dann in die Grössenordnung der Restspannungen der Schalttransistoren in den D-A-Umsetzern kommen, die als Schalter Sox ... Snx, Soy ... Sny die Bewertungswiderstände an- und abschalten.
Um die Absenkung der Speisespannung UDA unter einen Minimalwert zu vermeiden, können jeweils zwei zusätzliche Digital-Analog-Umsetzer DAV und DA' vorgesehen sein, die von einer Spannung UDA' gespeist werden und deren Bewertungswiderstände Gox' ... Gnx', Goy' ... Gny' mittels Schalter Sox' ... snx', Soy' ... Sny' von den Bits der digitalen Lageregelabweichung ebenso betätigt werden wie die Bewertungswiderstände und Schalter der D-A-Umsetzer DAX, DAy. Die Ausgangsströme Je und J; durch die zusätzlichen D-A-Umsetzer fliessen an den Eingängen der Operationsverstärker OVx, OVy vorbei.
Der Strom in den Summenpunkten Sx, Sy ist dann:
J - J' = Hierbei bedeutet J die Ströme durch die D-A-Umsetzer, J' die Ströme durch die zusätzlichen D-A-Umsetzer und Jo den Gegenkopplungsstrom der Operationsverstärker.
Es gilt dann
EMI6.3
Unter der Voraussetzung, dass RDA = RDA' i ist, gilt
EMI6.4
Bei grossen Regelabweichungen (d. h. kleinem RDA) und kleinen Geschwindigkeiten (U1) nähert sich die geregelte Speisespannung UDA der festen die zusätzlichen D-A-Umsetzer speisenden Spannung UDA', die sie nicht unterschreiten kann.
Die Spannung UDA' wird zweckmassig so noch gewählt, dass sie genügend hoch über den Restspannungen der Schalttransistoren in den D-A-Umsetzern DAx und DAy liegt.
Die zuletzt beschriebene Anordnung weist noch den zusätzlichen Vorteil auf, dass durch gemeinsame Verschiebung der Spannungen UDA und UDA' gegenüber Nulipotential die Richtung der Ausgangsströme der D-A-Umsetzer umkehrbar ist.
Bei der geschilderten Steuerung ändert sich die Bahngeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel der Bahn. Zwar werden in vorteilhafter Weise die Drehzahlen der Stellmotoren voll ausgenutzt, so dass die Bahngeschwindigkeiten, ausser beim Fahren in nur einer Koordinatenrichtung, stets grösser sind als die der Höchstdrehzahl eines Antriebsmotors zugeordnete Geschwindigkeit, doch wird für manche Bearbeitungsprobleme eine zumindest annähernde Unabhängigkeit gefordert.
Dieser Forderung genügt die in Fig. 6 dargestellte Anordnung. Dabei entfällt die in der Umrandung RKK der Fig. 2 enthaltene Reihenschaltung aus Dioden Dx und Dy sowie Zenerdioden ZD samt Zuleitungen. An ihre Stelle tritt die in der Umrandung RKF der Fig. 6 enthaltene Anordnung.
In Fig. 6 gelangen den Ausgängen U1x, U17 der Operationsverstärker OVx, 0V7 entsprechende Ströme ix, i7 über die Reihenschaltungen eines Widerstandes Rsx, Rsy, eines Transistors Psx, Psy, eines Widerstandes Rfx, Rfy und eines Transistors Psx', Psy' zu den Eingängen eines Funktionsgebers FG, dessen Aufbau und Wirkungsweise später erläutert wird. Der Funktionsgeber hat die Aufgabe, die durch die Beziehung
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definierte Abhängigkeit der Bahngeschwindigkeit VB von den Koordinatengeschwindigkeiten Vx und Vy schaltungstechnisch zu verwirklichen. Dabei ist Vx der Ausgangsgrösse U1, und Vy der Ausgangsgrösse U17 proportional.
Die Reihenschaltungen Rsx, Psx, Rsy, Psy haben den Zweck, die Ausgangsspannungen der Opera- tionsverstärker in Ströme ix, iy umzusetzen, deren Grösse von den Ausgangsspannungen der Verstärker abhängen.
Die Spannungen U1x und U1y werden damit an den Widerständen RfX und Rfy proportional abgebildet. Über die Transistoren P,,' und P,7, liegen diese Spannungen auch an den Widerständen Rfx2 und Rfy2. Der Funktionsgeber FG legt zu Rfx2 und Rfy2 Parallelwiderstände, so dass mit zunehmenden Spannungen an RfX und Rfy die Ströme i; und ix' derart beeinflusst werden, dass die Summe (ix' + i;) dem Ausdruck
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entspricht.
Die an dem Widerstand Rs abfallende, von den über die Lastkreise der Transistoren Psx' und P57, fliessenden Strömen ix' + ig hervorgerufene Summenspannung steuert den Transistor Ps aus, der seinerseits den Transistor Pri der in der Umrandung RK dargestellten Regelanordnung aussteuert. Die Spannungen an den D-A-Umsetzern DAX, DAy werden damit so ge- steuert, dass die Ausgangsspannungen der Operations- verstärker OVx, OVy Werte annehmen, die eine von dem gefahrenen Winkel unabhängige Bahngeschwindigkeit ergeben.
Des weiteren ist es möglich, die Widerstände Rfy und Rfx als D-A-Umsetzer auszubilden, so dass die Spannungen U1x und Uly mit einem anderen, über die D-A-Umsetzer bestimmbaren Proportionalitätsfaktor an der Basis von Psx' und Psy' abgebildet werden. Über diese beiden nicht dargestellten D-A-Umsetzer, deren Eingänge parallel geschaltet sind, kann eine Vorgabe der Grösse der Bahngeschwindigkeit erfolgen.
Der Funktionsgeber FG besteht im wesentlichen aus Widerständen R1, R1'; R2, R2'; R3, R3', die über Dioden mit Zuführungsleitungen verbunden sind, über die dem Funk tionsgeber ein Teil der Ströme ix' und i zugeführt wer- den, wenn die von den Reihenschaltungen R,x, PSX; Rsy, Psy abgegebenen Ströme ix und iy an Rh und Rfy eine Spannung aufbauen, die den Ausgangsspannungen U,, und Uly der Operationsverstärker proportional sind. Mit jeweils einem Widerstandspaar liegt ausserdem eine Spannungsquelle U6, Us, U10 in Reihe, deren Spannungen unterschiedlich sind und z. B. 6, 8 und 10 Volt betragen. Die Spannung an Widerstand Rfx bzw.
Rfy steigt mit zunehmendem Strom lx bzw. iy linear an und damit wächst auch die Spannung an Widerstand Rfx2 und RfV2, so dass die Ströme 1x' und i; ansteigen, bis die Spannung von z. B. 6 V erreicht ist. Wird diese Spannung überschritten, so wird ix' bzw. iy' durch zusätzliche Ströme über Widerstand R1 bzw. R1' vergrössert, so dass 1; bzw. 1; schneller anwachsen als ix bzw. iy. Erreicht der Spannungsabfall an RfX2 bzw. Rfy2 8 V, so erhält der Stromanstieg einen weiteren Knick, d. h. der Strom ix' bzw. iy' steigt noch steiler an, bis 10 V erreicht sind.
Der Spannungsverlauf an Rs infolge ix' + iy' passt sich der Funktion
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um so genauer an, je mehr Widerstandspaare vorhanden sind. In der Praxis genügen jedoch einige Widerstandspaare. Selbstverständlich können anstelle von Spannungsquellen mit verschiedenen Spannungswerten auch Zenerdioden mit unterschiedlichen Zenerspannungen Verwendung finden. Die absolute Grösse der Geschwindigkeiten, mit denen der bewegte Maschinenteil bewegt wird, lässt sich in einfacher Weise über die Höhe der die D-A-Umsetzer DAX, DAV speisenden Spannungen variieren. Bei kleinen Geschwindigkeiten und grossen noch zulässigen Lageregelabweichungen werden diese Speisespannungen bei manchen Betriebszuständen so klein, dass die dann im Verhältnis grossen Restspannungen der als Schalter wirkenden Transistoren erhebliche Fehler verursachen können.
Zur Behebung dieses Übelstandes wird nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, zusätzliche, nicht dargestellte D-A-Umsetzer den Ausgängen von OVx und OVy nachzuschalten, die von den - verhältnismässig hohen - Ausgangsspannungen Uix, Ujy der Operationsverstärker OVx, OVy gespeist werden und deren Ausgangswerte die Sollwerte der unterlagerten Drehzahlregelkreise bilden.
Die beiden zusätzlichen D-A-Umsetzer werden dann von derselben digitalen, die gewünschte Geschwindigkeit vorgebenden Grösse gesteuert, die z. B. auf einem Pro grammträger aufgebracht ist oder über Dekadenschalter von Hand in die Steuerung eingegeben werden kann.
Einen Funktionsgeber, der nur einen zusätzlichen D-A-Umsetzer zur Vorgabe der Bahngeschwindigkeit durch ein z. B. dem Lochstreifen entnommenes digitales Signal erfordert, enthält Fig. 7. Die hierbei interessierenden Schaltungsteile befinden sich innerhalb der Umrandung FG. Ein der gewünschten Bahngeschwindigkeit entsprechender Geschwindigkeitssollwert wird über einen D-A-Umsetzer DAV, der entsprechend den D-A Umsetzern DAx und DAy aus zu- und abschaltbaren Parallelwiderständen bestehen kann, vorgegeben, z. 3.
durch einen von einem Lochstreifen abgenommenen die Widerstände von DAV steuernden digitalen Befehl B.
Die von dem D-A-Umsetzer DAV abgegebene dem Geschwindigkeitssollwert VB entsprechende Grösse Jv wird aus Gründen, die im folgenden erläutert werden, als das
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des Betrages des Vektors dieses Geschwindigkeitssollwertes VB gewertet. Der in der Umrandung FG enthaltene Funktionsgeber hat nun die Aufgabe, zu der vorgegebenen der gewünschten Bahngeschwindigkeit VB proportionalen Grösse Jv, die den Regelkreis RK aussteuert und die für einen Bahnwinkel a = 45 unver ändert bleiben soll, Werte in Abhängigkeit von dem Bahnwinkel zu addieren, so dass das den Regelkreis RK aussteuernde Ausgangssignal UB des Funktionsgebers die Bahngeschwindigkeit VB konstant hält.
Der eigentliche Funktionsgeber besteht aus den Widerständen R und R', den Dioden Drx, Dry und dem Summierpunkt S, der von dem Eingang eines gegenge- koppelten Summierverstärkers SM gebildet wird, dessen Ausgangssignal UB sich mit dem Bahnwinkel ändern soll.
Das aus den Dioden Drx, Dry bestehend Gatter sorgt dafür, dass stets ein Strom, der dem grösseren Wert der positiven und negativen Differenz von Utx und UlLy entspricht, den Eingang S des Summierverstärkers SM beaufschlagt. Dieser Strom ist - je nach Vorzeichen der Differenz aus Uix und UIy - proportional dem Wert VB | sin a - VB I cos a bzw. dem negativen Wert, da U1x = |VB| sin α und U1y = |VB| cos α angesetzt werden kann, wobei VB der Betrag des Vektors der Bahngeschwindigkeit, also J > , Jv #2 ist.
Die Widerstände R und R' sind gegenüber dem Gegenkopplungswiderstand Ro des Summierverstärkers so ausgelegt, dass der der Differenz + -|VB (sin α - cos α) entsprechende Strom mit dem Wert
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multipliziert wird. Das Ausgangssignal UB des als Rechenverstärker wirkenden Summierverstärkers SM ist dann bestimmt durch das von dem D-A-Umsetzer DAV abgegebene dem Wert
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entsprechende Signal J. und durch ein additiv hinzugefügtes der mit
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multiplizierten Differenz + ¯|VB| (sin α - cos α) entsprechendes Signal, das von dem Bahnwinkel a abhängt.
In Fig. 7a sind die beschriebenen Verhältnisse noch einmal graphisch dargestellt. Bei einem Bahnwinkel von 45 (Strahl von NP zu C) sind die Ausgangsgrössen
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gleich gross, da die Antriebsmotoren SMX, SMy in den Koordinaten x und y gleiche Drehzahlen haben müssen.
Die von DAV abgegebene Steuergrösse Jv bleibt dann von dem Funktionsgenerator unverändert und entspricht dessen Ausgangssignal UB.
Um auch bei Balmwinkeln zwischen 450 und 90 sowie zwischen 450 und 0 die der vorgegebenen Grösse 5, entsprechende Bahngeschwindigkeit exakt konstant zu halten, musste die Steuergrösse Jv so verändert werden, dass der Vektor Vr, mit sich änderndem a auf den Kreisbögen CA, bzw. CA wandert.
Der Funktionsgenerator addiert nun mittels seiner Rechenschaltung zu der Steuergrösse Jv oder einer davon abgeleiteten Grösse eine weitere mit a veränderliche Grösse so, dass der Vektor VB mit a auf der Kurve
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von C zu A bzw. der Kurve
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von C zu Ax wandert. Diese Kurven nähern sich der idealen Kreisform ausreichend an.
Der Betrag des Ausgangswertes UB des Summier verstärkers wird verglichen mit jeweils grösseren der Werte U1x, Ulv, der über das aus Dioden Dvx, Dvy bestehende Gatter zugeführt wird.
Ein Transistor Tr wird in Abhängigkeit von der Differenz ausgesteuert und steuert einen weiteren Transistor Tro, dessen Ausgangssignal den Sollwert des Regelkrei- ses in der Umrandung RK bildet.
Die beschriebene Schaltung in der Umrandung FG der Fig. 7 sorgt also mit ihrem Ausgangssignal UB dafür, dass sich die Drehzahlen der den verschiedenen Koordinaten zugeordneten Motoren gleichzeitig in Abhängigkeit von dem Bahnwinkel so ändern, dass die Bahngeschwindigkeit annähernd konstant bleibt.
Im allgemeinen werden die Lagesollwerte im dezimal-binären Kode in die Steuerung eingelesen; liegen die Lageistvierte ebenfalls dezimal-binär vor, so erscheint die Lageregelabweichung bei entsprechender Ausbildung des Rechenwerkes ebenfalls in dieser Form.
Die D-A-Umsetzer der einzelnen Koordinaten müssen dann ebenfalls dekadisch gestuft sein. Bei einem grossen Lageregelungsbereich von z. 3. 4-5 Dekaden erhalten die als Präzisionswiderstände auszubildenden Bewertungswiderstände der höchstwertigen Dekake sehr niedrige Ohmwerte, was bei Verwendung von Schalttransistoren zu Fehlern führt, oder diese Dekaden müssen bei Verwendung entsprechend höherer Ohmwerte der De kadenwiderstände an Spannungen liegen, die um Zehnerpotenzen höher sind als die für die niederwertigen Dekaden erforderlichen Spannungen. Eine Regelung so hoher Gleichspannungen über einen der erfindungsgemässen Regelkreise ist kostspielig und kann bei Verschleppen der hohen Spannungen in andere Teile der Steuerung Anlass zu Störungen geben.
Die in Fig. 8 enthaltene Anordnung vermeidet diese Schwierigkeiten mit geringem zusätzlichem Aufwand.
Mit DAs und DAy sind wieder die D-A-Umsetzer in der x- bzw. y-Koordinate bezeichnet. Dabei stellen die Widerstandssymbole 1... 5 nunmehr nicht mehr einzelne Bewertungswiderstände dar wie in den vorhergehenden Figuren, sondern sie stehen jeweils für sämtliche Bewertungswiderstände einer Dekade. Die dargestellten D-A Umsetzer, die wieder in dieser Figur nicht gezeichnete Operationsverstärker OV, OVy aussteuem, haben somit 5 Dekaden. Mit V3 und V4 sind Vergleichsglieder bezeichnet, die z.B. aus an sich bekannten Differenzverstärkerstufen bestehen können und die Spannungen U3 und U4 an den Punkten a3 und a4 über Transistoren P3' und P4, den Spannungen U3 und U4' an den Punkten a und a4' angleichen.
Die Differenzen Ider miteinander zu vergleichenden Spannungen steuern dabei jeweils einen von zwei emittergekoppelten Transistoren eines Vergleichsgliedes aus, der dne nachgeschalteten Transistor P3' bzw. P4' im Sinne einer Beseitigung der Spannungsdifferenz auf- oder zusteuert. Die Widerstände R31, R310 und R41, R4Io sind im Verhältnis 1:10 ausgelegt.
Im Gegensatz zu der Beschreibung der vorstehenden Figuren wird bei der Erläuterung der Fig. 8 nicht von einer maximalen vom Rechenwerk abgegebenen und von der Lageregelung verminderten Lageregelabweichung ausgegangen; es wird vielmehr, der übersichtlichen Vorstellung wegen, in dem wirklichen Regelungsablauf entgegengesetzter Weise angenommen, dass die Lageregel abweichungen - ausgehend von einem Sollwert - sich bis zu einer maximalen, von der vorgesehenen Dekadenzahl der D-A-Umsetzer bestimmten Grenze erhöhen.
Die Regelanordnung sei so ausgelegt, dass die beiden ersten Dekaden 1 und 2 der D-A-Umsetzer mit konstanter und maximaler Spannung U3 gespeist werden. Erst bei Beaufschlagung der dritten Dekade sei die Regel- a'oaveichung so gross, dass die Speisespannung der D-A Umsetzer erniedrigt wird, um die Ausgangsspannung mindestens eines Operationsverstärkers konstant zu hal Dies geschieht z.B. über einen Transistor P3, der dem Transistor Ps der Fig. 6 entspricht.
Transistor Pa wird in den leitenden Zustand ausgesteuert und zieht damit das Potential des Punktes a3", das vorher über R33 und R34 fast auf dem Potential der negativen Speisespannung V lag, gegen Null. Über Transistor P3' erniedrigt das Vergleichsglied V3 die Speisespannung U3 der drei ersten Dekaden 1, 2 und 3 der D-A-Umsetzer DAX, DA, entsprechend der durch die Aussteuerung des Transistors P3 absinkenden Spannung U3, an Punkt a3,.
Die Speisespannung der D-A-Umsetzer ist bei voller Aussteuerung der dritten Dekade (d. h. bei deren maximalem Ausgangsstrom) etwa auf ein Zehntel der maximalen Speisespannung abgesunken, wenn mit Beginn der Aussteuerung der vierten Dekade 4 der D-A-Umsetzer bei grösser werdender Regelabweichung und weiterer Aussteuerung des Transistors P3 die Spannung an Punkt a3, und damit die Speise spannung U3 auf einem durch das Verhältnis der Widerstände R3lo und R31 bestimmten Wert festgehalten wird. Bei dieser Spannung kommt Transistor P4 in den leitenden Zustand und erniedrigt mit weiter zunehmender Lageregelabweichung die Spannung an a4, und über das Vergleichsglied V4 und den von diesem gesteuerten Transistor P4' auch die Speisespannung U4 der vierten Dekade der D-A-Umsetzer.
Bei Erreichen eines bestimmten Maximalwertes wird die Spannung an Punkt a4 und damit die Speisespannung U4 der vierten Dekade wieder auf einen durch das Verhältnis der Widerstände R410 und R41 bestimmten Wert gehalten. Bei weiterer Vergrösserung der Lageregelabweichung wird auch Transistor P leitend, der den zugeordneten Transistor P5, im Sinne abnehmender Speisespannungen Ua für die fünfte Dekade der D-A-Umsetzer steuert.
Über den Widerstand R34 wird die Anfangshöhe der Speisespannung U3 und damit die Steilheit der Kennlinie im Einfahrbereich eingestellt
Es sei noch einmal betont, dass beim Betrieb der numerischen Steuerung in Wirklichkeit grosse Lageregelabweichungen am Beginn einer neuen Bahn vorgegeben werden, die dann kontinuierlich abgebaut werden.
Die Anordnung gemäss Fig. 8 hat den grossen Vorteil, dass die Speisespannung der höchsten Dekade mit abnehmender Lageregelabweichung bis zu einem Höchstwert hochgeregelt wird und auf diesem Wert konstant gehalten wird. Hierauf beginnt die Hochregelung der Speisespannung der zweithöchsten Dekade auf den gleichen Maximalwert, bis !die nächste Dekade geregelt wird. Mit der beschriebenen Anordnung ist es möglich, immer die jeweils höchsten Dekaden der momentanen Lageregelabweichung in einem für D-A-Umsetzer günstigen Spannungsbereich arbeiten zu lassen.
Die Anzahl der D-A-Umsetzer-Dekaden kann damit praktisch beliebig hoch sein, so dass sehr grosse Zu wachsstücke noch sinnvoll verarbeitet werden.
Die Anordnung arbeitet bei Verwendung eines rein binären Kodes rein binär. Statt der dekadischen Spannungs- und Widerstandsstufung ist dann eine binäre einzuführen.
Die Regeleinrichtung ist natürlich nicht auf zwei dimensionale Steuerungen beschränkt. Sie kann ohne Schwierigkeiten auf dreidimensionalen Betrieb erweitert werden.