DD236607A1 - Schaltungsanordnung zur bedaempfung von resonanzfrequenzen in regelkreisen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bedaempfung von Resonanzfrequenzen in Regelkreisen. Ziel der Erfindung ist eine allgemein in Regelkreisen anwendbare Schaltungsanordnung, die auch bei Veraenderungen der Resonanzfrequenzen wirksam ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbsttaetigen Abgleich des in den Regelkreis eingefuegten Stoerfrequenzfilters auf die zu bedaempfende Resonanzfrequenz zu erreichen. Erfindungsgemaess verfuegt das Stoerfrequenzfilter ueber einen Abgleicheingang, der mit dem Ausgang eines Haltekreises verbunden ist, dessen Eingang an den Ausgang eines Integrators gefuehrt ist. Des weiteren ist der Eingang des Integrators an dem Ausgang eines Schwellwertschalters angeschlossen, dessen Eingang mit dem Eingang des Stoerfrequenzfilters in Verbindung steht. Dem Integrator ist ausgangsseitig ein erster elektronischer Analogschalter und dem Haltekreis ein zweiter elektronischer Analogschalter parallelgeschaltet, wobei die Steuereingaenge beider Analogschalter ueber eine gemeinsame Steuerschaltung mit dem Ausgang des Schwellwertschalters verbunden sind. Anwendungsgebiete: Regelungstechnik, magnetomotorische Plattenspeicher, Positioniereinrichtungen. Figur

Description

Schaltungsanordnung zur Bedämpfung von Resonanzfrequenzen in Regelkreisen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist dort einsetzbar, wo in einem Regelkreis Resonanzfrequenzen infolge von Eigenresonanzen mechanischer Bauteile oder elektrischer Ursachen auftreten, die zu Funktionsstörungen führen können·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Zum Stand der Technik gehört ein Bedampfen von mechanischen Eigenresonanzen des Position'ierers einer Positioniereinrichtung, beispielsweise in Plattenspeichern, durch Störfrequenzfilter, die auf die entsprechende Resonanzfrequenz abgeglichen werden. Weiterhin ist es zur Bedämpfung der mechanischen Eigenresonanz des Positionierarmes in einem Videobandgerät bekannt, die vorhandene mechanische Resonanzfrequenz durch ein um 180° phasenverschobenes elektrisches Signal, welches der Ursache entgegenwirkt, zu reduzieren. (DE-AS 2711 935). Zur Erzeugung dieses Signals ist ein piezo-elektrischer Signalwandler erforderlich, der mit dem Positionierarm mechanisch verbunden ist und auf diese Weise dessen Beweglichkeit beeinträchtigt, was in bestimmten Anwendungsfällen nachteilig ist. Ein weiterer Hachteil.dieser bekannten Lösung besteht darin, daß eine allgemeine Anwendbarkeit in Regelkreisen zur Bedämpfung von Resonanzfrequenzen mit ausschließlich elektrischer Ursache nicht gegeben ist. Die bekannte Methode zum Bedampfen der Resonanzfrequenzen mittels abgeglichener Störfrequenzfilter, die in Reihe als Sperrfilter oder parallel als Saugfilter in den Regelkreis eingefügt sind, beinhaltet den Nachteil, daß Veränderungen der Resonanzfrequenz

ausgelöst durch Temperatureinflüsse oder durch Lageveränderungen des Positionierers in einer Positioniereinrichtung, z.B. von Plattenspeichern, nicht erfaßt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine allgemein zur Bedämpfung von Resonanzfrequenzen in Regelkreisen anwendbare Schaltungsanordnung, die auch bei Veränderungen der Resonanzfrequenzen, beispielsweise infolge von Temperatureinflüssen oder Lageveränderungen des Positionierers einer Positioniereinrichtung, voll wirksam ist und die Beweglichkeit des Positionierers nicht beeinträchtigt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Bedämpfung von Resonanzfrequenzen in Regelkreisen mit einem in den Regelkreis eingefügten Störfrequenzfilter, das als Sperr- oder als Saugfilter ausgeführt ist, zu schaffen, die einen selbsttätigen Abgleich des Störfrequenzfilters auf die momentan zu bedämpfende Resonanzfrequenz bewirkt. ' . .

Erfindungsgemäß verfügt das Störfrequenzfilter über einen Abgleicheingang, der mit dem Ausgang eines Haltekreises verbunden ist, dessen Eingang an den Ausgang eines Integrators geführt ist. Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist der Eingang des Integrators an dem Ausgang eines Schwellwertschalters angeschlossen, dessen Eingang mit dem Eingang des Störfrequenzfilters in Verbindung steht. Des weiteren ist erfindungsgemäß dem Integrator ausgangsseitig ein erster elektronischer Analogschalter und dem Haltekreis ausgangsseitig ein zweiter elektronischer Änalogschalter parallelgeschaltet, wobei die Steuereingänge beider Analogschalter über eine gemeinsame Steuerschaltung mit dem Ausgang des Schwellwertschalters verbunden sind.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist folgende:

Im Regelkreis auftretende Störungen in Form von Resonanzfrequenzen gelangen auf den Eingang des Schwellwertschalters, z.B. eines Schmitt-

Triggers. Am Ausgang des Scnwellwertschalters erscheinen Rechteckimpulse, sobald die Störungen eine von der Einschaltschwelle des Schwellwertschalters abhängige Amplitude überschritten haben. Damit tritt am Ausgang des Integrators eine linear ansteigende Spannung auf, deren Anstieg mit der Rückflanke des vorgenannten Rechteckimpulses beendet wird. Der Momentanwert der Ausgangsspannung des Integrators wird im Haltekreis gespeichert und legt die Frequenz fest, die durch das Störfrequenzfilter bedämpft wird. Durch den linearen Anstieg der Ausgangsspannung wird das Störfrequenzfilter solange kontinuierlich durchgestimmt, bis die Frequenz des Störfrequenzfilters mit der im Regelkreis zu bedämpfenden Resonanzfrequenz übereinstimmt. Zu diesem Zeitpunkt verschwindet infolge der dämpfenden Wirkung des Störfrequenzfilters die Störung am Eingang des Schwellwertschalters, wodurch die Rückflanke des Rechteckimpulses am Ausgang des Schwellwertschalters ausgelöst und der weitere Anstieg der Ausgangsspannung des Integrators unterbunden wird. Infolge der Speicherung des Endwertes der Ausgangsspannung des Integrators im Haltekreis hält die dämpfende Wirkung des Störfrequenzfilters auch nach dem Verschwinden der Störung an. Sobald eine erneute Störung mit veränderter Resonanzfrequenz auftritt, erfolgt ein selbsttätiger Heuabgleich des Störfrequenzfilters auf die veränderte Resonanzfrequenz in der bereits beschriebenen Weise, da erneut Rechteckimpulse am Ausgang des Schwellwertschalters auftreten. Zum Zeitpunkt der Vorderflanke dieser Rechteckimpulse wird der Haltekreis durch kurzzeitiges Schließen des zweiten elektronischen Analogschalters entladen, so daß der Haltekreis auf den nunmehr aktuellen Spannungswert aufgeladen werden kann. Zum Zeitpunkt der Rückflanke des vorgenannten Rechteckimpulses wird kurzzeitig der erste elektronische Analogschalter geschlossen, wodurch der Integrator rückgesetzt, d.h. sein Ausgang auf U¹ ill-Potential geschaltet wird. Damit ist der Integrator auf die Integration von ggf. v/eiteren Rechteckimpulsen vorbereitet.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist zur Ausfiiterung (Durchlaß) des Frequenzbereiches, in dem die zu bedämpfenden Resonanzfrequenzen zu erwarten sind, dem Schwellwertschalter ein Bandpaß vorgeschaltet.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, zwischen dem Schwellwertschalter und dem Integrator einen nichtr-etriggerbaren Univibrator und ein AND-Gatter derart einzufügen, daß an dem Ausgang des Schwellwertschalters der Eingang des Univibrators und der eine Eingang des AND-Gatters angeschlossen sind. Dabei steht der andere Eingang des AND-Gatters mit dem Ausgang des Univibrators in Verbindung· Der Ausgang des AUD-Gatters ist hierbei an den Eingang des Integrators geführt, .und die Steuerschaltung zur Ansteuerung des ersten und des zweiten elektronischen Analogschalters enthält ein Differenzierglied, dessen Eingang mit dem Ausgang des Univibrators in Verbindung steht.

Die vorstehend beschriebene Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es dem Integrator, mehrere aufeinanderfolgende, schmale Rechteckimpulse des Schwellwertschalters zu integrieren, da seine Rücksetzung erst von der Rückflanke des Univibratorausgangsimpulses ausgelöst wird und während der Dauer des Univibratorausgangsimpulses mehrere Rechteckimpulse auftreten. Hierdurch läßt sich die Mindestbreite, die ein Rechteckimpuls' am Ausgang des Schwellwert-schalters haben muß, um das Störfrequenzfilter auf die zu bedämpfende Resonanzfrequenz abgleichen zu können, wesentlich verringern,

Die erfindungsgemäß erforderliche elektronische Abgleichbarkeit des Störfrequenzfilters läßt sich auf einfache Weise mit Filterausführungen realisieren, die einen mittels einer Gleichspannung steuerbaren elektronischen Widerstand enthalten.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die die Bedämpfung mehrerer, gleichzeitig im Regelkreis auftretender Störungen unterschiedlicher Resonanzfrequenzen ermöglicht, sind in den Regelkreis mehrere als Sperr- oder als Saugfilter ausgeführte Störfrequenzfilter eingefügt, die je einen Abgleicheingang aufweisen, der mit dem Ausgang je eines Haltekreises verbunden ist. Dabei sind die Eingänge der Haltekreise über je einen dritten elektronischen Analogschalter an den Ausgang des Integrators geführt. Die Steuereingänge dieser Analogschalter sind an je einem Ausgang eines Zählers angeschlossen.

Zwischen dem Schwellwertschalter und dem Integrator sind — wie bereits beschrieben - ein Univibrator und ein AND-Gatter eingefügt, wobei die Steuerschaltung zur Ansteuerung des ersten und des zweiten elektronischen Analogschalters ein Differenzierglied enthält, dessen Eingang mit dem Ausgang des Univibrators in Verbindung .steht. Am Ausgang des Univibrators ist außerdem der Zähleingang des vorgenannten Zählers angeschlossen. Des weiteren ist jedem Haltekreis ausgangsseitig je ein zweiter elektronischer Analogschalter parallelgeschaltet. Jeder dieser Analogschalter verfügt über zwei konjunktiv verknüpfte Steuereingänge. Der eine Steuereingang hiervon ist an den Ausgang des Differenziergliedes und der andere Steuereingang an den dem jeweiligen Haltekreis zugeordneten Ausgang des Zählers geführt.

Die vorstehend beschriebene Ausgestaltung der Erfindung zur Bedämpf ung mehrerer, gleichzeitig im Regelkreis auftretender Resonanzfrequenzen ermöglicht es, soviele verschiedene Resonanzfrequenzen gleichzeitig zu bedampfen, wie Störfrequenzfilter vorhanden sind. Der selbsttätige Abgleich jedes der Störfrequenzfilter auf eine (andere) Resonanzfrequenz geht wie bereits beschrieben von statten. Nach erfolgtem Abgleich eines Störfrequenzfilters auf eine der zu bedämpfenden Resonanzfrequenzen wird der Zähler weitergeschaltet, womit - durch Schließen des entsprechenden dritten Analogschalters das nächste Störfrequenzfilter ausgewählt wird. Vor dem Laden des diesem Störfrequenzfilter zugehörigen Haltekreises erfolgt die Entladung dieses Haltekreises durch den entsprechenden zweiten Analogschalter· Die übrigen bereits auf den erforderlichen V/ert aufgeladenen Haltekreise werden hierbei nicht entladen, was durch die konjunktive Verknüpfung der beiden Steuereingänge der zweiten elektronischen Analogschal«er sichergestellt wird.

Die Erfindung ist allgemein anwendbar, d.h. sowohl zum Bedampfen mechanischer Eigenresonanzen des Positionierers einer Positioniereinrichtung, beispielsweise in Plattenspeichern, als auch zur Bedämpfung von Resonanzfrequenzen mit ausschließlich elektrischer . Ursache. Sin weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auch

bei Veränderungen der Resonanzfrequenzen, beispielsweise infolge von Temperatureinflüssen oder Lageveränderungen des Positionierers einer Positioniereinrichtung, eine exakte Bedämpfung der Resonanzfrequenzen erfolgt. Darüber hinaus v/ird bei Anwendung der Erfindung die Beweglichkeit des Positionierers in keiner Weise beeinträchtigt, da der Positionierer nicht mit Signalwandlern belastet wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Bedämpfung mehrerer, gleichzeitig auftretender Resonanzfrequenzen.

Zwischen den-Anschlüssen 1; 14 für einen Regelkreis sind mehrere als Sperrfilter. 11 ausgeführte Störfrequenzfilter eingefügt. Der Abgleicheingang ihrer elektronischen Widerstände 10 ist mit dem Ausgang je eines Haltekreises 9 verbunden· Die Eingänge der Haltekreise 9 sind über je einen elektronischen Analogschalter 12 an den Ausgang des Integrators₄6 geführt, dem-ausgangsseitig der elektronische Analogschalter 8 parallelgeschaltet ist. Der Steuereingang des Analogschalters 8 steht mit dem Ausgang des Differenziergliedes 7 in Verbindung. Die Steuereingänge der Analogschalter 12 sind an je einem Ausgang des Zählers 15 angeschlossen.

Der Eingang des Schwellwertschalters 3 steht über den-Bandpaß 2 mit dem Anschluß 1 in Verbindung. Am Ausgang des Schwellwertschalters 3 sind der Eingang des nichtretriggerbaren Univibrators 4 und der eine Eingang des AND-Gatters 5 angeschaltet, dessen Ausgang mit dem Eingang des Integrators 6 in Verbindung steht. Mit dem Ausgang des Univibrators 4' sind der andere Eingang des AND-Gatters 5, der Eingang des Differenziergliedes 7 und der Zähleingang des Zählers 15 verbunden. Des weiteren ist jedem Haltekreis 9 ausgangsseitig je ein elektronischer Analogschalter 13 parallelgeschaltet. Jeder Analogschalter 13 verfügt über zwei konjunktiv verknüpfte Steuereingänge. Der eine Steuereingang hiervon ist an den Ausgang des Differenziergliedes 7 und der andere Steuereingang an den dem

Jeweiligen Haltekreis 9 zugeordneten Ausgang des Zählers 15 geführt.

Die Y/irkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung ist folgende:

Eine im Regelkreis durch eine Resonanzfrequenz auftretende Störung passiert den Bandpaß 2 und triggert, sobald ihre Amplitude einen vorgegebenen Schwellwert überschritten hat, den Schwellwertsehalter 3. Die Vorderflanke des Rechteckimpulses am Ausgang des Schwellwertschalters 3 stößt den Univibrator 4 an und schließt hierdurch nach vorheriger Differentation durch das Differenzierglied 7 den in der Zeichnung linken Analogschalter 13 kurzzeitig, wodurch der an ihm angeschlossene Haltekreis 9 entladen wird.

Dem Integrator 6 wird vom AND-Gatter 5 ein Rechte.ckimpuls zugeführt, dessen Breite der Dauer des Rechteckimpulses am Ausgang des Schwellwertschalters 3 entspricht. Der Rechteckimpuls des AUD-Gatters 5 wird vom Integrator 6 integriert» Der Momentanwert der Ausgangsspannung des Integrators 6 wird im in der Zeichnung oberen Haltekreis gespeichert und legt den jeweiligen Y/ert des zugehörigen elektronischen Widerstandes 10 und damit die Frequenz fest, die durch das in der Zeichnung linke Sperrfilter 11 bedämpft wird. Bei genügender Breite des vorgenannten Rechteckimpulses erreicht der Momentanwert der Ausgangsspannung des Integrators 6 schließlich eine Größe, bei welcher das linke Sperrfilter 11 auf die Resonanzfrequenz abgeglichen ist. Bei zu schmalen Rechteckimpulsen wird der erforderliche Momentanwert der Ausgangsspannung des Integrators 6 erst nach mehreren Rechteckimpulsen erreicht.

Nach erfolgtem Abgleich des linken Sperrfilters 11 auf die zu dämpfende Resonanzfrequenz verschwindet die Störung am Anschluß 1 des Regelkreises, wodurch am Ausgang des Schwellwertschalters 3 und damit am Ausgang des AlTD-Gatters 5 die Rückflanke der hier auftretenden Rechteckimpulse ausgelöst und der weitere Anstieg der Ausgangsspannung des Integrators 6 unterbunden wird. Infolge der Speicherung des erreichten Endwertes der Ausgangsspannung des Integra-

tors 6 im oberen Haltekreis 9 hält die dämpfende Wirkung des linken Sperrfilters 11 auch nach dem Verschwinden der Störung am Anschluß 1 an. Erst nach dem selbsttätigen Abgleich des linken Sperrfilters 11 auf die zu dämpfende Resonanzfrequenz erscheint die Rückflanke des Ausgangsimpulses des Univibrators 4· Diese Rückflanke schließt nach vorheriger Differentation durch das Differenzierglied 7 den Analogschalter 8 kurzzeitig, der somit den Integrator 6 rücksetzt, und schaltet den Zähler 15 weiter· Durch das Weiterschalten des Zählers 15 wird der in der Zeichnung obere Analogschalter geöffnet und der untere Analogschalter 12 geschlossen. Sobald am Anschluß 1 durch eine zweite Resonanzfrequenz eine erneute Störung mit genügend großer Amplitude-erscheint, entlädt die Vorderflanke des Ausgangsimpulses des Univibrators 4 durch kurzzeitiges Schließen des in der Zeichnung rechten Analogschalters 13 den unteren Haltekreis 9« Der obere, bereits aufgeladene Haltekreis 9 wird jedoch nicht entladen, da der an den Zähler 15 geführte Steuereingang des linken Analogschalters 13 nicht mehr aktiviert ist.

ITa cn der Entladung des unteren Haltekreises 9 schließt sich unmittelbar dessen Aufladung auf denjenigen Spannungswert an, der für den selbsttätigen Abgleich des in der Zeichnung rechten Sperrfilters 11 auf die zweite Resonanzfrequenz erforderlich ist. Es können somit soviele verschiedene Resonanzfrequenzen gleichzeitig bedämpft werden, wie Sperrfilter 11 vorhanden sind.

Claims (4)

Erfinijungsanspruch

1. Schaltungsanordnung zur Bedämpfung von Resonanzfrequenzen in Regelkreisen mit einem in den Regelkreis eingefügten Störfrequenzfilter, das als Sperr- oder als Saugfilter ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Störfrequenzfilter (11) über einen Abgleicheingang verfügt, der mit dem Ausgang eines Haltekreises (9) verbunden ist, dessen Eingang an den Ausgang eines Integrators (6) geführt ist, daß der Eingang des Integrators (6) an dem Ausgang eines Schwellwertschalters (3) angeschlossen ist, dessen Eingang mit dem Eingang des Störfrequenzfilters (11) in Verbindung steht, und daß dem Integrator (6) ausgangs-, seitig ein erster elektronischer Analogschalter (8) und dem Haltekreie (9) ausgangsseitig ein zweiter elektronischer Analogschalter (13) parallelgeschaltet ist, wobei die Steuereingänge beider Analogschalter (8; 13) über eine gemeinsame Steuerschaltung mit dem Ausgang des Schv/ellwertschalters (3) verbunden sind.

2· Schaltungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß -' dem Schwellwertschalter (3) ein Bandpaß (2) vorgeschaltet ist.

3· Schaltungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schwellwertschalter (3) und dem Integrator (6) ein nichtretriggerbarer Univibrator (4) und ein AND-Gatter (5) derart eingefügt sind, daß an dem Ausgang des Schwellwertschalters (3) der Eingang des Univibrators (4) und der eine Eingang des AWD-Gatters (5) angeschlossen sind und daß der andere Eingang des AUD-Gatters (5) mit dem Ausgang des Univibrators (4) in Verbindung steht, wobei der Ausgang des AID-Gatters (5) an den Eingang des Integrators (6) geführt ist und die Steuerschaltung ein Differenzierglied (7) enthält, dessen Eingang mit dem Ausgang des Univibrators (4) in Verbindung steht.

4. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Störfrequenzfilter (11) einen mittels einer Gleichspannung steuerbaren elektronischen Widerstand (10) enthält.

Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Regelkreis mehrere als Sperr- oder als Saugfilter ausgeführte Störfrequenzfilter (11) eingefügt sind, die je einen Abgleicheingang aufweisen, der mit dem Ausgang je eines Haltekreises (9) verbunden ist, wobei die Eingänge der Haltekreise (9) über je einen dritten elektronischen Analogschalter (12) an den Ausgang des.Integrators (6) geführt sind, daß die Steuereingänge der dritten elektronischen Analogschalter (12) an je einem Ausgang eines Zählers (15) angeschlossen sind, dessen Zähleingang mit dem Ausgang des Univibrators (4) in Verbindung steht, und daß jedem Haltekreis (9) ausgangsseitig je ein zweiter elektronischer Analogschalter (13) parallelgeschaltet ist, wobei jeder dieser Analogschalter (13) über zwei konjunktiv verknüpfte Steuereingänge verfügt und der eine Steuereingang hiervon an den Ausgang des Differenziergliedes (7) und der andere Steuereingang an den dem jeweiligen Haltekreis (.9) zugeordneten Ausgang des Zählers (15) geführt ist.

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