DD261859A1

DD261859A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR REGULATING THE AMPLITUDE OF A SWINGARM

Info

Publication number: DD261859A1
Application number: DD30448987A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Gnoth; Marwin Hamann
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1987-07-02
Filing date: 1987-07-02
Publication date: 1988-11-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Regelung der Amplitude eines Schwingers. Erfindungsgemaess wird ein Massstab von am Schwinger angeordneten Sensoren an mindestens einer Stelle abgetastet. Das Abtastsignal wird in seiner Dauer gemessen und zur Steuerung der Amplitude des Schwingers vorzugsweise rechentechnisch ausgewertet. Fig. 1The invention relates to a method and an arrangement for regulating the amplitude of a vibrator. According to the invention, a scale of sensors arranged on the oscillator is scanned at at least one point. The scanning signal is measured in its duration and evaluated to control the amplitude of the vibrator preferably computationally. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung Anwendungsgebiet der ErfindungFor this 1 page drawing application of the invention

Die Erfindung betrifft Anordnungen, bei denen Schwingsysteme zum Einsatz kommen, deren Amplitude geregelt werden muß. Sie betrifft vorzugsweise Meßsysteme, in denen ein Maßstab von einer schwingenden Abtasteinheit über einen bestimmten Bereich abgetastet wird. Das erfinderische Verfahren ist dabei unabhängig von der Art des Maßstabs und der zugehörigen Abtasteinheit, z. B. kann die Abtastung auf kapazitiver, induktiver, elektrooptischer oder elektromagnetischer Basis erfolgen. Die Meßsysteme werden vorzugsweise angewendet zur Winkelmessung, Längenmessung oder Positionierung.The invention relates to arrangements in which vibration systems are used whose amplitude must be controlled. It preferably relates to measuring systems in which a scale is scanned by a vibrating scanning unit over a certain range. The inventive method is independent of the type of scale and the associated scanning unit, z. For example, the sampling can be done on a capacitive, inductive, electro-optical or electromagnetic basis. The measuring systems are preferably used for angle measurement, length measurement or positioning.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Ungeregelte Schwingsysteme weisen meist ein lastabhängiges dynamisches Verhalten auf. Durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch große Massenträgheitsmomente, kann die kinetische Energie so groß gewählt werden, daß die Schwingungsamplitude bei kleinen Laständerungen nur wenig beeinflußt wird. Diese Maßnahmen haben den Nachteil einer notwendigen Überdimensioniorung des Antriebs. Auch steigen die Anschwing- und Abklingzeiten an.Unregulated oscillating systems usually have load-dependent dynamic behavior. By suitable measures, for example, by large moment of inertia, the kinetic energy can be chosen so large that the oscillation amplitude is only slightly affected by small load changes. These measures have the disadvantage of a necessary oversizing of the drive. Also, the start and decay times increase.

In der DE-OS 2621086 ist ein Verfahren zur Regelung eines mechanischen Schwingers beschrieben. Es verwendet am Ende des Schwingers einen zusätzlichen Weggeber, welcher ein der Auslenkung des Schwingers proportionales Signal abgibt, das zur Regelung der Amplitude dient. Das Verfahren hat den Nachteil, daß die Auslenkung des Schwingers zu jedem Zeitpunkt gemessen werden muß. Außerdem ist der Aufwand zur Realisierung des Reglers relativ hoch. Der Regler läßt sich nach erfolgter Dimensionierung und Aufbau nur wenig modifizieren.In DE-OS 2621086 a method for controlling a mechanical vibrator is described. It uses at the end of the oscillator an additional displacement sensor which emits a signal proportional to the deflection of the oscillator, which serves to regulate the amplitude. The method has the disadvantage that the deflection of the vibrator must be measured at all times. In addition, the effort to implement the controller is relatively high. The controller can be modified only little after dimensioning and construction.

Es ist ferner bekannt (z.B. E.Samal: „Elektrische Messung von Prozeßgrößen", Elitera-Verlag Berlin, 1974), eine Drehwinkelmessung auf der Basis von Widerstandsdrehgebern, Differentialdrehkondensatoren oder induktiven Drehwinkel-Ferngebern zu realisieren, die jedoch mit zusätzlichen Aufwänden verbunden sind, weil in jedem Fall der Schwinger mit einem entsprechenden Geber versehen werden muß. Außerdem muß der Drehwinkel über mindestens eine Periode gemessen werden, um die Amplitude zu ermitteln.It is also known (eg E. Samal: "Electrical measurement of process variables", Elitera-Verlag Berlin, 1974) to realize a rotation angle measurement on the basis of resistance encoders, differential rotary capacitors or inductive rotary angle transmitters, which are associated with additional expense, because in each case the oscillator must be provided with a corresponding encoder and the angle of rotation must be measured over at least one period in order to determine the amplitude.

Object of the invention

ZielderErfindung ist die Verringerung destechnisch-ökonomischen Aufwandes und die Verbesserung der Regeleigenschaften.The aim of the invention is the reduction of technical-technical effort and the improvement of the control properties.

-2- 261 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 261 Explanation of the nature of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Amplitude des Schwingers mit möglichst geringem zusätzlichen Aufwand und sehr schnell reagierend zu regeln. Die Amplitudenregelung soll ferner eine aufwandgeringe Anpassungsmöglichkeit an unterschiedliche Reglerstrukturen gestatten.The invention has for its object to control the amplitude of the vibrator with the least possible additional effort and very quickly reacting. The amplitude control should also allow a low-cost adjustment option to different controller structures.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Regelung der Amplitude eines Schwingers, bei dem die Größe der Auslenkung ermittelt und ausgewertet sowie in Abhängigkeit dessen die Amplitude des Schwingers beeinflußt werden dadurch gelöst, daß mit dem Schwinger die Teilung eines Maßstabes abgetastet wird, daß die Abtastsignale an mindestens einer Stelle des Maßstabes gemessen und jeweils in ihrem Impulskennwert Impuls- bzw. Periodendauer ausgewertet werden. Dabei ist die Abtastung des Maßstabes kapazitiv, induktiv, optoelektronisch oder auch elektromagnetisch möglich. Es ist vorteilhaft, wenn die Teilung des Maßstabes an mindestens einer Stelle optoelektronisch erfolgt. Vorteilhaft ist auch eine rechentechnische Auswertung der gemessenen Abtastsignale.According to the invention, this object is achieved in a method for controlling the amplitude of a vibrator, in which the size of the deflection is determined and evaluated as a function of the amplitude of the vibrator are affected by the fact that the pitch of a scale is scanned with the oscillator that the Abtastsignale Measured at least one point of the scale and evaluated in each pulse characteristic impulse or period duration. The scanning of the scale capacitive, inductive, optoelectronic or electromagnetic is possible. It is advantageous if the division of the scale takes place optoelectronically at at least one point. Also advantageous is a computational evaluation of the measured scanning signals.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Anordnung zur Regelung der Amplitude eines Schwingers, enthaltend eine Meßeinrichtung zur Erfassung der Größe der Auslenkung des Schwingers, die ausgangsseitig über eine Regelstufe mit Soll-Istwert-Vergleich mit einem elektrisch gesteuerten Betätigungsglied zur Beeinflussung der Schwingerbewegung in Verbindung steht, dadurch gelöst, daß die Meßeinrichtung aus einem geteilten Maßstab, aus mindestens einer mit Bezug zum Maßstab angeordneten Marke, aus einem ersten am Schwinger angeordneten und mit diesem bewegten Sensor zur Abtastung des geteilten Maßstabes, aus einem zweiten ebenfalls starr am Schwinger angeordneten und mit diesem bewegten Sensor zur Markenabtastung sowie aus einer an die Ausgänge der Sensoren angeschlossenen Meßstufe zur Ermittlung der Impuls- bzw. Periodendauer der Sensorsignale an mindestens einer definierten Stelle des Maßstabes besteht und daß die Regelstufe aus einer der Meßstufe nachgeschalteten Auswertestufe zur Auswertung der Impuls- bzw. Periodendauer der Sensorsignale besteht.The object is achieved in an arrangement for controlling the amplitude of a vibrator, comprising a measuring device for detecting the magnitude of the deflection of the vibrator, the output side is connected via a control stage with reference-actual value comparison with an electrically controlled actuator for influencing the vibrator movement, achieved in that the measuring device of a split scale, from at least one arranged with respect to the scale brand, from a first arranged on the oscillator and moved with this sensor for scanning the divided scale, from a second also arranged rigidly on the oscillator and moved with this Sensor for Markenabtastung and from a connected to the outputs of the sensor measuring stage for determining the pulse or period of the sensor signals at least one defined point of the scale exists and that the control stage of a downstream of the measuring stage evaluation estufe for evaluating the pulse or period of the sensor signals exists.

Es ist ein Vorteil, wenn der Maßstab aus einer Hell-Dunkel-Strichteilung besteht, wenn eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Maßstabes und der Marke vorgesehen ist und wenn die Sensoren aus optoelektronischen Wandlern bestehen. Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn die Auswertestufe einen Mikroprozessor enthält.It is an advantage if the scale consists of a light-dark graduation, if a light source is provided for illuminating the scale and the mark and if the sensors consist of optoelectronic transducers. In addition, it is expedient if the evaluation stage contains a microprocessor.

Erfindungsgemäß wird der Maßstab an mindestens einer Stelle in seiner Teilung abgetastet (z. B. im Nulldurchgang der Pendelbewegung). Aus der Strichteilung des Maßstabes werden jeweils an dieser Stelle der Abtastung des Maßstabes entsprechende elektrische Signale gebildet. Die Dauer der Signale (Impuls- bzw. Periodendauer der Abtasteinzelimpulse von Strichteilung zu Strichteilung) wird jeweils gemessen und ausgewertet und bildet unmittelbar die Ausgangsgröße zur rechnergestützten Amplitudenbeeinflussung über das Stellglied (Elektromagnet), so daß die Amplitude bei jedem Nulldurchgang des Schwingers sehr schnell reagierend geregelt wird. Die Auslenkung des Schwingers muß nicht kontinuierlich, eventuell sogar über längere Zeit verfolgt und abgetastet werden, um ein Maß zur Beeinflussung der Amplutide zu erhalten. Die Auswertung der jeweiligen Impulskennwerte anhand von Sollwerten erfolgt in einer vorzugsweise rechentechnischen Auswertestufe. Durch den Einsatz eines Mikroprozessors mit entsprechender Ein-Ausgabestufe und mit Speicher ist eine aufwandgeringe Realisierung unterschiedlicher Reglerstrukturen und damit eine hohe Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Anwendungsfälle möglich.According to the invention, the scale is scanned at least at one point in its pitch (for example, at the zero crossing of the pendulum movement). From the punctiform division of the scale corresponding electrical signals are respectively formed at this point of the scanning of the scale. The duration of the signals (pulse or period of the scanning single pulses from pitch to pitch graduation) is measured and evaluated and forms directly the output for computer-aided amplitude control via the actuator (solenoid), so that the amplitude at each zero crossing of the vibrator very fast reacting regulated becomes. The deflection of the vibrator does not have to be continuously and possibly even tracked and scanned for a long time in order to obtain a measure for influencing the Amplutide. The evaluation of the respective pulse characteristic values on the basis of desired values takes place in a preferably computer-aided evaluation stage. Through the use of a microprocessor with appropriate input-output stage and memory, a low-complexity realization of different controller structures and thus a high adaptability to different applications is possible.

Besonders aufwandgering ist die Erfindung in solchen Anwendungsfällen realisierbar, die ohnehin Maßstabsabtastungen aufweisen,z.B. Winkelmeßeinrichtungen u.a. Derartige Geräte besitzen häufig Mikrorechnersteuerungen, so daß auch die Auswertung der Abtastsignale keinen zusätzlichen Hardwareaufwand erfordert.Particularly aufwandgering the invention is feasible in such applications, which in any case have scale scans, z. Angle measuring devices u.a. Such devices often have microcomputer controls, so that the evaluation of the scanning requires no additional hardware.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestelten Ausführungsbeispiels mit optoelektronischer Abtastung näher erläutert werdenThe invention will be explained in more detail below with reference to an illustrated in the drawing embodiment with optoelectronic scanning

Es zeigen: Show it:

Fig. 1: Schematische Gesamtanordnung der ErfindungFig. 1: Schematic overall arrangement of the invention

Fig.2: Konstruktive Anordnung des Schwingers und des Maßstabes mit MarkeFig.2: Constructive arrangement of the vibrator and scale with brand

Ein Maßstab 1 besteht aus einem durchsichtigen Trägermaterial 2, auf welchem Hell-Dunkel-Striche 3 in gleichgroßen Abständen aufgebracht sind. Eine Lampe 4 beleuchtet über eine Optik 5 den Maßstab 1 sowie eine ebenfalls auf dem Trägermaterial mit Bezug zum Maßstab 1 aufgebrachte Marke 6. Auf einen um einen Drehpunkt 7 pendelnden und durch ein Federsystem 8 gedämpften Schwinger 9 mit Resonanzfrequenz ist ein Abtastsystem 10 angeordnet, in dem sich ein Fotoempfänger 11 als erster optoelektronischer Wandler zur Abtastung des beleuchteten Maßstabes 1 sowie oin Fotoempfänger 12 als weiterer optoelektronischer Wandler zur Abtastung der Marke 6 befinden. Die Marke 6 ist vorzugsweise annähernd im Nulldurchgang des Schwingers 9 angeordnet. Überstreicht der Schwinger 9 diesen Nulldurchgang, so löst der durch die Marke 6 erzeugte elektrische Impuls in einer Meßstufe 13 die Messung der Dauer eines Signales aus, das durch den geteilten Maßstab 1 gebildet wird. Hierbei wird entweder die Dauer eines Impulses (Impulsbreite) oder die Periodendauer (Zeit zwischen zwei gleichartigen Flanken) des Signals zwischen zwei Hell-Dunkel-Strichten 3 gemessen. Der Ausgang der Meßstufe 13 ist auf den Eingang einer Auswertestufe 14 geführt, die einen Mikroprozessor 15 mit Ein- und Ausgabemodul 16 und Speicher 17 enthält, und in welcher die besagte gemessene Impuls- oder Periodendauer des Abtastsignals rechentechnisch ausgewertet wird. Von der Auswertestufe 14 wird ein Schalter 18 gesteuert, dereinen Elektromagneten 19 an eine Betriebsspannung U₈ schaltet, wodurch eine Kraft auf den Schwinger 9 ausgeübt wird. Die Dauer der Krafteinwirkung wird aus dem Abtastsignal im Nulldurchgang des Schwingers 9 ermittelt und steuert dessen Amplitude.A scale 1 consists of a transparent substrate 2, on which light-dark lines 3 are applied at equal intervals. A lamp 4 illuminates the scale 1 via an optical system 5 as well as a mark 6 likewise applied to the carrier material with reference to scale 1. A scanning system 10 is arranged on a oscillating oscillator 9 with resonant frequency oscillating about a pivot point 7 and damped by a spring system 8 a photo receiver 11 as the first optoelectronic transducer for scanning the illuminated scale 1 and oin photo receiver 12 as a further optoelectronic transducer for scanning the mark 6 are located. The mark 6 is preferably arranged approximately at the zero crossing of the oscillator 9. If the oscillator 9 passes over this zero crossing, the electrical pulse generated by the mark 6 in a measuring stage 13 triggers the measurement of the duration of a signal which is formed by the divided scale 1. In this case, either the duration of a pulse (pulse width) or the period duration (time between two similar edges) of the signal between two light-dark stages 3 is measured. The output of the measuring stage 13 is fed to the input of an evaluation stage 14, which includes a microprocessor 15 with input and output module 16 and memory 17, and in which the said measured pulse or period of the sampling signal is evaluated by computational. From the evaluation stage 14, a switch 18 is controlled, which switches an electromagnet 19 to an operating voltage U ₈ , whereby a force is exerted on the oscillator 9. The duration of the force is determined from the sampling signal in the zero crossing of the vibrator 9 and controls its amplitude.

Claims

1. A method for controlling the amplitude of a vibrator, wherein the size of the deflection is determined and evaluated, and depending on the amplitude of the oscillator are affected, characterized in that the graduation is scanned with the oscillator that the scanning signals at least one Measured point of the scale and are evaluated in each pulse characteristic impulse or period duration.

2. The method according to claim 1, characterized in that the division of the scale takes place optoelectronically at least one point.

3. The method according to claim 1, characterized in that the evaluation of the measured scanning signals is performed computationally.

4. An arrangement for controlling the amplitude of a vibrator, comprising a measuring device for detecting the magnitude of the deflection of the vibrator, the output side via a control stage with setpoint-actual value comparison with an electrically controlled actuator for influencing the vibrator motion is in communication, characterized in that the measuring device of a divided scale (1), of at least one mark (6) arranged with respect to the scale, of a first sensor (11) rigidly arranged on the oscillator (9) for scanning the divided scale (1), from a second likewise rigidly arranged on the oscillator (9) and moved with this sensor (12) for Markenabtastung and from a to the outputs of the sensors (11,12) connected to the measuring stage (13) for determining the pulse or period of the sensor signals at least one defined point of the scale (1) and that the control stage from one of the measuring stage (13) n switched evaluation stage (14) for evaluating the pulse or period of the sensor signals exists.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the scale (1) consists of a HeII-Dunkel-Strichteilung (3), that a light source (4) for illuminating the scale (1) and the mark (6) is provided and that the sensors (11, 12) consist of optoelectronic transducers.

6. Arrangement according to claim 4, characterized in that die.Auswertestufe (14) includes a microprocessor (15).