DE1116775B - Verfahren zur eindeutigen Kopplung von Grob-Fein-UEbertragungssystemen - Google Patents

Description

• Verfahren zur eindeutigen Kopplung von Grob-Fein-Übertragungssystemen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur eindeutigen Kopplung von Grob-Fein-Übertragungssystemen, insbesondere für Digital-Analog-Wandler, bei dem beide Systeme durch ein mechanisches Übersetzungsgetriebe gekuppelt sind.
• Für derartige Übertragungsanlagen verwendet man bekanntlich im allgemeinen induktiv arbeitende Geber und Empfänger, bei denen, wenn die Stellung des Läufers zum Ständer im Geber von der Stellung des Läufers zum Ständer im Empfänger abweicht, eine Fehlerspannung auftritt, deren Amplitude vom Fehlwinkel 8a, das ist der Winkel, um den sich die Läuferstellungen, bezogen auf ihren Ständer, unterscheiden, abhängt. Ist die Amplitude der speisenden Wechselspannung des Feinsystems Ufein und die des Grobsystems Ugrob, so erhält man bei einem Fehlwinkel 8a für die Fehlerspannungen im Feinsystem und Grobsystem fein = Ufein sin (U t # sin ö ox fein , b ugrob = Ugrob sin co t - sin Ö xgrob .
• Die Fehlwinkel öxfein und bcxgröb sind bei einer festen Getriebeübersetzung ü einander proportional nach der Beziehung Dienen die Fehlerspannungen im Grobsystem und im Feinsystem zur Bildung einer Regelabweichung u", so müssen beide Spannungen addiert werden und man erhält u, = augrob + &ufein# Um mehrfache Nulldurchgänge der Regelabweichung zu vermeiden, müssen die Amplituden der Fehlerspannungen aufeinander abgestimmt werden. Dieses geschieht entweder durch geeignete Wahl der Amplituden Ugrob und Ufein oder durch Begrenzung der Spannung bufein.
• Da das Getriebe zwischen Feinsystem und Grobsystem stetig arbeitet, die Vorgabe der Sollwerte für das Fein- und Grobsystem aber unstetig erfolgt und somit für eine Anzahl von Feinwerten nur ein Grobwert vorgesehen ist, muß die Fehlerspannung des Grobsystems einen Nullbereich erhalten. Die Breite des Nullbereiches ist von der Wahl des Zahlensystems und von der Getriebeübersetzung abhängig. Außerdem muß gewährleistet werden, daß keine Mehrdeutigkeiten entstehen.
• Ordnet man jedem Schritt des Grobsystems einen Umlauf des Feinsystems zu, so ist die erforderliche Übersetzung gleich der Schritteilung des Grobsystems, z. B. hundert. Derartige Übersetzungen sind dynamisch nicht zu beherrschen. Andererseits muß dann das Grobsystem einen Nullbereich von einer Schrittteilung erhalten. Um Mehrdeutigkeiten zu vermeiden, müßte dieser Nullbereich auf einen halben Schritt des Feinsystems genau gemacht werden, damit z. B. der letzte Feinschritt der einen Grobstufe exakt vom ersten Feinschritt der folgenden Grobstufe unterschieden werden kann. Bei einer Feineinteilung von hundert Schritten im Feinsystem kann diese Forderung nicht mehr erfüllt werden. Man hat daher auch schon andere Übertragungen zwischen Grob- und Feinsystem gewählt, bei denen ein Grobschritt keinem vollständigen Umlauf des Feinsystems entspricht, sondern einem Bruchteil eines- Umlaufes. Bekannte Anordnungen dieser Art arbeiten- mit Übersetzungsverhältnissen in der Größenordnung 1 : 20 und kleiner. Um dabei zu eindeutigen Anzeigen zu kommen, muß die Fehlerspannung des Feinsystems auf einen kleinen Wert beschränkt werden. Zur Spannungsbegrenzung ist es bekannt, beispielsweise Zenerdioden zu verwenden.
• Die sinnvolle Spannungsbegrenzung der Fehlerspannung des Feinsystems hängt von der Spannung des Grobsystems, des Übersetzungsverhältnisses und der Überlappung der Nullbereiche ab. Die Erfindung gibt nun die Lehre, ohne auf den Einzelfall abgestellte experimentelle Untersuchungen die verschiedenen an die Kopplung von Grob- und Feinsystem zu stellenden Forderungen in einer dynamisch einfach zu beherrschenden Weise zu erfüllen. Bei einem Verfahren zur eindeutigen Kopplung von elektrischen Grob-Fein-Übertragungssystemen, insbesondere für Digital-Analog-Wandler, bei dem beide Systeme durch ein mechanisches Übersetzungsgetriebe gekuppelt sind, das Grobübertragungssystem für jeden Grobschritt einen Nullbereich besitzt, der sich über mehrere Feinschritte erstreckt und sich mit den Nullbereichen benachbarter Grobschritte überlappt, und die Spannung des Feinsystems begrenzt wird, wird dies nach der Erfindung dadurch erreicht, daß bei gleicher Unterteilung von Grob- und Feinsystem in n Teilschritte, wobei Feinschritten ein Grobschritt zugeordnet ist (1 < m < , bei n = 100; vorzugsweise m = 4) und (c die Größe der Überlappung der Nullbereiche angibt, die Fehlerspannung des Feinsystems auf einen Wert (@ttfein)max begrenzt wird, dessen Verhältnis zu der unterdrückten Spannung im Nullbereich des Grobsystems (ugrob)o gegeben ist zu Dabei ist es zweckmäßig, zur Vermeidung von Übersteuerungen die Fehlerspannung im Grobsystem auf wenigstens angenähert den doppelten Wert der maximalen Fehlerspannung im Feinsystem zu begrenzen, d. h.
• (augrob)max = 2(aufezn)max.
• Dann verbleibt bei Phasenopposition von Öugrob und öufein immer noch eine Regelabweichung von der Größe (öufein)max.
• Bei einem Nullbereich des Grobsystems von der Größe muß dann im Grobsystem eine Spannung unterdrückt werden von der Größe (ugrob)o - Ugrob sin 0 b-grob)o Die erforderlichen Spannungsbegrenzungen und Spannungsunterdrückungen lassen sich bei diesem Verfahren unter Verwendung von Halbleiterschaltelementen in einfacher Weise erreichen. Die zu begrenzende Spannung braucht nur an die Reihenschaltung eines Widerstandes mit zwei Zenerdioden, die mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung hintereinanderliegen, oder mit einer Gleichrichterbrücke, in deren einer Brückendiagonalen eine Zenerdiode liegt, geführt zu werden. An den Zenerdioden oder der Gleichrichterbrücke tritt dann die begrenzte Spannung auf. Reicht die zur Verfügung stehende Leistung nicht aus, so kann man die Spannung an den Zenerdioden zunächst zur Steuerung eines Transistors in Emitterbasisschaltung verwenden. Zur Spannungsunterdrückung ist gleichfalls die Reihenschaltung eines Widerstandes mit einer Zenerdiode geeignet. Legt man die zu unterdrückende Spannung an diese Reihenschaltung, so tritt an dem Widerstand die verbleibende Restspannung auf.
• Unterteilt man beispielsweise das Grobsystem und das Feinsystem in je hundert Teile, so erhält man für m = 4 eine Getriebeübersetzung von ü = 25. Diese Übersetzung ist technisch leicht zu beherrschen. Für hundert Feinschritte ergeben sich vier Grobschritte mit überlappenden Nullbereichen. Ohne die Eindeutigkeit zu gefährden, kann man dabei den Nullbereich jedes Grobkanals auf mehrere Feinschritte ausdehnen. Für kleine Argumente der Sinusfunktionen vereinfacht sich die angegebene Bezeichnung für das Verhältnis der begrenzten Fehlerspannung des Feinsystems zu der unterdrückten Spannung im Nullbereich des Grobsystems zu Dabei ist K eine Apparatekonstante.
• In der Fig. 1 ist als Blockschaltbild die Begrenzung und Unterdrückung der Fehlerspannung dargestellt. Die Fehlerspannung des Feinsystems wird bei 1 in den Feinkanal 2 eingesteuert. Über einen Verstärker 3 wird sie einem Begrenzer 4 zugeführt, dessen Eingangsspannung auf das Summationsglied 5 gegeben wird. In entsprechender Weise wird die Fehlerspannung des Grobsystems 6 in den Grobkanal 7 eingeführt. Nach Verstärkung in dem Verstärker 8 wird sie zunächst dem Nullbereichsunterdrücker 9 zugeführt. Die Ausgangsspannung der Unterdrückungsschaltung wird anschließend in der Begrenzerschaltung 10 begrenzt und der begrenzte Wert gleichfalls dem Summationsglied 5 zugeführt. Am Ausgang des Summationsgliedes tritt dann die eindeutige Summenspannung auf, die z. B. ein Maß für eine Regelabweichung sein kann.
• Geeignete Schaltungen für die Spannungsbegrenzung sind in den Fig.2 und 3 dargestellt. Die zu begrenzende Spannung wird über die Klemmen 11 in Fig. 2a der Reihenschaltung von Widerstand 12 und Zenerdioden 13 und 14 zugeführt. An den Klemmen 15 tritt dann die begrenzte Spannung auf, deren Verlauf als Funktion der auf die Abszisse aufgetragenen zu begrenzenden Spannung in Fig.2b dargestellt ist. In Fig. 3 tritt an die Stelle der Reihenschaltung von zwei Zenerdioden die Gleichrichterbrücke 16, an deren Brückendiagonale eine Zehnerdiode 17 liegt. Auch bei dieser Spannung tritt an den Klemmen 15 eine Spannung auf, die den in Fig. 2b dargestellten Verlauf hat.
• Zur Spannungsunterdrückung kann die Spannung den Klemmen 18 der in Fig. 4a dargestellten Reihenschaltung von Zenerdiode 19 und Widerstand 20 zugeführt werden. An den Klemmen 21 tritt dann eine Spannung auf, die, über der Eingangsspannung als Abszisse aufgetragen, den in Fig. 4b dargestellten Verlauf hat. Dabei wird ausgenutzt, daß die Zenerdiode erst beim Erreichen der Zenerspannung leitend wird, so daß die Ausgangsspannung gegenüber der Eingangsspannung um den Betrag der Durchbruchsspannung vermindert ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur eindeutigen Kopplung von elektrischen Grob-Fein-Übertragungssystemen, insbesondere für Digital-Analog-Wandler, bei dem beide Systeme durch ein mechanisches Übersetzungsgetriebe gekuppelt sind, das Grobübertragüngssystem für jeden Grobschritt einen Nullbereich besitzt, der sich über mehrere Feinschritte erstreckt und sich mit den Nullbereichen benachbarter Grobschritte überlappt, und die Spannung des Feinsystems begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleicher Unterteilung von Grob- und Feinsystem in n Teilschritte, wobei Feinschritten ein Grobschritt zugeordnet ist (1 < m < bei n = 100, vorzugsweise m = 4) und y die Größe der Überlappung der Nullbereiche angibt, die Fehlerspannung des Feinsystems auf einen Wert (8ufein)max begrenzt wird, dessen Verhältnis zu der unterdrückten Spannung im Nullbereich des Grobsystems (ugrob)a gegeben ist zu 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Übersteuerungen die Fehlerspannung im Grobsystem auf wenigstens angenähert den doppelten Wert der maximalen Fehlerspannung im Feinsystem begrenzt wird. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Nullbereich im Grobsystem von der Größe im Grobsystem eine Fehlerspannung der Größe (ugrob)o = Ugrob - sin- (8cxgrob)o unterdrückt wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu begrenzende Spannung an die Reihenschaltung eines Widerstandes mit zwei Zenerdioden, die mit entgegengesetzter Durchflußrichtung hintereinanderliegen, oder mit einer Gleichrichterbrücke, in deren einer Brückendiagonalen eine Zenerdiode liegt, geführt ist und die begrenzte Spannung an den Zenerdioden oder der Gleichrichterbrücke abgegriffen wird. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu unterdrückende Spannung an der Reihenschaltung eines Widerstandes mit Zenerdioden geführt ist und die Restspannung an dem Widerstand abgegriffen wird. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung an den Zenerdioden zur Steuerung eines Transistors in Emitterbasisschaltung dient. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 848 615, 957 281, 549 130, 610 742, 682 510; deutsche Auslegeschrift Nr. 1012 542; AEG-Druckschrift TR 1281 (J/5718) vom März 1952, S. 6; AEG-Druckschrift J/5734a (Abteilung Industrie J/TE) vom Juli 1956, S. 7, 8 und 12; VDE-Fachberichte, 19. Band (1956) als Sonderdruck der AEG, S. 4; Zeitschrift »Elektrische Rundschau«, ». 1957. S. 376 und 377; 2«b Zeitschrift >werktechnik«, Jg.1957, S.371 und 372; Zeitschrift »Elektronik«, Jg. 1958, S. 185 und 186.