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Verfahren zur Übergabe von Impulsen auf richtungsempfindliche Ausgabeeinheiten,
insbesondere Schrittmotoren in digitalen Regelungsanlagen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Übergabe von Impulsen auf richtungsempfindliche Ausgabeeinheiten,
insbesondere Schrittmotoren in digitalen Regelungsanlagen, unter Verwendung
je eines mit diesen ständig verbundenen Speichers für eine Zählrichtung (Vorwärtszählen),
deren obere Grenzfrequenz wesentlich höher ist als die der Ausgabeeinheiten.
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In der Regelungstechnik liegt die Aufgabe vor, Stellglieder mit Impulsen
zu steuern, die von digital arbeitenden Reglern abgegeben werden. Die Impulse sind
mit einem Vorzeichen behaftet, das angibt, ob sich das Stellglied in der einen oder
anderen Richtung bewegen soll (Zusteuern bzw. Aufsteuern). Als Ausgabeeinheiten
werden unter anderem Schrittmotoren für zwei Drehrichtungen verwendet, die das Stellglied
entweder unmittelbar oder über einen Stellungsmacher beeinflussen. Mit jedem von
dem Regler abgegebenen Impuls wird die Stellgröße um einen bestimmten Betrag größer
oder kleiner.
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Es ist üblich, zwischen die Impulsgeber (Regler) und die Schrittmotoren
Speicher einzuschalten. Die Speicher bestimmen entsprechend den einlaufenden Impulsen
die richtigen Verbindungen zwischen den Erregerwicklungen der Schrittmotoren und
einer Speisestromquelle, so daß der Läufer durch das sich sprungweise drehende Ständerfeld
mitgenommen wird. Der jeweils letzte Schaltzustand wird in dem Speicher bis zum
Eintreffen des nächsten Impulses zum Erzeugen der Haltekraft aufrechterhalten. Die
Zahl der Speicherstellen richtet sich nach der Anzahl der möglichen Schaftzustände
des Schrittmotors. Bei besonderer Ausbildung der Pole im Motor kann der Läufer aber
eine bedeutend größere Zahl bestimmter Winkelstellungen annehmen.
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Die Speicher bestehen üblicherweise aus mehreren miteinander gekoppelten
bistabilen Kippstufen, beispielsweise werden für vier verschiedene Schaltstellungen
des Schrittniotors zwei Kippstufen verwendet. Die Kippstufen sind derart miteinander
verbunden, daß ihr Schaftzustand bei jedem eintreffenden Impuls in einen neuen Schaltzustand
übergeht, bis nach einer gewissen Impulszahl, z. B. vier Impulsen, der ursprüngliche
Schaltzustand wieder erreicht ist. Zum Anschluß von Schrittmotoren für beide Drehrichtungen
mußten die Speicher bisher als Vor- und Rückwärtszähler ausgebildet sein.
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In einer bekannten Ausführungsform derartiger Speicher sind zwei Eingangsleitungen
vorgesehen, wobei die eine Leitung mit den Impulsen für eine Zählrichtung und die
andere Leitung mit den Impulsen für die andere Zählrichtung beaufschlagt wird. Die
Eingangsleitungen und weitere Kopplungsleitungen sind über Torschaltungen (Dioden-Widerstandsanordnungen)
an die Speicherstufen angeschlossen. In einer anderen bekannten Ausführungsform
weisen vor- und rückwärtszählende Speicher ebenfalls Torschaltungen und zwei Eingangsleitungen
auf, wobei jedoch die Impulse auf der einen Leitung den Betrag und das Signal auf
der anderen Leitung die Zählrichtung angeben.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Impulsübergabe
auf richtungsempfindliche Ausgabeeinheiten (Schrittmotoren) zu schaffen, bei dem
auf komplizierte und aufwendige vor- und rückwärts zählende Speicher verzichtet
werden kann. Die Ausgabeeinheiten sollen dabei ständig mit den zugeordneten Speichern
verbunden bleiben.
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Die Erfindung bezieht sich also auf ein Verfahren zur Übergabe von
Impulsen auf richtungsempfindliche Ausgabeeinheiten, insbesondere Schrittmotoren
in digitalen Regelungsanlagen, unter Verwendung je eines mit diesen ständig verbundenen
Speichers für eine Zählrichtung (Vorwärtszählen), deren obere Grenzfrequenz wesentlich
höher ist als die der Ausgabeeinheiten.
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Die Erfindung besteht darin, daß zur Übergabe je eines Rückwärtsimpulses
auf die Ausgabeeinheit in den Speicher eine Impulsserie von (n - 1)
Impulsen eingezählt wird, wobei n die Anzahl der möglichen Speicherstellungen ist,
und daß die Impulse einer Serie so kurzzeitig aufeinanderfolgen, daß nach
Ab-
lauf einer Serie die Ausgabeeinheit um einen Schritt zurückgestellt wird.
Es
wird bei dem neuen Verfahren teilweise Gebrauch gemacht von einem in der Rechentechnik
be-
reits angewendeten SÜbtraktionsverfahren nach dem Prinzip der Komplementbildung.
Es gehört nämlich zum Stand der Technik, aus einem nur vorwärtszählenden Speicher
eine Zahl abzuziehen, indem in einem besonderen Pufferspeicher das Komplement der
zu subtrahierenden Zahl gebildet und zu dem Inhalt des vorwärtszählenden Speichers
addiert wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren spielt jedoch außerdem die Folgefrequenz
der komplementären Impulsserie eine wichtige Rolle.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und ein Ausführungsbeispiel zu seiner
Ausübung werden an Hand einer Zeichnung mit zwei Figuren erläutert.
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In F i g. 1 sind die in den Speicher mit der richtungsempfindlichen
Ausgabeeinheit einlaufenden Impulse sowie die Ausgangsgröße der Ausgabeeinheit in
Abhängigkeit von der Zeit dargestellt, während in F i g. 2 mit einem Blockschaltbild
die Verknüpfung der verwendeten Baugruppen gezeigt ist.
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Zur Erläuterung des Verfahrens sei zunächst angenommen, daß der vorwärtszählende
Speicher mit dem angeschlossenen Schrittmotor vier verschiedene Schaftzustände annehmen
kann. Im Teil a der F i g. 1
sind die in den Speicher einlaufenden Impulse
und im Teil b die Drehwinkel des Schrittmotors markiert.
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Zunächst nimmt die Welle des Schrittmotors die Winkelstellung cci
ein. In einem späteren Zeitpunkt soll der Motor durch einen Impuls ausgelöst um
einen Schritt a zurückgestellt werden. Dazu wird ab t, aus dem Rückwärtsimpuls das
Komplement als Impulsserie von drei Impulsen erzeugt und in den vorwärtszählenden
Speicher eingegeben. Der Speicher zählt drei Stufen weiter, so daß er
- wie an sich bekannt - dieselbe Schaltlage annimmt, als ob er um
eine Stufe zurückgestellt worden wäre. Der an dem Speicher angeschlossene Schrittmotor
wird jedoch infolge seiner Trägheit durch die rasch aufeinanderfolgenden Impulse
nicht sofort in Bewegung gesetzt, vielmehr dreht er erst ab t" auf dem kürzesten
Weg, nämlich rückwärts, in die neue Lage cc2. Von dem Zeitpunkt t. ab kann sich
der voranstehend beschriebene Ablauf wiederholen, so daß der Motor wieder-um um
oc in die Stellung% dreht. Der zu t4 einlaufende einzelne Impuls bewegt die Motorwelle
wie an sich bekannt in umgekehrter Richtung.
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Die Impulsfolgefrequenz innerhalb einer Serie muß hoch gegenüber der
höchsten Frequenz sein, die der Schrittmotor noch verarbeiten kann, andererseits
darf in dem Speicher kein Impuls verlorengehen. Da die Schrittmotoren verhältnismäßig
träge sind, während elektronische Speicher vergleichsweise rasch arbeiten, läßt
sich diese Forderung leicht erfüllen. Zwischen zwei Impulsserien muß ferner ein
genügend großes Zeitintervall liegen, damit durch den jeweils letzten Impuls einer
Serie der Motor verstellt wird.
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In F i g. 2 ist mit 10 ein zentraler digitaler Regler
als Impulsgeber bezeichnet. Der Regler hat einen Ausgang 1 für die Impulszahl
und einen zweiten Ausgang 11 für das Vorzeichen dieser Impulse. Der Regler
arbeitet über Speicher, z. B. 11, mit Schrittmotoren, z. B. 12, zusammen.
Die Wicklungen der Motoren sind dabei ständig mit den Schalteinrichtungen der Speicher
verbunden. Zur Verknüpfung des Reglers 10 mit den Speichern, z. B.
11, sind zwei UND-
Glieder 13, 14, ein Pufferspeicher
15 sowie ein ODER-Glied 16 vorgesehen. Beide UND-Glieder sind an die
Leitungen I, II des Reglers angeschlossen. Während der Ausgang des UND-Gliedes
13 unmittelbar zum Eingang des ODER-Gliedes 16 führt, ist in die Ausgangsleitung
des UND-Gliedes 14 der Pufferspeicher 15 eingefügt. Das ODER-Glied
16,
das auch durch eine einfache galvanische Verbindung der Leitungen realisiert
werden kann, weist ausgangsseitig einen Umschalter 17 zum Anschluß des Speichers
11 mit dem Schrittmotor 13 sowie weiterer derartiger Kombinationen
auf, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind.
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Tritt nun auf der Leitung I ein Impuls auf, so wird dieser
je nach dem Signal auf der Vorzeichenleitung II entweder durch das UND-Glied
13 oder das UND-Glied 14 mit dem negierten Vorzeicheneingang weitergeleitet.
Ist diesem Impuls beispielsweise das positive Vorzeichen zugeordnet, so gelangt
dieser über das ODER-Glied 16 und den Schalter 17 unmittelbar zu dem
Speicher 11: Der Schrittmotor 12 dreht einen Schritt vor. Ein von dem Regler
10 abgegebener Rückwärtsimpuls läuft jedoch über das UND-Glied 14 in den
Pufferspeicher 15. In dem Pufferspeicher wird mittels der Hilfsfrequenz fl,
eine komplementäre Impulsserie von (n - 1) Impulsen erzeugt, wobei
n die Kapazität des Speichers 11 ist. Die den Speicher 11 beeinflussenden
kurzzeitig aufeinanderfolgenden Impulse lassen den Schrittmotor wie bereits beschrieben
einen Schritt zurückdrehen. In einer anderen Stellung des Schalters 17 können
in ähnlicher Weise weitere Schrittmotoren in beiden Richtungen verstellt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dann durch
einen geringen Aufwand aus, wenn mehrere Schrittmotoren mit einem zentralen Regler
zusammenarbeiten. Die mit den Schrittmotoren verbundenen Speicher lassen sich für
nur eine Zählrichtung sehr einfach ausführen. An diese Speicher ist nur eine Leitung
angeschlossen, da eine Zuführung für das Vorzeichen entfällt. Der zusätzliche Pufferspeicher
und die Logikglieder werden im Zeitmultiplexbetrieb sehr gut ausgenutzt, so daß
ihr Kostenanteil an der gesamten Schaltung verhältnismäßig gering ist.
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Das beschriebene Verfahren eignet sich nicht nur zum Anschluß von
Schrittmotoren an digitale Regler, vielmehr wird es überall dort vorteilhaft angewendet,
wo verhältnismäßig langsame Ausgabeeinheiten durch Impulse wahlweise in einer von
zwei Richtungen zu verstellen sind, z. B. in der Fernwirktechnik.