DE1269166B

DE1269166B - Digital-Analog-Umsetzer zur Erzeugung von dem Sinus bzw. dem Cosinus eines digital dargestellten Winkels proportionalen Analogwerten

Info

Publication number: DE1269166B
Application number: DEP1269A
Authority: DE
Original assignee: Olivetti SpA
Current assignee: Olivetti SpA
Priority date: 1964-03-12
Filing date: 1965-03-12
Publication date: 1968-05-30
Also published as: GB1090239A; CH422952A; FR1432887A; US3375513A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/00

Nummer: 1269 166

Aktenzeichen: P 12 69 166.6-31

Anmeldetag: 12. März 1965

Auslegetag: 30. Mai 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen Digital-Analog-Umsetzer, der zwischen seinen beiden Ausgangsanschlußpaaren zwei Spannungen liefert, die proportional dem Sinus- bzw. dem Cosinuswert eines Winkels sind, der durch eine Binärzahl mit η Bits dargestellt wird, die η Eingangsanschlüssen zugeführt werden, und bei dem die Ausgangsanschlüsse an zwei Anschlüsse einer Spannungsquelle jeweils über einen von zwei Kreisen angeschlossen sind, die je eine Kette aus η den η Eingangsbits entsprechenden Stufen enthalten, die je die Impedanz zwischen der Spannungsquelie und den Ausgangsanschlüssen verändern, um die jeweilige Ausgangsspannung um einen von dem entsprechenden Eingangsbit abhängigen Beitrag zu vermehren.

Da Binärumsetzer dieser Gattung aus einem Widerstandsnetz bestehen, haben sie eine unzureichende Genauigkeit sowie keine ausreichende Stabilität.

Es sind bereits genauer arbeitende Umsetzer bekanntgeworden, die in jeder Stufe eine Vielzahl von Transformatoren enthalten. Jedoch muß bei diesen Transformatorumsetzern der Eingangswinkel in Dezimalform dargestellt werden. Dies führt zu einer erheblichen Komplizierung sowohl hinsichtlich des Aufbaus der Schaltvorrichtungen zum übertragen dieser Zahl aus dem Speicher oder von dem Aufzeichnungsträger, auf welchem sie aufgezeichnet ist, in den Umsetzer als auch hinsichtlich der Vorbereitung des Aufzeichnungsträgers. Darüber hinaus haben diese Umsetzer mit Dezimaleingang insofern einen Nachteil, als sie Transformatoren enthalten, die mit einer größeren Anzahl von Anzapfungen versehene Sekundärwicklungen und mehrschrittige Wählmechanismen für die Auswahl dieser Anzapfungen aufweisen, wobei die numerischen Daten dem Eingang der Rechner in Form von Digitgruppen zugeführt werden müssen und jedes Digit mit Hilfe von 10 Binärstellen dargestellt wird. Demzufolge bedingen die bekannten Dezimalumsetzer die Verwendung von zu vielen Kontakten und das Lesen eines zu langen Codes. Ferner beeinträchtigt der infolge der Ungenauigkeit der Übersetzungsverhältnisse verursachte Fehler sämtliche Werte der Ausgangsspannungen.

Auch wurde bereits ein Binäreingang-Umsetzer mit einem Netz von Widerständen vorgeschlagen, bei dem im Vergleich zu den Dezimaleingang-Umsetzern insofern eine größere Genauigkeit erzielt wird, als die

durch die den Winkeln π, -γ und 4- entsprechenden Eingangsbits gelieferten Beiträge nur mit Hilfe von Schaltern erhalten werden, welche unterschiedliche Abgriffspunkte wählen, ohne die Einschaltung von Digital-Analog-Umsetzer zur Erzeugung
von dem Sinus bzw. dem Cosinus eines digital
dargestellten Winkels proportionalen
Analogwerten

Anmelder:

Ing. C. Olivetti & C, S. p. A., Ivrea (Italien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Müller-Börner

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, Patentanwälte,

1000 Berlin 33, Podbielskiallee 68

Beanspruchte Priorität:

Italien vom 12. März 1964 (5811)

neuen Transformatoren oder Widerständen. Jedoch bedingt dieser Binärumsetzer, daß der Eingangswinkel in einem zyklischen Binärcode ausgedrückt werden muß, was zwangläufig zu einer schwerwiegenden Komplizierung der die dem Umsetzer zuzuführenden Daten verarbeitenden arithmetischen Kreise führt.

Die vorstehend erörterten und weitere Mängel sowie Nachteile der bisher bekannten Umsetzer werden durch den Digital-Analog-Umsetzer nach der Erfindung behoben, der in der Weise ausgebildet ist, daß die Zahl in einem reinen Binärcode ausgedrückt ist und daß jede Stufe einen Transformator enthält, der unter Steuerung durch das entsprechende Eingangsbit wahlweise in den Kreis einschaltbar ist, daß jeder zu den Stellen oberhalb einer bestimmten Stelle m gehörende Transformator ein übersetzungsverhältnis gleich dem Tangenswert des durch das entsprechende Eingangsbit dargestellten Winkels hat und daß seine Primärwicklung von dem Ausgang der zu dem anderen der beiden Kreise gehörenden vorherigen Stufe gespeist wird, wobei ein von dem Eingangsbit gesteuerter Schalter den Ausgang der nächstvorherigen Stufe mit dem Eingang der nächstfolgenden Stufe entweder unmittelbar oder über die Sekundärwicklung des Transformators verbindet.

Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend an Hand eines in F i g. 1 a und 1 b dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 a und 1 b teilweise ein Schaltbild des Umsetzers nach der Erfindung, und \

F i g. 2 zeigt, wie F i g. 1 a und 1 b zusammenzufügen sind.

Wie bereits vorgeschlagen (s. Patentanmeldung O 10416VIIIb/21 c) läßt sich eine Werkzeugmaschinen-Digitalsteuervorrichtung mit Hilfe eines auf einem Aufzeichnungsträger, beispielsweise einem Magnetband, aufgezeichneten Programms steuern, das aufeinanderfolgende Befehle enthält, die mit Hilfe von Binärzahlen ausgedrückt sind, die je π Bits enthalten, die die aufeinanderfolgenden Positionen des verstellbaren Elements der Maschine, beispielsweise des Werktisches, darstellen, wobei diese Befehle über einen Digital-Analog-Umsetzer einer die Position dieses verstellbaren Elements steuernden Servoeinrichtung zugeführt werden.

Um die Relativposition des verstellbaren Elements in bezug auf den feststehenden Teil der Maschine abzutasten und zu messen, wird ein Positions-Meßtransformator der beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 799 835 beschriebenen Bauart in der genannten Servoeinrichtung benutzt, der eine feststehende, mehrpolige Wicklung und zwei von dem verstellbaren Element der Maschine getragene, verstellbare Wicklungen enthält. Diese Relativposition kann als Winkel ausgedrückt werden, wenn man die Polteilung der Wicklung dem Winkel 2.τ im natürlichen Winkelmaß entsprechen läßt. Wie in der vorerwähnten Patentanmeldung vorgeschlagen, ist dieser Positions-Meßtransformator mit zwei Eingängen versehen, die mit zwei phasengleichen Wechselspannungen gespeist werden müssen, deren Höchstamplitude dem Sinus- bzw. dem Cosinuswert dieses der Relativposition entsprechenden Winkels proportional ist. Die Frequenz dieser Wechselspannungen kann beispielsweise gleich 1OkHz sein.

Die Erfindung läßt sich durch den vorstehend erörterten Digital-Analog-Umsetzer verkörpern, der jede eine Position darstellende Binärzahl in zwei Analoggrößen umsetzen kann, die den Sinus- bzw. den Cosinuswert des dieser Position entsprechenden Winkels darstellen.

Im einzelnen besteht jeder Positionierbefehl aus einer Binärzahl aus beispielsweise zehn Bits BO bis B 9, die, wie vorgeschlagen, verarbeitet werden.

Diese zehn Bits BO bis B9 stellen eine Position dar, die als Winkel in dem Sinne ausgedrückt wird, daß ein Gattungswinkel A von weniger als 2 .τ Winkelgrad nach der Formel:

Eingangsbits BO bis B9 der vorstehenden Formel (1) das jeweilige Stellengewicht ψ bis -ψ, wobei dieses jeweilige Stellengewicht dem Produkt des Mindest-

abstandes

mit den abnehmenden Potenzen

2π
1024
von 2, 2⁹ bis 2°, entspricht.

Die Formel (1) läßt sich wie folgt ausdrücken:

ίο A =

1024

A = BO -^ + Bl -f- +... + Bm -^

(1)

als eine Summe von Teilwinkeln dargestellt wird.

Mit anderen Worten wird der Winkel A als eine Summe der aufeinanderfolgenden Bruchteile des Winkels π entsprechend den aufeinanderfolgenden Potenzen von zwei ausgedrückt, die je mit einem Koeffizienten multipliziert werden, der den Wert 1 oder 0 haben und demzufolge mit Hilfe des entsprechenden Eingangsbits dargestellt werden kann. Es ist offensichtlich, daß es mit Hilfe der zehn Eingangsbits möglich ist, alle aufeinanderfolgenden, zwischen 0 und

• 2 π liegenden und durch einen Mindestab-

stand -fö^r voneinander getrennten Winkelstellungen darzustellen. Mit anderen Worten gibt man den Daraus ergibt sich, daß bei Auswertung der zehn Bits B9 bis BO als aufeinanderfolgende Bits einer reinen binärverschlüsselten Zahl die Art der gegenseitigen Beziehung zwischen den Winkelstellungen und den Eingangszahlen eine direkte Proportionalität ist.

Der erfindungsgemäße Umsetzer enthält für jedes der zehn Bits der Eingangszahl, d. h. für jeden der zehn Koeffizienten BO bis B9 der vorerwähnten Formel, ein Relais RO bis R9 (Fig. la und 1 b), das sich durch das das entsprechende Eingangsbit darstellende Signal erregen läßt. Im einzelnen ist dieses Relais in Abhängigkeit davon, ob dieses Bit den Wert 1 oder 0 hat, erregt oder nicht, so daß die Kontakte dieses Relais zwischen einer Spannungsquelle G und zwei Ausgangsanschlußpaaren PS, QS bzw. PC, QC des Umsetzers geeignete Impedanzelemente anschließen können oder nicht, um die Ausgangsspannungen des Umsetzers um einen von dem betreffenden Bit abhängigen Beitrag zu verändern. Die beiden Wicklungen US und UC des Position-Meßtransformators sind an das Ausgangsanschlußpaar PS, QS bzw. PC, QC des Digital-Analog-Umsetzers angeschlossen. Demzufolge werden die Wicklungen US und UC mit den dem Sinus- bzw. dem Cosinuswert des gemäß der Formel (1) mit Hilfe einer Binärzahl aus η = lOan den Eingangsanschlüssen /0 bis /9 gelieferten Bits dargestellten Winkels A proportionalen Spannungen gespeist.

Die aus einem Sinuswellenoszillator mit einer Frequenz von beispielsweise 10 kHz bestehende Spannungsquelle G (Fig. la) kann zwischen ihren Anschlüssen LC und LS eine cos 0 proportionale Spannung, d.h. an diesen Anschlüssen zwei gegenüber Erdpotential cos 0 bzw. sin 0 proportionale Spannungen liefern.

Die Anschlüsse LS. LC der Quelle G sind an die Ausgangsanschlüsse PS. QS bzw. PC. QC des Umsetzers über zwei Kreise angeschlossen, die je eine Kette von jeweils den Eingangsbits BO bis B9 entsprechenden η = 10 Stufen enthalten. Im einzelnen ist der Anschluß LS an die Ausgangsanschlüsse PS. QS des Umsetzers über eine erste Stufenkette mit den jeweils den Eingangsbits BO. Bl. B3, B4. B5. B6. Bl, B8. B9 bzw. Bl entsprechenden Stufen SO. S2. SS3, SS4, SS5. SS6, SS7, SS8, SS9. SSl und der Anschluß LC entsprechend an die Ausgangsanschlüsse PC. QC des Umsetzers über eine zweite Stufenkette mit den den jeweiligen Eingangsbits BO, Bl, B3, B4, B5. B6, Bl, B8. B9 bzw. Bl entsprechenden Stufen SO. Sl, SC3, SC4, SC5. SC6, SCl, SCS, SC9, SCl angeschlossen, wobei die Stufen SO und S2 für die erste und zweite Kette gemeinsam sind. In der betreffenden Kette fällt der Eingang jeder dieser Stufen mit dem Ausgang der nächstvorherigen Stufe zusammen, und

somit arbeitet jede dieser Stufen in der Weise, daß sie die Impedanz zwischen jedem der beiden Ausgangsanschlußpaare PS, QS und PC, QC und den Anschlüssen LS, LC der Quelle um eine von dem Stellengewicht (ψ bis ψ) des entsprechenden Eingangsbits BO bis B9 abhängige Größe verändert.

Demzufolge kann jede Stufe zu den Ausgangsspannungen des Umsetzers einen von dem Wert des entsprechenden Eingangsbits abhängigen Beitrag liefern.

Die Stufe SO, entsprechend dem an dem Eingangsanschluß /0 gelieferten Bit BO, ist mit ihren Eingängen FCO und FSO unmittelbar an die Anschlüsse LC bzw. LS der Spannungsquelle G angeschlossen und besitzt einen direkten Daueranschluß zwischen ihrem Eingang FSO und ihrem Ausgang FS2. Der Kontakt IKO des Relais RO ist an den Ausgang FC2 der Stufe SO unmittelbar angeschlossen, so daß der Eingang FCO dieser Stufe, sofern das Eingangsbit BO den Wert 0 hat, unmittelbar an den Ausgang FC2 angeschlossen wird. Der Kontakt 2KO des Relais RO ist an den Anschluß 21 eines Autotransformators AT angeschlossen, bei dem die Anzahl der zwischen den Anschlüssen 21 und FS2 eingeschalteten Windungen gleich der Anzahl der zwischen den Anschlüssen FS 2 und FC 2 eingeschalteten Windungen ist. Sofern das Eingangsbit BO den Wert 1 hat, wird der Eingang FCO an den Anschluß 21 des Autotransformators AT angeschlossen, so daß die an den Ausgang FC 2 angelegte Spannung in bezug auf den Fall, da BO den Wert 0 hat, in ihrer Größe gleich und von umgekehrtem Vorzeichen ist. Mit anderen Worten nimmt die Stufe SO an ihren Eingängen FCO und FSO zwei Spannungen gleich cos 0 bzw. sin 0 auf und liefert an ihren Ausgängen FC2 und FS2 zwei Spannungen, die, sofern BO = 0, wieder gleich cos 0 bzw. sin 0 sind, jedoch bei BO = 1 gleich cos (0 + π) bzw. sin (0 + .-r) sind. Mit anderen Worten liefert die Stufe SO jederzeit an ihren Ausgängen FS2, FC2 die beiden Größen sin (BO-.τ) bzw. cos (BO · .τ).

Demzufolge ist klar, daß die Stufe SO zu der Ausgangsspannung des Umsetzers einen von dem entsprechenden Eingangsbit BO abhängigen Beitrag liefern kann.

Die Stufe S2. entsprechend dem an dem Eingangsanschluß /2 gelieferten Bit B2, enthält Direktanschlüsse zwischen dem Eingangsanschluß FC2 und dem Kontakt 3K2 des Relais R 2, zwischen dem Eingangsanschluß FS2 und dem Kontakt l'K2 des Relais R 2 und zwischen einer Zwischenanzapfung 22 des Autotransformators AT und den Kontakten 2K2 und 4K2 dieses Relais. Die als ein Zwischenanschluß der Spannungsquelle G wirkende Zwischenanzapfung 22 ist so eingerichtet, daß die Spannung zwischen ihr und dem Eingang FS2 in bezug auf die Spannung zwischen den Eingängen FC 2 und FS 2 die gleiche Beziehung wie cos 4- zu cos 0 trägt. Sofern das Eingangsbit B2 den Wert 0 hat. werden die Ausgänge FS3 und FC3 der Stufe S2 mit dem Kontakt 1X2 bzw. 3K2 verbunden, während bei einem Wert 1 des Bits diese Ausgänge mit dem Kontakt 2K2 bzw. 4 K 2 verbunden werden. Demzufolge leuchtet ein, daß die Stufe S 2 bei Aufnahme von zwei Spannungen gleich cos H 2 bzw. sin H 2 an ihren Eingängen FC 2 und FS 2 zwei Spannungen gleich sin H 2 bzw. cos H 2 an ihren Ausgängen FS 3 und FC 3 liefern kann, wenn das Bit B 2 gleich 0 ist, so daß das Relais R 2 nicht erregt wird, oder zwei Spannungen gleich

bzw.

sin (h2 +
cos (h2 +

τ)

liefern kann, wenn das Bit B 2 gleich 1 ist, so daß das Relais R2 erregt wird. Da die Stufe S2 an die Stufe SO angeschlossen ist, ist H2 gleich BO · .-τ. Demzufolge liefert die Stufe S2 in jedem Fall an ihren Ausgängen FS3, FC3 die beiden Größen

sin

bzw.

in (jBO-x + Bl ~λ
cos (ßO -.-τ + B2 -^j-Y

Es leuchtet folglich ein, daß auch die Stufe S 2 zu den Ausgangsspannungen des Umsetzers einen von dem entsprechenden Eingangsbit B 2 abhängigen Beitrag liefern kann.

Jedes der verbleibenden Eingangsbits Bl, B3, B4, B5, B6, Bl, BS, B9 kann entsprechend zwei jeweils zu der vorerwähnten ersten bzw. zweiten Stufenkette gehörende unterschiedliche Stufen steuern.

Im einzelnen enthalten die beiden Ketten Stufen einer ersten Bauart, wie beispielsweise die Stufen SS 3, SS 4, SS 5 bzw. SC 3, SC 4, SC 5. Die Stufenpaare SS 3 und SC3, SS4 und SC4, SSS und SC5, entsprechend den Bits B 3, B 4 bzw. B 5, haben den gleichen Aufbau und die gleiche Arbeitsweise.

Ein Gattungsstufenpaar dieser ersten Bauart SSm, SCm. entsprechend dem Eingangsbit Bm, kann einen Beitrag zu den Ausgangsspannungen des Umsetzers liefern, weil durch Zuführen von zwei Spannungen gleich dem Sinus- bzw. dem Cosinuswert eines Winkels Hm in seine Eingänge FSm, FCm seine Ausgänge FS (m + 1) und FC {m + 1) zwei Spannungen annähernd gleich dem Sinus- bzw. dem Cosinuswert des Winkels Hm + Bm ■ ~^r liefern.

Bei genauerer Betrachtung eines dieser Stufenpaare

der ersten Bauart, beispielsweise des Stufenpaares SS3, SC3. zeigt sich (Fig. la), daß jede Stufe einen Transformator TS3 bzw. TC3 enthält mit einem

übersetzungsverhältnis gleich tg ^r bzw. — tg ψ

(für das Gattungsstufen paar SSm, SCm gleich tg-js

bzw. — tg-^rj.

Die Primärwicklung des Transformators TS3, TC3 ist an den Eingang FC 3 bzw. FS 3 der anderen Stufe SC3. SS3 des Stufenpaares unmittelbar angeschlossen, so daß sie in bezug auf Erdpotential mit einer Spannung gleich cos H3 bzw. sin H3 gespeist wird. Demzufolge erhält man zwischen den Anschlüssen der Sekundärwicklung des Transformators

TS3. TC3 eine Spannung gleich tg ψ- cos H3 bzw.

— tg ψ ■ sin H 3. Ferner ist ein Anschluß der Sekundärwicklung des Transformators TS3, TC 3 an den

Eingang FS3 bzw. FC3 der Stufe SS3 bzw. SC3 unmittelbar angeschlossen^ während der andere Anschluß an einen feststehenden Kontakt 1K3 bzw. 4K3 des Relais R3 angeschlossen ist.

Demzufolge ist an dem Kontakt 2 K 3, 4 K 3 gegenüber Erdpotential eine sin H3 + cos H3 ■ tg -ψ bzw.

cos H3 — sin H3 · tg ψ proportionale Spannung vorhanden.

Folglich wird bei erregtem Relais R3, demzufolge die Ausgänge der Stufen SS3 und SC3 an den Kontakten 2K3 bzw. 4K3 angeschlossen sind, an diese Ausgänge eine Spannung gleich Somit ist also klar, daß innerhalb der Grenzen der vorerwähnten Annäherung see -ψτ = 1 ein Stufenpaar SSm, SCm der in Betracht stehenden Bauart an seinen Ausgängen gleichzeitig die Größen

(Hm +

sin

cos [Hm + Bm-^

sin

cos

see·

see ■ liefern kann, wenn die Größen sin Hm bzw. cos Hm gleichzeitig an die entsprechenden Eingänge angelegt werden.

Da, wie bereits erörtert und in der Zeichnung dargestellt, in jeder Kette der Ausgang jeder Stufe mit dem Eingang der nächstfolgenden Stufe zusammenfällt, ist der Winkel Hm gleich

#3 = BO-π + B2 -4r

für das Stufenpaar SS 2, SC2, da, wie bereits festgestellt, das Stufenpaar SS 2, SC1 an seinen Ausgängen die Größen

sm

Β0·π + Β2--τ

angelegt. Außerdem ist der Eingang FS 3, FC 3 unmittelbar an einen Kontakt 1K3 bzw. 3X3 angeschlossen, so daß folglich an diesem Kontakt eine Spannung gleich sin H 3 bzw. cos H 3 verfügbar ist. Entsprechend ist bei nicht erregtem Relais R3 demzufolge die Ausgänge FS 4, FC 4 der Stufen SS 3 bzw. SC3 an die Kontakte 1K3 bzw. 3K3 angeschlossen sind, an diesen Ausgängen eine Spannung gleich sin H3 bzw. cos H 3 vorhanden.

Somit ist also klar, daß die Eingänge FS 3, FC 3 30 an die Ausgänge FS4 bzw. FC4 bei einem Wert 0 des Eingangsbits B3 unmittelbar oder bei einem liefern kann. Entsprechend sind: Wert 1 dieses Bits über den Transformator TS 3 bzw. TC3 angeschlossen sind. Folglich kann das in Betracht stehende Stufenpaar die Größen '

und

cos (BO π + B2-

H4 = BO · π + Bl ■ 4"

35

und

Η5 = Η4 + Β4·

16'

cos H3 — sin H3 ■ tg B3 ψ

40 Demzufolge ist klar, daß man an den Ausgangsund das Gattungsstufenpaar SSm, SCm entsprechend leitungen FS 6 und FC 6 zwei Spannungen erhält, die Größen

sin Hm + cos Hm · tg Bm ^₇

cos Hm — sinffm ■

die — innerhalb der Grenzen der bereits erörterten Annäherungen — gleich sin H 6 bzw. cos H 6 sind, wonach:

45

liefern.
Andererseits sind:

sin (Hm + Bm — J = sinHm-cosBm —
cos (Hm + Bm-^j₇J =

cos Hm -sin Bm ~,
cos Hm ■ cos Bm

— sin Hm- sin Bm —
und bei der Annäherung sec -^j- = 1:

/ π\

sin I Hm + Bm -^l

= sin Hm + cos Hm tg Bm-, + ^Β™·ψ)
= cos Hm — sin Hm ■ tg Bm^₁

(3)

(4)

Β4-Λ

Nach dem Vorstehenden leuchtet ein, daß auch die Stufen SS3, SS4, SS5, SC3, SC4, SC5 zu den Ausgangsspannungen des Umsetzers einen von dem entsprechenden Eingangsbit abhängigen Beitrag liefern können.

In der beschriebenen Ausführungsform ist außerdem ein Ausgleichswiderstand r (F i g. 1 a) dargestellt, der mit Hilfe eines weiteren verstellbaren Kontaktrelais R 3 mit der Spannungsquelle G in Reihe geschaltet werden kann. Sofern das Eingangsbit B3. gleich 1 ist, wird demzufolge der vorerwähnte Widerstand eingeschaltet zum Ausgleichen des Fehlers

(5) infolge der, wie bereits erörtert, durch das Stufen-

paar SS3, SC3 verursachten Annäherung see · y — 1.

Für die Stufenpaare SS4, SC4 und SS5, SC5, ent-

(6) sprechend Teilwinkeln gleich -^- bzw. -L·-, findet der

Ausgleich insofern nicht statt, als der durch die Annäherungen _{T T}

see j-p = sec ^r = 1
Io 32

verursachte Fehler als vernachlässigbar angesehen werden kann. Die zu den Stellen unterhalb einer vorbestimmten Stelle m (z. B. m = 5) gehörenden Eingangsbits B6, Bl, BS, B9, die den jeweiligen Eingangsanschlüssen /6 bis /9 zugeführt werden, stellen Teilwinkel -^r-, -^L·, ~?z bzw. ^L dar, für die die Annäherung

tgBm-— = Bm-ψ

gültig ist.

Diese Bits B6 bis B9 steuern die Stufenpaare SS6 und SC 6, SS 7 und SC 7, SS 8 und SC 8 bzw. SS 9 und SC 9 der zweiten Bauart. Ein Transformator TS ist mit einer für alle Stufen SS6, SS7, SS8, SS9 der ersten Kette gemeinsamen und aus dem Ausgang FC6 der zu der anderen dieser Ketten gehörenden nächstvorherigen Stufe SC5 gespeisten Primärwicklung 23 und für jede Stufe mit einer gesonderten Sekundärwicklung AS6, ASl, ASS bzw. ,4S9 versehen.

Die Stufen SS6, SS7, SS8, SS9 bzw. SC6, SC7, SC8, SC9 sind einander gleich. Entsprechend ist ein Transformator TC mit einer für alle Stufen SC6, SC7, SC8, SC9 der zweiten Kette gemeinsamen und aus dem Ausgang FS 6 der zu der anderen dieser Ketten gehörenden nächstvorherigen Stufe SS5 gespeisten Primärwicklung 24 und für jede Stufe mit einer gesonderten Sekundärwicklung AC6, ACl, ACS bzw. Λ C 9 versehen.

Bei näherer Betrachtung des Stufenpaares SS7, SC7 zeigt sich, daß der Eingang FS7 bzw. FC7 an den feststehenden Kontakt IKl bzw. 3K7 des Relais Rl unmittelbar und über die Sekundärwicklung ASl bzw. ACl an den feststehenden Kontakt 2Kl bzw. 4X7 dieses Relais angeschlossen ist.

Das übersetzungsverhältnis der Sekundärwicklung ASl der Stufe SS7 zur Primärwicklung 23 des Transformators TS ist gleich ψ (-jw für die Gattungsstufe SSm). Das übersetzungsverhältnis der Sekundärwicklung ACl der Stufe SC7 zur Primärwicklung 24 des Transformators TC hat den gleichen Wert bei umgekehrtem Vorzeichen. Es ist somit also klar, daß die Stufe SS7, SC7 bei Aufnahme einer Spannung gleich sin Hl bzw. cos H1 an ihrem EingangFS7 bzw. FC7 dem Ausgang FS8 bzw. FC8 entweder, sofern das Eingangsbit gleich 1 ist (so daß das Relais Rl erregt wird), eine Spannung gleich

45

sin Hl + —η· cosH6

cos Hl — -ψ ■ sin H6

55

ίο

Die Funktion der verbleibenden Stufenpaare SS6, SC6, SS8, SC8, SS9, SC9 dieser zweiten Bauart ist gleich der in Zusammenhang mit dem Stufenpaar SSl und SC 7 beschriebenen Funktion, so daß das Gattungsstufenpaar SSm, SCm dieser zweiten Bauart an seinen Ausgängen die Größen

und sin Hm + Bm · -^₁ · cos H 6

cos Hm + Bm ■ -^₁ · sin H6

liefern kann.
Wenn die weiteren Annäherungen

™ = Bm

und sin H6 = sin Hm
cosH6 = cos Hm

in die Formel (5) und (6) eingesetzt werden, zeigt sich, daß auch dieses Stufenpaar die Größen

sin \Hm + Bm-^j
cos (Hm + Bm ■ ^

liefern kann.

Es ist somit klar, daß jede Stufe SS6, SS7, SS8, SC6, SC7, SC8 zu den Ausgangsspannungen des Umsetzers einen von dem entsprechenden Eingangsbit abhängigen Beitrag liefern kann.

Da, wie bereits festgestellt, die Eingänge des Stufenpaares SS 6, SC 6 mit den Ausgängen des nächstvorherigen Stufenpaares SS 5, SC 5 zusammenfallen, ist der Winkel H 6 gleich

Da die aufeinanderfolgenden Stufenpaare SS 7, SC7, SS8, SC8, SS9, SC9, wie bereits erläutert, in Kettenfolge angeschlossen sind, gilt:

π
^{H7 = f/6 + ß6}'64'

und H9 = HS + B8

256'

Unter Bezugnahme auf die Beziehungen (5), (6), (7) ist somit klar, daß die an den Ausgängen FS 1 und FC 1

oder, sofern dieses Bit gleich O ist (so daß das Relais 60 vorhandenen Spannungen nicht erregt wird), eine Spannung gleich sin Hl bzw. cos Hl liefern kann.
Demzufolge kann dieses Stufenpaar SS7, SC7 die

Größen . _rr_ „_ π _T1, bzw.

sini/7 + Bl ·τΓΗ-· cos Hf» _fi,

bzw. ²I

liefern.

cos Hl ~ Bl ■ — ■ sin H 6

(h9 + B9 ■ jQ

cos
sind, wobei H9 den vorstehend spezifischen Wert hat.

809 bbl 398

Das an den Eingangsanschluß /1 gelieferte Eingangsbit B1 steuert die Stufen SShSC 1. Die Stufe SS1 kann den Ausgangsanschluß PS, je nachdem, ob das Relais R1 erfegt ist oder nicht, entweder an den Eingang FSl oder an den Eingang FCl anschließen, während der Ausgangsanschluß QS ständig geerdet ist. Die Stufe SCl kann die beiden Ausgangsanschlüsse QC und PC bei nicht erregtem Relais Rl an den Eingang FCi anschließen bzw. erden oder

erwähnten Umsetzern, ein zyklischer Binärcode verwendet würde, notwendig, zwischen dem Bandaufzeichnungsgerät und dem die Positionierbefehle vorbereitenden und nach dem reinen Binärcode wirtschaftlich arbeitenden Rechner einen aufwendigen und komplizierten Decoder einzusehalten. Außerdem müßte, sofern die Werkzeugmaschinen-Steuerungseinheit mit einer Vorrichtung zum Ausgleichen der Schwankungen im Radius des Werkzeuges versehen

bzw. sin Hi oder bei nicht erregtem Relais Ri eine Spannung gleich sin Hi bzw. cos Hi liefern. In Anbetracht der Tatsache, daß

cos Hl= sin

- sin Hl = cos (h\

ist, ist klar, daß das Stufenpaar SSl, SCl den vorgenannten Ausgangsanschlüssen des Umsetzers zwei Spannungen gleich

sin

cos

(ffl + fll-f)

bei erregtem Relais erden bzw. an den Eingang FSl to ist, wie sie beispielsweise in der USA.-Patentschrift anschließen. 3 103 614 beschrieben ist, gemäß der jede der Werk-

Demzufolge kann die Stufe SS1, SC I bei Aufnahme zeugmaschinen-Steuerungseinheiten mit einer zwieiner Spannung gleich sin Hl bzw. cos Hl an ihrem sehen der Bandlesevorrichtung und dem Digital-Eingang FSl bzw. FCl an den Ausgangsanschlüssen Analog-Umsetzer eingeschalteten arithmetischen Ver-PS und QS bzw. QC und PC des Umsetzers bei 15 arbeitungsvorrichtung kombiniert ist, dieser Decoder, erregtem Relais Rl eine Spannung gleich cos Hl statt nur einmal am Ausgang des Rechners, der als

einziger für mehrere Maschinen das Programmband vorbereitet, vorgesehen zu sein, am Ausgang dieser Verarbeitungsvorrichtung in jeder der Steuerungseinheiten der verschiedenen Werkzeugmaschinen angeordnet werden, so daß eine weitere Kostensteigerung hinzukäme.

Der durch die Vorrichtung nach der Erfindung gebotene Vorteil tritt noch stärker zutage durch die Tatsache, daß sie eine einfache unmittelbare Verbindung zwischen jeder Leseeinrichtung einer Spur des Programmbandes und einem entsprechenden Eingangsrelais des Digital-Analog-Umsetzers ermöglicht, während bei jeder bisher bekannten Vorrichtung das Einschalten geeigneter Decoder erforderlich ist. die meistens kompliziert sind, da sie außerdem eine teilweise Speicherung der in den Umsetzer einzugebenden Daten erfordern.

Darüber hinaus sei bemerkt, daß im allgemeinen bei 35 Umsetzern mit zwei Stufenketten, von denen jede ihren eigenen Beitrag zu der Ausgangsspannung liefert, der Beitrag jeder Stufe mit einem bestimmten Fehler geliefert wird. Im einzelnen ist dieser Fehler entweder von der Ungenauigkeit der in der Stufe verStufen SS9 bzw. SC9 40 wendeten Bauteile, beispielsweise bei Widerstandder Winkel H1 gleich Umsetzern von der Ungenauigkeit der Widerstände. JL. oder bei Transformatorumsetzern von der Ungenauig-

512 ' keit der Übersetzungsverhältnisses sowie der Position

Demzufolge liefert auch dieses letzte Stufenpaar zu der Anzapfungen oder von den in die von der beden Ausgangsspannungen des Umsetzers einen von 45 treffenden Stufe angewendeten trigonometrischen Fordern Wert des entsprechenden Bitsßl abhängigen mein eingebrachten mathematischen Näherungen abhängig.

Mit dem Umsetzer nach der Erfindung ist die Verringerung der ersten Fehlerquelle insofern möglich. als bei ihm in den den Bits B 2 bis B 9 entsprechenden Stufen Transformatoren verwendet werden, die sich wahrhaftig mit größerer Genauigkeit herstellen lassen als die Widerstände und insofern, als er für diese Transformatoren eine Anzahl von Anzapfungen erforderlich macht, die im Vergleich zu den Transformatorumsetzern der bisher bekannten Bauart wesentlich verringert ist.

Ferner ist bei ihm eine wesentliche Verringerung sowohl der ersten als auch der zweiten Fehlerquelle liehen Vorteilen bei der Vorbereitung des die durch 60 möglich, weil die Beiträge der den Bits BO und Bl diese Eingangszahlen dargestellten Positionierbefehle entsprechenden Stufen auf Grund der Tatsache, daß tragenden Bandes, als das Verarbeiten dieser Befehle. diese Stufen lediglich die Verwendung von Schaltern das das Durchführen arithmetischer Operationen bedingen,· fehlerfrei zugeführt werden,
nach in reinem Binärcode dargestellten Zahlen an Im einzelnen ist es, da sich die durch die einzelnen

Stelle von in einem anderen Binärcode dargestellten ⁶5 Stufen verursachten Fehler ansammeln, klar, daß der Zahlen mit sich bringt, viel wirtschaftlicher ist. Umsetzer nach der Erfindung bei von 0 bis 2 .τ zu-

Im einzelnen wäre es, sofern bei der Darstellung nehmenden aufeinanderfolgenden Positionen .4 die des Winkels, wie bei den bisher bekannten, bereits entsprechenden Ausgänge sin A und cos A. sofern die

liefern kann. Da die Eingänge der Stufen SSl und SCl an die Ausgänge der
angeschlossen sind, ist

H9 + B9

Beitrag, so daß letztlich die Wicklungen US und UC des Positions-Meßtransformators -mit Spannungen gleich sin A bzw. cos A gespeist werden, wobei

A = Hl + Bl-^-

der in der Formel (1) definierte und der umzusetzenden Zahl entsprechende Winkel ist.

Im vorstehenden wurde erörtert, daß zwischen den Winkelpositionen und den dem Umsetzer zugeführten Eingangszahlen eine direkte Proportionalität besteht, Oies führt, wie bereits angedeutet, insofern zu erheb-

Position A einem der Winkel gleich den aufeinanderfolgenden Vielfachen von -ψ entspricht, fehlerfrei und bei Veränderung dieser Position zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vielfachen mit einem von Null 5 bis zu einem Höchstwert zunehmenden Fehler liefert. Dagegen nimmt bei den bekannten Transformatorumsetzern, die, wie bereits erörtert, einen Dezimaleingang benötigen, dieser Fehler zumindest bis zu

dem Winkel V stetig zu, so daß sich bei sonst gleicher

Genauigkeit der Bauteile der Durchschnittsfehler in den Ausgangsspannungen als größer erweist gegenüber dem Umsetzer nach der Erfindung.

Bei der hier in Betracht stehenden besonderen An-Wendung der Erfindung wird der Umsetzer zum Speisen eines Positionsmeßtransformators der erwähnten Bauart verwendet, der in die eine Werkzeugmaschine steuernde Servoeinrichtung eingeschaltet ist und demzufolge mit Gewißheit unter solchen Bedingungen verwendet wird, daß er ein Ausgangssignal nahe Null liefert. Es ist bekannt, daß es bei Positionsmeßtransformatoren der erwähnten Bauart nicht notwendig ist, daß die die Wicklungen US und UC speisenden Werte sin A und cos A im einzelnen genau sind, da die Genauigkeit ihres Verhältnisses ausreichend ist. Demzufolge führt bei den vorstehend erörterten besonderen Anwendungen die in die den Eingangsbit ß3 bis B9 entsprechenden Stufen eingesetzte Annäherung see -j„r = 1 nicht zu nennens- "

werten Fehlern, da sie. wie aus den vorstehenden Formeln hervorgeht, beide Ausgänge des Umsetzers auf der Basis desselben Proportionalitätskoeffizienten ändert.

Die den Umsetzer speisende Spannungsquelle G besieht aus einem Oszillator, der so gesteuert wird, daß er intermittierende Schwingungsreihen erzeugt. Jede dieser beispielsweise aus fünf Schwingungen bestehenden Schwingungsreihen beginnt, wenn der Oszillator, nachdem alle Kontakte der Relais RO bis R9 entsprechend den Werten der entsprechenden Eingangsbits eingestellt worden sind, ein Auswertsignal erhält, so daß alle Kontakte des Umsetzers stets ohne Stromfluß durch sie hindurch geöffnet oder geschlossen werden.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt. Man kann daran zahlreiche dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen auf anderen Fachgebieten als die Digitalsteuerung von Werkzeugmachinen. beispielsweise auf dem Fachgebiet der elektronischen Rechenanlagen, vornehmen.

Claims

55 Patentansprüche:

1. Digital-Analog-Umsetzer, der zwischen seinen beiden Ausgangsanschlußpaaren zwei Spannungen liefert, die proportional dem Sinus- bzw. dem Cosinuswert eines Winkels sind, der durch eine Binärzahl mit η Bits dargestellt wird, die i? Eingangsanschlüssen zugeführt werden, und bei dem die Ausgangsanschlüsse an zwei Anschlüsse einer Spannungsquelle jeweils über einen von zwei Kreisen angeschlossen sind, die je eine Kette aus η den η Eingangsbits entsprechenden Stufen enthalten, die je die Impedanz zwischen der Spannungsquelle und den Ausgangsanschlüssen verändern, um die jeweilige Ausgangsspannung um einen von dem entsprechenden Eingangsbit abhängigen Beitrag zu vermehren, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl in einem reinen Binärcode ausgedrückt ist und daß jede Stufe (SS3 bis SS9; SC3 bis SC9) einen Transformator (TS3 bis TS5 und AS6 bis AS9; TC3 bis TC5 und AC6 bis AC9) enthält, der unter Steuerung durch das entsprechende Eingangsbit (B3 bis ß9) wahlweise in den Kreis einschaltbar ist, daß jeder zu den Stellen oberhalb einer vorbestimmten Stelle »1 gehörende Transformator (TS3. TS4, TS5; TCX TC4 oder TC5) ein übersetzungsverhältnis gleich dem Tangenswert des durch das entsprechende Eingangsbit (ß3, B4. B5) dargestellten Winkels hat und daß seine Primärwicklung von dem Ausgang der zu dem anderen der beiden Kreise gehörenden vorherigen Stufe gespeist wird, wobei ein von dem Eingangsbit gesteuerter Schalter den Ausgang der nächstvorherigen Stufe mit dem Eingang der nächstfolgenden Stufe entweder unmittelbar oder über die Sekundärwicklung des Transformators verbindet.

2. Umsetzer nach Anspruch 1 bei dem die Spannungen der beiden Anschlüsse der Spannungsquelle den Sinus- bzw. den Cosinuswert des Nullwinkels darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (S2). die dem den Winkel -^- darstellenden Eingangsbit entspricht, einen von dem den Winkel 7- darstellenden Eingangsbit (Bl) gesteuerten Schalter enthält, der die Eingänge der beiden nächstfolgenden Stufen (SS3. SC3) der beiden Kreise entweder je mit einem der beiden Anschlüsse (1 Kl, 3K2) der Spannungsquelle (G) oder

mit einem eine den Sinuswert des Winkels ₄ darstellende Spannung aufweisenden Zwischenanschluß (2K2. 4Kl) der Spannungsquelle (G) verbindet und gleichzeitig die Primärwicklungen der beiden Transformatoren (TS 3, TC 3) der nächstfolgenden Stufen (SS3. SC3) entweder jeweils mit einem der beiden gegeneinander ausgetauschten Anschlüsse (3 K1. IK 2) der Spannungsquelle (G) oder mit dem Zwischenanschluß [4Kl. IKl) verbindet.

3. Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Kreise einen Transformator (TS. TC) mit einer für alle den zu den Stellen gleich oder unterhalb einer vorbestimmten Stelle m gehörenden Eingangsbits (B6 bis B9) entsprechenden Stufen (SS6 bis SS9 bzw. SC6 bis SC9) gemeinsamen Primärwicklung (23; 24) enthält, die von dem Ausgang (FC6; FS6) der dem zu der Stelle m + 1 gehörenden Eingangsbit entsprechenden und zu dem anderen der beiden Kreise gehörenden Stufe (SC 5; SS 5) gespeist wird,, wobei jede der Stufen (SS6 bis SS9; SC6 bis SC9) dieser niedrigeren Stellen eine Sekundärwicklung (AS6 bis AS9; AC6 bis AC9) enthält, die sich mit Hilfe eines durch das entsprechende Eingangsbit gesteuerten Schalters (R6 bis R9) wahlweise in den entsprechenden Kreis ein- oder aus ihm ausschalten läßt.

4. Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter Steuerung

durch das Eingangsbit einer Stelle oberhalb einer vorbestimmten Stelle k wahlweise Ausgleichswiderstände (/·) in die beiden Kreise eingeschaltet werden.

5. Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Spannungsquelle aus einem intermittierend arbeitenden Oszillator besteht und bei dem π den η Eingangsbit entsprechende Relais die

entsprechenden Schalter betätigen können, dadurch gekennzeichnet, daß die Relais (RO bis R9) die entsprechenden Schalter betätigen, während der Oszillator außer Betrieb ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1 392 724; USA.-Patentschrift Nr. 2 849 668.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen