DE1538592A1 - Servosystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Servosystem und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Umschalten eines Servosystems im günstigsten Zeitpunkt. .

Es ist bekannt, einen Schrittmotor durch ein Servosystem zu steuern, das eine maximale Beschleunigung für' etwa die Hälfte der Entfernung, die zu durchlaufen ist, aufweist und dann eine maximale Verzögerung für die andere Hälfte. Bei solch einem Servosystem ist der kritische Paktor der Punkt, an dem der Motorantrieb umgeschaltet wird. Um diesen Punkt genau zu bestimmen, wird häufig ein Stellungsmelder benutzt. In solch* einem System misst der Stellungsmelder die vom Motor ausgeführte Bewegung und stellt fest, wenn er etwa 50 # des gewünschten Zuwachses zurückgelegt hat. Ein Signal von dem Stellungsmelder wird benutzt, um das Servosystem von seiner Beschleunigungs- auf seine Verzögerungsphase umzuschalten. In Systemen, die keine hohe Genauigkeit erfordern, können die Kosten für einen Stellungsmelder dadurch vermieden werden, dass das System entweder auf Zeitintervalle oder Geschwindigkeiten anspricht.

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In einem auf Zeitintervalle ansprechenden System wird das Signal, das die Beschleunigung des Servosystems einleitet, auch einer Taktgeberschaltung zugeführt, z. B. einer monostabilen Kippstufe, die einen Impuls erzeugt, dessen Impulsdauer so gewählt Ist, daß sie der zum Durchlaufen der Hälfte der gewünschten Strecke benötigten Zeit entspricht. Wenn die monostabile Kippstufe in ihren stabilen Zustand zurückkehrt, schaltet sie das Servosystem in seine Verzögerungsphase um. Eine zweite Takfgberschaltung steuert die Verzögerungsperiode und schaltet das Servosystem ab, wenn sie in den Ruhestand zurückkehrt. Bei einem System, das auf Geschwindigkeiten anspricht, kann ein Detektor mit der Servoschleife verounden sein, um das Ausgangssignal eines Tachometers zu prüfen. Wenn der Tachometerausgang eine bestimmte Motorgeschwindigkeit anzeigt, wird das Servosystem auf seine Verzögerungsphase umgeschaltet, in der es unter der Kontrolle des Tachometers steht. Die auf Zeitintervalle oder Geschwindigkeiten ansprechenden Systeme sind weniger kostspielig als die Systeme, die einen Stellungsmelder enthalten, aber beide arbeiten nur für jeweils ganz Destimmte Betriebsbedingungen genau und sind in hohem Maße gegen Parameteränderungen empfindlich.

Die Nachteile werden bei einem Servosystem.bei dem ein hochverstärkender Gleichstrom-Summierverstärker, eine in Brückenschaltung ausgeführte Treiberschaltung und ein schrittweise arbeitendes Betätigungsglied in Reihe geschaltet sind und ein Tachometer zum Feststellen der Geschwindigkeit des Betätigungsgliedes im Rückkopplungspfad angeordnet ist, dadurch vermieden, daß eine Integrator- und Pegeldetektorschaltung mit dem Tachometer verbunden ist, in der das Tachometersignal integriert und mit einem vorgegebenen Spannungspegel verglichen wird, der derjenigen Spannung entspricht, die der Tachometer liefert, wenn das Betätigungsglied die Hälfte der zurückzulegenden Strecke durchlaufen hat, und daß die Integrator- und Pegeldetektorschaltung bei Gleichheit der miteinander verglichenen Signale ein Signal abgibt, durch das das Servosystem in die Phase zur Verzögerung des Betätigungsgliedes umgeschaltet wird.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der genaueren Beschreibung eines bevorzugten AusfUhrungsbeispieles der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen, von denen zeigt:

Fig. * ein Blockdiagramm einer Servoschaltung gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ein Schaltbild eines Integrators und Fegeldetektors, der für die Verwendung in der Schaltung nach Fig. 1 geeignet ist.

Bei dem Servosystem nach Fig. 1 enthält die Schleife zum Beeinflussen der Geschwindigkeit einen Gleichstromverstärker 11 mit hoher Verstärkung, eine als BrUckenschaltung ausgeführte Treiberschaltung 12, ein schrittweise arbeitendes Betätigungsglied 13, das die Form eines nach dem Frinzip der Lautsprecherspule arbeitenden Motors haben mag, um einen Magnetkopf schrittweise über eine rotierende Aufzeichnungsscheibe weiterzubewegen, und einen Tachometer "¹^. Die Schleife enthält zum Beeinflussen der Stellung außerdem eine Anzeigevorrichtung in der Form eines Integrators und eines Detektors 15» die anzeigt, dass die Hälfte der zurückzulegenden Strecke durchlaufen ist, sowie logische Schaltungen 16 zur Steuerung des Servosystems.

Der Vusgang des Tachometers ist mit dem Eingang des Integrators und Detektors als Teil der Schleife zum Beeinflussen der Stellung verbunden und auch mit dem Eingang des hochverstärkenden Gleichst romver stärkers ¹1 als Teil der Schleife zum Beeinflussen der G-. schwindigkeit. Der Zweck der logischen Steuerschaltungen ist es, einen Beschleunigung bewirkenden Impuls zu erzeugen, entweder zur Beschleunigung in der Vorwärts- oder in der Rückwärtsrichtung. Die logischen Schaltungen enthalten eine Selbsthalteschaltung 17 zur Umschaltung des Servosystems und ein Paar von UND-Schaltungen 18 ..nd "9, um die Richtung der Bewegung des Eetätigungsgliedes zu bestimmen.

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Der eine hohe Verstärkung aufweisende Gleichstromverstärker 11 ist ein zweikanaliger Summierverstärker, bei dem jeder Kanal eine Folge von Verstärkern in Kollektorschaltung enthält, die durch eine invertierende Verstärkerstufe gesteuert werden. Das Ausgangssignal des Tachometers und der eine Beschleunigung bewirkende Impuls werden beide der Basis der invertierenden Verstärkerstufe zugeführt. Die Treiberschaltung 12 enthält 4 Transistoren, die eine Brückenschaltung bilden. Die Brückenschaltung erlaubt es, dass der Strom einer Stromquelle (die in diesem Beispiel eine Spannung von 48 Volt aufweist) in jeder Richtung durch die Kotorklemmen fliessen kann, abhängig davon, welcher Zweig der Brücke gespeist wird. Das Betätigungsglied 13 ist an die ir. ErUckenschaltung ausgeführte Treiberschaltung angeschlossen. Der Tachometer '4 ist ein linearer Geschwindigkeitswandler, dessen Differentialsignal einem Paar in Kaskade geschalteter Verstärker in Kollektorschaltung zugeführt wird. Jede Seite des Tachometers erzeugt etwa 100 Millivolt pro cm und pro Sekunde.

Gemä.i Fig. 2 besteht die Anzeigevorrichtung, die anzeigt, ob die Hälfte des gewünschten Weges zurückgelegt ist, aus einer Integrator- und Fegeldetektorschaltung. Die Pegeldetektorschaltung enthält ein Faar von PNP-Transistoren 21 und 22, die als Schalter dienen. Ein Potentiometer 23 ist mit der BAsis des Transistors 22 verbunden. Ein Kondensator 24 ist mit dem positiven Pol einer Spannungsqaelle von '' Volt und der Basis des Transistors 21 verbunden und das vom Tachometer gelieferte Geschwindigkeitssignal erscheint auf der Leitung 25. Der Ausgang des Schalters ist mit der Basis eines Transistorinverters 26 verbunden, der in Reihe zu der Selbsthalteschaltung liegt. ■

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Beim Betrieb desServosystems nach Fig. " wird ein Impuls "Start" der Steuerschaltung über die Leitung 27 zugeführt. Die Steuerschaltung erzeugt ein Bezugssignal, entweder für Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung, das dem Summiereingang des hoch verstärkenden Gleichstromverstärkers 11 zugeführt wird. Die Stärke dieses Signals ist derart, dass das Geschwindigkeitssignal des Tachometers überdeckt wird und der hochverstärkende Gleichstromverstärker 11 die als Brückenschaltung ausgebildete Treiberschaltung veranlasst, dem Betätigungsglied die volle Leistung zuzuführen. Während das Betätigungsglied beschleunigt wird, verarbeitet die Vorrichtung, die die Stellung und insbesondere das Erreichen des Mittelpunktes der zu durchlaufenden Strecke anzeigt, das Tachometersignal (durch Bilden des Zeitintegrals). DLe errechnete Stellung des Betätigungsgliedes wird dann mit einem genau festgelegten Bezugssignal verglichen, das ungefähr der Hälfte des gewünschten Bewegungszuwachses entspricht. Wenn der Vergleich ergibt, dass das Betätigungsglied ungefähr die Hälfte des zurückzulegenden Weges zurückgelegt hat, wird ein Signal zu der Selbsthalteschaltung 17 gesandt, das dafür sorgt, dass das Bezugssignal unterbrochen wird. Bis zu diesem Zeitpunkt wurde das Betätigungsglied auf seine maximale Geschwindigkeit beschleunigt und die Amplitude der Tachometerspannung wuchs. Sobald als das Bezugssignal wegfällt, wird das Geschwindigkeitssignal des Tachometers die einzige Grosse, die das Betätigungsglied steuert und dieses Signal befiehlt nun dem Betätigungsglied, anzuhalten. Da das Tachometersignal relativ gross ist und dem hochverstärkendem Gleichstromverstärker V zugeführt wird, führt die in Brüc kens cha lturig ausgeführte Treiberschaltung dem Betätigungsglied eine maximale Leistung in einer Polarität zu, die eine Verzögerung bewirkt, Dieses verzögernde Signal wird solange zugeführt, bis die Geschwindigkeit des Betätigungsgliedes extrem klein ist. Da die gleiche Kraft von dem Betätigungsglied für Beschleunigung urid Verzögerung entwickelt wird und da die Polarität; des Treibersignals sich auf der Mitte des Weges von der Beschleunigung zur Verzögerung ändert, kommt das Betätigungsglied sehr nahe an den Punkt, der der gewünschten Schrittentfernung entspricht, zur Ruhe.

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Um eine hohe Genauigkeit zu erreichen, kann eine Sperrvorrichtung, z.B. eine Zahnstange mit einer Sperrklinke eingekoppelt werden, um eine genaue endgültige Stellung sicherzustellen.

Beim Betrieb der Schaltung nach Fig. 2 wird das Tachometersignal, das auf der Leitung 25 erscheint, integriert und mit einem vorgegebenen Spannungspegel verglichen, der der Hälfte des zu durchlaufenden Weges entspricht. Dieser Spannungspegel wird vorherbestimmt und mittels des Potentiometers 23 eingestellt. DLe Spannung auf dem Kondensator 24 wird mit der Spannung an der B- sis des Transistors 22 verglichen. Die Spannung an der Basis des Transistors 21 beträgt +6 Volt und wird integriert bis zu der Spannung an der BasLs des Transistors 22. Daher bestimmt die Spannung an der Basis des TRansistors 22 die Länge des Weges in jedem Schritt. Eine nichtdargestellte zusätzliche Schaltung ist vorgesehen, um die Spannung am Kondensator 24 nach jedem Integrationszyklus zu Null zu machen. Durch Aufrechterhalten eines konstanten Potentials am Potentiometer 2"5 erzeugt das BetätigungsgLied eine konstante Bewegungszunahme. Der Pegeldetektor kann jedoch so programmiert werden, dass er eine willkürliche Bewegung des Betätigungsgliedes erzeugt, indem dem Potentiometer verschiedene Potentiale, die verschiedenen Schrittgrössen des Betätigungsgliedes entsprechen,zugeführt werden. Mittels einer Relais^yramide z.B. kann das dem Potentiometer zugeführte Potential verändert werden, um willkürliche Schrittgrössen des Betätigungsgliedes zu erzeugen.

Ausser dem Vorteil, dass die Kosten für eine Vorrichtung zur Stellungsmeldung vermieden werden, hat die vorliegende Erfindung den weiteren Vorteil, daas sie die Genauigkeitsanforderungen auf den Rückkopplungspfad konzentriert, d.h. auf das Tachometer, wodurch die Toleranzen der Bauteile in dem Zweig der Servoschleife, die Vorwärtsbewegung bewirkt, grosser sein dürfen. Da die ffenauigkeit innerhalb enger Grenzen bei einem Tachometer viel leichter und wirtschaftlicher zu erreichen ist als in der Kombination aus dem hochverstärkenden Gleichstromverstärker, der als Brückenschaltung ausgebildeten Treiberschaltung und des Betätigungsgliedes,

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ergibt sich eine bedeutende K steneinsparung, während die Genauigkeit des Gesamtsystems erhalten bleibt. .

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1· Servosystem bei dem ein hochverstärkender Gleichstrom-Summierverstärker, eine in Brückenschaltung ausgeführte Treiberschaltung und ein schrittweise arbeitendes Betätigungsglied in Reihe geschaltet sind und ein Tachometer zum Feststellen der Geschwindigkeit des Betätigungsgliedes im Rückkopplungspfad angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Integrator- und Pegeldetektorschaltung (15* Fig. 2) mit dem Tachometer verbunden ist, in der das Tachometersignal integriert und mit einem vorgegebenen Spannungspegel verglichen wird, der derjenigen Spannung entspricht, die der Tachometer liefert, wenn das Betätigungsglied die Hälfte der zurückzulegenden Strecke durchlaufen hat, und daß die Integrator- und Pegeldetektorschaltung bei Gleichheit der miteinander verglichenen Signale ein Signal abgibt, durch das das Servosystem in die Phase zur Verzögerung des Betätigungsgliedes umgeschaltet wird.

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