DE1538592C3 - Servosystem - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Servosystem, durch das ein Betätigungsglied unter Verwendung wegabhängiger Signale bis zur Mitte des zurückzulegenden Weges beschleunigt und danach verzögert wird. ■

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 Faktor 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 Weges 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.

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 Taktgeberschaltung steuert die Verzögerungsperiode und schaltet das Servosystem ab, wenn sie in den Ruhestand zurückkehrt. Bei einem System, das auf Geschwindig- *-" keiten anspricht, kann ein Detektor mit der Servoschleife verbunden sein, um das Ausgangssignal eines Tachogenerators zu prüfen. Wenn der Tachogeneratorausgang eine bestimmte Motorgeschwindigkeit anzeigt, wird das Servosystem auf seine Verzögerungs- .--phase umgeschaltet, in der es unter der Kontrolle des Tachogenerators 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 bestimmte Betriebsbedingungen genau und sind in hohem Maße gegen Parameteränderungen empfindlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Servosystem anzugeben, bei dem die Mitte des zurückzulegenden Weges nicht über einen Stellungsmelder, sondern durch Verwendung wegabhängiger Signale ermittelt wird, das aber gegenüber Parameteränderungen unempfindlicher ist als bekannte Systeme.

Diese Aufgabe wird mit einem Servosystem der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zum Feststellen der Mitte des zurückzulegenden Weges eine Integrator- und Pegeldetektorschaitung vorgesehen ist, deren Eingang an einen mit dem Betätigungsglied gekoppelten Tacho- generator und deren Ausgang an eine Steuerschaltung angeschlossen ist, die nach Ansprechen der Integrator- und Pegeldetektorschaltung das Verzögern des Betätigungsgliedes veranlaßt.

Außer dem Vorteil, daß die Kosten für eine Vorrichtung zur Stellungsmeldung vermieden werden, hat die vorliegende Erfindung den weiteren Vorteil, daß sie die Genauigkeitsanforderungen auf den Rückkopplungspfad konzentriert, d. h. auf den Tachogenerator, wodurch die Toleranzen der Bauteile in dem Zweig der Servoschleife, die Vorwärtsbewegung bewirkt, größer sein dürfen. Da die Genauigkeit innerhalb enger Grenzen bei einem Tachogenerator viel leichter und wirtschaftlicher zu erreichen ist als in der Kombination aus dem hochverstärkenden Gleichstromverstärker, der als Brückenschaltung ausgebildeten Treiberschaltung und des Betätigungsgliedes, ergibt sich eine bedeutende Kosteneinspa-

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rung, während die Genauigkeit des Gesamtsystems speist wird. Das Betätigungsglied 13 ist an die in

erhalten bleibt. Brückenschaltung ausgeführte Treiberschaltung an-,

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Er- geschlossen. Der Tachogenerator 14 ist ein linearer

findung ' enthält die Integrations- und Pegel- Geschwindigkeitswandler, dessen Differentialsignal

detektorschaltung eine Vergleichsschaltung aus zwei 5 einem Paar in Kaskade geschalteter Verstärker in

emittergekoppelten Transistoren, bei _:denen die Kollektorschaltung zugeführt wird. Jede Seite des

Basis des ersten Transistors mit einem^Kondensator Tachogenerators erzeugt etwa 100 Millivolt pro Zen-

verbunden ist, an den auch die Leitung des.Tacho- timeter und pro Sekunde.

generators angeschlossen ist, während die Basis des Gemäß F i g. 2 besteht die Anzeigevorrichtung, die

zweiten Transistors mit dem Abgriff eines Potentio- io anzeigt, ob die Hälfte des gewünschten Weges zu-

meters verbunden ist, an dem eine Spannung abge- rückgelegt ist, aus einer Integrator- und Pegeldetek-

griffen wird, die der bis zum Durchlaufen des halben torschaltung. Die Pegeldetektorschaltung enthält ein

Weges vom Tachogenerator gelieferten und durch Paar von PNP-Transistoren 21 und 22, die als Schal-

den Kondensator integrierten Spannung entspricht, ter dienen. Ein Potentiometer 23 ist mit der Basis des

und daß der Ausgang der Vergleichsschaltung über 15 Transistors 22 verbunden. Ein Kondensator 24 ist

einen Transistor entgegengesetzten Leitungstyps mit mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle von

der Steuerschaltung verbunden ist. · 6VoIt und der Basis des Transistors 21 verbunden,

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der und das vom Tachogenerator gelieferte Geschwindig-Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher keitssignal erscheint auf der Leitung 25. Der Ausbeschrieben. Es zeigt ao gang des Schalters rst mit der Basis eines Transistor-

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Servoschaltung inverters 26 verbunden, der in Reihe zu der Selbstgemäß der Erfindung und halteschaltung liegt.

F i g. 2 ein Schaltbild eines Integrators und Pegel- Beim Betrieb des Servosystems nach F i g. 1 wird

detektors, der für die Verwendung in der Schaltung ein Impuls »Start« der Steuerschaltung über die Lei-

nach F i g. 1 geeignet ist. 35 tung 27 zugeführt. Die Steuerschaltung erzeugt ein

Bei dem Servosystem nach F i g. 1 enthält die Bezugssignal, entweder für Vorwärts- oder RückSchleife zum Beeinflussen der Geschwindigkeit einen wärtsbewegung, das dem Summiereingang des hoch Gleichstromverstärker 11 mit hoher Verstärkung, verstärkenden Gleichstromverstärkers 11 zugeführt eine als Brückenschaltung ausgeführte Treiberschal- wird. Die Stärke dieses Signals ist derart, daß das tung 12, ein schrittweise arbeitendes Betätigungsglied 30 Geschwindigkeitssignal des Tachogenerators über-13, das die Fonrn eines nach dem Prinzip der Laut- deckt wird und der hochverstärkende Gleichstromsprecherspule arbeitenden Motors haben mag, um verstärker 11 die als Brückenschaltung ausgebildete einen Magnetkopf schrittweise über eine rotierende Treiberschaltung veranlaßt, dem Betätigungsglied die Aufzeichnungsscheibe weiterzubewegen, und einen volle Leistung zuzuführen. Während das Betäti-Tachogenerator 14. Die Schleife enthält zum Beein- 35 gungsglied beschleunigt wird, verarbeitet die Vorflussen der Stellung außerdem eine Anzeigevorrich- richtung, die die Stellung und insbesondere das Ertung in der Form eines Integrators und eines Detek- reichen des Mittelpunktes der zu durchlaufenden tors 15, die anzeigt, daß die Hälfte der zurückzule- Strecke anzeigt, das Tachogeneratorsignal (durch genden Strecke durchlaufen ist, sowie logische Schal- Bilden des Zeitintegrals). Die errechnete Stellung des tungen 16 zur Steuerung des Servosystems. *o Betätigungsgliedes wird dann mit einem genau fest-

Der Ausgang des Tachogenerators ist mit dem gelegten Bezugssignal verglichen, das ungefähr der Eingang des Integrators und Detektors als Teil der Hälfte des gewünschten Bewegungszuwachses entSchleife zum Beeinflussen der Stellung verbunden spricht. Wenn der Vergleich ergibt, daß das Betäti- und auch mit dem Eingang des hochverstärkenden gungsglied ungefähr die Hälfte des zurückzulegenden Gleichstromverstärkers 11 als Teil der Schleife zum 45 Weges zurückgelegt hat, wird ein Signal zu der Beeinflussen der Geschwindigkeit. Der Zweck der lo- Selbsthalteschaltung 17 gesandt, das dafür sorgt, daß gischen Steuerschaltungen ist es, einen Beschleuni- das Bezugssignal unterbrochen wird. Bis zu diesem gung bewirkenden Impuls zu erzeugen, entweder zur Zeitpunkt wurde das Betätigungsglied auf seine ma-Beschleunigung in der Vorwärts- oder in der Rück- ximale Geschwindigkeit beschleunigt, und die Ampliwärtsrichtung. Die logischen Schaltungen enthalten 50 tude der Tachogeneratorspannung wuchs. Sobald als eine Selbsthalteschaltung 17 zur Umschaltung 'des " das Bezugssignal wegfällt, wird das Geschwindig-Servosystems und ein Paar von UND-Schaltungen 18 keitssignal des Tachogenerators die einzige Größe, und 19, um die Richtung der Bewegung des Betäti- die das Betätigungsglied steuert, und dieses Signal gungsgliedes zu bestimmen. befiehlt nun dem Betätigungsglied anzuhalten. Da

Der eine hohe Verstärkung aufweisende Gleich- 55 das Tachogeneratorsignal relativ groß ist und dem Stromverstärker 11 ist ein zweikanaliger Summierver- hochverstärkenden Gleichstromverstärker 11 zugestärker, bei dem jeder Kanal eine Folge von Verstär- führt wird, führt die in Brückenschaltung ausgeführte kern in Kollektorschaltung enthält, die durch eine in- Treiberschaltung dem Betätigungsglied eine maxivertierende Verstärkerstufe gesteuert werden. Das male Leistung in einer Polarität zu, die eine Verzöge-Ausgangssignal des Tachogenerators und der eine 60 rung bewirkt. Dieses verzögernde Signal wird so lange Beschleunigung bewirkende Impuls werden beide der zugeführt, bis die Geschwindigkeit des Betätigungs-Basis der invertierenden Verstärkerstufe zugeführt. gliedes extrem klein ist. Da die gleiche Kraft von Die Treiberschaltung 12 enthält 4 Transistoren, die dem Betätigungsglied für Beschleunigung und Verzöeine Brückenschaltung bilden. Die Brückenschaltung gerung entwickelt wird und da die Polarität des Treierlaubt es, daß der Strom einer Stromquelle (die in 65 bersignals sich auf der Mitte des Weges von der Bediesem Beispiel eine Spannung von 48 Volt aufweist) schleunigung zur Verzögerung ändert, kommt das in jeder Richtung durch die Motorklemmen fließen Betätigungsglied sehr nahe an den Punkt, der der gekann, abhängig davon, welcher Zweig der Brücke ge- wünschten Schrittentfernung entspricht, zur Ruhe.

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 F i g. 2 wird das Tachogenefatorsignal, das auf der ,Leitung 25 erscheint, integriert und mit einem vorgegebenen Spannungspcgel verglichen, der der HäTfte des zu durchlaufenden Weges entspricht. Dieser Spannungspegel wird vorher bestimmt und mittels des Potentiometers

23 eingestellt. Die Spannung auf dem Kondensator

24 wird mit der Spannung an der Basis des Transistors 22 verglichen. Die Spannung an der Basis des Transistors 21 beträgt +6VoIt und wird integriert bis zu der Spannung an der Basis des Transistors 22. Daher bestimmt die Spannung an der Basis des Transistors 22 die Länge des Weges in jedem Schritt. Eine nicht dargestellte zusätzliche Schaltung ist vorgesehen, um die· Spannung am Kondensator 24 nach jedem Integrationszyklus zu Null zu machen. Durch Aufrechterhalten eines konstanten Potentials am Potentiometer 23 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 Relaispyramide z.B. kann das dem Potentiometer zugeführte Potential verändert werden, um willkürliche Schrittgrößen des Betätigungsgliedes zu erzeugen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Servosystem, durch das ein Betätigungsglied unter Verwendung wegabhängiger Signale bis zur Mitte des zurückzulegenden Weges beschleunigt und danach verzögert wird,.-»,dadurch gekennzeichnet, daß zuni Feststellen der Mitte des zurückzulegenden Weges eine Integrator- und Pegeldetektorschaltung (15) vorgesehen ist, deren Eingang an einen mit dem Betätigungsglied (13) gekoppelten Tachogenerator (14) und deren Ausgang an eine Steuerschaltung (16) angeschlossen ist, die nach Ansprechen der Integrator- und Pegeldetektorschaltung das Verzögern des Betätigungsgliedes veranlaßt.

2. Servosystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrations- und Pegeldetektorschaltung eine Vergleichsschaltung aus zwei emittergekoppelten Transistoren (21,-22) enthält, bei denen die Basis des ersten Transistors (21) mit einem Kondensator (24) verbunden ist, an den auch die Leitung (25) des Tachogenerators (14) angeschlossen ist, während die Basis des zweiten Transistors (22) mit dem Abgriff eines Potentiometers (23) verbunden ist* an dem eine Spannung abgegriffen wird, die der bis zum Durchlaufen des halben Weges vom Tachogenerator (14) gelieferten und durch den Kondensator integrierten Spannung' entspricht, und daß der Ausgang der Vergleichsschaltung über einen Transistor (26) entgegengesetzten Leitungstyps mit der Steuerschaltung verbunden ist.

3. Servosystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Selbsthalteschaltung (17) enthält, deren erstem Eingang ein Startimpuls zur Beschleunigung des Betätigungsgliedes zugeführt wird, deren zweiter Eingang an die Integrator- und Pegeldetektorschaltung angeschlossen ist und deren Ausgang mit zwei UND-Gliedern (18, 19) verbunden ist, denen Signale für eine Vor- bzw. Rückwärtsbewegung zugeführt werden, und daß die beiden Ausgänge der Steuerschaltung an einen hochverstärkenden zweikanaligen Gleichstrom-Summierverstärker (11) angeschlossen sind, dessen dritter, beiden Kanälen gemeinsamer Eingang mit dem Tachogenerator (14) verbunden ist, der nach Ansprechen der Integrator- und Pegeldetektorschaltung die Verzögerung des Betätigungsgliedes vornimmt.