DE1588252B2

DE1588252B2 - Vergleichsglied fuer einen lageregelkreis

Info

Publication number: DE1588252B2
Application number: DE1967G0051012
Authority: DE
Inventors: Bob N. Oakland N.J. Naydan (V.St.A.)
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1966-09-01
Filing date: 1967-09-01
Publication date: 1976-06-10
Also published as: GB1155343A; DE1588252A1; US3480947A

Description

45 Die Erfindung bezieht sich auf ein Vergleichsglied für

einen Lageregelkreis der im Oberbegriff der Hauptansprüche angegebenen Gattung.

Es sind Lagemeßkreise mit einem aus Stator und Rotor bestehenden Drehmelder bekannt, welche aus dem Drehwinkel-Sollwert und dem Drehwinkel-Istwert ständig die Differenz des Weges nach Vorzeichen und Größe bilden sollen und in einen Lageregelkreis integriert werden können. Der digitale Drehwinkel-Sollwert wird in einem Digital-Analog-Wandler umgesetzt, um die Amplituden der beiden den Statorwicklungen zugeführten Ströme nach dem Sinus- bzw. Cosinus-Gesetz zu verändern. Entsprechend der Differenz zwischen dem jeweiligen tatsächlichen Drehwinkel und dem jeweiligen gewünschten Drehwinkel ergibt g₀ sich am Ausgang ein Fehlersignal, welches einem Verstärker zugeführt wird, um dann zur Bestimmung des Vorzeichens der Wegdifferenz in einem Kanal phasenabhängig gleichgerichtet und zur Bestimmung der Größe der Wegdifferenz in einem parallelen Kanal betragsmäßig gleichgerichtet zu werden. Bei der Integrierung eines solchen Lagemeßkreises in einen Lageregelkreis wird das Fehlersignal des Drehmelders einer Geschwindigkeitsregelung als Sollwert zugeführt Dabei findet ein analoger Lagevergleich statt Auch ist es bekannt, den Lagevergleich digital durchzuführen, wobei das analoge Ausgangssignal eines Drehmelders in einem Analog-Digital-Wandler umgesetzt wird, um ein digitales Istwertsignal zu erhalten, welches zusammen mit einem digitalen Sollwertsignal einem digital arbeitenden Vergleicher aufgegeben wird, welcher aus einer Addierschaltung bestehen kann und ein digitales Fehlersignal abgibt, welches in einem Digital-Analog-Wandler in ein analoges Fehlersignal umgesetzt und einer Geschwindigkeitsregelung zugeführt wird (»Regelungstechnik«, 1965, Heft 3, S. 134 bis 138).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vergleichsglied der im Oberbegriff der Hauptansprüche angegebenen Gattung zu schaffen, welches auf einfache und dennoch zuverlässige Weise aus dem digitalen Sollwertsignal und den analogen Istwertsignalen das analoge Fehlersignal erzeugt.

Diese Aufgabe ist alternativ durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den restlichen Ansprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Vergleichsglied kann sich aus stationären Festkörperschaltelementen zusammensetzen und benötigt nur wenig Platz. Auch ist eine geringe Leistungsaufnahme gegeben. Ferner ist es leicht, genau und spricht es schnell an. Der Aufbau ist einfach und die Herstellung billig.

Wesentlich ist vor allem auch, daß kein Vergleich im üblichen Sinne stattfindet, sondern vielmehr die analogen, den Sinus bzw. den Cosinus des tatsächlichen Drehwinkels darstellenden Istwertsignale mit einer trigonometrischen Funktion des gewünschten Drehwinkels multipliziert bzw. moduliert werden.

Das analoge Fehlersignal entspricht einer trigonometrischen Funktion der Differenz des tatsächlichen Drehwinkels und des gewünschten Drehwinkels und kann einem Stellantrieb aufgegeben werden, um das Fehlersignal auf Null zurückzuführen. Das digitale Sollwertsignal kann den gewünschten Drehwinkel selbst oder eine trigonometrische Funktion desselben, beispielsweise den Tangens, darstellen.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig.2 das Schaltbild der logischen Schaltung des Ausführungsbeispiels nach F i g. 1,

Fig.3 das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels,

F i g. 4 und 5 jeweils das Schaltbild zweier verschiedener Ausgestaltungen des linearen Netzwerkes des Ausführungsbeispiels nach F ig. 3 und

Fig.6 das Schaltbild der logischen Schaltung des Ausführungsbeispiels nach F i g. 3.

Gemäß F i g. 1 ist das erfindungsgemäße Vergleichsglied 1 einem Lageregelkreis mit einem System 2 zugeordnet, welches einen Stellantrieb 3 für das Verdrehen einer Welle 4 in beiden Richtungen, einen dem Stellantrieb 3 vorgeschalteten Verstärker 3a und einen Drehmelder 5 aufweist Letzterer besteht aus einem Stator mit drei um 120° gegeneinander versetzten Wicklungen und einem Rotor mit einer Wicklung, der zusammen mit der Welle 4 verdreht wird.

Die Rotorwicklung wird mit einer Wechselspannung

E · sin wt erregt und induziert in den Statorwicklungen jeweils eine zu der besagten Spannung proportionale, vom Sinus des tatsächlichen Drehwinkels 0 des Rotors gegenüber dem Stator, also vom Sinus des tatsächlichen Drehwinkels θ der Welle 4 abhängige Wechselspannung, wobei die induzierten Spannungen sich entsprechend der Anordnung der Statorwicklungen hinsichtlich der Phase voneinander unterscheiden. Der Drehmelder 5 gibt somit an den drei Ausgängen 6, 7 und 8 die Spannung

Ek · sin wt · sin 0 bzw.

bzw.

Ek- sin wt- sin (0 + 120°) Ek - sin wt ■ sin (0+240°)

Dieses dreiphasige Ausgangssignal des Drehmelders 5 wird in einem SCOTT-T-Netzwerk 9 in zwei zweiphasige Signale

± Ek - sin wt · sin 0 und

± Ek · sin wt · cos 0

umgesetzt, welche in zwei Leitungspaaren 10,11 und 12, 13 abgegeben werden. In jeder der Leitungen 10,11,12 und 13 ist ein elektronischer Schalter 16 bzw. 17 bzw. 18 bzw. 19 vorgesehen.

An die beiden Schalter 16 und 17 des Leitungspaares 10, 11 ist ein Cosinusnetzwerk 14 eingangsseitig angeschlossen, an die beiden Schalter 18 und 19 des Leitungspaares 12, 13 ein Sinusnetzwerk 15. Die Schalter 16 und 17 wählen dasjenige analoge, den Sinus des tatsächlichen Drehwinkels 0 darstellende Istwertsignal auf der Leitung 10 bzw. 11 aus, welches zum Cosinusnetzwerk 14 gelangen soll, während die Schalter 18 und 19 das den Cosinus des tatsächlichen Drehwinkels 0 darstellende Istwertsignal auf der Leitung 12 bzw. 13 auswählen, welches zum Sinusnetzwerk 15 gelangen soll.

Das digitale, binär verschlüsselte und den gewünschten Drehwinkel Φ darstellende Sollwertsignal wird über einen Eingang 20 gleichzeitig einem Register 21 und einer logischen Schaltung 22 zugeführt. Das Register 21 ist ausgangsseitig mit dem Sinusnetzwerk 15 und dem Cosinusnetzwerk 14 verbunden, deren Ausgänge jeweils an eine Leitung 23 bzw. 24 angeschlossen sind. Die logische Schaltung 22 steuert die Betätigung der Schalter 16,17,18 und 19.

Das Cosinusnetzwerk 14, das Sinusnetzwerk 15 und das Register 21 stellen eine Multipliziereinrichtung dar. Das Schieberegister 21 steuert entsprechend den Zuständen seiner Stufen Schalter im Cosinusnetzwerk 14 bzw. im Sinusnetzwerk 15, um jeweils eine solche Widerstandsschaltung zu bilden, daß das jeweils anliegende Potential in einen Strom umgewandelt wird, der dem Cosinus bzw. dem Sinus des dem Sollwertsignal entsprechenden, gewünschten Drehwinkels Φ proportional ist Wenn also das Istwertsignal

Ek - sin wt · sin 0

über den Schalter 16 zum Cosinusnetzwerk 14 gelangt, dann gibt dieses das Ausgangssignal

Ek · sin wt · sin 0 · cos Φ ab. In gleicher Weise ruft das über den Schalter 18 dem Sinusnetzwerk 15 zugeführte Istwertsignal

Ek · sin wt ■ cos 0

ein Ausgangssignal bzw. Potential der Größe Ek · sin wt · cos 0 · sin Φ

hervor.

Die logische Schaltung 22 steuert die Schalter 16,17, 18 und 19 entsprechend dem jeweiligen Sollwertsignal derart, daß jeweils einer der beiden dem einen bzw. dem anderen Leiterpaar 10, 11 bzw. 12, 13 zugeordneten Schalter 16 und 17 bzw. 18 und 19 geschlossen und der andere geöffnet ist, also an den Ausgängen des Sinusnetzwerkes 15 und des Cosinusnetzwerkes 14 gegeneinander phasenverschobene Spannungen erscheinen, die unter Berücksichtigung der Polarität der Istwertsignale auf den Leitungen 10, 11, 12 und 13 und der Polarität des Sinus und des Cosinus des gewünschten Drehwinkels Φ gebildet werden.

Gemäß Fig.2 weist die logische Schaltung 22 ein zweistufiges Register 25 zur Speicherung der zwei den Quadranten des gewünschten Drehwinkels Φ festlegenden Bits auf, nämlich des 180°-Bits und des 90°-Bits. Werden die beiden Stufen des Registers 25 jeweils mit einem Bit beaufschlagt, so ist das jeweilige Ausgangssignal eine logische 1, andernfalls eine logische 0. Das Ausgangssignal der 180°-Stufe des Registers 25 wird unmittelbar zur Steuerung des ersten Schalters 17 verwendet und unmittelbar einem Negator 26 sowie einem Eingang einer Und-Schaltung 27 zugeführt. Das Ausgangssignal der 90°-Stufe des Registers 25 geht einem zweiten Negator 28 und dem zweiten Eingang der Und-Schaltung 27 zu. Das Ausgangssignal des Negators 26 steuert den zweiten Schalter 16 und gelangt zu einem Eingang einer Und-Schaltung 29. Das Ausgangssignal des zweiten Negators 28 wird dem anderen Eingang der Und-Schaltung 29 zugeführt. Die Ausgangssignale der Und-Schaltungen 27 und 29 gehen den beiden Eingängen einer Oder-Schaltung 30 zu, deren Ausgangssignal wiederum unmittelbar den dritten Schalter 19 steuert und denv Eingang eines dritten Negators 31 zugeführt wird, dessen Ausgangssignal den vierten Schalter 18 steuert.

Die Stellungen der vier Schalter 16, 17, 18 und 19 entsprechen der Lage des gewünschten Drehwinkels Φ im ersten bzw. zweiten bzw. dritten bzw. vierten Quadranten und die zugehörige Beaufschlagung der logischen Schaltung 22 bzw. des zweistufigen Registers 25 derselben durch das digitale Sollwertsignal vom Eingang 20 her sind in Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Quadrant

Quadrant-Bits
des digitalen
Sollwertsignais
180°-Bit 90°-Bit

Stellungen der Schalter

16 17 18 19

1 (0° bis 90°) 0 0

2 (90° bis 180°) 0 1

3 (180° bis 270°) 1 0

4 (270° bis 360°) 1 1

1 = Schalter geschlossen;
0 = Schalter offen.

10 0 1 10 10 0 110 0 10 1

Jeder Quadrant einer Sinus- oder Cosinus-Schwingung kann durch die Kombination des Vorliegens bzw.

Nichtvorliegens eines 180°-Bits und eines 90°-Bits dargestellt werden. Aus F i g. 1 und Tabelle I ergibt sich, daß die Schalter 16, 17, 18 und 19 betätigt werden, um dem jeweils zugehörigen Cosinus- bzw. Sinusnetzwerk

14 bzw. 15 ein vom SCOTT-T-Netzwerk 9 kommendes Istwertsignal derart zuzuführen, daß bei Kombination der vom SCOTT-T-Netzwerk 9 kommenden Istwertsignale mit den Polaritäten des Sinus bzw. Cosinus des gewünschten Drehwinkels Φ das Cosinus- und das Sinusnetzwerk 14 bzw. 15 Spannungen mit entsprechend entgegengesetzten Polaritäten erzeugen.

Aus Tabelle I geht hervor, daß im ersten Quadranten die Polaritäten des Sinus und des Cosinus gleich und die Schalter 16 sowie 19 geschlossen sind, so daß Istwertsignale bzw. Spannungen entgegengesetzter Polarität zum Cosinus- und zum Sinusnetzwerk 14 bzw.

15 gelangen, welche schließlich Spannungen entgegengesetzter Polarität liefern. Im zweiten Quadranten sind die Polaritäten des Sinus und des Cosinus entgegengesetzt und die Schalter 16 sowie 18 geschlossen, so daß Istwertsignale bzw. Spannungen gleicher Polarität zum Cosinus- und zum Sinusnetzwerk 14 bzw. 15 gelangen und diese wiederum Spannungen entgegengesetzter Polarität liefern.

Die Ausgangssignale

Ek ■ sin wt · sin Θ · cos Φ

— Ek · sin wt ■ cos Θ · sin Φ

des Cosinusnetzwerkes 14 bzw. des Sinusnetzwerkes 15 werden über die Leitung 24 bzw. 23 den beiden Eingängen eines als Verstärker ausgebildeten Vergleichers 32 aufgegeben. Dieser Summierverstärker 32 vereinigt die Ausgangssignale zu einem analogen Fehlersignal

Ek · sin wt · sin {β — Φ)

(trigonometrische Funktion der Differenz des tatsächlichen Drehwinkels Θ und des gewünschten Drehwinkels Φ), welches dem Verstärker 3a des Systems 2 zugeführt wird, um den Stellantrieb 3 zu betätigen und die Welle 4 so zu verdrehen, daß die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehwinkel Θ und dem gewünschten Drehwinkel Φ zu Null wird.

Das Vergleichsglied 1, welches auf das dreiphasige, analoge Istwertsignal des Drehmelders 5 anspricht, mit einem digitalen Sollwertsignal beaufschlagt wird und ein analoges Fehlersignal zum Verstärker 3a abgibt, ist nur mit Festkörperschaltelementen und passiven Elementen bestückt und kommt gänzlich ohne bewegliche Teile aus.

Die jeweilige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vergleichsgliedes 1 hängt von der Form des digitalen Sollwertsignals ab. Bei dem geschilderten Ausführungsbeispiel wird der gewünschte Drehwinkel Φ selbst als Sollwertsignal eingegeben. Statt dessen kann das Sollwertsignal auch aus einem Signalpaar bestehen, wobei die beiden Signale den Sinus bzw. den Cosinus des gewünschten Drehwinkels Φ darstellen, oder aber das Sollwertsignal kann den Tangens oder den Cotangens des gewünschten Drehwinkels Φ darstellen, wobei es zusätzlich Informationen über den Oktanten enthält, in welchem der gewünschte Drehwinkel Φ liegt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 spricht das Vergleichsglied auf ein digitales Sollwertsignal an, welches den Tangens des gewünschten Drehwinkels Φ darstellt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel gelangt vom System 2' mit Stellantrieb 3', vorgeschaltetem Verstärker 3a', Welle 4' und Drehmelder 5' ein dreiphasiges, analoges Istwertsignal zu einem SCOTT-T-Netzwerk 9', welches dieses Ausgangssignal des Drehmelders 5' in zwei zweiphasige Istwertsignale auf zwei Leitungspaaren 10', 1Γ und 12', 13' umsetzt, in welchen Leitungen 10', 11', 12' und 13' jeweils ein elektronischer Schalter 16' bzw. 17' bzw. 18' bzw. 19' vorgesehen ist

Die beiden Spannungen bzw. Istwertsignale zweier jeweils dem einen bzw. dem anderen Leiterpaar 10', 11' bzw. 12', 13' zugehörigen Leitungen werden wahlweise über zwei abwechselnd betätigte, elektronische Schalter 34 und 35 einem linearen Netzwerk 33 aufgegeben. Die Schalter 34 und 35 sind jeweils zwischen dem Schalterpaar 16', 17' bzw. dem Schalterpaar 18', 19' und dem linearen Netzwerk 33 vorgesehen. Zusätzlich sind die Schalterpaare 16', 17' und 18', 19' jeweils über einen weiteren elektronischen Schalter 36 bzw. 37 mit dem einen Eingang eines als Verstärker ausgebildeten Vergleichers 32' verbindbar, dessen zweiter Eingang an den Ausgang des linearen Netzwerkes 33 angeschlossen ist, und welcher ausgangsseitig mit dem Eingang des Verstärkers 3a' verbunden ist

Das lineare Netzwerk 33 ist in seiner Art allgemein bekannt und kann gemäß F i g. 4 oder 5 ausgebildet sein. Es spricht auf das digitale, binär verschlüsselte Sollwertsignal an, welches den Tangens des gewünschten Drehwinkels Φ darstellt, und bildet jeweils eine diesem entsprechende Widerstandsschaltung, welche einen dem Tangens proportionalen Strom erzeugt, der von der Größe der jeweils angelegten Spannung abhängt. Gemäß F i g. 4 besteht das lineare Netzwerk 33 unter anderem aus einem Widerstand 38, dessen eines Ende geerdet ist und dessen anderes Ende mit neun anderen Widerständen 39,40,... bis zum Ausgang 41 in Serie geschaltet ist. Zehn Zweigschaltungen, die

jeweils einen Widerstand 42 bzw. 43 bzw bzw. 44 und

in Reihe dazu je einen Schalter 45 bzw. 46 bzw bzw.

47 aufweisen, sind vorgesehen, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Zweigschaltungen ein Widerstand 39 bzw. 40 bzw. ... Hegt und jede Zweigschaltung an

dem dem Widerstand 39 bzw. 40 bzw abgewandten

Ende geerdet ist Jede Zweigschaltung ist zwischen deren Schalter 45 bzw. 46 bzw.... bzw. 47 und deren Widerstand 42 bzw. 43 bzw. ... bzw. 44 über einen Schalter 48 bzw. 49 bzw— bzw. 50 mit dem Eingang des linearen Netzwerkes 33 verbunden. Die Widerstände 38, 42, 43, ..., 44 sind doppelt so groß wie die untereinander gleich großen Widerstände 39,40,... .

Bei der Ausgestaltung nach F i g. 5 weist das lineare Netzwerk 33 zehn parallele, jeweils aus mehreren in Reihe geschalteten Widerständen bestehende Zweigschaltungen auf, und zwar weisen die ersten beiden Zweigschaltungen jeweils drei Widerstände 51, 52 und 53 bzw. 54,55 und 56 auf, die restlichen Zweigschaltungen jeweils zwei Widerstände 57 und 58 bzw.... bzw. 59 und 60. Bei der ersten Zweigschaltung können die beiden Verbindungsstellen zwischen jeweils zwei benachharten Widerständen 51 und 52 bzw. 52 und 53 jeweils über einen Schalter 61 bzw. 62 geerdet werden, ebenso wie es bei der zweiten Zweigschaltung mit Hilfe der Schalter 63 und 64 der Fall ist Desgleichen ist bei den übrigen Zweigschaltungen die einzige Verbindungsstelle zwischen deren beiden Widerständen 57 und 58

bzw bzw. 59 und 60 mittels eines Schalters 65 bzw.

... bzw. 66 mit Erde verbindbar. Die Widerstände in einer Zweigschaltung sind gleich groß. Die Widerstände

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der zweiten Zweigschaltung sind doppelt so groß wie diejenigen der ersten Zweigschaltung, während die Widerstände aller übrigen Zweigschaltungen 4,5mal so groß wie diejenigen der ersten Zweigschaltung sind.

Die Schalter des linearen Netzwerkes 33 gemäß F i g. 4 bzw. 5 werden von einem Register 67 betätigt, wie aus F i g. 3 ersichtlich ist. Das Eingangsregister 67 wird vom Eingang 20' her mit dem Sollwertsignal beaufschlagt und speichert letzteres. Die Stufen des Eingangsregisters 67 betätigen die Schalter des linearen Netzwerkes 33 so, daß durch den jeweils gebildeten Gesamtwiderstand ein zum SoHwertsignal proportionaler Strom fließt

Die Schalter 16', 17', 18' und 19' sowie 34,35,36 und 37 werden von einer logischen Schaltung 68 derart gesteuert, daß diejenigen, vom SCOTT-T-Netzwerk 9' abgegebenen Istwertsignale ausgewählt werden, die gegenüber dem SoHwertsignal in dessen acht verschiedenen Oktanten eine Phasenverschiebung aufweisen.

Das dem Eingang 20' zugeführte, digitale und binär verschlüsselte SoHwertsignal stellt den Tangens des gewünschten Drehwinkels Φ dar und enthält zusätzlich eine Information in Form eines 180°-, eines 90°- und eines 45°-Bits über denjenigen Oktanten, in welchem der gewünschte Drehwinkel Φ liegt. Diese drei Bits erlauben acht verschiedene Kombinationen, welche jeweils einen der acht Oktanten genau definieren und aus derselben Quelle stammen, wie der den Tangens des gewünschten Drehwinkels Φ darstellende Teil des Sollwertsignals. Die Oktant-Information kann man beispielsweise durch Vergleich der Vorzeichen und der Größen des Sinus und des Cosinus im jeweiligen Oktanten erhalten. Die Vorzeichen des Sinus und des Cosinus und die relative Größe von Sinus und Cosinus definieren jeden Oktanten eindeutig.

Der den Tangens des gewünschten Drehwinkels Φ darstellende Teil des Sollwertsignals liegt direkt am Eingang vom Register 67, während die Oktant-Information einem Schieberegister 69 mit drei Stufen für das 180°- bzw. das 90°- bzw. das 45°-Bit zugeführt wird, welches zur logischen Schaltung 68 gehört. Die Ausgangssignale der drei Schieberegisterstufen werden gemäß Fig.6 so verknüpft, daß die Ausgangssignale der logischen Schaltung 68 die Oktanten des gewünschten Drehwinkels Φ darstellen.

Das Ausgangssignal der 180°-Stufe des Schieberegisters 69 steuert unmittelbar den ersten Schalter 17', liegt an einem Eingang einer Und-Schaltung 70 und steuert

über einen Negator 71 den zweiten Schalter 16'. Die entsprechenden Ausgangssignale der logischen Schaltung 68 sind also 180° bzw. 180°-Negation.

Das Ausgangssignal der 90°-Stufe des Schieberegisters 69 wird über einen zweiten Negator 72 dem

zweiten Eingang der Und-Schaltung 70 und unmittelbar jeweils einem Eingang zweier Und-Schaltungen 73 und 74 zugeführt. Der zweite Eingang der Und-Schaltung 73 ist mit dem Ausgang des ersten Negators 71 verbunden. Die Ausgänge der Und-Schaltungen 70 und 73 sind mit

den Eingängen einer Oder-Schaltung 75 verbunden, deren Ausgangssignal unmittelbar den dritten Schalter 18' und über einen dritten Negator 76 den vierten Schalter 19' steuert. Die entsprechenden Ausgangssignale der logischen Schaltung 68 sind also 180° +90°-

Negation oder 180°-Negation+90° bzw. (180°+90°- Negation)-Negation oder (I80°-Negation+90°)-Negation.

Das Ausgangssignal der 45°-Stufe des Schieberegisters 69 wird unmittelbar dem zweiten Eingang der

Und-Schaltung 74 und über einen vierten Negator 77 einem Eingang einer Und-Schaltung 78 zugeführt, deren zweiter Eingang mit dem Ausgang des Negators 72 verbunden ist. Die Ausgangssignale der Und-Schaltungen 74 und 78 werden einer Oder-Schaltung 79 zugeführt, deren Ausgangssignal den fünften und sechsten Schalter 35 bzw. 36 unmittelbar und den siebten sowie achten Schalter 34 bzw. 37 über einen fünften Negator 80 steuert. Die entsprechenden Ausgangssignale der logischen Schaltung 68 sind also 90°-Negation+45°-Negation oder 90°+45° bzw. (90°-Negation+45°-Negation)-Negation oder

(90° +45°)-Negation.

In Tabelle II ist angegeben, wie die logische Schaltung 68 gemäß F i g/6 die Schalter 16', 17', 18' und 19' sowie 34, 35, 36 und 37 steuert, und welches analoge Fehlersignal ε jeweils vom Vergleichsglied für den Stellantrieb 3' abgegeben wird, was über den Verstärker 3a' geschieht

Tabelle II

Oktant

Oktant-Bits des digi- Digit. Stellungen der Schalter

talen Sollwertsignals SoIl-

180°- 90°- 45°- wert-

Bit Bit Bit signal 16' 17' 18' 19' 36 37 35 34

Analoges Fehlersignal

1	(0° bis 45°)	0	0	0
2	(45° bis 90°)	0	0	1
3	(90° bis 135°)	0	1	0
4	(135° bis 180°)	0	1	1
5	(180° bis 225°)	1	0	0
6	(225° bis 270°)	1	0	1

tan Φ 1 0 0 1 1 0 1 0 ε= Ek sin wt

cot Φ 1 0 0 1 0 1 0 1 ε= Ek sin wt

cot Φ 1 0 1 0 0 1 0 1 ε= Ek sin wt

tan Φ 1 0 1 0 1 0 1 0 ε= Ek sin wt

tan Φ 0 1 1 0 1 0 1 0 ε= Ek sin wt

cot Φ 0 1 1 0 0 1 0 1 ε= Ek sin wt

sin (θ - Φ)

cos Φ
sin (θ - Φ)

sin Φ
sin (θ - Φ)

—sin Φ
sin (0 - Φ)

—cos Φ
sin (0 — Φ)

—sin Φ

Fortsetzung

Oktant

Oktant-Bits des digi- Digit,

talen Sollwertsignals SoIl-

180°- 90°- 45°- wert-

Bit Bit Bit signal

Stellungen der Schalter

16' 17' 18' 19' 36 37 35 34

Analoges Fehlersignal

7 (270° bis 315°) 1 1 0 cot Φ 0 1 0 1 0 1 0 1 ε= Ek sin wt

8 (315° bis 360°) 1 1 1 tan Φ 0 1 0 1 1 0 1 0 ε= Ek sin wt 1 = Schalter geschlossen; 0 = Schalter offen.

sin (Θ — Φ)

sin Φ
sin (θ - Φ)

cos Φ

Aus Tabelle II geht hervor, daß die Schalter 16', 17', 18', 19' und 34, 35, 36, 37 so betätigt werden, daß der Vergleicher bzw. Verstärker 32' vom linearen Netzwerk 33 und mit einem Istwertsignal derart beaufschlagt wird, daß er ein analoges Fehlersignal erzeugt, welches eine trigonometrische Funktion der Differenz des tatsächlichen Drehwinkels Θ und des gewünschten Drehwinkels Φ darstellt. Aus Tabelle II geht ferner hervor, daß das analoge Fehlersignal des Vergleichsgliedes in der Ausführung gemäß Fig.3 sich von dem analogen Fehlersignal der Ausführung nach F i g. 1 nur durch den Faktor l/Cosinus Φ bzw. l/Sinus Φ unterscheidet. Diese beiden Faktoren variieren zwischen 1 und 1,414, weil Cosinus 0 bis 45° bzw. Sinus 0 bis 45° zwischen 1 und 0,707 liegt Das analoge Fehlersignal gelangt vom Ausgang des Vergleichers bzw. Summierverstärkers 32' über den Verstärker 3a' zum Stellantrieb 3' und bewirkt, daß die Welle 4' und der Rotor des Drehmelders 5' so verdreht werden, daß die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehwinkel Θ und dem gewünschten Drehwinkel Φ zu Null wird.

Wenn das digitale Sollwertsignal den Tangens des gewünschten Drehwinkels Φ darstellt, ist die Schaltung hinsichtlich der Widerstandsnetzwerke, wie beispielsweise demjenigen des Sinus- und demjenigen des Cosinusnetzwerkes 14 bzw. 15, vereinfacht, wie F i g. 1 und 3 zeigen. Jedoch erfordert das Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 zusätzliche elektronische Schalter 34,35,36 und 37.

Wird der gewünschte Drehwinkel Φ selbst mit dem Sollwertsignal eingegeben, dann kann auch so vorgegangen werden, daß man ein einziges Netzwerk vorsieht, welches zum Tangens des gewünschten Drehwinkels Φ proportionale Ströme bei Anlegen einer Spannung liefert Die in Tabelle II wiedergegebenen Ergebnisse sind also direkt anwendbar, wenn statt des Sinus- und des Cosinusnetzwerkes ein Tangensnetzwerk verwendet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vergleichsglied für einen Lageregelkreis, in dem der tatsächliche Drehwinkel des Stellantriebes einem Umsetzer zugeführt ist, der zwei zweiphasige, analoge, den Sinus bzw. Cosinus des tatsächlichen Drehwinkels darstellende Istwertsignale jeweils auf einem Leiterpaar abgibt und in das ferner ein digitales Sollwertsignal eingeführt ist, wobei das digitale Sollwertsignal und die Istwertsignale derart miteinander verknüpft sind, daß ein analoges Fehlersignal für den Stellantrieb abgegeben wird, gekennzeichnet durch

a) eine mit den beiden Leiterpaaren (10,11 und 12, 13) über elektronische Schalter (16 bis 19) und mit dem Eingang (20) für das digitale Sollwertsignal verbundene Multipliziereinrichtung (14, 15, 21) zur Multiplikation eines der beiden den Sinus und eines der beiden den Cosinus darstellenden Istwertsignale mit einer Funktion des Sollwertsignals und Abgabe von zwei modulierten Signalen;

b) einen eingangsseitig mit der Multipliziereinrichtung (14, 15, 21) und ausgangsseitig mit dem Stellantrieb (3) verbundenen Vergleicher (32) zur Substraktion der beiden von der Multipliziereinrichtung empfangenen, modulierten Signale voneinander und Abgabe des analogen Fehlersignals und

c) eine eingangsseitig ebenfalls an den Sollwertsignaleingang (20) und ausgangsseitig an die elektronischen Schalter (16 bis 19) angeschlossene, logische Schaltung (22) zur Schalterbetätigung in Abhängigkeit vom Sollwertsignal und dessen Polarität mit Rücksicht auf die Quadranten des Drehwinkels (F i g. 1).

2. Vergleichsglied für einen Lageregelkreis, in dem der tatsächliche Drehwinkel des Stellantriebes einem Umsetzer zugeführt ist, der zwei zweiphasige, analoge, den Sinus bzw. Cosinus des tatsächlichen Drehwinkels darstellende Istwertsignale jeweils auf einem Leiterpaar abgibt und in das ferner ein digitales Sollwertsignal eingeführt ist, wobei das digitale Sollwertsignal und die Istwertsignale derart miteinander verknüpft sind, daß ein analoges Fehlersignal für den Stellantrieb abgegeben wird, gekennzeichnet durch

a) eine mit den beiden Leiterpaaren (10', IV und 12', 13') über elektronische Schalter (16' bis 19' und 34, 35) und mit dem Eingang (20') für das digitale Sollwertsignal verbundene Multipliziereinrichtung (33,67) zur Multiplikation eines der beiden dem Sinus oder eines der beiden den Cosinus darstellenden Istwertsignale mit einer Funktion des Sollwertsignals und Abgabe eines modulierten Signals;

b) einen eingangsseitig mit der Multipliziereinrichtiing (33, 67) sowie über zwei elektronische Schalter (36 und 37) mit den beiden Leiterpaaren (10', 1Γ und 12', 13') und ausgangsseitig mit dem Stellantrieb (3') verbundenen Vergleicher (32') zur Subtraktion des modulierten, von der Multipliziereinrichtung und eines von den Leiterpaaren (10', 11' und 12', 13') empfangenen Signals voneinander und Abgabe des analogen Fehlersignals und

c) eine eingangsseitig ebenfalls an den Sollwertsignaleingang (20') und ausgangsseitig an die elektronischen Schalter (16' bis 19' und 34 bis 37) angeschlossene logische Schaltung (68) zur Schalterbetätigung in Abhängigkeit vom Sollwertsignal und dessen Polarität mit Rücksicht auf die Quadranten des Drehwinkels (Fig. 3).

3. Vergleichsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Multipliziereinrichtung aus einem Cosinusnetzwerk (14), einem Sinusnetzwerk

(15) und einem Register (21) besteht, welches eingangsseitig mit dem einen Leiterpaar (10, 11) über dessen zwei elektronische Schalter (16 und 17) zur Multiplikation eines der beiden den Sinus darstellenden Istwertsignale mit dem Cosinus des gewünschten Drehwinkels Φ bzw. mit dem anderen Leiterpaar (12, 13) über dessen zwei elektronische Schalter (18 und 19) zur Multiplikation eines der beiden den Cosinus darstellenden Istwertsignale mit dem Sinus des gewünschten Drehwinkels Φ bzw. mit dem Sollwertsignaleingang (20) zur Speicherung des gewünschten Drehwinkels Φ verbunden ist, wobei das Register (21) ausgangsseitig an das Cosinus- und das Sinusnetzwerk (14 bzw. 15) und letzteres ausgangsseitig an den Vergleicher (32) angeschlossen sind ( Fig. 1).

4. Vergleichsglied nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung (22) auf ein Paar verschiedener Befehlsbits eines jeden digitalen Sollwertsignals anspricht und einen ersten Schalter (17) beim Vorliegen, einen zweiten Schalter

(16) beim Nichtvorliegen eines Bits erster Ordnung in dem ersten Leiterpaar (10, 11) schließt, ferner einen dritten Schalter (19) beim Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Bits erster Ordnung und eines Bits zweiter Ordnung und einen vierten Schalter (18) beim Vorliegen nur eines Bits erster oder zweiter Ordnung in dem zweiten Leiterpaar (12,13) schließt, wobei das Bit erster Ordnung einem gewünschten Drehwinkel Φ von 180° und das Bit zweiter Ordnung einem gewünschten Drehwinkel Φ von 90° entsprich^ Fig. 1).

5. Vergleichsglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Multipliziereinrichtung aus einem linearen Netzwerk (33) und einem Register (67) besteht, wobei das Register (67) eingangsseitig mit dem Sollwertsignaleingang (20') und ausgangsseitig mit einem Eingang des linearen Netzwerkes (33) zur Beaufschlagung desselben mit dem Tangens oder'Cotangens des gewünschten Drehwinkels Φ verbunden ist, welches ausgangsseitig mit einem Eingang des Vergleichers (32') zur Beaufschlagung desselben mit dem im linearen Netzwerk (33) gebildeten Produkt in Verbindung steht, dessen anderer Eingang über zwei Schalter (36 und 37) wahlweise mit dem einen bzw. dem anderen Leiterpaar (10', 11' bzw. 12', 13') über dessen zwei Schalter (16' und 17' bzw. 18' und 19') verbindbar und mit dem einen der beiden den Sinus darstellenden Istwertsignale oder mit dem einen der beiden den Cosinus darstellenden Istwertsignale- beaufschlagbar ist, während ein zweiter Eingang des linearen Netzwerkes (33) mittels zweier weiterer Schalter (34 und 35) mit dem anderen bzw. dem einen Leiterpaar (12', 13' bzw. 10', 11') über dessen zwei Schalter (18' und 19' bzw. 16' und 17') verbindbar und mit dem einen der beiden den j Cosinus darstellenden Istwertsignale oder mit dem einen der beiden den Sinus darstellenden Istwertsi-

gnale zur Multiplikation mit dem Tangens bzw. Cotangens des gewünschten Drehwinkels Φ beaufschlagbar ist (F i g. 3).

6. Vergleichsglied nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung (68) auf verschiedene Befehlsbits eines jeden digitalen Sollwertsignals anspricht und einen ersten Schalter (17') bei Vorliegen und einen zweiten Schalter (16') bei Nichtvorliegen eines Bits erster Ordnung in dem ersten Leiterpaar (10', 11') schließt, einen dritten Schalter (18') bei Vorliegen eines Bits erster Ordnung und dem Nichtvorliegen eines Bits zweiter Ordnung oder bei Nichtvorliegen eines Bits erster Ordnung und dem Vorliegen eines Bits zweiter Ordnung und einem vierten Schalter (19') bei Vorliegen eines Bits erster und zweiter Ordnung oder bei Nichtvorliegen eines Bits erster und zweiter Ordnung in dem zweiten Leiterpaar (12', 13') schließt und fünfte und sechste Schalter (35 und 36) bei Vorliegen eines Bits zweiter und eines Bits dritter Ordnung oder bei Nichtvorliegen eines Bits zweiter und eines Bits dritter Ordnung sowie siebte und achte Schalter (34 und 37) bei Vorliegen eines Bits zweiter und bei Nichtvorliegen eines Bits dritter Ordnung oder bei Nichtvorliegen eines Bits zweiter und eines Bits dritter Ordnung schließt, wobei das Bit erster Ordnung einem gewünschten Drehwinkel Φ von 180°, das Bit zweiter Ordnung einem gewünschten Drehwinkel Φ von 90° und das Bit dritter Ordnung einem gewünschten Winkel Φ von 45° entspricht (Fig. 3).

7. Vergleichsglied nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Stellantrieb (3, 3') bzw. dessen Welle (4, 4') zusammenwirkende Umsetzer ein SCOTT-T-Netzwerk (9; 9') aufweist, welches ausgangsseitig an die beiden Leiterpaare (10,11 und 12,13; 10', 11' und 12', 13') angeschlossen ist.

8. Vergleichsglied nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher als Verstärker (32; 32') ausgebildet ist.