DE1763238A1 - Schaltungsanordnung zur Auswertung des analogen Fehlersignals eines Analog/Digital-Systems - Google Patents

Description

NAI - 17
A 36 137 m

North Atlantic Industries, Inc.
Plainview, New York, V. St. A.

Schaltungsanordnung zur Auswertung des analogen Fehlersignals eines Analog/Digital-Systems ·

Die vorliegende Erfindung betrifft Analog/Digital-Systerae in Verbindung mit der Erfassung und Auswertung von Fehlersignalen, insbesondere Analog/Ditigal-Wandler sowie andere Übertragungssysteme (interface systems).

In vielen (daten-) verarbeitenden Systemen findet ein Komparat'or Verwendung, der analoge und digitale Daten miteinander vergleicht und ein Ausgangssignal liefert, das sich in Abhängigkeit vom Vergleich dieser beiden Eingangssignale ändert. -

Eine übliche Komparatoranwendung, die sich zur Erläuterung bestimmter Verfahren und Vorzüge der Erfindung eignet, findet sich

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(Art. J § l Abs. 2 Nr. I Satz 3 dee Änderung··. V. 4. fcfflBS

bei einem Analog/Digital-Y/andler, bei dem die analogen Eingangswerte in einem Komparator mit örtlich erzeugten digitalen Daten verglichen werden. Eine Übereinstimmung bzw. ein Fehlen einer solchen Übereinstimmung zwischen den beiden Eingangs\verten findet ihren Niederschlag in einem analogen Wechselspannungs-Fehlersignal. In der Regel hat das Fehlersignal den Wert Null, wenn das analoge und das digitale Signal übereinstimmen.

In zahlreichen Anwendungsfällen soll der Wert des Fehlersignals für Steuer-, Überwachungs- oder Meßzwecke so schnell wie möglich erfaßt werden.

Rauschen, Oberwellen, Phasenverschiebungen und andere Störungen machen eine solche rasche Erfassung schwierig, sofern nicht gewisse Zugeständnisse an die Genauigkeit gemacht werden. Die Verwendung von Filtern für die Siebung des Fehlersignals stellt keine völlig befriedigende Lösung dar, da solche Filter eine Verzögerung des Ansprechverhaltens des Systems mit sich bringen. Ein Austasten des Null-Signals während kurzer Tastzeiten führt zwar zu einer Verbesserung der Ansprechzeit, setzt jedoch die Genauigkeit herab. Während durch eine solche Austastung die Genauigkeit auf einen Bereich von 0,05 % - 0,1 % beschränkt wird, ist es mit dem erfindungsgemäßen System möglich, Genauigkeiten zu verwirklichen," die um eine Größenordnung und mehr größer sind.

Das Problem der Rauschunterdrückung kann in digitalen Systemen auch dadurch verringert werden, daß Zähler zur Anpassung ah die

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kleinste Digitalgröße verwendet werden. Das Ansprechverhalten stellt jedoch nur für den besonderen Fall kleiner Datenänderungen ein Optimum dar und ist im übrigen verhältnismäßig langsam.

Zur Veranschaulichung eines solchen Nachteils sei auf eine Koordxnatenwandlerbrücke eines binärkodierten Dezimalzählers mit einer vollen Skala von 359,999° mit einer kleinsten digitalen Einheit von 0,001 (d.h. einer Auflösung von 0,001 ) verwiesen, bei der eine Eingangsänderung von 180° bei einer Zeitgeberfrequenz von 10 kHz 180.000 Zählschritte verursacht und somit 18 Sekunden bis zur Erreichung des Null-Zustandes vergehen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher die Verbesserung von Verfahren zur Fehlererfassung und insbesondere die Erhöhung der Geschwindigkeit für die Erfassung des Fehlersignals in Übertragungs systemen (interface systems), ohne daß deshalb ein Verlust an Genauigkeit in Kauf genommen werden müßte. Dabei soll diese Geschwindigkeitssteigerung über einen weiten Bereich der Eingangswertänderungen möglich sein. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine schnelle und genaue Ermittlung des Null-Zustandes trotz dem Auftreten von Rauschspannungen, Oberwellen, Phasenverschiebungen und dergleichen zu gewährleisten.

Das Verhalten von Übertragungssystemen wird weiter durch die Verzögerung beeinträchtigt, die bei der Digitalisierung des Fehlersignals sowohl in Form einer Wechselspannung als auch in Form

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einer Gleichspannung eintritt. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit läßt sich in der Regel nur auf Kosten der Genauigkeit oder der Einfachheit erreichen.

Das Problem wird besser verständlich, wenn man beispielsweise ein System mit einem von dem Fehlersignal gesteuerten Vorwärts-Rückwärts-Zähler betrachtet. In vielen Fällen wird der Zähler durch eine für eine bestimmte Zeit andauernde Taktgeber-Impulsfolge vorgegebener Impulsfolgefrequenz gesteuert. Ein einen vorgegebenen Wert ™ übersteigendes Fehlersignal veranlaßt den Zähler, zu zählen oder seine letzte Stelle in der durch die Polarität des Fehlersignals vorgegebenen Richtung zu ändern.

Da der Zähler durch einen Taktimpuls gesteuert wird, ist seine Maximalzählung und daher sein Datenwert festgelegt, in einigen Fällen auf einen Wert, in anderen Fällen in Abhängigkeit von der Größe des Fehlers auf einen von mehreren zur Verfügung stehenden Werten.

Auf jeden Fall kann ein solches System, für das sich keine Ansprechwerte über einen weiten Bereich fortlaufend einstellen lassen, den weiten und fortlaufend veränderlichen analogen Eingangswerten, wie sie vielen Systemen eigen sind, nicht genau nachfolgen.

Wenngleich ein besonderer dynamischer Zustand des Eingangswertes den Fähigkeiten der frequenzbestimmenden Einrichtung des Zählers

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entsprechen kann, so sind doch viele Eingangswerte größer und verursachen damit eine Verzögerung bei der Nachstellung des Zählers sowie entsprechende Fehler wegen des schlechten Nachfolgens der Eingangssignale für den Komparator.

Eine höhere Zählerfrequenz ist ebenfalls nicht ausreichend, da niederfrequente analoge Änderungen dann ein Überschwingen oder andere uner\vünschte übergangszustände hervorrufen. Eine Minimum- und Maximum-Zählfrequenz stellt aus den gleichen prinzipiellen Gründen ebenfalls keine befriedigende Lösung dar.

Yfenn andererseits, wie das häufig zutrifft, der Zähler auf einen einzelnen, jeder Entscheidung folgenden Taktimpuls eingestellt ist, so folgt das System bei der langsamsten Frequenz nach, nicht aber bei Frequenzen, die ein Nachstellen des Zählers um mehr als eine letzte Stelle je Entscheidung erfordern. Eingangsfrequenzen, die diesen Viert übersteigen, führen zu einer Erhöhung der dynamischen Verzögerung mit der Zeit, so daß ein Zustand eintritt, der auch Synchronisierungsverlust genannt wird.

Die gleichen allgemeinen Nachteile sind auch für Steuersysteme mit in mehreren Betriebsarten arbeitenden Zählern kennzeichnend, bei denen versucht wird, dadurch einen Kompromiß zu schaffen, daß die Wahl des zu bestimmenden Bit-Gewiehtes durch die Größe des Fehlersignals getroffen wird. Dabei ergibt sich für solche Anordnungen eine Ansprechzeit, die unterhalb der Optimalwerte liegt,

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ausgenommen für die speziellen Singangssignale, die mit den zur Verfügung stehenden Kachstellfähigkeiten übereinstimmen, so daß Genauigkeit und Stetigkeit bei der Nachfolge eine entsprechende Beeinträchtigung erfahren.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher weiter eine verbesserte Digitalisierung von analogen Signalen und insbesondere eine Erhöhung der Geschwindigkeit dafür, ohne daß es dabei zu einer Verschlechterung der Genauigkeit kommt. Ferner soll es durch die Erfindung möglich sein, eine kurze Synchronisierungszeit sowie eine verbesserte Nachfolgefähigkeit für Übertragungssysteme trotz Beibehaltung einer hohen Genauigkeit zu erhalten. Außerdem soll eine stetige und genaue Nachfolge der Übertragungssysteme sowohl für hohe als auch für niedrige analoge Datenfrequenzen gewährleistet sein, und es sollen sich somit Analog/Digital-Wandlersysteme erstellen lassen, deren dynamisches Verhalten ähnlich ist wie bei analogen Servomechanismen mit geschlossener Schleife.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Schaltbild, das die Anwendung der Null-Detektor-Methode nach der vorliegenden Erfindung für Analog/Digital-Wandler veranschaulicht;

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Fig·. 2 ein Diagramm mit zur Erläuterung der Wirkungsweise des Systems der Fig. 1 dienenden Kurvenzügen;

Fig. 3 schematisch ein Blockschaltbild, das zusätzliche Methoden zur Null-Erfassung und-Verarbeitung bei Analog/Digital-Wandlern zusammen mit einer Methode zur Umwandlung der Fehlersignalamplitude in ein veränderliches Frequenzsignal wiedergibt; und

Fig. 4 schematiseli ein Blockschaltbild einer etwas abgewandelten Ausführungsform der Erfindung zur Null-Erfassung und -Verarbeitung, die die Merkmale der Systeme nach den Fig. und 3 umfaßt.

Allgemeine Systemcharakteristika

Das Analog/Digital-System der Fig. 1 gibt eine typische Anwendung der Null-Erfassungsmethode nach der Erfindung wieder.

Ein solches System weis-t allgemein einen Komparator 10 auf, dessen Ausgang von einem Null-Detektor 11 zur Steuerung einer Entscheidungsstufe 25 ausgewertet wird.

Die Entscheidungsstufe 25 steuert ihrerseits ein Steuer/Einstell-System 12, das entsprechend der Steuerung durch die Entscheidungsstufe 25 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Null-Detektors 11 digitale Daten abgibt. '

Die zeitliche Abhängigkeit und die Steuerung der Betriebsart des

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Steuer/Einstell-Systems 12 können durch einen Taktgeber 26 bestimmt werden. Die erzeugten digitalen V.'erte werden dem Komparator 10 zugeführt, wo sie in ein gleichwertiges analoges Signal umgewandelt werden, das mit dem unabhängigen analogen Eingang verglichen wird.

Zunächst stimmen die digitalen Werte nicht mit dem analogen Eingangswert überein, so daß sich eine Null-Abweichung ergibt, der ein Fehlersignal Ve entspricht. Dieses Fehlersignal wird in dem Null-Detektor 11 verarbeitet, so daß Signale entstehen, die die digitalen Elemente des Steuer/Einstell-Systems 12 speisen, bis zwischen dem analogen Eingang und den digitalen Werten Übereinstimmung herrscht. Zu diesem Zeitpunkt fällt das Fehlersignal Ve unter seinen unteren Wert der Wirksamkeit, und die digitale Anzeige steht zur Ablesung zur Verfügung.

Es gibt eine Vielzahl von Systemen mit dem grundsätzlichen Aufbau der Fig. 1.

P Das System kann ein nach Art einer Brücke aufgebauter Wandler sein, wie er in früheren, auf dieselbe Anmelderin wie die vorliegende Anmeldung zurückgehenden und mit dieser Anmeldung zusammenhängenden Anmeldungen, nämlich der US-Patentanmeldung Ser. No. 353,558 vom 20. März 1964 sowie Ser. No. 435,149 vom 25. Februar 1965 beschrieben ist, in dem der Analog-Eingang Synchron- oder Koordinatenwandlerwerte (resolver data) aufweist, der Komparator den Aufbau einer Brücke hat und das Steuer/Einstell-System nach dem Prinzip

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der Nachlauf-Annäherung arbeitet.

Statt dessen kann das System nach Art eines Wellen/Digital-Wandlers aufgebaut sein, bei dem der analoge Eingangswert von dem Winkel einer Welle gebildet wird, der Komparator einen drehbaren elektromagnetischen Meßwertwandler 14 sowie einen Koordinatenwandler, der durch den Wellenwinkel-Eingangswert positioniert wird, aufweist und bei dem das Steuer/Einstell-System einen von dem Fehlersignal betriebenen Vorwärts-Rückwärts-Zähler umfaßt, um den Komparator auf Null abzugleichen und den digitalen Ausgangswert zu erhalten. Bei diesem System ist der die analoge Quelle bildende Digital/Analog-Wandler 13 ein vom Zähler gesteuerter Sinus/Kosinus-Funktion-Generator, der die Wicklungen des Meßwertwandlers 14 mit Sinus/Kosinus-Spannungen speist. "

Die analogen Vierte können in den Komparator 10 auch über zwei Eingänge eingespeist werden, wobei die Lage des Wellenwinkels verwendet wird, um den Meßwertwandler 14 zu positionieren, während den Wicklungen des Meßwertwandlers 14 die analogen Werte als elektrische Spannungen zugeführt werden. In diesem Fall wird die algebraische Summe oder Differenz der beiden Eingänge digitalisiert. Soweit die Erregung des Meßwertwandlers 14 eine feste Größe ist, kann der digitalisierte Eingang als die Wellenlage bezogen auf den durch die festeingestellte Erregung repräsentierten Winkel betrachtet werden.

Wo der Wellenwinkel keine veränderliche Größe darstellt, wie im

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Fall eines als Sumiuentransfortnator ausgebildeten .Meßwertwandlers,' repräsentiert dessen Erregung die zu digitalisierende analoge Größe. Solche Anordnungen werden häufig als Vfechselspannungs-Ratiometer bezeichnet, und der Wellen-Wandler 13 hat im allgemeinen einen Aufbau, der eine lineare Beziehung zwischen dem digitalen Eingang und dem analogen Ausgang gewährleistet.

Für die Grundkomponenten der Fig. 1 gibt es eine Vielzahl von Abwandlungsmöglichkeiten. Einige machen Gebrauch von Mehrfach-Meßwertwandlern, um die analogen Daten mehrfacher Geschwindigkeiten umzuwandeln. Außer der "nachfolgenden Annäherung" ("successive approximation"), "Vorwärts-Rückwärts-Zählung" ("count-up/down") und" anderen Typen von Steuersystemen werden auch Kombinationen dieser Systeme verwendet, wobei manchmal jedem System eine besondere Funktion zugeordnet ist, beispielsweise die der Synchronisierung oder der Nachfolge (tracking). Das Steuer/Einstell-System kann außerdem Elemente zur Modifizierung der Arbeitsweise des Systems in Abhängigkeit von den Frequenzen der Eingangswerte, der Fehleramplitude oder dergleichen enthalten.

Gemäß Fig. 1 kann das Steuer/Einstell-System 12 einen externen Steuereingang haben, wie das mit dem gestrichelten Pfeil 12a angedeutet ist. Wird das System so programmiert, so stellt das Fehlersignal Ve ein Maß für das Verhältnis zwischen dem analogen Eingangssignal und dem programmierten Eingangs- oder Befehlssignal dar. -■*

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Die_ externe Einspeisung eines Steuersignals ermöglicht es, vorausberechnete Daten einzuführen, um den Unnvandlungsvoi'gang zu beschleunigen, und eignet sich insbesondere bei der Handhabung von mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden, gebündelten bzw. mehrfach ausgenützten Kanälen (high speed multiplexed inputs). Für diese Betriebsart ist eine Speicheranordnung (nicht dargestellt) notwendig.

Sofern das System die digitale Darstellung periodisch nachstellt (updates), bildet der externe Steuerkreis eine Möglichkeit, in den Intervallen zwischen der Nachstellung Vierte einzuspeisen und damit ein stetiges Verhalten zu sichern.

Fig". 1 veranschaulicht ferner die Verwendung des verarbeiteten Null-Detektorsignals V.' zur Steuerung anderer auf das Fehlersignal ansprechender Schaltkreise, beispielsweise eines analogen Servokreises, der mit dem Meßwertwandler 14 gekoppelt ist und zu dessen Steuerung dient. Während dieses Betriebszustandes ist das Steuer/ Einstell-System 12 außer Betrieb gesetzt.

Null-Detektor

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, erhält der Null-Detektor das Fehler-Ausgangssignal Ve von dem Komparator 10, Das als Wechselgröße vorliegende Signal wird in einem Verstärker 20 verstärkt und einem Multiplikator 21 zugeführt.

Der Multiplikator erhält außerdem eine Bezugsspannung V _f, deren

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Frequenz gleich der Grundfrequenz von Ve ist. Der !Multiplikator 21 kann jeden geeigneten Aufbau haben, wie er in der analogen Computertechnik Verwendung findet. Ein geeigneter Multiplikator neueren Datums ist in der US-Patentschrift 3,215,825 beschrieben.

Das Ausgangssignal des Multiplikators 21 repräsentiert das momentane

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Produkt von Ve und V „, das eine sin -Funktion mit einer Frequenz ist, die doppelt so groß ist wie die Frequenz von Ve üiid V, ^j· idealisierte Kurvenzüge für Ve. V . und V sind mit Fig. 2 wieder-

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gegeben. Das Ansprechen des Fehlersignals Ve für ein System, das fortlaufend für eine Nachstellung sorgt, ist als gestrichelte Linie dargestellt, während das Verhalten bei teilweise feststehendem Nachstellen im Anschluß an jede Halt/Entscheidungs-Periode als durchgehende Linie gezeigt ist. Entsprechendes gilt für den Kurverizug V.„.

Da die Bezugsspannung eine konstante Amplitude hat und im wesentliehen frei von Verzerrungen oder anderen uner\vünschten Spannungskoraponenten ist, ist der Durchschnittswert von V proportional dem Fehlersignal.

Das Signal V wird in einer Integrierstufe 22 integriert, so daß das integrierte Signal V. erhalten wird. Diese Anordnung beruht auf

sich
der Tatsache, daß/durch Multiplikation des Fehlersignals mit einer oberwellenfreien (clean) 3ezugsspannung konstanter Amplitude und gleicher Frequenz und anschließende Integration des Produktes über eine ganze Zahl voller Perioden ein Signal ergibt", das frei von Rauschspannungen, Oberwellen, Gleichspannungskomponenten und Phasen-

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versehiebvingen ist. Darüber hinaus verschwinden bei Integration überfeine halbe Periode alle ungeraden Oberwellen, so daß sich eine bedeutende vorteilhafte Fi It er-wirkung ergibt.

Dieses Ergebnis wird ausgewertet, um ein reines Gleichstrom-Fehlersignal in einer äußerst kurzen Zeit zu erzeugen. Dazu wird der Integrator 22 mittels einer geeigneten Zeitgeber- und Steuerstufe getastet, so daß er vorzugsweise während einer Periode, statt dessen aber auch während einer halben Periode oder aber während einer Reihe voller Perioden eine Integration ausführt. Das resultierende Signal wird verwendet, um die Entseheidungsstufe 25 zu steuern, die daraufhin die in dem Steuer/Einstell-System 12 erzeugten digitalen Werte veranlaßt, sich so zu ändern, daß sie in Übereinstimmung mit den analogen Werten kommen. Damit nimmt das Fehlersignal Ve den Wert Null an, so daß der Digitalwert abgelesen werden kann.

Die vorstehend beschriebenen Vorgänge sind auch aus den Wellenzügen der Fig. 2 ersichtlich. V. ist als Ergebnis der Integration der Spannung V über eine ganze Periode gezeigt. Die Entscheidungsstufe 25 stellt die digitalen Schaltkreise während des folgenden Halte/Entscheidungs-Intervalls nach, und während dieses Intervalls wird V. gespeichert, beispie^veise mit der Hilfe eines Schaltkreises mit großer Zeitkonstante RC. ;

Am Ende der Entscheidungsperiode wiYd der Integrator zurückgestellt und nach einer ausreichenden Verzögerungszeit eine zweite Integration

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vorgenommen. Der Integrator selbst kann von einer geeigneten mittelwert^,bildenden Anordnung von beliebigem herkömmlichem Aufbau

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gebildet sein, beispielsweise eingeschalteten KC-Kreis oder einem

Rechenverstärker mit kapazitiver Rückkopplung.

Die Zeitgeber- und Steuerschaltungen, durch die die vorstehend erwähnten Betriebsverhältnisse bestimmt werden, können von einem mit dem Träger des Fehlersignals synchronisierten Taktgeber 24 gesteuert werden. Der Zeitgeber- und Steuerkreis kann, soweit erforderlich, in jeder beliebigen herkömmlichen Weise ausgebaut sein und vorteilhafterweise eine einfache,auf eine bestimmte Zeit abgestimmte Schalteinrichtung sowie weitere Schaltkreise für die Speicherung des integrierten Signals am Ende einer Integrationsperiode sowie für die anschließende Entleerung des Speicherkreises am Ende der Entscheidungsperiode aufweisen. Ein herkömmlicher integrierender Rechenverstärker ist mit seiner Halte- und Rückstellschaltanordnung geeignet, sowohl die gewünschten Integrationen als auch das erforderliche Anhalten und Rückstellen auszuführen.

Wie vorstehend erwähnt, kann das Steuer/Einstell-System 12 eine von mehreren möglichen Ausführungsformen haben. Für den Fall, daß es sich um ein System handelt, das nach dem Prinzip der aufeinanderfolgenden Annäherung arbeitet, liefert die Entscheidungsstufe 25 einen Annahme- oder Ablehnungsimpuls, der die Speicherung oder Löschung der Probezahlen (trial digits), beginnend mit dem höchstwertigen Bit, steuert.

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Für den Fall der Verwendung eines vorwärts/rückwärts-zählenden Steuersystems kann die Entscheidungsstufe den Zähler des Systems mit der Information versehen, vorwärts oder rückwärts zu zählen oder aber keine Zählung auszuführen.

Wird ein Mehrfachfrequenz-Taktgeber 26 verwendet, so kann, die Entscheidurigsstufe den Zähler des Systems 12 außerdem anweisen, mit einer geeigneten Frequenz zu zählen.

Fehlerverarbeitung mit Spannungs/Frequenz-Wandler

Das Spannungs/Frequenz-Umwandlungsverfahren ist mit Fig. 3 an Hand eines Analog/Digital-Wandlersystems veranschaulicht. Die allgemeinen Systemkennwerte stimmen mit Fig. 1 überein. Ein Komparator 10 dient zum Vergleich der analogen und digitalen Eingangswerte. Das resultierende Fehlersignal wird einem Verstärker 20 zugeführt und ineinem Demodulator 30 gleichgerichtet, wobei als typischer Vertreter ein Phasen-, ein Vervielfacher- oder ein Scheitelwertdetektor in Frage kommt. Der gleichgerichtete Modulationswert wird einem Spannungs/Frequenz-Wandler 31 zugeführt, der jeden geeigneten Aufbau haben kann. Eine jüngere Entwicklung eines solchen Wandlers wird in der US-Patentschrift 3,219,945 gezeigt.

Die von dem Wandler abgenommenen Ausgangsimpulse veränderlicher Frequenz werden über einen Betriebsart-Steuerschalter 32 zu den Digitalisierungsstufen des Steuer/Einstell-Systems 12 geleitet. Da die Frequenz der von dem Yfandler 31 abgegebenen Impulse der

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Amplitude des Fehlersignals proportional ist, sprechen die Digitalisierungsstufen des Systems 12 bei großer Amplitude des Fehlersignals schnell und bei niedrigerer Amplitude des· Fehlersignals langsam an und gewährleisten damit eine verbesserte Nachfolge (tracking). Bei dem Ausführungsbeispiel können die Impulse dem Generator für die letzte Stelle in dem Steuer/Einstell-System 12 zugeführt werden, so daß die Zählung mit hoher Geschwindigkeit erfolgt, wenn große Änderungen erforderlich sind, im übrigen nur mit einer niedrigeren Geschwindigkeit abläuft. Damit wird den weiter oben erwähnten Nachteilen abgeholfen, wie sie sich bei zur Umwandlung von analogen Werten in digitale Werte dienenden Stxifen ergeben, die bei einer Frequenz oder bei einer unter mehreren möglichen Frequenzen ausgewählten Frequenz arbeiten.

-Bei der Arbeitsweise gemäß Fig. 3 ist das System analog wie eine Servoschaltung mit geschlossener Schleife aufgebaut, und wegen des elektronischen Charakters des DigitalisierungsVorgangs besitzt es Fähigkeiten, die sogar besser als bei Servoschaltungen mit Belastungen verhältnismäßig großer Trägheit sind. Infolge der Analogie zu einer Servoschaltung mit geschlossener Schleife lassen sich bei der Anordnung nach Fig. 3 auch die verschiedenen Verfahren zur Verbesserung des Ansprechens auf Geschwindigkeit und Frequenz (Integral- und Differentialsteuerung, Voreil-Nacheil-Kompensation, Frequenzstabilisierung etc.) anwenden, wie sie auf dem Gebiet der Servomechanismen entwickelt wurden. Dieses Merkmal ist sclfematisch mit dem Pfeil 30a der Fig. 3 angedeutet.

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Wenn der Wandler 31 polaritätsabhängig ist, so daß die Polarität der Impulse veränderlicher Frequenz sich bei Umkehr der Polarität des Fehlersignals ebenfalls \imkehrt, und wenn das System 12 einen Zähler umfaßt, so kann das Ausgangssignal des Wandlers 31 allein verwendet werden, um einen Vorwärts/Rückwärts-Zähler mit einer polaritätsabhängigen Schaltung für die Vorgabe der Zählrichtung zu steuern. Andernfalls muß entweder ein Einweg-Zähler oder eine auf die Polarität des Fehlersignals ansprechende Schaltung, wie sie bei 33 gezeigt ist, verwendet werden. Diese Schaltung 33 führt der Entscheidungsstufe 25 ein Signal zu, um ein von der Polarität des ■ Fehlersignals abhängiges Steuersignal für die Zählrichtung zu erzeugen, das zusammen mit dem Impulssignal für den Zähler von dem Wandler 31 zu dem Steuer/Einstell-System 12 gelangt.

Bei Verwendung des Spannungs/Frequenz-Wandlers können Schwierigkeiten auftreten, wenn die Datenwerte sich mit sehr kleinen Geschwindigkeiten ändern. In diesem Fall kann die den Spannungs/ Frequenz-Wandler beaufschlagende Spannung des Fehlersignals unter den Arbeitsschwellwert des Wandlers fallen. Bei aufwendigeren, für die Spannungs/Frequenz-Wandlung verwendeten Systemen stellt das kein Problem dar; bei einem einfachen, vergleichsweise billigen Wandler rufen Signale, die unterhalb eines Schwellwertes von etwa 2-5 % des Gesamtwertes liegen, teilweise entweder zufällige Impulse oder aber überhaupt keine Impulse hervor. Der Effekt ist der, daß die Nachfolge für Daten sehr niedriger Frequenz sehr fehlerhaft oder unstetig wird. Andererseits kann sich eine fehlerhafte Arbeitsweise auch dann ergeben, wenn die Empfindlichkeit des Wandlers im

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Verhältnis zur Auflösung des gesaraten Systems groß ist. In beiden Fällen kann es wünschenswert sein, die Betriebsart zu ändern.

Die Anordnung nach Fig. 3 zeigt eine solche Möglichkeit zur Änderung der Betriebsart, wozu ein Bit-für-Bit-Nachfolgesystem in Verbindung mit dem Spannungs/Frequenz-Wandler Verwendung finden kann. Dabei wird das Nachfolgesystem wirksam, wenn das Fehlersignal unter den Schwellwert des Frequenz-Wandlers absinkt. Die Entscheidungsstufe 25 liefert in diesem Fall die Werte für die Steuerung des Systems 12.

Dieser Gegebenheit ist in Fig. 3 schematisch mit dem Betriebsart-Steuerschalter 32 Rechnung getragen, der von einem Schwellwertschalter gebildet sein kann, der betätigt wird, wenn das Fehlersignal unter den Schwellwert des Wandlers 31 fällt. Bei Betätigung überträgt der Schalter 32 die Eingangs-Signalimpulse des Steuer/ Einstell-Systems 12 von dem Wandler 31 zu einem Taktgeber. Die Entscheidungsstufe 25 liefert weiter Steuersignale für den Zähler, die ermitteln, ob und in welcher Richtung gezählt werden soll.

Obwohl ein Schalter 32 gezeigt ist, der unmittelbar von dem gleichgerichteten Fehlersignal betätigt wird, kann seine die Betriebsart ändernde Funktion auch durch andere bekannte Mittel einschließlich der der Spannungs/Frequenz-Wandlerschaltung 31 ausgelöst werden.

Darüber hinaus kann der Wandler selbst so ausgelegt werden, daß er automatisch Taktimpulse abgibt, wenn der Schwellwert nicht von dem

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Fohlersignal erreicht wird. In diesem Fall ist ein gesonderter äußerer Betriebsart-Steuerschalter nicht notwendig.

Die Gleichrichterstufe 30 der Fig. 3 kann in der in Verbindung mit den F.ig. 1, 2 offenbarten Weise angeordnet sein. In diesem Fall weist das System nach Fig. 3 ebenfalls die Vorteile dieses Gleichrichters auf. Darüber hinaus kann die Gleichrichterstufe ¹SO zwei Gleichrichterarten aufweisen, die jeweils entsprechend der Betriebs art gewählt werden, die ihre speziellen Eigenschaften erfordern. Eine Ausführungsform ist aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich.

Mit Fig. 4 ist schematisch eine andere Vereinigung des Integrier— aufbaus der Fig. 1 und 2 sowie des Spannungs/Frequena-Wandlers.der Fig. 3 wiedergegeben. Der Verstärker 20, der Multiplikator 21, der Integrator 22, der Zeitgeber- und Steuerkreis 23 und der Taktgeber 24 arbeiten wie vorstehend beschrieben. Der Ausgangswert des Integrators wird jedoch durch einen Haltekreis 40 zwischen Abtastperioden gespeichert, wenn der V/andler sich im Betriebszustand befindet. Dadurch wird für ein fortlaufendes Signal zur Speisung des Wandlers gesorgt, und die zwischen der Abtastung liegenden Intervalle sind in diesem Fall durch die gespeicherten Abtastsignale des Integrators belegt.

Der Wandler 31 erhält dieses Signal über ein Frequenzformernetzwerk 41, das in der erforderlichen Weise zur Modifizierung der Ansprechzeit verwendet wird. Der Ausgang des Wandlers speist den Schwell-

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wertschalter 32, der wie vorstehend beschrieben als Betriebsart-Steuerschalter wirksam ist* Desgleichen arbeitet die Efitsöhelduiigs« stufe 25 in der zuvor beschriebenen Weise,

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Zuordnung einer Inte« grierschaltung und einer Spannungs/Frequenä-Wandlersehaltung zu einem Analog/Digital-System erhebliche Vorteile für das Systemverhalten ergibt. Hohe Genauigkeit und schnelles Ansprechen werden gleichzeitig erhalten, ohne daß der Schaltungsaufbau deshalb in der sonst üblichen Weise verwickelt und aufwendig würde oder sonstige Kompromisse hingenommen werden müßten*

Patentansprüche:

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Claims (14)

P a t e η t a η s ρ r ü c h e

1. Schaltungsanordnung zur schnellen Auswertung des von einem Komparator für analoge und digitale Werte gewonnenen analogen Fehlersignals, gekennzeichnet durch eine angeschlossene Integrierschaltung zur Integrierung des analogen Fehlersignals und eine Austasteinrichtung zur periodischen Aktivierung der Integrierschaltung während der Periode des Signals angenäherter Perioden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austasteinrichtung auf eine Integrierdauer eingestellt ist, die nicht kleiner als die halbe Periode des Signals ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 ■, dadurch gekennzeichnet, daß die Austasteinrichtung auf eine Integrierperiode eingestellt ist, die ein ganzzahliges Vielfaches der Periode des Signals beträgt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austasteinrichtung auf ein Integrierintervall eingestellt ist, das im Bereich von etwa.einer halben Signalperiode bis zu mehreren Signalperioden liegt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 - 4, gekennzeichnet durch Schaltmittel für die Lieferung eines digitalisierenden Rück-'

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' ^ι_ει, - f'^erlägen iArt/grAba. 2.Nr. 1 Satz3 Uea Änd*rung^«fcV.4L*BBBI ■

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kopplungssignals von deui 'Komparator (10) zu der Integrier- * einrichtung. .

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 - 5, gekennzeichnet durch einen Multiplikator (21) für die Multiplikation des Fehlersignals mit einem Bezugssignal gleicher Frequenz vor Ausführung der Integration.

A 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Austasteinrichtüng auf eine Integrierperiode eingestellt ist, die nicht mehr als etwa einige Vielfache der Periode beträgt.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen zwischen der Integriereinrichtung und dem Komparator (10) liegenden Rückkopplungskreis mit Schaltelementen zur Erzeugung digitaler Werte in Abhängigkeit von dem Ausgangswert der Integriereinrichtung.

9. Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Arbeitsgeschwindigkeit von Einrichtungen zur Auswertung des Fehlersignals in Analog/Digital-Schaltungen mit Schaltungselementen zur Erzeugung digitaler Werte, gekennzeichnet durch eine Wandleranordnung zur Umwandlung des Fehlersignals in ein Signal veränderlicher Frequenz, dessen Frequenz der Amplitude des Fehlersignals im wesentlichen proportional ist, sowie dürcn eine Einrichtung zur Verbindung der Wandleranordnung mit den

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«zur Erzeugung digitaler ^Tr',"erte dienenden Schaltelementen zur Steuerung der Arbeitsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Amplitude des Fehlersignals,

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandleranordnung einen Spannungs/Frequenz-Wandler (31) aufweist. ■

U. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 mit einem Komparator zum Vergleich analoger und digitaler Signale und zur Erzeugung des sm Fehlersignals, gekennzeichnet durch eine Verbindung zur Speisung des Eingangs der Wandleranordnung durch den Ausgang des Komparators (10).

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Integrierschaltung zur Integration des Signals und zur Lieferung eines Eingangssignals an die Wandleranordnung.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

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daß der Ausgang der Wandleranordnung ein Signal zur Steuerung ^ der Zählfrequenz eines Zählers enthält.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur alternativen Speisung der Wandleranordnung mit Frequenzsteuersignalen der zur Erzeugung der digitalen Y/erte dienenden Schaltelemente sowie durch eine auf den Schwellwert der WandleranOrdnung eingestellte Schaltungseinrichtung zur

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Verbindung der Alternativeinrichtung mit den zur Erzeugung der digitalen Vierte dienenden Schaltelementen, wenn die Beschaffenheit des Fehlersignals die Wandleranordnung unwirksam läßt.

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