DE1788043A1 - Digitale Antriebseinrichtung - Google Patents
Digitale AntriebseinrichtungInfo
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Description
1783043
Stuttgart, 20. September 1968 P 2158
Anmelder:
Nippon Electric Company, Limited, 7-15, Shiba-Gochome, Minato
Tokio, Japan
Tokio, Japan
Vertreter: *
Patentanwalt
Dip!.Ing. Max Bunke
Stuttgart 1
Schloßstr. 73 B
Patentanwalt
Dip!.Ing. Max Bunke
Stuttgart 1
Schloßstr. 73 B
Die Erfindung betrifft eine digitale Antriebseinrichtung
mit einer Befehlsverteilerstufe zur Abgabe eines BefehlsverteilersignalG, dessen Taktzeit der reziproken
Sollvorschubgeschwindi'ikeit entspricht, mit einem Verteiler zur Erzeugung eines Verteilersignals entsprechend
der gewünschten Vorschubrichtung, mit einer Antriebrjstufe
einschließlich eines Motors, der sich in
Richtung eines Sollpunkrtes dreht, der mit einem stabilen Punkt übereinstimmt, und durch ein Verteilersignal
schrittweise weitergeschaltet wird, und mit
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einem von'dem Motor verstellten gesteuerten Element.
Eine herkömmliche digitale Stelleinrichtung erhält vonseiten der Befehlsverteilerstufe ein erstes Informations
signal "zur Angabe der Soll-Vorschubgeschwindigkeit als Befehlsverteilersignal. Sin Verteiler
erzeugt aus diesem Befehlsverteilersignal sowie · einem zweiten Informationssignal hinsichtlich der
Art der Verteilung ein Verteilersignal. Dieses steuert
*eine Antriebs stufe für einen Schrittschaltmotor, der in Abhängigkeit von diesem Verteilersignal bewegt
wird. Das Befehlsverteilersignal hat eine Taktzeit entsprechend dem ."leziprokwert der Soll-Vorschubgeschwindigkeit.
Das zweite Informatibnssignal besteht aus einem Signal über die Verteilerrichtung,
d.h. Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung. Das Befehlsverteilersignal und das Verteilersignal treten ohne
Beziehung zur Drehung des Schrittschaltmotors auf. Wenn deshalb der. Schrittschaltmotor beschleunigt oder
verzögert wird, ergibt sich eine Zeitverzögerung zwischen dem Verteilersignal und der tatsächlichen
Drehung des Schrittschaltmotors. Wenn das Verteilersignal in die Antriebs stufe mit hoher· Ial^tfolge im
Vergleich zur Drehung des Schrittschaltmotors eingespeist wird, wird diese Zeitverzögerung sprunghaft
ansteigen. Im ungünstigsten Pail ergibt sich ein Fehlnachlauf der digitalen Antriebseinrichtung. Dieser
Pehlnaclauf bedingt, daß ein Steuerpunkt, der eine
Stromstellung· für den Schrittschaltmotor darstellt, den stabilen Bereich entsprechend einem Sollpunkt,
an den er. sich jeweils annähern soll, verläßt und sich einem von dem genannten Sollpunkt verschiedenen
Punkt nähert. Auch v/enn das Verteilersignal der Antriebseinrichtung
mit hoher Taktfolge zugeführt wird, ergibt sich ein großer Nachlauf, selbst wenn ein
Pehlnachlauf vermieden wird. Dieser Nachlauf stellt einen Stellungsfehler zwischen dem Steuerpunkt und
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SAD OPHOfNAL
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dein Sollpunkt dar. Da die bekannte, digitale Stelleinrichtung
eine Steuerung ohne .lüekiuiirun^s schleife
bildet, wird die Drehstellung des Sehritt schal tractors
nicht erfaßt, so daß dieser Fehlnaehlauf auftreten
kann. '
Aufgabe der Erfindung ist eine solche Ausbildung einer
digitalen Stelleinrichtung, daß ein Pehlnachlauf nicht auftreten kann.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst,
daß an die Motorausganjswelle eine Steuersignalstufe
angeschlossen ist, die bei einer vorgegebenen Beziehung des Motorsteuerpuiiktes zu dem Sollpunkt ein Verteilersteuersingal
abgibt, und daß zwischen die Befehls verteilerstufe und den Verteiler eine von dem Verteiler
steuersignal gesteuerte Jnderungsstufe eingeschaltet
ist, die ein gesteuertes Befehlsverteilersteuersignal erzeugt.
Die Steuersignalstufe ist vorzugsweise über ein Getriebe
mit dem Schrittschaltmotor oder deia gesteuerten Element gekoppelt und gibt ein Yerteilersteuersignal
ab.
Die Erfindung bringt folgende überraschende Vorteile
mit sich:
1. Ein 'Pehlnachlauf ist vollständig ausgeschaltet.
2. Der Nachlauf wird innerhalb eines bestimmten Schwellenwerts
gehalten.
3· Das gesteuerte Element wird gleichmäßiger beschleunigt
oder verzögert.
(Fortsetzung auf Seite 5)
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Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausfuhrungsformen
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert.
Eigur 1 zeigt eine Drehmoment-Drehwinkel-Eennlinie
für einen Schrittschaltmotor;
Eigur 2 ist ein Blockschaltbild einer herkömmlichen
digitalen Antriebseinrichtung für einen Schrittschaltmotor;
Eigur 3 ist ein Blockschaltbild einer digitalen Antriebseinrichtung nach der Erfindung;
Figur 4 erläutert die Arbeitsweise einer her-'' kömmlichen digitalen Antriebseinrichtung
mit stabilen und instabilen Punkten der , Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie;
Eigur 5 zeigt die Verschiebung der Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie
um einen Schritt;
Figur 6 zeigt einen Eehlnachlauf eines Schrittschal tmotors;
Eigur 7(i)zeigen die Beziehung zwischen einem 3e- und (ii) fehlsverteilersignal, einem stabilen Bereich,
einem Sollpunkt, einem Steuerpunkt und dem erzeugten Drehmoment;
Eig. 8(i) geb.en ein Ausführungsbeispiel einer
und 8(ii) Steuersignalstufe im Rahmen der Erfin— -.
dung;. . ..
Figur 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Steuersignalstufe;
Eigur 10 zeigt eine dritte Ausführungsform derselben;
Eig. 11 (i)erläutern die Arbeitsweise der Au.sfüh—
und 11(ii)rungsform nach Figur 10;
Figur 12 zeigt eine Ausführungsform einer Änclerungsstufe
im Rahmen der Erfindung;
Eigur 13 dient zur Erläuterung der Arbeitsweise
der AnMebseinrichtung nach der Erfindung;
Figur 14 zeigt eine weitere Ausfhrungoform der
Änderungsstufe; und - -
Eigur 15 gibt Signalwellenformen für die-Auaf"hrungsform
nach Eig. 14 an.
Eig. „J zeigt eine Drehmoment-Drehwinlvel- Kennlinie zur
Erläuterung der Beziehung zwischen dem Drehmoment und dem Drehwinkel in einem Schrittschaltmotor.. In Eig.
sinGl-;-auf der Ordinate das Drehmoment und* auf der Abs-
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;-.■ ■: sr.
zlsse der bei einer Drohung des Schrittsclialtmotors
erzeugte Drehwinkel aufgetragen, Die Drehmoment-» Drehwinkel-Kennlinie
ist eine periodische Funktion und besitzt vier Periöden für eine Umdrehung des Schrittschaltmotor
s* Pg ist ein stabiler Punkt und P^ sowie
^A 2 sinci instabile Punkte .· Bin stabiler Bereich um den
stabilen Punkt Pa liegt zwischen den instabilen Punkten
P^1 und
Ein Blockschaltbild einer bekannten digitalen Antriebseinrichtung mit einein Schrittschaltmotor ist in Pig.
2 angegeben. Diese Antriebseinrichtung -umfaßt eine Befehlsverteilerstufe 1 aur Erzeugung eines Befehlsver»
teilersignals S1 mit einer Wiederholungsperiode von
i/ Sollvorschubgeschwindigkeit' aufgrund eines ersten
Informationssignals (das z.B. von einem lochband herkommt
), welches die Sollvorschubgeschwindigkeit eines
"gesteuerten Elementes 4 vorschreibt, einen Verteiler 2 (exnen digitalen Kurveninterpolator unter Verwendung eines Differentialanalysators), der unter Ausnutzung
des Befehlsverteilersignals S1 und einer zweiten Information (z*B. ebenfalls von einem Lochband)
für die Verteilungsart, ein Verteilersignal Sp erzeugt, sowie eine Antriebsstufe 3 mit einem Motor, die
das Verteilersignal Sp empfängt und ein gesteuertes
Element 4 aufgrund des von dem Motor abgegebenen Dreh-"
moments antreibt.
Die Einrichtung nach der Erfindung ist in Fig. 3 angegeben und umfaßt eine herkömmliche digitale Antriebseinrichtung (z^B* ein numerisches Steuersystem),
eine Knderungsstufö 5, die das Befehlsverteilersignal
S1 unter Veränderung durch ein Verteilersteuersignal
als gesteuertes Befehlssignal s/, an den Verteiler 2
weitergibt, sowie eine Steuersijgnalstufe 6, die das
Verteilersteuersignal Sn abgibt, wenn ein Steuerpunkt
des Schrittschaltmotors in« einer vorgegebenen Stellungs-
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beziehung mit einem Soülpunkt ist. Der ;Jteuerpunkt ·
bewegt sieh jeweils in äiehtung nach einem Sollpunkt,
der einer der stabilen Punkte ist, wobei jeder stabile
Funkt über eine Mehrzahl von Schritten des Schritt
schaltmotor s verteilt ist, und der sich jeweils um einen Schritt weiterbev;egt, wenn die Antrietisstufe ein
•Verteilersignal B^ erM.it. _ · ' ·
Nunmehr wird der Begriff Sollpunkt Pft und Steuerpunkt
P«. eines Schrittsehaltriotors erläutert.
lin Söllpunkt Prt, der jeweils für eine Mehrzahl von
Sehritten verteilt ist, ist einer der stabilen, funkte
und bewegt' sich jeweils um einen Schritt weiter, wenn
ein Verteilersignal Sg in die Antriebsitufe einläuft.
Ein Steuerpunkt Ϊ>μ ist ein Punkt, der sich unter fester
Korrelation mit dem Rotor d§s Schrittschaltmotors in
einer vorgegebenen Stellungsbeziehungr ^u dem Söllpunkt
V befindet, wenn der Rotor in einem Zustand verbleibt,
wo ein in dem Schrittschaltmotor erzeugtes Drehmoment
gegenüber dem erregten Stator des Schrittschaltmotor^
einen Nullwert hat. Der Sollpunkt 3?ö verschiebt sich ·
jeweils in Abhängigkeit von einer positiven oder negativen
Polarität S oder S des Verteilersignals B0
um einen Schritt nach vor oder zurück, wenn das V.ertülersignal
Sg von dem Verteiler 2 abgegeben wird.
Der Stiuerpunkt Pj* folgt dem Söllpunkt P aufgrund
des in dem Schrlttsehaltmotoa? erzeugten ,Drehmoment g.
Nunmehr wird die gegenseitige Beziehung der stabilen
Punkte, der Sollpunkte P0, der Steuerpunkte P^ und
des in dem Söhrittschaltmotor erzeugten Drehmoments
erläutert,
Fig. 4 zeigt die Gruiidiairve für eine digitale Antriebseinrichtüttg
naeh I*if. 2, die einen Auiiehnitt mit
einer Pesriödenlänge aus de® Küst« der Pig* 1 darsttllt.
Die Punktό P3, l·^ und PAg eiad in deia Pig· 1 und. 4
IOddVs/O'87-8 "
BAD ORIGiNAL
ν : . 1783043
jeweils entsprechend eingezeichnet; der Punkt P ist de!r Sollpunkt P . Wenn sich der Steuerpunkt PTr im
Punkt Ρ/ befindet, erzeugt der Schrittschaltmotor ein
Drehmoment T .(P-^)=T (P1 ).'
Da die herkömmliehe Antriebseinrichtung nach Fig.- 2
den Schrittschaltmotor im Sinne einer Einstellung der
Beziehung T (PM)=O dreht, verschiebt sich der Steuerpunkt
Pj5 von einem Punkt P^ nach einem Punkt -Pg. V/enn
entsprechend sich der Gteuerpunkt Pjrin einem Punkt
P2 befindet, bewegt-sich der Steuerpunkt P^ in .lieh-'",
tung des Punktes. P. du. sich der Schrittschaltmotor
so dreht, daß das Drehmoment T (?v) -äem JTullwert zustrebt.
Da das Drehmoment T (PK) im Punkt P den
Viert, T (P^)=T (P )=O hat, dreht sich der Schrittschaltmotor
nicht weiter, und der Steuerpunkt P™ stellt sich auf den Punkt P_, ein. Infolgedessen bezeichnet
man den Punkt P als stabilen Punkt.
Da andererseits das Drehmoment T "(P. -,) in eine'i Punkt
P,-. den Viert T (P^)=O hat, wenn sich der Steuerpunkt
Vy in Punkt P».. befindet, dreht sich der Schrittschaltmotor
theoretisch nicht. \iTenn sich jedoch der Steuerpunkt
Pjj nur geringfügig nach einer Seite gegenüber
dem Punkt P^| verschiebt, wird ein solches Drehmoment
T (l*wr) erzeugt, daß sich der Steuerpunkt P^ von dem
Punkt P.j. wegbewegt. Ifolgedessen dreht sich der Schrittschaltmotor
und der Steuer.punkt P^ verschiebt sich in
Richtung des benachbarten stabilen Punktes Pß1 oder
P . Deshalb wird der Punkt P... als instabiler Punkt
bezeichnet. Der Punkt P.^ is* ©in ähnlicher instabiler
Punkt. Daher ist ein Pereich R5 1--, der keine instabilen
Punkte P^1 und P^2 einschließt, ein stabiler Bereich
für den stabilen Punkt P_ als Sollpunkt. Ein praktisch brauchbarer stabiler Bereich RQ ist' jedoch nach Pig.
4 ein Bereich, wo das Rückstelldrehmoment T (Pt/) entsprechend
dem Stellun£;sunterschied zwischen dem Sollpunkt P und dem Steuerpunkt P^, d.h. der Größe des
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^ OPItGINAL
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Nachlaufs, größer wird. Die Beziehung zwischen dem Steuerpunkt P™, dem Sollpunkt PQ und dem stabilen
Bereich R (oder R' ) ist jeweils symmetrischunabss
*
hängig von einer Vorwärts-^· oder Rückwärtsdrehung
des Schrittschaltmotors, wenn der Steuerpunkt PM
auf dem Sollpunkt P0 liegt, und wenn eine Stellungabweichung
zwischen dem Sollpunkt Pc und dem stabilen
Bereich R so bestimmt ist, daß der Steuerpunkt P^
in der Mitte des stabilen Bereiches R3 (oder R's)
liegen soll. Eine andere gegenseitige Beziehung . kann selbstverständlich ebenfalls benutzt werden.
In. der obigen Beschreibung ist folgendes hervorzuheben:
1. Auf einer Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie sind
abwechselnd stabile und instabile Punkte vorhanden.
2. Wenn die Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie festgelegt ist, wird die Lage eines stabilen Punktes
anhand einer ausgewählten Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie bestimmt.
Infolgedessen ist die Arbeitsweise- aer digitalen
Antriebseinrichtung nach Pig. 3 folgende: Sin'
stabiler Punkt, auf den der Steuerpunkt P,r in der
Anfangsperiode eingestellt ist (z.B. im Seitpunkt der Einschaltung der I.eistungsquelle), ist in Übereinstimmung
mit einer Anfangsstellung eines Sollpunktes P . Die Drehmöment-Drehwinkel-Kennlinie
wird um eine vorgegebene Winkeleinheit in Abhängigkeit
von der Polarität des Verteilersignals Sp verschoben,
sobald dieser: Yerteilersignal S2 erzeugt
wird. Der Sehr it-t schal tmotor dreht sich in der V/eise,
daß der Steuerpunkt P,. dem Sollpunkt P näher kommt, der zusammen mit der J)rehmoment-Drehwinkel-Xennlinie
verschoben worden ist. Pig. 5 zeigt ein Beispiel der
Beziehung zwis-chen So] lpunkt' P , Steuerpunkt P,. und
C JL'.
Drehmoment-Drehwinkel-Rennlinien vor und nach der
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Verschiebung. -i
Ein Pehlnachlauf kann sich in folgender Weise ergeben. Dabei liegt nach Tig. 2 ein Verteilersignal
Sr, mit hoher -Folgefreguenz an der Antriebsstufe 3
im Sinne einer Beschleunigung des gesteuerten Elements
4 an. Der Sollpunkt P verschiebt sich entsprechend. schnell. Es besteht jedoch eine Grenze für das
Ausgangsdrehmoment des Schrittschaltmotors. Wenn ein
großes Drehmoment zur Beschleunigung des gesteuerten Elements 4 erforderlich ist, kann der Steuerpunkt P™
dem Sollpunkt P nicht folgen, so daß eine Stellungsdifferenz (Nachlauf) i:umer mehr zunimmt. Dieses wi
anhand der Pig. 6 verständlich, wo der Sollpunkt P
als Ursprung genommen ist. Dies "bedeutet, daß sich der Steuerpunkt P™ von dem Sollpunkt P allmählich
über die Punkte P^ , Ρ-,ρ und P™* wegbewegt. Wenn er
schließlich über einen instabilen Punkt P. gelangt,
der den stabilen Bereich R'- ' begrenzt, wird das Aus-■-■■■■.■■
s
gangsdrehmoment Ql (Pw/) des Schrittschaltmotors gemäß
Fig. 6 in einer Richtung entgegengesetzt zu der gewünschten Fachlaufrichtung erzeugt. Damit bewegt
sich der Steuerpunkt P-> nunmehr schnell gegen einen
stabilen Punkt P *, der von dem Sollpunkt P um eine Periodenlänge entfernt ist. Diese Erscheinung wird
als Pehlnachlauf bezeichnet. In Extremfällen kann
es eintreten, daß der Steuerpunkt P^ hinter dem Sollpunkt um mehrere Periolenlängen herläuft. Wenn auch
im Vorstehenden die Verhältnisse für eine Beschleunigung erläutert sind, ergibt sich auch.im Falle einer
plötzlichen Verzögerung der Effekt eines umgekehrten Fehlnachlaufs, nämlich eines Übervorlaufs.
Die Erscheinung des Pe:ilnachlaufs wird häufig innerhalb^giner
digitalen Antriebseinrichtung beobachtet, die mit einem Schrittschaltmotor arbeitet, dessen
stabiler Bereich R* besonders klein ist. Da eine digitale Antriebseinrichtung mit einem Schrittschalt-
109815/0878 bad
Λ Γ? O O Π r ο
I / υ O U 'γ "ι
motor als Steuerung ohne Schleife keine g
für einen ITachweis der Bewegung des Schrittsehaltmotors
oder des gesteuerten Elements "bietet, ist es gänzlich unmöglich, das Auftreten eines Jehlnachlaüfs
und die Anzahl der Per.lodenverSchiebungen zu· erfassen.
Deshalb kann man den Fehlnachlauf nicht beheben. Diese Unmöglichkeit ist ein schwerer Uachteil einer
digitalen Antriebseinrichtung mit einem Schrittschaltmotor (z.B. einer numerischen Steuerung mit einem
Schrittschaltmotor). Dies ist auch der Grund, warum ein Schrittschaltmotor nicht als zuverlässiges Element
'
Damit die Trägheit und das Reibungsmo'ment des gesteuerten
Elements 4 vergl3ichsweise wenig störend sind,
wird innerhalb einer bekannten digitalen Antriebseinrichtung ein Schrittschaltmotor mit einem ausreichend
großen Ausgangsleistun-2"spegel zum Antrieb einer Last
benutzt,'die hauptsächlich durch das gesteuerte Element verwirklicht4wird. Damit der Schrittschaltmotor
nicht sprunghaft beschleunigt oder verzögert wird, wird eine Beschleunigung oder Verzögerung der Verstellgeschwindigkeit
des Sollpunktes P mit negativer Größe .
im Bezug auf die Zunahme oder Abnahme der Taktfrequenz
des Befehlsverteilersignals S^ einseitig in Form einer
Exponentialfunktion mit vorgegebener Zeitkonstante eingespeist, unabhängig von der.Bewegung des gesteuerten
Elements. Diese Zeitkonstante stimmt kaum mit derjenigen der beweglichen mechanischen Teile einschließlich des
Schrittschaltmotors und des gesteuerten Elements 4 überein. Wenn diese Zeitkonstante kleiner als diejenige
des mechanischen Systems ist, ergibt sich unerwünschterweise
eine sprunghafte mechanische Verstellung des von d°em Schrittschaltmotor angetriebenen gesteuerten
Elements, auch wenn der Schrittschaltmotor einen ausreichend, hohen leistungspegel aufweist.
Bei Verwendung eines sog. elektrisch, angetriebenen
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r'ldruck-Impulsmotor, wo ein Cldruckventil im Sinne
einer Verstärkung des Jrehinoments durch., einen elektrischen Schrittschaltr.otor verstellt wird, ist der
stabile Eereich der Öluruckeinheit ungewöhnlich "breit.
Der stabile Bereich R1 _' des elektrischen Schrittschaltmotors
"bleibt jedoch so schraal wie zuvor. Deshalb
wird neben der -Köglich-ceit eines ITehlnachlaufs des elektrischen Schrittsc'ialtraotors der Eaciilauf groß, wenn der Schrittschaltmotor sprunghaft beschleunigt wird; schließlich'kann der Öldrucknotor den elektrischen Schrittschaltmotor nicht mehr folgen, so daß m der üldruckmotor einen weiteren zusätzlichen Selilnachlauf bev/irkt. Im P;ille einer numerischen üopiersteuerung.führt der Nachlauf zu einem Stellungsfehler. Damit ergibt sieh als ^auptnachteil, daß der grüßte Vorteil der numerische:i Steuerung, nämlich die hohe Steuergenauigkeit, verlorengeht.
wird neben der -Köglich-ceit eines ITehlnachlaufs des elektrischen Schrittsc'ialtraotors der Eaciilauf groß, wenn der Schrittschaltmotor sprunghaft beschleunigt wird; schließlich'kann der Öldrucknotor den elektrischen Schrittschaltmotor nicht mehr folgen, so daß m der üldruckmotor einen weiteren zusätzlichen Selilnachlauf bev/irkt. Im P;ille einer numerischen üopiersteuerung.führt der Nachlauf zu einem Stellungsfehler. Damit ergibt sieh als ^auptnachteil, daß der grüßte Vorteil der numerische:i Steuerung, nämlich die hohe Steuergenauigkeit, verlorengeht.
Auch wenn z.B. ein digitales Phasenmodulationtssystem
mit einem Schrittschalcmotor anstelle der Verstellung
eines Öldruckventils mittels eines Schrittschaltmotors
benutzt wird, kann man einen ähnlichen Eachteil wie
bei dem elektrisch betriebenen Öldruck-Impulsmotor nicht ausschalten. Das genannte digitale Phasenmcdu- J
lationssystem mit einen Schrittschaltmotor arbeitet wie folgt. Der Rotor eines Soll-Synchrongenerators
wird mittels eines elektrischen Schrittschal.tmotors gedreht. Signale mit einer Frequenz von z.B. 400 Hz werden in den Stator des Soll-Synchrongenerators
eingespeist und ebenso in den Stator eines Rückkoppelungs-Synchronjenerators,· dessen Rotor sich gleichförmig mit der Verstellung des gesteuerten Elements dreht. Dabei werden magnetische Drehfelder erzeugt. Ein Diskriminator erzeugt ein positives oder negatives Ausgangssignal übereinstimmend mit dem Phasenunterschied zwischen einem Soll—Phasensignal vonseiten des. Rotors des Soll-Synchrongenerators und einem Rück-
wird mittels eines elektrischen Schrittschal.tmotors gedreht. Signale mit einer Frequenz von z.B. 400 Hz werden in den Stator des Soll-Synchrongenerators
eingespeist und ebenso in den Stator eines Rückkoppelungs-Synchronjenerators,· dessen Rotor sich gleichförmig mit der Verstellung des gesteuerten Elements dreht. Dabei werden magnetische Drehfelder erzeugt. Ein Diskriminator erzeugt ein positives oder negatives Ausgangssignal übereinstimmend mit dem Phasenunterschied zwischen einem Soll—Phasensignal vonseiten des. Rotors des Soll-Synchrongenerators und einem Rück-
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MK^i BADORlGiNAL
MK^i BADORlGiNAL
A π ο ft η ι ο
ι / ϋ O U li 3
Jl
koppelungs-Phasensignal · vonseiten des Motors des
Rückkoppelungs-Synchrongenerators. Die Eingangslei s-tü-ng zum Antrieb des .gesteuerten Elements v/ird
mittels eines Öldruck-oervoventils oder eines Thyristors unter Verwendung des Ausgangssignals
des Diskriminators gesteuert. Der Antriebsmotor (normalerweise ein Öldruckmotor. ist mit einem. 01-druck-Servoventil
verbunden; ähnlich ein Elektromotor mit einem Thyristor) treibt das gesteuerte Element
an., um dadurch die Ausgangsspannung des Diskriminator
s zum Verschwinden zu bringen.
Auch v/enn ein Soll-Phaoensignal benutzt wird, das
mittels eines bekannten rein elektronischen digitalen Phasenmodulationssystens statt durch Verwendung eines
elektrischen Schrittschaltmotors und eines Soll-Synchrorigenerators
erhalten wird, ergibt sich ein Fehlnachlauf in ähnlicher '/eise wie' bei einem elektrischen
Schrittschaltmotor, wenn nicht das zur Drehung des Motors' benutzte Rückkoppelungs-Phasensignal innerhalbeines
vorgegebenen Phasenbereichs" (z.B. + 90^0- gegen- .
über den Soll-Phasensignal. gehalten wird. ■.->
' ·..
Nunmehr wird die Erfindung anhand eines, bevorzugten
Ausführungsbeispiels einer· digitalen Antriebseinrichtung mit Digital-Analo^-Wandlung mittels eines Schrittschaltmotors
erläutert, womit die genannten Nachteile ausgeschaltet sind.
In Fig. 3 erzeugt eine Steuersignalstufe 6 ein Verteilersteuersignal
S . Das Verteilersteuersignal S
C C
hat den Signalwert "0", solange der Steuerpunkt Pv.
in einer vorgegebenen Beziehung zu dem Sollpunkt P
steht, wie bereits erl.'iutert worden ist, nämlich innerhalb
-sines stabilen- Bereichs R - (entsprechend der Erläuterung
anhand der J1Ig. 4-);' das Verteilersteuersi-;·-
nal hat den Viert "1", sobald der Steuerpunkt Pv nicht
VL
innerhalb des stabilen Bereichs R gelegen ist.
109815/0878 ' PAD ORiGJNAL
Λ Λ
Pig. 7 .gibt die Beziehung zwischen einem 'Verteilersteuersignal S , einem stabilen Bereich R , einem
Sollpunkt .P , einem Steuerpunkt P™, einer Drehmoment-Drelrwinkel-Iennlinie
C und einem Drehmoment T (P™)
des Schrittschaltmotors an. RLg. 7 (i) gilt für den Pail, daß der Steuerpunkt.'P^ innerhalb des stabilen
. Bereichs R gelegen ist und das Verteilersteuersignal ■'Sn den Signalwert "0" hat. Pig. 7 (ii) gilt für den
Pail, daß der Steuerpunkt P™ außerhalb des stabilen
Bereichs R gelegen ist und das Verteilersteuersigs
aal S einen Signalwert "1" hat.
Danach hat das Verteilersteuersignal S den Signalwert
"0", solange der Steuerpunkt P1, »· innerhalb des
ΓΙ
stabilen Bereichs R gelegen ist, der in seiner Mitte
den Sollpunkt Pn enthält. Das Verteilersteuersignal
S hat den Signalwert "1", sobald der Steuerpunkt P^
außerhalb dieses stabilen Bereichs R0 zu liegen kommt.
Wenn mit anderen* Worten die Stellungsdifferenz zwischen
dem Steuerpunkt P^ und dem Sollpunkt P kleiner
als die halbe Größe des stabilen Bereichs RCT ist,
* ■ ■ . P
nimmt das Verteilersteuersignal S den Wert "0" an.
Wenn diese Stellungsdifferenz großer als die halbe
Größe des stabilen Bereichs R„ ist, stellt sich das
Verteilersteuersignal auf den Wert "1" ein. Infolgedessen
erhält man ein gleiches Verteilersteuersignal S wie oben erläutert ist, auch wenn der Steuerpunkt
PM in die Mitte des stabilen Bereichs R_ anstelle
des Sollpunkts P. gestellt wird.
Die Pig. 8 (i) und 8 (ii) zeigen ein Ausführungsbeispiel
für die Steuersi^nalstufe 6, die ein Verteilersteuersignal S in Abh'ingigkeit davon liefert, ob
ein Stollpunkt P innerhalb oder außerhalb eines Bereichs
η gelegen ist. Da nach Pig. 1 die Drenmoments
-
Drehv/inkel-Eennlinie poriodisch hinsichtlich der
V/inkelstellung eines Echrittschaltmotors ist, wird an-
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genommen, daß die Schrittanzahl innerhalb einer Periode iL beträgt. BIa Schrittanzahl innerhalb des
stabilen Bereichs R bsträgt N (I1L >"lO und die
S SlS
Periodenanzahl für eine Umdrehung (360 ) des Schrittschaltmotors
beläuft sich auf M.
Eine in den Pig. 8 (i) und (ii) dargestellte Schlitzplatte 7 ist als Kreisplatte ausgebildet, die mechanisch
mit der Drehachse des Sclirittschaltmotors ge- koppelt ist und M Umfangsabschnitte aufweist. Ein
Drehwinkel η eines jeden Abschnittes entspricht ΪΤ Schritten, und ein Drehwinkel η eines in einem
jeden Abschnitt enthaltenen Schlitzes entspricht I1T
Schritten (also einem Bereich, der einem stabilen Bereich entspricht). Der Einfachheit halber ist in
den Pig. 8 (i) und (ii) ein Teil der Schlitzplatte in Umfangsrichtung gesehen dargestellt. Pig. 8 (ii)
gibt ein konstruktives Beispiel der Steuersignalstufe 6. Ein von einer Lichtquelle L. ausgesandtes
Lichtbündel wird mittels einer Linse L parallel gerichtet,
welche den V/inkelbereich von η Schritten mit IT Lichtbündeln überdeckt. Diese Lichtbündel
werden durch Lichtrohren I1...1-^ (jeweils aus Glasfasern
zur Führung des Lichtbündels mit außergewöhnlich geringer Dämpfung und mit geringem Interferenzverlust
zwischen benachbarten Lichtrohren) zu Lichtempfängern d.. ...d,x geführt, die in fester Beziehung
zu dem Schrittschaltmotor den Lichtrohren 1^...1,τ
gegenüberstehen. Die Schlitzplatte 7 ist zwischen den Lichtempfängern und den Lichtrohren gelegen. V/enn
eine Anordnung aus Lichtröhre und Lichtempfänger innerhalb
eines Schlitzes der Schlitzplatte 7, z.B. die Lichtröhre 1K und der Lichtempfänger d„, ausgerichtet
ist, ».wird ein Licht bündel der Lichtröhre 1~ von dem
Lichtempfänger d^ erfaßt, dessen Ausgangssignal D^
in einen Verstärker A£ eingespeist wird. In diesem Zeitpunkt hat das Ausgangssignal AB^ des Verstärkers
109815/0878 V BAD ORIGINAL
Λ ΠΟ
Ι π ο π η ' ο
I / ύ ο U 4
/S
A1, den Signalwert "1", 5Ur eine Lichtrchre 1,T und
einen Ii ent empfänger d,. wird bspw.. kein Ausgangs signal
O,j an den Verstärker A,T abgegeben, da der ■ Lichtweg
durch die Schutzplatte 7 unterbrochen ist. Infolgedessen hat das Aufgangssignal AD^, des Verstärkers
Ajj- den Viert- 11O1'.Jeder I dchtempfänger d. ...'.dK ist an
einen Verstärker A. .. .A,,. angekoppelt. Die Verstärker
A. ... .Α- sind jeweils mit Und-Torschaltungen G^ ■.. .Gy
verbunden*. ' -
Die Signale E1.. .Ε,-rkonnien von einem Jlingzähler her,
der eine Baugruppe der Antriebsstufe 3 der ?ig. 3
darstellt. Die Drehmoment-Drehwinkel-IIennlinie verschiebt
sich in Abhängigkeit von diesen Signalen schrittv/eise vorwärts, wobei entsprechend der SoIlptinkt
P schrittweise vorrückt. Jev/eils ein Signal
E1 .. .Ε,-,- hat den Signalv.-ert "1", während alle übrigen
Signale den Signalwert "O" aufweisen. Vienn ein Signal
E1 den V/ert "1" hat, ist ein entsprechender Sc llpunkt
ausgewählt, wenn ein Signal E2 den Signalv/ert f|1 "
annimmt, ist der nächstfolgende Sollpunkt ausgewählt:
V/enn entsprechend ein Signal Ev den Signalv/ert "1"
aufweist, ist der K-te. Sollpunkt ausgewählt.- Da
der Ringzähler mod N arbeitet, liegt der E-te Sollpunkt
einen Schritt vor dem Sollpunkt entsprechend dem E1-Signal der nächstfolgenden Zählperiode.
Sobald eines der Signale ΈΛ .. .ETJ eine der "orschaltungen
G1 ...GAy innerhalb eines Bereichs auf Durchgang.
schaltet, der einem Schlitz der Schutzplatte entspricht, wird ein Verteilersteuersignal S des Signalwerts
"C" in einer iiichtoder-Schaltung 8 erzeugt, wo
die Cder-Ausgangssignale der TJnd-Schaltungen G1 ... G7T : ■
negiert v^erden. Dies entspricht den durch die Pig. 7
(i)'erläuterten Verhältnissen. ·
Wenn eines der Signale E1...E eine der Und-Schaltungen
109815/0878 Λ,>^.·ν,|^ BAD ORIGINAL
G1...G„ innerhalb eines Bereichs öffnet, der einem
nichtgeschlitzten Teil der Schutzplatte· 7 entspricht,
wird ein Verteilersteuersignal Scmit dan Signalwert_ "1 "
erzeugt. Dies entspricht dem Zustand, der 31Ig. 7 (ü).
Im Hinblick auf die Gegenüberstellung der Lichtempfänger
zu Lichtquellen unter Zwischenschaltung einer Schlitzplatte entspricht die Anordnung nach Pig.. 8
(ii) in ihrem mechanischen Aufbau einer Sehritt-Kodierscheibe,
die bereits in Verbindung mit einem Schrittschaltmotor benutzt wird, besonders zur Verbesserung
der Stellungsgenauigkeit. Diese Kodierscheibe erzeugt Zählircpulse, jeweils wenn ein·gesteuertes
Element sich um einen Steuerschritt v/eiterbewegt, z.B. um 0,002 mm. Die Anordnung nach Pig. S
(ii) ist jedoch von einer !Codierscheibe grundverschieden, indem diese Anordnung nach Pig. 8 (ii) ein
Verteilersteuersignal S erzeugt. Eine !Codierscheibe-
besitzt Schlitze, deren Teilung für einen ITachweisimpuls
bemessen ist;, sowie nur v/enige Kombinationen von
Licht bündeln und lichtempfrlngern. Dagegen hat die Anordnung
nach Pig. 8 (ii) N Gruppen aus Lichtröhren und Lichtempfängern, de für eine Periode der Drehmoment-Drehv/inkel-Kenrilinie
des Schrittschaltmotors bemessen sind. Eine runde Schlitzplatte dieser Anordnung
hat nur Schlitze (jeweils entsprechend einem stabilen Bereich-R0), deren Teilung Έ beträgt und
deren Periodenzahl in einer Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie M ist. In weiterem Unterschied zu einer
Kodierscheibe sind Unu-Torschaltunjen G^^G^ vorhanden,
die durch Signale E.....E«. getastet werden,
sowie eine Kichtoder-Schaltung 8.
Pig. 9 zeigt eine weitere Ausführungaform der Steuersignalstufe
6. Eine runde Schlitzplatte 7 und eine Nichtoder-Schaltung 8 entsprechen jeweils den Baugruppen
der Pig, 8 (ii). Ein Verstärker A1 hat dieselbe
Aufgabe wie jeweils einer der Verstärker A1 .. .A,T
.;...,„ 109815/0078 v BAD
■1783043
Λ ■ :
nach. Pig. 8 (ii). Die Anordnung nach Fig. 9 arbeitet folgendermaßen: N Lichtquellenbereiche, die
anstelle der Lich.tr öhr an 1, ...Ι,τ der Fig. 8 (ii)
vorgesehen sind, befinien sich in der Hähe der
Schutzplatte und sind für eine. Ein-Aus-Tastung mit
hoher Schaltfrequeiz eingerichtet. Jeweils eine dieser Lichtquellen wird durch dasjenige der Signale
E...-...Ev erregt, das einen Signalwert "1" aufweist.
Für den Fall, daß die belichtete Lichtquelle 11^. ..I',.
innerhalb des vorübergehenden Schlitzes der Schutzscheibe
liegt (z.B. für ein Signal E., mit dem Signalwert
"1") erhält man ein Yerteilersteuersignal S
mit dem Signalwert "O" in der Ifichtoder-Sciialtung 8,
wenn das Licht auf den Empfänger d1 auftrifft und
in dem Verstärker A1 verstärkt ist. Dies entspricht dem Fall der Fig. 7 (i). Wenn die belichtete Lichtquelle 1! ...·1'τσ außerhalb des betreffenden Schlitzes
liegt (z.B. für das Signal E> mit dem Signalwert "t")
kommt kein Licht* zu dem Empfänger d1 , so daß das Verteilersteuersignal
S einen Signalwert "1" hat. Dies
entspricht dem Fall der Fig. 7 (ü).
Fig. 10 zeigt eine weitere AusfTnrungsform der Steuersignalstufe
6. Dabei findet das Phasenmodulationsnachweisverfahren für die Ermittlung des stabilen Punktes
Anwendung. Ein.Synchrodetektor 9 istmechanisch mit
der Ausgangswelle eines Schrittschaltmotors verbunden. Der Synchrodetektor wird durch ein Erregersignal S-^,
ernegt, das durch Umwandlung in einem Filter 11 aus
einer Rechteckweilenform S_ gewonnen wird, welche aus
einem Bezugsfr^uenzossvillator 10 stammt. Ein Hachweissignal
Y^ des Synchrodetektors 9 wird in eine Stufe
12 eingespeist, die eine Phasenumkehr- und Phasenschi
Verschal tung enthält. Es erfolgt eine Umwandlung
in 'Signale Y^ und -Vt,- Andererseits erhält eine SynchrosteuerstufQ
13 die bereits genannte Ilechteckwellenform S und ein Yertei.lersignal So vonseiten des.V.er-
109816/0878 BAD OWOIHAL
17830'';
tellers 2. Ein abgewandeltes Befehlssignal S1 erreicht
eine Stufe 14, lie einen IT, M-Drehzahl er und
ein Filter enthält. Das abgewandelte Befehlssignal S.1 wird durch Addition oder Subtraktion des Verteilersignals
S2 und dar Rechteckwellenform S gewonnen,
die um einen bestimmten Phasenbetrag vorgerückt oder verzögert wurde in Abhängigkeit von der
Polarität des Verteilersignals Sp. Die Stufe 14 gibt ein Befehlsphasensignal V ab. Der Phasenschieber der
•Stufe 12 muß so eingestellt sein, daß die Phase des Signals Vj. um 90 gegenüber dem Befehlsphasensignal
V verschoben ist, wenn die Stellung des Steuerpunkts Pj. mit dem Sollpunkt P^ übereinstimmt. Die Funktion
der Schaltung nach Fig. 10 ist folgende: Sobald ein Nachlauf auftritt, wird das Befehlsphasensignal V
verschoben (z.B. in Richtung des Pfeils A) gegenüber der 90°-Phasenverschiebung zu dem Signal Vj.. Der ITngleichgewichtswert
f |3J - |eJJ wird in dem Diskriminator
ü> in Abhängigkeit von den Amplituden der
Signale E1 und Ep erzeugt (vgl. Fig. 11 (ii)). Die
Fig. 11 (i) zeigt den ?äll, daß die Amplituden der Signale E1 und E? gegeneinander abgeglichen sind. Ss
™ ist außerordentlich leicht, das Verteilersteuersignal
S mit einem Signalwert "1" aus dem Ungleichgewichtsv/ert NE1I - |Ep|l durch einen Schmitt-Trigger 16 zu
erzeugen, wenn der Sollpunkt P den stabilen Bereich
R überschreitet,
s '
s '
Die Stufen 9...15 der Anordnung nach Fig. 10 dienen normalerweise zur Erzeugung eines Differenzsignals
JJeJ - JEpj/für eine digitale Antriebseinrichtung,
ie eine Digital-Analog-Wandlung nach der Phasenmodulationstechnik
vornimmb. Deshalb werden die genannten Stufen sorgfältig so aufgebaut, daß sich keine Verschiebung
des Pegels der Signale Vjj und V aufgrund
der Umgebungsbedingung3n ergibt, z.B. aufgrund von Speisespannungsschwankungen, Temperaturschwankungen
109815/0878
e PAD ORIGINAL
1783043
usw.. Deshalb dient die Schaltung der Pig. IG allein '■
dem nachweis eines stabilen Bereichs R der Lrehinoraent-Drehwinlcel-I'-ennli-iie
des Schrittschaltmotars
indem ein Schmitt-Trigger 16 nachgeschaltet ist. Außer
dem wird ein Verteilersteuersignal So erzeugt, dessen
Zweck wesentlich von dem entsprechenden Signal in einem Phasensodulations-Servosystein verschieden ist.
Uunmehr wird, die Anderungsstufe 5 zur Beeinflussung
eines Befehlsverteilersignals S^, durch das rückgekoppelte
Verteilersteuersignal S erläutert, Diese Änderungsstufe gibt ein gesteuertes Befehlsverteilersignal S^ an den Verteiler 2 ab. ■
Pig. 12 zeigt eine Ausiührungsform der '""nderungsstufe
zur Abgabe eines Signals nach der logischen Gleichung
Sf1 = S1- S0 (D-
das Zeichen "·" bedeutet die logische Und-Punktion.
Das Verteilersteuersifnal S v;ird-in einer ITichtoder-Schaltung
1.7 in das Signal S umgev/andelt, das den
Durchlaßzustand einer und-Schaltung 1S festlegt. Aienn
das Verteilersteuersignal S den logischen V/ert "0"
hat, ist die Und-Schaltung 18 durchlässig, so daß gilt
S'.. ='S^.- ivenn das Signal S den logischen ..'ert "1"
Il C
hat, ist die Und-Schaltung 18 gesperrt, so daß gilt
S''..,= 0, d.h. es v/ird kein gesteuertes Befehlsverteilersteuersignal S1 >
al.gegeben.
ITunmehr v/ird unter Bei:ugnahir.e auf Pig. 15 die Arbeitsweise
der Antrieb se im* ichtung nach der JSrfinaung gern.
Pig. 3 erläutert, welche mit einer Steuersignalstufe
nach den Pig. 8 bis IC und einer J:nderungsstufe nach
Pig. 12 ausgestattet ist. "
Die Beschleunigung den gesteuerten Slenents erfolgt
folgendermaßen: Da eine Drehung im Vorwärts- und ?jackwärtssinn
ähnlich verarbeitet v/ird, wird nur die
109815/0878
Io
in Vorwärtsrichtung behandelt (Pfeilrichtung in Pig.
10). Der Steuerpunkt Py wandert schrittweise von dem
Sollpunkt P ab und erreicht schließlich einen Punkt
P,Q. Wenn das Verteilersignal S2 dann in die Antriebsstufe· 3 einläuft, wird der Sollpunkt P um einen
Schritt vorgerückt. Der Steuerpunkt Pp wandert über
. den Punkt P^n und verir.ßt den stabilen Bereich R
IU .S
(z.B., im Punkt P,„). Da das Verteilersteuersignal S
mit dem logischen Wert "1 " nunmehr -von der Steuersignalstufe an die Xnderungsstufe gegeben wird, wird
£ ' S1.. = 0, und der Verteiler 2 hört mit der Erzeugung
des Verteilersignals S,/ auf. 'Der Sollpunkt bewegt sich nicht weiter vorwärts, und der Nachlauf steigt
nicht v/eiter an. Der gesteuerte Punkt P™ kommt auf
den Steuerpunkt P infolge des Rückstelldrehmoments T (PK)- T (P^)- T-(P10) im Bereich des Steuerpunkts
PT,A und findet sich wieder in dem stabilen Bereich
±1
R diesseits des Punktos P^0, z.B. im Punkt PT,rIp ·
Deshalb erreicht*das Verteilersteuersignal S den logischen Wert "0", so daß gilt Sf. = Sj. Funmehr
wird wieder ein gesteuertes Befehlsverteilersignal" S1. in den Verteiler 2 eingespeist. Somit wird das
Verteilersignäl Sp aus dem Verteiler 2 in die Antriebs-,
w stufe 3 eingegeben. Der Sollpunkt P wandert wieder
von dem Steuerpunkt P^ ab. -Infolgedessen liegt der Steuerpunkt P™ bei der Beschleunigung in der ixähe
des Punktes-P^Q, welcher sich auf einer Randseite des
stabilen Bereichs R0-befindet. Der Nachlauf steigt
. darüberhinaus nicht an. Fach der Beschleunigung folgt der- Steuerpunkt PT dem Sollpunkt P , wenn die Vorschubgeschwindigkeit
dos gesteuerten Elements 4 auf den Normalwert zurückkehrt,- und bleibt in unmittelbarer
Nachbarschaft def;. Sollpunkts. "■*·.■
Auf diese Weise wird ein Pehlnac^.lauf vollkommen ausgeschaltet.
Dieses stellt die erste Leistung der Erfindung dar. Außerdem ist während der Beschleunigung
109815/0878 y :.,.■-... IAD ORIGINAL
■■■■■■ -■■■-«—■ ;
Λλ
das Drehmoment T (^.rr) nahezu gleich eiern V/ert
T (P.jq). Das gesteuerte Element 4 wird gleichmäßig
(mit nahezu konstanter Beschleunigung) "beschleunigt, "bis die vonseiten des Schrittschaltmotors zugeführte
Energie mit der in dem gesteuerten Element 4 verbrauchten Energie im Gleichgewicht steht. Dieses ist
ein weiterer Torteil der Erfindung. Auch im Falle eines maximalen, Hachlaufs wandert der Steuerpunkt
P-,c höchstens um einen Schritt aus dem stabilen Bereich
R_ aus, so daß der Nachlauf innerhalb einer
vorbestimmten Schranke bleibt. Dieses stellt den dritten mit der Erfindung ersielten Vorteil dar.
Verzögerung des gesteuerten Elements: Wenn im ersten
EaIl die kinetische Energie des gesteuerten Elements
4 klein ist, arbeitet die digitale Antriebseinrichtung folgendermaßen. Mit Erzeugung des Verzögerungs-Befehlssignals
S-q (wenn z.B. ein erzeugtes Verteilersignal Sp um einen 'Schritt von der in dem Verteiler enthaltenen
Einstellungszahl subtrahiert wird, wird das Verzögerungs-Befehlssijnal SjQ erzeugt, sobald der .
Gleichgewichtswert kleiner als ein Schwellenwert wird) bei Einspeisung in die Befehlsverteilerstufe
1 vonseiten des Verteilers 2 verringert sich die Taktfrequenz
des Befehlsverteilersignals S^ in vorgegebenem Verhältnis. Im MOrmälfall nähert sich der Steuerpunkt
Pr*, der nach einer Beschleunigung dem Sollpunkt P
mit hoher Verstellgeschwindigkeit nachfolgt, im Falle einer Verzögerung allmählich dem Sollpunkt ΡΛ, dessen
Verschiebungsgeschwindigkeit geringer wird, und bewegt sich kurzzeitig über denselben hinaus, z.B. im
Punkt R»,. Dieser Zustand ist ein inverser Nachlauf,
nämlich ein Vorlaufzustand. Wenn die kinetische Energie
&es gesteuerten Elements 4 klein ist, verbrauchen
das llüokstelldrehmoment (das als Dämpfung wirkt) des
Schrittschaltmotors und das Reibmoment des gesteuerten
Elements die kinetische Energie sehr schnell. Deshalb
10 9815/087 8
-ZT-
X%
wird die Bewegungsgesc iwindigk'eit des gesteuerten Elements
4 schnell verlangsamt und infolgedessen folgt
der St-euerpunkt.P^ dein Sollpunkt P wiederum in verzögerter
Stellung nac'i.
Wenn jedoch im andern FaIl das gesteuerte Element 4
eine ungewöhnlich große kinetische 3ner.gie im Vergleich
mit der von dem.Schrittschaltnotor zugeführten Energie
aufweist, überschreitet der Steuertmnkt ?,«-, der vor
der Verzögerung dem Sollpunkt P mit hoher Verstellgeschwindigkeit nachläuft, nicht nur den Sollpunkt
P , dessen Verstellgeschwindigkeit durch das Verzögerungs-Sefehlssignal S-^ herabgesetzt ist, sondern
läuft über den Randpunkt P.,/ des stabilen Bereichs R hinaus. Bei Verwendung der A'nderungsstufe* nach
Pig. 12 wird S* =0, so daß der Sollpunkt P anhält.
Infolgedessen hat der Steuerpunkt P™- das Bestreben
einer weiteren Entfernung gegenüber dem Sollpunkt P , so daß. er schließlich den instabilen Punkt
überläuft, und der genannte inverse Fehlnachlauf, bzw.
Fehlvorlauf auftritt. ·
Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform der Xnderungsstu'fe
5 zur Ausschaltung des Fehlvorlaufs. Diese
Änderungsstufe 5 liefert folgende logische Funktion:
s'i = VSc + SV Sc' (S+· ST + S-·^
Das Zeichen "·" bedeutet eine logische Und-Funktion,
das Zeichen "+" eine logische Oder-Funktion.
Zunächst wird das zweite Verteilerbefehlssignal S™,
das in Übereinstimmung mit der Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie
einen logischen Wert "0" oder "1" hat, in ähnlicher V/eise wie das Verteilersteuersignal S erzeugte
Dieses muß nicht notwendig ein Signal sein, ■ dessen logischer Wert von dem Sollpunkt P abhängig
ist, der als Grenzpunlrt genommen ist; dieses Signal
muß den logischen Wert "1" oder "0" innerhalb eines
T09815/0878
»AD ORIGINAL
1783043
vorgeschriebenen "breitan Bereichs haben, dessen liit-
telpunkt jeweils mit einer C-renze des stabilen Bereichs R nach Eig. 15 übereinstimmt. Die Signale
S und S sind jeweils polare Signale, die die 7erteilungsrichtung
eines Yerteilersignals-S9 angeben.
V/eiterhin ist -S ., ein impulssignal mit einer viiederholungsfrequenz,
die größer als die Yerschiehungsgeschwindigkeit
des gestauerten-.Elements ist. Dieses
Signal .wird. .in. die TJnd-Schaltungen 21 und 22 von seit en.-des
Oszillators 20-nac'i Fig. 14 eingespeist.
Der inverse Pehlnac'ila.if kann auf die aus den l?ig.
14- und 13 ersichtliche l/eise ausgeschaltet v/erden.
Bei einer Drehung in Vorwärtsrichtung ist in dem ■zweiten Term in Gleichung (2) nur die Größe S+ zu
betrachten. Ss werde nunmehr angenommen, das der
Steuerpunkt P,.T aus dem stabilen Bereich R ausläuft
".(.ZiB. in eine Stellung P1^,). Dann wird der erste
Term in Gleichung. (2) nicht v/irksam, und nur' die
G-röSe mit S, innerhalb des zweiten Seriss v/irkt sich
aus, da die Größen S , S und S^" zusasmen einen
logischen Viert. "T" auf v/eisen. Dies bedeutet, daß das
Yerteilersteuersignal 3 die Torschaltung 18 in Pig.
G -
14 sperrt und eine Bedingung zu?-'ffnung der Torschaltung
21 erfüllt. Das z.:eite Yerteilersteuersignal S^
sperrt eine Torschaltung 22 und erfüllt die andere Bedingung zur öffnung der Torschaltung 21. Da zunächst
eine Drehung in Yorwärcsrichtung angenösnien ist,
sperrt das polare Signal S die Torschaltung 22 und das polare Signal S genügt der anderen Bedingung zur
Öffnung der Torschaltung 21. Infolgedessen wird ein Impulssignal S". mit hoher Taktfrequenz durch die
Torschaltung 21 weitergegeben und bewirkt eine schnelle
Ye^?schiebung des Sollpunktes P . so daß der Steuerpunkt
P^ dem SoIIpUn1CtP0 -vergleichsweise näher kommt
und wiederum in dem stabilen Bereich R eingefangen
v/ird, z.B. in einem Punkt PMc· Üann wird, der erste Terra
10981570878
ν-■■;;;■!■.:: O;Ä BADOI11ItGfNAL
1783043
der logischen G-leichun;; (,2) wirksam und der zweite
Term wird unwrksam. Auf diese Weise wird· der. Steuerpunkt
Pp.T auch beim Auslauf aus dem stabilen Bereich R unmittelbar in den stabilen !Bereich R
wieder zurückgeführt. ":ittlerweile hat die kinetische
Energie des gesteuerten Elements allmählich infolge des Drehmoments vonsei ten des Schrittschaltmotors,·
das als Dämpfungsmoment in diesem Jail wirksam ist und dessen Größe auch im Zeitpunkt der Verzögerung
den "Wert T (P1-,.) hat, und des Reibmoments des ge-
»i ι
steuerten Elements 4 abgenommen. Wenn die Vorschubgeschwindigkeit des gesteuerten Elements 4 einen normalen Viert erreicht, folgt der Steuerpunkt P,r geringfügig dem Sollpunkt P nach. Somit erfüllt die Einrichtung nach der Erfindung aoabh im Verzögerungsfall ihre Aufgabe: 1. Beseitigung des Fehlnachlaufs, 2. allmähliche Verzögerung und 3. Einhaltung des Hachlaufs unter einem vorgegebenen Schwellenwert. Tm Falle einer Drehung in Rückwärtsrichtung tritt die gleiche Wirkung auf. Bei einer Verzögerung einer Drehung in RückwMrtsrichtung werden die Großen mit dem polaren Signal S des zweiten ^ ■ Terms und der erste Term der Gleichung (2) wirksam, da ein Signal fL über die liichtoder-Schaltung 19 in ?ig. 14 zugeführt wird. . ...
steuerten Elements 4 abgenommen. Wenn die Vorschubgeschwindigkeit des gesteuerten Elements 4 einen normalen Viert erreicht, folgt der Steuerpunkt P,r geringfügig dem Sollpunkt P nach. Somit erfüllt die Einrichtung nach der Erfindung aoabh im Verzögerungsfall ihre Aufgabe: 1. Beseitigung des Fehlnachlaufs, 2. allmähliche Verzögerung und 3. Einhaltung des Hachlaufs unter einem vorgegebenen Schwellenwert. Tm Falle einer Drehung in Rückwärtsrichtung tritt die gleiche Wirkung auf. Bei einer Verzögerung einer Drehung in RückwMrtsrichtung werden die Großen mit dem polaren Signal S des zweiten ^ ■ Terms und der erste Term der Gleichung (2) wirksam, da ein Signal fL über die liichtoder-Schaltung 19 in ?ig. 14 zugeführt wird. . ...
Schließlich wird auf einige wichtige Punkte hingewiesen.
Zunächst sind Ausfährungsformen der Erfindung
nicht auf die dargestellten Zeichnungen beschränkt. Wenn eine weitere Ausführungsform der l'.naerungsstufe
nach Fig. 12 als Beispiel genommen wird, kann man eine Befellsverteilerstufe 1 bekannter
Bauart, deren Taktfreouenz sich in Abhängigkeit mit von außen zugeführten Signalspannungen ändert, aus
einer Kippstufe und einer Integrationsstufe unter Verwendung
von- Kondensatoren und Widerständen anstelle der Torschaltungen 18, 21 und 22 der Fig. 12 und 14
10 9 8 15/0378
..■■.■■,.- 8AD ORIGINAL
17880«
aufbauen, womit die Taktfrequenz des Befehlsverteilersignals
S1 geändert werden kann. Lann wird die
Kippstufe rait den Vertoilers.teuersignalen einschließlieh S gesteuert, der Integrationsstufe mit vorgegebener
Zeitlconstante wii.'d das AusgangssignaL der liippstufe
zugeführt und dio Integrationsstufe gibt ihre
Ausgangsspannung an dio Befehlsverteilerstufe 1 waiter, νί-enn auch die Erfindung der Einfachheit halber in Verbindung mit einer Antriebsstufe erläutert ist, kann
man zahlreiche■ Ausfuhr-mgsformen der Erfindung durch
!Combination von Einrichtungen unter Verwendung der Erfindung
erhalten. Wenn bspw. die Antriebsstufe 3 der Eig. 3 eine 3-aclisige ■'.Koordinaten-Stelleinrichtung
mit drei Antriebsstufen 3 , 3- und 3 ist, wie dies
• x' y ζ
in einer umfangreichen numerischen Steuereinrichtung
der Pail ist, muß die Steuersignalstufe für jede
Antriebsstufe ein Vert^ilersteuersignal S , S und
CX Qy
S . erzeugen können. Ein Signal entsprechend der
logischen Summe S_ + 3 + S dies'er Verteilersteuersignale muß der Ande,rungsstufe 5 anstelle des Verteilersteuersignals
S zugeführt werden. Schließlichist ..folgender Punkt bei der Arbeitsweise der Einrichtung
nach der Erfindung sorgfältig zu betrachten. ■ Wenn die Leistungsquelle für die erfindungsgemäße ■
Antriebseinrichtung eingeschaltet v/ird, ist es unbestimmt, auf welchen stabilen Punkt der Rotor des
Schrittschaltmotors eingestellt ist. Damit sich die Vorteile der Erfindung ergeben, muß man einen stabilen
Punkt zum Sollpunkt P0 und damit zusammenfallend den
c ■
Steuerpunkt P^ festsetzen. Dieser Vorgang der Gleichsetzung
von Steuerpunkt und Sollpunkt kann z.B. auf folgende einfache Weise- erfolgen. Wenn der Steuerpunkt
P.jyj nicht innerhalb des stabilen Bereichs R0 gelegen
ist, liat das Verteileroteuersignal S den logischen
Wert "1", andernfalls den logischen Wert "0". Wenn also das verstärkte Verteilersteuersignal S den
... .,,, 109815/0878
1783043
ί'/esi;--"!"-hat, wird ein? Anzeigelampe erhellt, die,
der Bedienungsperson anzeigt, daß der Steüsrpunkt
PTv| außerhalb des stabilen Bereichs R gelegen ist.-Dann
kann die Bedienun ß sperson durch Einspeisung
eines zweiten. Ausgangs-Yertellersignals S'p.vonselten.des
Iferteilersl'inalgenerators In die Antriebs-^
stufe 3 -(wobei die genannten ICreise in.Fig. 3 fehlen);
unabhängig-von den andaren Baustufen 1, 2, 5, 6 usw. \
betreiben, bis die Anzsigelampe verlöscht. Dadurch
kann man den Steuerpun -:t P,,7 nlt dem gewünschten. SqII-punkt
P Innerhalb höclstens l/H Umdrehungen in ..-Übereinstimmung
bringen. Dieser Vorgang l-:ann selbstverständlich
in entspr Behender vJeise automatisiert
werden. ■ .·■-.'.·
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Claims (3)
1. Digitale -Antriebseirrichtung mit einer BefehlsverteilerstuxG
zur Abgabe eines Befehlsverteilersignals,-dessen Takt zeit- der .reziproken Sollvorschubgesciiv/indigkeit
entspricht, mit einem Verteiler_ zur Dr.seugung
eines Verteilersignals entsprechend der gewünschten Vorschubriclitung, mit ainer Antriebsstufe einschließlich
eines Kotors, der sich in Richtung eines SoIlpunk'tes
dreht, der mit einem stabilen Tunkt übereinstimmt, und durch ein Yerteilersignal schrittweise
v/eitergesclialtet wird, und mit einem von dem I'Iotor
■verstellten gesteuerten Element, dadurch gekennzeichnet,
daß an die i-fotorausgan, ;sv/elle eine Steuersignalstufe
(6) angeschlossen ist, die bei einer vorgegebenen Beziehung
des I-Iotorsteueirpunktes zu dem Sollpunkt ein
Verteilersteüersignal abgibt, und da3 zv.'ischen die Befehlsverteilerstufe
(1) und den Verteiler (2) eine von deia Verteilersteue .'signal gesteuerte -ilnderungsstufe
(5) ein~eschaltec ist, die ein gesteuertes BefeLlsverteilersignal
erzeugt. .
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch-gekennzeichnet,
daS in dam gesteuerten Befehlsverteilersignäl
beim Vorliegen aines VerteilerSteuersignals
die Impulse des Befehlsverteilersignals unterdrückt
sind. . ■ ' ■*...'..'
3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Ausschaltung eines Peh'lvorl-au'fs
bei Verzögerung beim Auftreterjeines Verteilersteuersignals
zusätzliche Impulse für das Befehlsverteilersignal erzeugt werden.
BADORtGtNAU 1098 15/087 8
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6115567 | 1967-09-22 |
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- 1968-09-23 US US761640A patent/US3566240A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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