DE1953638A1

DE1953638A1 - Anordnung zur digitalen Wiedergabe einer Winkelauslenkung

Info

Publication number: DE1953638A1
Application number: DE19691953638
Authority: DE
Inventors: Carl-Erik Granqvist
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1968-10-31
Filing date: 1969-10-24
Publication date: 1970-09-17
Also published as: SE317013B; US3634838A; DE1953638B2; GB1291445A; FR2021977A1

Description

Patentanwalt

Dipl.-lng.H.Strohschänk

8 München 60
MusSusstraße 5

2il.10.1969 -SSpLa(»O 190-7M-4P

Anordnung zur digitalen Wiedergabe einer Winkelauslenkung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur digitalen Wiedergabe einer Winkelauslenkung eines Goniometer-Rotors, welcher mit einer Welle oder dergleichen gekoppelt sein kann, deren Drehauslenkung angezeigt werden soll.

Es ist bekannt, eine Hochfrequenz und hiervon durch wiederholte Teilung eine Niederfrequenz zu erzeugen, wobei die Perioden der Hochfrequenz gezählt werden, um Digitalwerte entsprechend verschiedenen Phasenstellungen innerhalb der Periode der niedrigeren Frequenz zu erhalten» Wenn diese einer Wellenformung unterworfen wird, um eine Sinusspannung zu erhalten, und diese Spannung in Phasenquadratur den festen Wicklungen eines Goniometers zugeführt wird, so ergibt sich in an sich bekannter Weise ein Drehfeld, und die Perioden der Hochfrequenz stellen Unterteilungen eines vollständigen Umlaufes dar. Ein zur Aufnahme der Hochfrequenzimpulse bestimmter Zähler läuft infolgedessen, wenn seine Kapazität gleich dem Frequenzteilungsverhältnis ist, synchron mit der Drehung des Goniometerfeldes. Die Ausgangsspannung des

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Goniometer-Rotors hat eine Phase entsprechend der Winkelstellung des Rotors. Wenn der Inhalt des Zählers für einen bestimmten. Phasenpunkt des Rotorspannungszyklus bestimmt ist, stellt die Zählung die Winkelstellung des Rotors dar.

Bei einer solchen Anordnung muß ein sehr hohes Maß an Genauigkeit hinsichtlich der Phase des rotierenden Goniometerfeldes sichergestellt sein, das genau synchron mit dem Zyklus des Zählers sein muß. Dieses hohe Maß an Präzision ist schwierig zu erreichen, da die dem Goniometer zugeführte " Spannung in einem Filter oder dergleichen vollständig von Harmonischen befreit werden muß und infolgedessen Phasenungenauigkeiten infolge einer Alterung der Bauteile und dergleichen ausgesetzt ist.

Die Erfindung gibt eine einfache und praktische Lösung dieses Phasenproblems durch folgende Anordnung:

Eine Hochfrequenzsignalquelle, eiip ?"requenzteiler mit einem ersten Zähler nebst einer mit der Signalquelle verbundenen Eingangsschaltung zur Erzeugung eines heruntergeteilten Niederfrequenzsignals, ein Versorgungsspannungsgerät zur Aufnahme des Niederfrequenzsignals sowie zur hieraus erfolgenden Erzeugung von Sinusspannungen in Phasenquadratur, welche an den festen Wicklungen des Goniometers liegen,einen zweiten Zähler zur Auf* hme des Hochfrequenz signals, einen Speicher zur Speicherung des Zählinhaltes des Zählers, eine Übertragungsschaltung zwischen dem zwei ten Zähler und dem Speicher, um in Abhängigkeit von einem aktivierenden Impuls, welcher einem aktivierenden Eing*ngsanschluß zugeführt ist, den Zählinhalt auf den Speicher zu übertragenι eine phasenempfindliche Baueinheit zur Aufnahme der Auegangsspannung des Goniometers in Abhängig-

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keit von einem bestimmten Phasenwert desselben zwecks Erzeugung eines aktivierenden Impulses in einer zugehörigen Ausgangsschaltung, wobei die Ausgangsschaltung mit dem aktivierenden Eingangsanschluß der Übertragungsschaltung verbunden ist, ein Bauelement zur Ableitung einer für die Phase der Versorgungsspannung im Goniometer charakteristischen Bezugsspannung, ein Signaljustierelement, welches mit dem ersten Zähler verbunden ist, um die Anzahl der dem ersten Zähler zugeführten Impulse in Abhängigkeit von einem daran liegenden Phasensteuersignal zu verändern, einen Phasendetektor mit einer ersten Eingangsschaltung, welche an der Wicklung zur Ableitung der Bezugsspannung liegt, sowie ferner einen zweiten Eingangsanschluß, welcher an einem Ausgangsanschluß des zweiten Zählers liegt, um ein Phasensteuersignal zu erzeugen, und durch Bauelemente zum Zuführen des Phasensteuersignals zum SignalJustierelement.

Der Frequenzteiler umfaßt also einen ersten Zähler, wobei ein zweiter Zähler zur Zählung der Hochfrequenzperioden vorgesehen ist. Das phasenempfindliche Element bzw. ein Phasendetektor ist vorgesehen, um die Phase einer vom zweiten Zähler abgenommenen Ausgangsspannung mit derjenigen einer vom Goniometer entnommenen Bezugsspannung zu vergleichen und die Phase des ersteh Zählers gegenüber dem zweiten Zähler durch Änderung der Anzahl der dem einen Zähler zugeführten Impulse zu steuern.

Ausgestaltungen der Erfindung betreffen weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Anordnung.

In der Zeichnung, die eine erfindungsgemäße Anordnung in einem schematisch gehaltenen Schaltbild zeigt, ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.

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Eine Hochfrequenzsignalquelle SS gibt eine Hochfrequenz von 819,2 kHz ab und liefert ihre Ausgangsgröße über einen Schalter SW, welcher normalerweise geschlossen ist und einen Teil eines Justier el ententes SAM bildet, an einen Frequenzteiler in Form eines ersten Zählers Cl, dessen Kapazität 204-8 beträgt, so daß dessen Ausgangsfrequenz 400 Hz beträgt. Das Justierelement SAM umfaßt auch eine Zusatzimpulsquelle SAP in Form eines normalerweise offenen Schalters, welcher den Ausgang des ersten Zählers Cl mit dessen Eingang verbindet. Der Zähler umfaßt Flip/Flops in Kaskadenschaltung, so daß die Ausgangsgröße eine Rechteckwelle in der dargestellten Form ist. Dieses Niederfrequenzsignal wird einem VersorgungsSpannungsgerät VM zugeführt, um ein Paar Sinusspannungen zu erzeugen, die einem Goniometer G zugeführt werden. Das Versorgungsspannungsgerät VM umfaßt ein Filter FI, welches die Rechteckwelle glättet und eine Sinusausgangsspannung bildet, die einem Eingangsanschluß Tl des Goniometers zugeführt wird, der an eine feste Wicklung Wl des Goniometers angeschlossen ist. Die Filterausgangsgröße wird einem Phasenschieber PS mit 90° Phasenverschiebung zugeführt, dessen Ausgangsgröße über einen Anschluß T2 an einer anderen festen Wicklung W2 des Goniometers G liegt. Ein Rotor R des Goniometers G ist mit einer Welle SH gekoppelt, deren Winkelstellung angezeigt werden soll, wobei die Kopplung schematisch mit einer strichpunktierten Linie angedeutet ist. Die Rotorspannung liegt über einen Ausgangsanschluß T3 an einer phasenempfindlichen Baueinheit PM, welche auf eine bestimmte Phase der Rotorspannung anspricht, beispielsweise auf einen Nulldurchgang in negativer Richtung, um einen Aktivierimpuls AP an deren Ausgangsanschluß OC zu erzeugen.

Die Schwingungen der Hochfrequenzsignalquelle SS liegen über ein Frequenzhalbierungsnetzwerk HN an einem zweiten

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Zähler C2 mit einer Kapazität von 1024 Stufen, welcher einen Ausgangsanschluß T5 aufweist, an dem eine Rechteckwelle der Frequenz 400 Hz auftritt.

Im Goniometer G ist ein Bauelement zur Erzeugung einer Bezugsspannung in Form einer dritten festen Wicklung W3 vorgesehen, welche mit einem Ausgangsanschluß TU verbunden ist.

Ein Phasendetektor PD weist Eingangsanschlüsse T6, T7 auf, von denen der erste mit dem Anschluß T5 und der letztere mit dem Anschluß T4 verbunden sind. Der Phasendetektor PD erzeugt ein Phasensteuersignal, welches positiv oder negativ in Abhängigkeit davon ist, welche der beiden Eingangsspannungen in der Phase vor der anderen liegt. Die Phasensteuerspannung liegt am Justierelement SAM über eine Leitung MA. Bei einer Polarität derselben wird der normalerweise geschlossene Schalter SW betätigt; bei der anderen Polarität erfolgt eine Betätigung des normalerweise offenen Schalters SAP, wobei die Anzahl der dem Zähler Cl zugeführten Impulse abnimmt bzw. zunimmt. Dies entspricht einer Justierung der Phase des Ausgangssignals des Zählers Cl.

Zwischen dem Zähler C2 sowie einem Speicher SD liegt eine Übertragungsschaltung TC mit einem Eingangsanschluß T8, um auf einen Betätigungsimpuls AP anzusprechen, der dem Anschluß T8 zugeführt wird, um den Zähler C2 mit dem Speicher SD zu verbinden, wobei der Inhalt des Zählers C2 übertragen und im Speicher SD gespeichert wird. Im nichtbetätigten Zustand bewirkt die Übertragungsschaltung TC eine Trennung des Zählers C2 vom Speicher SD«

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Es wäre möglich, das frequenzhalbierende Netzwerk HN wegzulassen und den Zähler C2 mit einer Kapazität von 2048 Stufen auszustatten, jedoch wird eine glattere Wirkungsweise der Anordnung erzielt, wenn der Zähler C2 und der Speicher SD auf eine heruntergeteilte Frequenz, beispielsweise von 1024 Hz, ansprechen.

Die Wicklung W3 dient zur Erzeugung einer Spannung der Bezugsphase, wobei die Unterteilungen von deren Periode der fc seitens des Zählers C2 erreichten Zählstufe entsprechen sollen. Um dies sicherzustellen, ist es erforderlich, daß die Spannungen an den Anschlüssen T4, T5 gleiche Phasen aufweisen. Wenn eine Differenz vorliegt, erzeugt der Phasendetektor PD ein Phasensteuersignal, dessen Polarität dem Vorzeichen der Abweichung entspricht.

Zur besseren Erläuterung sei angenommen, daß die Ausgangsgröße des Phasendetektors PD positiv ist, wenn die Phase der Spannung am Anschluß Tl derjenigen der Spannung am Anschluß T4 nacheilt. Die positive Spannung des Phasendetektors PD betätigt den Schalter SAP, so daß Extraimpulse ^ den Zähler Cl erreichen und die Phase von dessen Ausgangssignal vorgeschoben wird. Wenn anderseits die Spannung am Anschluß Tl derjenigen am Anschluß T4 voreilt, liefert der Impulsdetektor PD eine negative Spannung, welche den Schalter SW betätigt und bewirkt, daß ei^ oder mehrere dem Zähler Cl zugeführte Impulse unterdrückt werden, wobei die Phase des Ausgangssignals zurückgeschoben wird. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis am Ausgangsanschluß T4, T5 Phasengleichheit vorliegt.

Nunmehr befindet sich der Zähler C2 in Synchronbetrieb mit der Spannung W3, wobei eine Periode dieser Spannung von

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400 Hz durch den Zähler 1024 Teile geteilt wird. Der Zählinhalt des Zählers C2 stellt daher die Phase des Drehfeldes im Goniometer G dar.

Die am Anschluß T3 erscheinende Ausgangsgröße wird um einen Wert entsprechend der Einstellung des Rotors R verzögert. Diese verzögerte Spannung wird der phasenempfindlichen Baueinheit PM zugeführt, in der ein Betätigungsimpuls AP erzeugt wird, der am Ausgangsanschluß OC erscheint. Der Betätigungsimpuls AP bewirkt, daß die Obertragungsschaltung TC den Zähler C2 mit dem Speicher SD verbindet, wobei der Zählinhalt nunmehr zum Speicher SD übertragen und dort in der gezeigten Weise digital angezeigt wird. Die Einschaltung des frequenzhalbierenden Netzwerks HN zwischen der Hochfrequenzsignalquelle SS und dem Zähler C2 hat den Vorteil, daß der Speicher SD nicht auf jede einzelne, seitens des Phasendetektors PD bewerkstelligte Justierung anspricht, so daß eine glattere Funktion erzielt wird.

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Claims

Α/ Anordnung zur digitalen Wiedergabe einer Winkelauslenkung eines Goniometer-Rotors, gekennzeichnet durch eine Hochfrequenzsignalquelle (SS), einen Frequenzteiler mit einem ersten Zähler (Cl) nebst einer mit der Signalquelle (SS) verbundenen Eingangsschaltung zur Erzeugung eines heruntergeteilten Niederfrequenzsignals, ein Versorgungsspannungsgerät (VM) zur Aufnahme des Niederfrequenzsignals sowie zur hieraus erfolgenden Erzeugung von Sinusspannungen in Phasenquadratur, welche an den festen Wicklungen des Goniometers liegen, einen zweiten Zähler (C2) zur Aufnahme des Hochfrequenzsignals, einen Speicher (SD) zur Speicherung des Zählinhaltes des Zählers (C2), eine Übertragungsschaltung (TC) zwischen dem zweiten Zähler (C2) und dem Speicher (SD), um in Abhängigkeit von einem aktivierenden Impuls, welcher einem aktivierenden Eingangsanschluß (T8) zugeführt ist, den Zählinhalt auf den Speicher (SD) zu übertragen, eine phasenempfindliche Baueinheit (PM) zur Aufnahme der Ausgangsspannung des Goniometers (G) in Abhängigkeit von einem bestimmten Phasenwert desselben zwecks Erzeugung eines aktivierenden Impulses (AP) in einer zuge hörigen Ausgangsschaltung (OC), wobei die Ausgangsschaltung (OC) mit dem aktivierenden Eingangsanschluß (T8) der Über tragungsschaltung (TC) verbunden ist, ein Bauelement (feste Wicklung W3) zur Ableitung einer für die Phase der Versorgungsspannung im Goniometer charakteristischen Bezugsspannung, ein Signaljustierelement (SAM), welches mit dem ersten Zähler (Cl) verbunden ist, um die Anzahl der dem ersten Zähler zugeführten Impulse in Abhängigkeit von einem daran liegenden Phaeensteuersignal zu verändern,

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einen Phasendetektor (PD) mit einer ersten Eingangsschaltung (T7), welche an der Wicklung (W3) zur Ableitung der Bezugsspannung liegt, sowie ferner einen zweiten Eingangsanschluß (T6), welcher an einem Ausgangsanschluß (T5) des zweiten Zählers (C2) liegt, um ein Phasensteuersignal zu erzeugen, und durch Bauelemente (Leitung MA) zum Zuführen des Phasensteuersignals zum SignaIjustierelement (SAM).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das SignalJustierelement (SAM) zwischen der Hochfrequenzsignalquelle (SS) und dem ersten Zähler (Cl) einen Schalter (SW) aufweist, der in Abhängigkeit vom Vorliegen einer Polung des Phasensteuersignals öffnet.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signaljustiereiernent (SAM) eine zusätzliche Impulsquelle (SAP) umfaßt, welche mit der Eingangsschaltung des ersten Zählers (Cl) verbunden ist und auf die andere Polung des Phasensteuersignals anspricht, um einen zusätzlichen Impuls zu liefern.
H. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente zur Lieferung einer Bezugsspannung eine dritte feste Wicklung (W3) in dem Goniometer (6) umfassen.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des zweiten Zählers (C2) ein Bruchteil derjenigen des ersten Zählers (Cl) ist und zwischen der Hochfrequenzsignalquelle (SS) und dem zwei ten Zähler (C2) eine Frequenzteilerstufe (frequenzhalbierendes Netzwerk HN) liegt.

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