DE1954636A1

DE1954636A1 - Servoantrieb

Info

Publication number: DE1954636A1
Application number: DE19691954636
Authority: DE
Inventors: Otto Bohner; Guenter Dipl-Ing Haussmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-10-30
Filing date: 1969-10-30
Publication date: 1971-05-13
Also published as: GB1319157A; DE1954636B2

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH 6000 Frankfurt (Main) 70, Theodor-Stern-Kai 1

Konstanz, den 27. Oktober 1969 PT-KN Rl/lo

Servoantrieb

Die Erfindung betrifft einen Servoantrieb, bei dem von einem Motor ein Stellglied, insbesondere ein Servopotentiometer eines analogen Rechengerätes, eingestellt wird, und bei dem die DifferenzSpannung einer vom Ist-Wert des Stellglieds abgeleiteten Spannung und ".einer von einem Sollwertgeber abgeleiteten-Spannung dem Eingang eines Rechenverstärkers zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung die Drehrichtung und den Drehwinkel des Motors im Sinne einer Verringerung der Differenzspannung bestimmt. Eine derartige Anordnung ist aus der TELEFUNKEN-Zeitung 1966, Heft 1, Seite 121 bis 122,bekannt. Bei dieser Anordnung spielen die Reibungsfaktoren von Motor, Getriebe und Servopotentiometer eine Rolle. Die Schleifenverstärkung muß so eingestellt werden, daß bei dem kleinsten möglichen Reibungsfaktor eine Differenzspannung, die bei einem drahtgewickelten Potentiometer der halben Windungsspannung entspricht, z.B. 1 mV, die Regelschleife nicht instabil werden läßt. Da Reibungsfaktoren in der Fertigung sehr schwär zu kontrollieren sind und jeweils mit Schwankungen in der Größenordnung von mindestens +_ 10 %

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gerechnet werden muß, ergeben sich bei der bekannten Anordnung in vielen Fällen Einstellfehler von mehr als 1,5 mV. Es war daher Aufgabe der Erfindung, die bekannte Anordnung so abzuwandeln, daß eine größere Einstellgenauigkeit erreichbar ist. Die Erfindung besteht darin, daß ein Impulsgeber zur Erzeugung unipolarer elektrischer Impulse vorgesehen ist,"daß der Ausgang des Impulsgebers durch Schalter direkt oder über einen weiteren Verstärker mit dem Motor verbunden ist, daß eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Ausgangsfc spannung des Rechenverstärkers durch Betätigung der Schalter eine polaritätsrichtige Zuführung der Impulse zum Motor bewirkt und beim Erreichen eines bestimmten Mindestwertes der Differenzspannung die Zuführung you Impulsen zum Motor unterbricht, und das Mittel vorgesehen sind, die die Begelgeschwindigkeit der Abweichung zwischen Soll- und Istwert anpassen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen in Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen Figur 1 eine erfindungsgemäße Anordnung, Figur 2 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung.

In Figur 1 ist ein Servopotentiometer 1 dargestellt, das von einem Motor 2 eingestellt wird; ein Sollwertgeber 3, der ebenfalls als Potentiometer ausgebildet ist, dient zur Vorgabe des am Servopotentiometer einzustellenden Wertes. Während des Einstellvorgangs liegt das Servopotentiometer 1 einerseits an einer positiven Spannungsquelle +U, andererseits an Mass-3; der Sollwert-

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geber 3 liegt einerseits an einer negativen Spannungsquelle -U, andererseits an Masse. Dem Eingang eines Rechenverstärkers 4-wird einerseits eine vom Sollwertgeber 3 abgeleitete negative Spannung, andererseits eine vom Servopotentiometer 1 abgeleitete positive Spannung zugeführt. Die am Eingang des Rechenverstärkers 4· wirksame Differenzspannung ist dann gleich 0, wenn das Servopotentiometer in seiner Stellung mit dem Sollwertgeber übereinstimmt. Ein Impulsgeber 5 ist mit einem Ausgang, an dem er negative elektrische Impulse liefert, über einen Schalter b mit dem Motor verbunden und mit seinem anderen Ausgang, an dem er positive elektrische Impulse liefert, über einen Schalter a mit dem Motor verbunden. Die Schalter a und b sind Kontakte zweier Relais A und B, die an die Ausgänge eines

/über Dioden D1 bzw. D2/

Komparators E^angeschaltet sind. Der Komparator ist in bekannter Weise aus zwei Verstärkern 7 und 8 aufgebaut. Zwei seiner Eingänge liegen an einer positiven bzw. an einer negativen Vergleichsspannung +AU bsw. -AU, die die zulässigen Einstellfehler definieren. Ein dritter Eingang ist mit dem Ausgang des

Rechenverstärkers 4- verbunden. Durch die Relaisspule B fließt wegen der Diode D2 nur/
/dann Strom, wenn die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers

positiver ist als die positive Vergleichsspannung+AU, und durch

^wegen der Diode ΡΊ nur/

die Spule des Relais A fließt^dann Strom, wenn die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers negativer ist als die negative Vergleichsspannung -AU. Liegt die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers 4- zwischen den Werten von +AU und -AU, so führt keine der Relaisspulen A und B Strom. Der Impulsgeber 5 ist so ausgebildet, daß die Größe der abgegebenen Impulse von der Höhe der einem Steuereingang des Impulsgebers zupeführten

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Spannung abhängt; dieser Steuereingang ist mit dem Ausgang des Rechenverstärkers 4 unter Zwischenschaltung eines Betragsbilders 9» der in bekannter Weise aus einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Verstärker und zwei Dioden aufgebaut ist, verbunden. Bei einer hohen am Steuereingang wirksamen Spannung ist die Breite der abgegebenen Impulse groß, bei einer niedrigen am S£euereingang wirksamen Spannung ist die Breite der abgegebenen Impulse klein. Der Impulsgeber 5 kann in vorteilhafter Weise so ausgebildet sein, daß er dann, wenn die am Steuereingang wirksame Spannung einen bestimmten Wert überschreitet, anstelle von Impulsen eine bestimmte Gleichspannung bzw· einen bestimmten Gleichstrom abgibt. Der kleinste abgegebene Impuls muß in seiner Größe so bemessen sein, daß unter Berücksichtigung der Massenträgheitsmomente und der Reibung von Motor und Servopotentiometer die gewünschte Einstellgenauigkeit des Servopotentiometers erreicht wird. Der Ausgangswiderstand des Impulsgebers ist relativ niedrig, so. .daß er in den Impulspausen als Kurzschlußbremse für den Motor wirkt; dadurch wird der Reibungseinfluß auf den Drehwinkel des Motors verringert,

Als Beispiel für einen Einstellvorgang sei angenommen, daß die Differenzspannung am Eingang des Rechenverstärkers 4 positiv und relativ groß sei. Dann ist die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers negativ,und das Relais A zieht an. Entsprechend der relativ großen Differenzspannung gibt der Impulsgeber 5 eine positive Gleichspannung ab, die über den Kontakt a zum Motor gelangt und diesen mit konstanter Geschwindigkeit im Sinne einer

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Verringerung der Differenzspannung am Rechenverstärker 4 antreibt. Hat die Differenzspannung einen bestimmten Wert unterschritten, so gibt der Impulsgeber Impulse ab, die noch eine relativ große Impulslänge haben. Bei weiterem Absinken der Differenzspannung wird die Länge der Impulse immer kurzer, so daß der Motor 2 das Servopotentiometer in immer kleineren Schritten auf den gewünschten Wert einstellt. Ist der gewünschte Wert ait hinreichender Genauigkeit erreicht, so fällt das Beiais A ab, wodurch" der Impulsgeber vom Motor getrennt wird.

Figur 2 zeigt eine der Figur 1 ähnliche Anordnung.1 Im Gegensatz zu Figur 1 gibt der Impulsgeber 5 in Figur 2 Impulse konstanter Größe ab. Um dennoch eine von der Abweichung zwischen Soll- und Istwert abhängige Regelgeschwindigkeit zu erreichen, wird gemeinsam mit den Impulsen des Impulsgebers die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers 4 dem Motor 2 zugeführt. Der Ausgang des Impulsgebers 5* der die negativen Impulse liefert, ist über einen Schalter al mit einem Eingang eines Summierver-

/inyertierenden/ stärkers, der durch einen rückgekoppeltenj^echenverstärker 10 in an sich bekannter Weise gebildet wird, verbunden; der Ausgang des Impulsgebers, der positive Impulse liefert, ist über einen Schalter b1 mit einem weiteren Eingang des Summierverstärkers verbunden. Der Ausgang des Rechenverstärkers 4 ist einerseits, wie in Figur 1, mit einem Eingang eines !Comparators 6 verbunden, andererseits über die Parallelschaltung zweier Schalter a2 und b2 mit einem dritten Eingang des Summierverstärkers. Der Ausgang des Summierverstärkers 10 ist mit dem Motor verbunden. Die Funktion der Anordnung' von Figur 2 ist ähn-KN 68/45

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lieh derjenigen von !figur 1. Ist die Ausgangs spannung des Rechenverstärkers 4 genügend negativ, so zieht Relais A an, wodurch die Schalter al und a2 durchschalten. Am Eingang des Summierverstarkers 10 liegen jetzt also die negativen Impulse des Impulsgebers 5 sowie die negative Ausgangsspannung des Rechenverstärkers 4 und werden im Summierverstärker addiert und dem Motor zugeführt. Ist die Differenzspannung am Eingang des Rechenverstärkers 4 genügend klein geworden, so fällt das Relais A ab und sowohl Impulsgeber als auch Rechenverstärker 4 sind vom Summierverstärker 10 abgeschaltet. Bei dieser Anordnung sind also bei einer relativ großen Abweichung zwischen Soll- und Istwert die Impulse des Impulsgebers und die relativ große Ausgangsspannung des Rechenverstärkers 4 nach ihrer Summierung und gegebenenfalls auch Verstärkung am Motor wirksam^ bei einer relativ kleinen Abweichung zwischen Soll- und Istwert wird die Summe der relativ kleinen Ausgangsspannung des Rechenverstärkers 4 und der Impulse dem Motor zugeführt.

Anstelle der beschriebenen Relaisschalter können auch elektronische Schalter verwendet werden. Es ist auch möglich, mehrere Servopotentiometer (einschließlich der zugehörigen Motoren) vorzusehen und wahlweise jeweils eines an die beschriebene Servoantriebsschaltung (d.i. der Servoantrieb ohne Stellglied und Motor) anzuschließen; dies kann z.B. in Abhängigkeit von einem Steuerprogramm durch mechanische und/oder elektronische Schalter erfolgen. Auch in diesem Fall wird jedes der Servopotentiometer, die sich in ihrem Reibungswerten aufgrund von Fertißungsstreu-

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ungen oder wegen der Herkunft von verschiedenen Herstellern unterscheiden, mit der geschilderten Genauigkeit eingestellt, wenn dafür gesorgt ist, daß bei der größten vorkommenden Reibung noch eine Verstellung erfolgt, und daß bei der kleinsten vorkommenden Reibung die geforderte kleinste Verstellung nicht überschritten wird; die Einstellgeschwindigkeit kann sich allerdings geringfügig unterscheiden.

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Claims

Patentansprüche

1·) Servoantrieb, bei dem von einem Motor ein Stellglied^ insbesondere ein Servopotentiometer eines analogen Rechengerätes, eingestellt wird und bei dem die Differenzspannung einer vom Istwert des Stellglieds abgeleiteten Spannung und einer von einem Sollwertgeber abgeleiteten Spannung dem Eingang eines Rechenverstärkers zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung die Drehrichtung und den Drehwinkel des Motors im Sinne einer Verringerung der Differenzspannung bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgeber (5) zur Erzeugung unipolarer elektrischer Impulse vorgesehen ist, daß der Ausgang des Impulsgebers durch Schalter (a, b; al, b1) direkt oder über einen weiteren Verstärker mit dem Motor (2) verbunden ist, daß eine Umschalteinrichtung (6) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Rechenverstärkers (4-) durch Betätigung dear Schalter eine polaritätsrichtige Zuführung der Impulse zum Motor bewirkt und beim Erreichen eines bestimmten Mindestwerts der Differenzspannung die Zuführung von Impulsen zum Motor unterbricht, und daß Mittel vorgesehen sind, die die Regelgeschwindigkeit der Abweichung zwischen Soll- und Istwert anpassen.
2. Servoantrieb nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß dem Motor (2) eine der Differenzspannung zumindest annähernd proportionale Gleich-

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spannung zugeführt wird, daß der Gleichspannung die Impulse überlagert werden, und daß die Impulse einerseits so groß sind, daß Reibungskräfte des Motors und des Stellglieds überwunden werden, andererseits - zumindest kurz bevor das Stellglied die gewünschte Einstellung erreicht - so klein sind, daß die Verstellung des Stellglieds durch einen Impuls unterhalb eines vorbestimmten Werts, insbesondere unterhalb eines Windungssprungs eines drahtgewickelten Servopotentiometers, bleibt.
3. Servoantrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Impulsgebers (5) über die Schalter (al, b1) mit Eingängen eines Summierverstärkers (10) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Motor verbunden ist, und daß der Ausgang des Rechenverstärkers mit einem weiteren Eingang des Summierverstärkers verbunden ist.
4-, Servoantrieb nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Rechenverstärkers mit einem Steuereingang des Impulsgebers verbunden ist, und daß die Impulsgröße und/oder Impulsfolgefrequenz des Impulsgebers in Abhängigkeit von der am Steuereingang wirksamen Spannung steuerbar ist.
5· Servoantrieb nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber eine Gleich-

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spannung abgibt, wenn die am Eingang des Rechenverstärkers (4·) wirksame Differenzspannung einen bestimmten Wert überschreitet.
6. Servoantrieb nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet« daß die Umschalteinrichtung einen Komparator (6) enthält, wobei ein Eingang des Komparators an einer festen positiven Vergleichsspannung und ein zweiter Eingang des Komparators an einer festen negativen Vergleichsspannung liegt, und wobei ein dritter Eingang mit dem Ausgang des Rechenverstärkers verbunden ist, und daß der Komparator die Schalter in Abhängigkeit von der Richtung, nach der die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers den zwischen den beiden Vergleichsspannungen liegenden Bereich überschreitet, ansteuert.

7· Servoantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet _t daß eine Mehrzahl von Stellgliedern mit dem Jeweils zugehörigen Motor vorgesehen ist, von denen wahlweise Jeweils eines über mechanische und/oder elektronische Schalter an die Servoantriebsschaltung anschließbar ist.

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