DE2012781C3 - Einrichtung zur Erfassung von Bestimmungsgrößen eines ebenen Vektors - Google Patents

Description

Teil des Vekloranalysators dargeslcül. Es besieht aus welche dann erfüllt ist. wenn y \ ist. An der Aus-7«ci Quoiicnienbildncrn 1 und 2 deren Dividenden- nangsklcmmc 20 erscheint daher eine dem I'hascncintaneen über Klemmen 3 und 4 jeweils den ortho- winkel \ direkt proportionale Spannung,
ciinalcn-Komponenten des Vektors A proportionale Befinden sich die mit 12 und 13 bezeichneten Spannungen/Il und .-S2 zugeführt sind. D:c Aus- 5 Schaltbrücken in ihrer gestrichelt angedeuteten waagcuänjrc der Quoticnlcnbildncr I und 2 werden mittels rechten Stellung, dann kommt der rechts neben der zweier Multiplikatoren 5 und 6 quadriert, deren Ausy Trennlinie I dargestellte Schaltuiigsteil zur Wirkung, ca η um: rollen in einem Mischglicd 7 addiert werden. ' welcher ebenfalls der Bestimmung des Phasenwinkels \ Dem Umgang dieses Mischglicds 7 ist weiterhin noch dient. Die Ausgangsgröße des Quotientenbildners 1 eine konstante Spannung /: subtraktiv zugeführt. Es io wird in einem Mischglicd 21 zu einer konstanten Hinsoll sich dabei um eine Spannung mit dem Betrag 1, heitsspannung Ii, welche wiederum den Wert 1 aufalso um eine sogenannte Einheitsspannung handeln. weisen soll, addiert und einem Proportionalverstär-Der Ausgang des Mischgliedes 7 beaufschlagt einen kcr 22 mit dem Verstärkungsfaktor 0,5 zugeführt. Integrator in Form eines Pl-Reglers. dessen Ausgang In der praktischen Realisierung kann das Mischmit den Divisorcingängen der Quotientenbildner I 15 glied 21 in der Eingangsbeschaltung des dann als und 2 verbunden ist. Der Integrator erhält aus Stabili- Addierverstärker ausgeführten Verstärkers 22 bestelätsgründcn einen Anschlag 36, der die Integrator- hen, wie auch die anderen in der F i g. 2 dargestellten ausgangsspannung einseitig auf Null begrenzt und so Mischglieder 7 bzw. 16 in die Eingangsschaltungen nur positive Werte dieser Ausgangsspannung zuläßt. der ihnen nachgeordneten Glieder einbezogen werden

Wird die Ausgangsgröße des Pl-Reglers 8 mit .v be- *o können. Die Ausgangsspannung des Verstärken 22

zeichnet und berücksichtigt man die bekannte Ta'.- beaufschlagt einen radizierenden Funktionsgenera-

sachc, daß die Ausgangsgröße eines Pl-Reglers sich tor 23, zwischen dessen Ausgangsgröße α und dessen

erst dann nicht mehr verändert, wenn die Summe seiner Eingangsgröße e die Beziehung besteht α \e Auf

Eingangsgrößen verschwindet, dann erreicht der bis- Grund der bekannten Beziehung zwischen dem Kosi-

her beschriebene Regelkreis seinen stationären, d. h. »5 nus eines Winkels und dem Kosinus des zweifachen

abgeglichenen Zustand, wenn die Beziehung gilt: Winkels erscheint daher am Ausgang des Funktionsgenerators 23 eine Spannung, welche proportional

(A₁Ix)* - (A₁Ix)² - E² = 1. cos n/2 ist und stets positive Polarität aufweist.

Der Ausgang des anderen Quotientenbildners 2,

Die Ausgangsgröße des Integrators 8 entspricht 30 an welchem eine dem Sinus des Phasenwinkels \ pro-

dann genau dem Betrag | A | des Vektors A. Bei diesem portionale Spannung auftritt, ist mit einem Grenz-

sclbsttätig herbeigeführten stationären Zustand er- wertmelder 24 eingangsseitig verbunden, an dessen

scheinen an den Ausgängen der Quotientenbildner 1 Ausgang eine konstante positive Spannung auftritt,

und 2 Spannungen der Größe wenn die Ausgangsspannung des Quotientenbildners

35 positiv ist, während die Ausgangsspannung des Grenz-

^₁ A₂ wertmelders 24 verschwindet, falls die Ausgangsspan-

— cos \ und --■ sin \. _nung des Quotientenbildners 2 negativ ist. Mit dem

Aüsgangssignal des Grenzwertmelders 24 wird ein Schalter 25 unmittelbar und über eine Umkehrstufe 26

An den Ausgangsklemmen 9 bis 11 lassen sich so- 40 ein weiterer Schalter 27 betätigt. Die·« Umkehr-

mit Spannungen entnehmen, welche dem Betrag des stufe 26 soll ausgangsseitig ein positives, konstantes

Vektors A sowie dem Sinus und dem Kosinus seines Signal aufweisen, wenn ihre Eingangsspannung Null

Phasenwinkels * proportional sind. ist, während ihre Ausgangsspannung NuH ist, solange

Werden die Ausgänge der Quotientenbildner 1 ihre Eingangsspannung einen von Null verschiedenen und 2 in der gezeichneten senkrechten Stellung zweier 45 Wert aufweist. Besitzt der Grenzwertmcldcr zwei bcnaltbrückcn 12 und 13 mit der links der Linie I antivalente Ausgange, so kann ein derartiger Ausgang wicdcrgcgcbcnen Schaltung verbunden, so sind die die Funktion der Umkehrstufe übernehmen. Wird einen Eingänge zweier Multiplikatoren 14 und IS mit der Zustand betrachtet, wo die Ausgangsspannung Spannungen beaufschlagt, welche jeweils dem Sinus des Quotientenbildners 2 einen positiven Wert auf- und dem Kosinus des Phasenwinkels \ proportional 5» weist, so wird der Schalter 25 mit der Ausgangssind. Die Ausgänge der beiden Multiplikatoren 14 spannung des Grenzwertmelders 24 betätigt. Da je und 15 werden in einem Mischglied 16 voneinander nach Polarität des Ausgangssignals des Quotientensubtrahiert, und der Ausgang dieses Mischgliedes, bildners 2, d. h. je nach dem Vorzeichen der Funktion welches ebenfalls wie das Mischglied 7 in einem sin \, die Ausgangsgröße des radizierenden Funktions-Addicrvcrstärker bestehen könnte, ist mit dem Ein- 55 generators 23 entweder unmittelbar über den Schalter gang eines Integrators 17 verbunden, der seinerseits 25 oder über einen dessen Polarität umkehrenden den zweiten Eingang des Multiplikators 114 über einen Verstärker 28 auf den Eingang eines Arcuskosinus-Kosinusfunktionsgencrator 18 und den zweiten Ein- Funktionsgenerator 29 geschaltet wird, ist es möglich, gang des Multiplikators 15 über einen Sinusfunktions- den Winkel \/2 über einen Bereich von 0 bis 180' generator 19 beaufschlagt. Bezeichnet man hier die 6& bzw. bei Verdoppelung der Ausgangsgröße des Funk-AuspangsgröBc des Integrators 17 mit ν und berück- tionsgenerators 29 mittels eines Verstärkers 30 den sichtigi wiederum, daß dessen Ausgangsgröße sich Phasenwinkel \ über einen Bereich von 0 bis 360 cincrsi dann nicht mehr verändert, wenn seine Ein- deutig nachzubilden. An der Ausgangsklcmme 31 gisngsgrößc verschwindet, so gilt für diesen im Zuge - kann demnach auch bei dieser Variante eine dem einer Regelung selbsttätig herbeigeführten stati■· nären 65 Phasenwinkel 1 direkt proportionale Spannung abgc-/ustand die Bedingung nommen werden.

Für die gerätetechnische Realisierung des Arcus-

sin \ cosy — cos χ sin ν = 0, kosinus-Funktionsgenerators 29, zwischen dessen Aus-

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gangsgröHc ff und dessen Eingangsgröße!· die in sei- sammenhang mit F i g. Γ erläutert eine Spannung, ncni Blockschaltbild grafisch ungedeiiletc Bezeichnung welche proportional (!cm Betrag des Vektors I isi, ti ate cos i· besteht, sowie auch der übrigen Funk- der aus /.wci orthogonalen Komponenten ,11, Al uctionsgcncralorcn 18, 19 und 23, können aus der bildet wird, deren iJc(^r::gc den den Eingangsklcmmctt 3 Analogrcchcntcchnik bekannte Bausteine hcrangc/.o- 5 und 4 zugcführicn Spannungen entsprechen. Werden gen werden, die beispielsweise elektronische Verstärker die Aiisgangsspannungcn der Verstärker 34 und 35 mit mehreren· vorgespannten Schwcllwcrtdiod^n im zwei gcgcngckoppcll.cn Umkehrvcrstiirkcrn 37 und 38 Eingangs- bzw. Gcgcnkopplungskrcis enthalten. Mit zugeführt, deren Gegcnkoppliingswidcrsiändc sich wachsender Eingangs- bzw. Ausgangsspanni'ng wer- zu ihren Eingangswidersländen verhalten wie 1 : N, den dort άκ einzelnen vorgespannten Schwellwerk io dann treten an den Klemmen IO und 11 Spannungen dioden nacheinander durchlässig una verandern so auf, welche dem Sinus und dem Kosinus des Phascfidic Neigung der Verstürkcrkcnnlinn: in dem gewünsch- Winkels \ entsprechen und welche als Komponenten ten MaH. Durch eine genügend hohe Anzahl von eines Einheitsvektors aufgefaßt werden können, wc I-dcrarligcn Schwclhvcrtdiodcn läßt sich die Annäherung eher stets in Richtung des Vektors Λ /cigt.
an die gewünschte Funktion mit beliebiger Genauig- 15 Pie in P < ^. 3 dargestellte Variante hat den Vorteil. keil erreichen Es ist weiterhin auch möglich, die dai> man in der Wahl der dem Addicrvcrsiärker 7/u-Multiplikatoren S und 6 ali quadrierende Funklions- geführten konstanten Spannung frei is\. sofern man generatoren, zwischen deren Ausgangsgröße α und deren Abweichung vom Wert 1 durch ein entspredcrcn Eingangsgrößen e -!so die Beziehung besteht chcnd bemessenes Widerstandsverhältnis zwischen α ί·², ebenfalls durch elektronische Verstärker nut ao Eingangs- und Gcgenkopp'ungswidcrstand bei den vorgespannten SchwclSwcrtdioden im Eingangskreis · Umkchrversiärkern 38 und 37 berücksichtigt,
zu realisieren. I- ; g 4 zeigt schließlich einen dritten Weg, um die Eine mehr ins einzelne gehende Darstellung einer Größe des Phasenwinkcls \ direkt anzugeben. Die gcrätctechnischen Ausführungsform des aus den EIe- mit 39 und 40 bezeichneten klemmen sind wie beim mentcn 1 bis 8 (F i g. 2) besiehenden Schaltungsteiles »5 Ausführungsbeispiel nach Fig 2 mit den Ausfindet sich in F i g. 3. Für glcichwirkende Elemente gangen der Quoticntenbildner 1 und 2 verbunden zu sind die entsprechenden Bezugszeichen aus» F i g. 2 denken, so daß an der Klemme 3S> eine Spannung crübcrnommcn worden. At: die Eingangsklemmen 3 scheint, die dem Sinus des Phasenwinkels \ cnl- und 4 werden wiederum zwei den orthogonalen Vek- spricht, und an der Klemme 40 eine Spannung, die torkompon»ntcn cntspicc-ttidc Spannungen ange- ao dessen Kosinus entspricht. Wird in einem Mischlegt und bis!'''.chlagen so zwei mittels Multiplika- glied 41 eine konstante Einheitsspannui.g vom Betören 32 und 33 gegcpcekcr>p?!te Verstärker 34 und trag 1 hinzuaddiert und die Summe dem Divisorein-35, welche in ihrem unbescholten Zustand eine große gang eines Quoticntenbildners 42 zugeführt, dessen I ecrlaufverstärkung aufweisen. Die so gegengekop- Dividendeneingang mit der Klemme 39 verbunden ist, pelten Verstärker 35 und 34 wirken daher als Quo- 35 dann erscheint am Ausgang des Quotientenbildners 42 iientcnbildrtcr. Die Ausgangsspannungen der Ver- eine Spannung, welche proportional tg x',2 ist. Ein stärker 34 und 35 werden in zwei weiteren Multipli- Arcustangcns-FnnMionsgenerator 42, zwischen dessen katoren 5 und 6 quadrii^ Deren Ausgangsspannun- Eingangsgröße e und dessen Ausgangsgröße σ die gen wirken zusammen mit einer konstanten Gleich- Beziehung besteht a — arctgc, bildet daraus eine spannung der Größe -N¹ auf den Eingang des 40 Spannung, welche proportional dem dem Winkel "»,'2 Summierverstärkers 7. der den Eingang eines Pl-Reg- ist und die — in dem nachgeordneten Verstärker 44 lers 8 beaufschlagt. Arn Ausgang des Pl-Verstärkers um den Faktor 2 verstärkt—eine dem Phasenwinkel \ ist eine nicht näher dargestellte Begrenzung 36 vor- direkt proportionale Größe ergibt, welche an der Ausgesehen, beispielsweise in Form an sich bekannter gangsklemme 45 abgenommen werden kann.
Begrenzerdioden, wodurch seine Ausgangsspannung 45 Die in F i g. 4 dargestellte Variante hat gegenüber einseitig auf Null begrenzt wird. Die Ausgangsspan- der im rechten Teil der Fig. 2 dargestellten den nung des PI-Verstärkers 8 wirkt auf die anderen Ein- Vorteil, daß ein radizierender Funktionsgenerator gänge der beiden Multiplikatoren 32 und 33. An der mit seinen in Nullpunktsnähe nur angenähert reali-Ausgangsktemme 9 erscheint — wie schon im Zu- sierbaren Funktionswerten vermieden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. 2 012 78 ϊ

   Palentansprüche:

   !. Einrichtung zur Erfassung von Beslimmungsgrößcn eines ebenen Vektors (Vcktoranalysator) mit zwei Quotienicnbildncrn, deren Dividenden-Eingängen zwei orthogonalen Vektorkomponenten proportionale Spannungen zugeführt sind und deren quadrierte Ausgangsspannungen addiert und mit einer konstanten Größe im F.jngiing eines Reglers, vorzugsweise eines Intcgralreglcfs. \ erglichen werden, mit dessen Ausgangsgröße die Divisor-Eingänge der Quotientenbildncr beaufschlagt sind, nach Patent 1941312. dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der beiden Quotientenbildner (I. 2) mit den ersten Eingängen zwei Multiplikatoren (14, 15) verbunden sind, deren Ausgangsspannungen subtrahiert einem Integrator (17) zugeführt sind, der die beiden anderen Eingänge der Multiplikatoren jeweils über einen Sinus- bzw. Kosinusfunktionsgcncrator (18, 19) beaufschlagt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-' kennzeichnet, daß der Integrator als elektronischer Pl-Verstärkcr ausgebildet ist.
3. 3. Finrichtung zur Erfassung von Bestimmungsgrößen eines ebenen Vektors (Vektoranalysator) mit zwei Quotientenbildnern, deren Dividenden-Eingängen zwei orthogonalen Vektorkomponenten proportionale Spannungen zugeführt sind und deren quadrierte Ausgangsspannungen addiert und mit einer konstanten Größe im Eingang eines Reglers, vorzugsweise eines Integralreglers, verglichen werden, mit dessen Ausgangsgröße die Divisor-Eingänge der Quotienlenbildr.er beaufschlagt sind, nach Patent 1 941 312, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des einen Quotientcnbildnors (1), addieit zu einer konstanten Größe (£"), einen radizierenden Funktionsgenerator (23) beaufschlagt, dessen Ausgangsgröße in Abhängigkeit von der Polarität des änderet: QuoticntenNldners (2) entweder direkt oder über einen Umkeh^rverstärkcr (?*?) einem Arcuskosinus-Funktn.nsgenerator (29) zugeführt ist.
4. 4. Einrichtung zur Erfassung von Bestimmungsgrößen eines ebenen Vektor«; (Vektoranaiysaior) mit zwei Quotientenbildncrn, deren Dividenden-Eingängen zwei orthogonalen VeMorkomponentcn proportionale Spannungen zugeführt sind und deren quadrierte Ausgangsspannungen addiert und mit einer konstanten Größe im Eingangeines Reglers, vorzugsweise eines Integralreglers, verglichen werden, mit dessen Ausgangsgröße die Divisor-Tipgängc der Quotientenbildner beaufschlagt sind, nach Patent 1 941 312, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausg.ingssignal des einen Quotientenbildners (2) dem Dividendeneinganp. und das Ausgangssignal des anderen Quotientenbildnerr» (1) addiert mit einer konstanten Spannung (E) dem Divisorcingang eines weiteren Quotientcnbüdncrs (42) zugeführt ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Arcustangens-Funktionsgenerators verbunden ist.
5. 5. Hinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsgcneratorcn aus elektronischen Verstärkern bestehen, in deren Eingangs- oder Gcgcnkopplungskrcisen mehrere vorgespannte Schwellwertdioden angeordnet sind.

   Das. Hauptpatcnt 19413Il tariff! im dortigen Anspruch 10 eine Einrichtung zur Erfassung von Bcstfmniungsgrößcn eines ebenen Vektors. Diese dort als Vekloranalysator bezeichnete Einrichtung besteht aus zwei Quotientcnbildnern in Form »on jeweils mittels eines Multiplikators gcgcugckoppeltcn _T Verstärkern, deren einen Eingängen zwei orthogonalen Vektorkomponenten proportionale Spannungen zugeführt sind und deren quadrierte Ausgangsspunnungen addiert' und mit einer konstanten Größe im Eingang eines Reglers, vorzugsweise eines Intcgralreglcrs, verglichen werden, mit dessen Ausgangsgröße die anderen Eingänge der Quotientenbildner beaufschlagt sind.

   Eir.e derartige Einrichtung erlaubt zwar, den Betrag eines Vektors sowie zwei orthogonale Komponenten eines stets in Richtung dieses Vektors zeigenden Einheitsvektors zu bestimmen, für viele Anwendungsfälle besteht jedoch der Wunsch, auch die

   ao' die Richtung des zu analysierenden Vektors kennzeichnende Winkelkoordinate, d. h. seinen Phasenwinkel, unmittelbar auszugeben.

   Gemäß vorliegender Erfindung wird dieses Problem einmal dadurch gelöst, daß die Ausgänge der beiden

   »5 Quotientenbildner mit den ersten Eingängen zweier^ Multiplikatoren verbunden sind, deren Ausgangs-' spannungen subtrahiert einem Integrator zugeführt sind, der die beiden anderen Eingänge der Multiplikatoren jeweils über einen Sinus- bzw. einen Kosinusfunktionsgenerator beaufschlagt.

   Ein zweiter Lösungsweg besteht darin, daß die Ausgangsgröße des einen Quotientenbildners, addiert mit einer konstanten Größe, einen radizierenden Funktionsgenerator beaufschlagt, dessen Ausgangsgröße in Abhängigkeit von der Polarität des anderen Quotientenbildners entweder direkt oder über einen Umkehrverstärker einem Arcuskosinus-Funkiionsgenerator zugeführt ist.

   Ein dritter Lösungsweg besteht darin, daß das Ausgangssignal des einen Quotientenbildners dem Dividendeneingang und das Ausgangssignal des anderen Quotientenbildners addiert mit einer konstanten Spannung dem Divisoreingang eines weiteren Quotientenbildners zugeführt ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Arcustangens-Funkiionsgenerators verbunden ist.

   Eine technisch einfache Realisierung der Funktionsgeneratoren besteht bei allen drei Lösungen darin, daß die Funktionsgeneratoren aus elektronischen Verstärkern bestehen, in deren Eingangs- oder Gegenkopplungskreisen mehrere vorgespannte Schwellwertdioden angeordnet sind.

   Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Figuren näher veranschaulicht.

   In dem orthogonalen Koordinatensystem der F i g. 1 mit den Achsen r und j ist ein ebener Vektor A durch zwei orthogonale Vektorkomponenten Al und Al bestimmt. Bei vielen technischen Problemen, insbesondere aus dem Gebiete der Elektrotechnik ist eine vektorielle Größe in dieser Form vorgegeben, wie z. B. bei der Darstellung eines Drehfeldzeigers' bei elektrischen Drehfeldmaschine!·!.

   Zur Lösung der crfindungsgcmäOen Aufgabe, aus den beiden Vektorkomponenten Ai und Al eine dem Phasenwinkel λ des Vektors A proportionale Größe zu gewinnen, zeigt F i g. 2 zwei Lösungswege. Im oberen Teil dieser Figur ist zunächst blockschaltbildlich der in der Hauptanmeldung vorgeschlagene