DE2123872C3 - Positionierungsvorrichtung zum Ausführen einer gesteuerten Relativbewegung zwischen zwei Körpern - Google Patents
Positionierungsvorrichtung zum Ausführen einer gesteuerten Relativbewegung zwischen zwei KörpernInfo
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- DE2123872C3 DE2123872C3 DE19712123872 DE2123872A DE2123872C3 DE 2123872 C3 DE2123872 C3 DE 2123872C3 DE 19712123872 DE19712123872 DE 19712123872 DE 2123872 A DE2123872 A DE 2123872A DE 2123872 C3 DE2123872 C3 DE 2123872C3
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Description
Die Erfindung betrifft eine Positionierungsvorrichtung zum Ausführen einer gesteuerten Relativbewe-
gung zwischen zwei Körpern entlang einer einzelnen Achse, bei der der eine Körper für die eine Achse eine
auf die zugehörigen Signale ansprechende Erregervorrichtung trägt, die mit dem anderen Körper durch
magnetische Kräfte in Reaktion tritt, wobei die Relativbewegung synchron zu den periodischen Signalen
erfolgt, und mit einer zur Erzielung momentaner Phasenänderungen betätigbaren Phaseneinstellungsvorrichtung
zur Einstellung von Beschleunigungen oder Verzögerungen für die Relativbewegung zwischen den
beiden Körpern.
Es ist eine ähnlich aufgebaute Lageregeleinrichtung mit einem Stellmotor bekannt (DE-AS 12 49 977), der
von einem Phasendiskrimiiiator gesteuert wird und die
Lage eines Maschinenelements, z. B. des Werkzeuges einer Werkzeugmaschine, und zugleich die Einstellung
eines Resolvers verstellt, wobei eine zur Erzielung momentaner Phasenänderungen betätigbare Phaseneinstellungsvorrrichtung
vorgesehen ist Bei dieser Lageregeleinrichtung wird der Phasenwinkel geändert,
um einen entsprechenden Wegversatz des Resolvers zu erzeugen, und zwar wird eine Augenblicksvenxhiebimg
des Phasenwinkels erzeugt, um eine entsprechende Ortsänderung durchzuführen, wobei während dieses
Vorgangs die Verschiebung des Phasenwinkels abnimmt
Bekannt ist weiterhin eine Einrichtung zum Steuern der relativen Bewegung zwischen zwei Gliedern längs
einer bestimmten Achse (US-PS 34 57 482), die mit Impulssteuerung eine gewünschte Versetzung des
ersten Gliedes in bezug auf das zweite Glied erzeugt.
Bekannt ist ferner eine Steuereinrichtung (DE-AS 12 51 411), bei der Impulse in Analogsignale umgewandelt
und die Stellantriebe von diesen Anaiogsignalen beaufschlagt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Positionierungsvorrichtung zum Ausführen einer gesteuerten
Relativbewegung zwischen zwei Körpern entlang einer einzelnen Achse gemäß der eingangs
erwähnten A rt derart zu gestalten, daß die Relativbewegung zwischen den beiden Körpern entlang einer
einzelnen Achse schneller und exakter als beim Stand der Technik steuerbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zu den Zeitpunkten der Beschleunigung oder
Verzögerung zwischen den beiden Körpern längs der einzelnen Achse betätigbare Phaseneinstellungsvorrichtung
zur Erzielung momentaner Phasenänderungen der periodischen Signale Beschleunigungen oder Verzögerungen
entsprechend der momentanen iPhasenänderungen der periodischen Signale hervorruft, daß eine
Vorrichtung vorgesehen ict, die die Verschiebung des Erregerphasenwinkels durch einen kurzen Stoß digitaler
Signale erzeugt, wobei jedes Digitalsignal des Stoßes eine Verschiebung des Winkels um einen bestimmten
Wert erzeugt, und daß eine Frequenzeinstellungsvorrichtung zur Erhöhung oder Verringerung der Frequenzen
der periodischen Signale entsprechend der Beschleunigung oder Verzögerung vorgesehen ist, wobei
die Relativbewegung zwischen den beiden Körpern längs der einzelnen Achse bei den derartigen Frequenzen
entsprechend der momentanen Geschwindigkeit geändert und die plötzliche Phasenänderung der
periodischen Signale während der gesamten Beschleunigungs- bzw. Bremsdauer aufrechterhalten werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den UnteranspriVhen.
Die erfindungsgemäße Positionierungsvorrichtung
erweist sich insbesondere bei einem aus einem magnetischen Kopfglied und einem Plattenglied gebildeten
zweiachsigen Linearsynchronmotor als vorteilhaft, mit dem der Ort des Kopfgliedes sowohl in der
^-Richtung als auch in der V-Richtung des Plattengliedes
unabhängig verändert werden kann. Die sich auf die Änderung des Ortes des Kopfgliedes beziehende
Digitiildateninformation kann in ein Analogsignal umgewandelt werden, das den im Kopfglied angeordneten
Spulen zugeführt wird, wobei im Kopfglied ein versetzender Feldvektor in bezug auf das Plattengüed
erzeugt wird. Die Phase des Feldvektors soll dem Positionsvekxor des Plattengliedes um einen elektrischen
Winkel vor- oder nacheilen, der eine direkte Funktion der Beschleunigung oder Abbremsung ist, die
für die günstigste Bewegung des Kopfgliedes erforderlich ist
Für eine typische geradlinige Aufzeichnung soll der versetzende Feldvektor sofort eine Beschleunigung des
Kopfgliedes bewirken. Hat das Kopfglied die erwünschte Endgeschwindigkeit erreicht, so Wi-,d der Phasenwinkel
des versetzenden Feldvektors durch «Drehen in der entgegengesetzten Richtung verändert, um die Beschleunigung
des Kopfgliedes auf den Wen Null herabzusetzen. Der versetzende Feldvektor wird
nunmel.r so beeinflußt, daß er sich in konstantem Ausmaß in der gewünschten Richtung dreht, so daß das
Kopfglied mit der gewünschten konstanten Geschwindigkeitbewegt.
Die Verlangsamung oder Abbremsung des Kopfgliedes wird in der umgekehrten Weise durchgeführt. In der
geeigneten Stellung wird der Phasenwinkel des versetzenden Feldvektors durch Drehen verändert,
wobei das Kopfglied abgebremst wird, bis die Geschwindigkeit des Kopfgliedes gleich Null ist. Zu
dieser Zeit wird der Phasenwinkel des versetzenden Feldvektors durch Drehen so verändert, daß der
Abbremsung entgegengewirkt wird, wodurch eine Bewegung des Kopfgliedes rasch beendet wird, so daß
ein Überschwingen vermieden wird. Die Änderungen des versetzenden Feldvektors, die zum Verändern des
elektrischen Winkels im Vorwärts- und Rückwärtssinne benutzt werden, um bei der Beschleunigung und
Verlangsamung des Kopfgliedes Veränderungen zu
bewirken, bestehen aus Stößen von Dig'talsignalen, die
die Beschleunigung und Abbremsung bewirken, und die dann in Analogsignale umgewandelt werden, die die
Beschleunigung und Abbremsung auch direkt bewirken können.
Erfindungsgemäß werden ferner Übersteuerungssignale zum Bestimmen der Punkte benutzt, an denen das
Kopfglied beschleunigt oder abgebremst werden sei!,
wenn die Eingangsdateninformation eine Gesamtbewegjng vorschreibt, die kleiner als ein bestimmter
Mindestwert ist.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Zeichnungen. In letzterer sind
F i g. 1 eine allgemeine Übersicht der erfindungsgemäßen Positionier'ngsvorrichtung,
F i g. 2a eine Darstellung von Stößen digitaler Signale, die zum Beschleunigen oder Abbremsen des Kopfgliedes
benutzt werden,
F i g. 2b eine Darstellung der Wirkung der Signalstöße auf die Beschleunigung des Kopfgliedes,
Fig.3a—3d je e^e Darstellung des gewünschten
Geschwindigkeitsprofils für Digitaldaten, die veränderliche Bewegungsstrecken des magnetischen Kopfgliedes
darstellen,
Fig. 4 eine Übersicht über eine das magnetische
Kopfglied in der gewünschten Weise steuernde Positionierungsvorrichtung,
Fi g. 5 eine Übersicht über die logischen Schaltungskreise der in der F i g. 4 dargestellten Vorrichtung,
F i g. 6 eine Darstellung eines Teiles des Kopfgliedes und des Plattengliedes und die
F i g. 7 eine schaubildliche Darstellung eines Kopfgliedes mit vier Gruppen von Magneten.
Die F i g. I zeigt eine Übersicht über eine Einrichtung
nach der Erfindung, mit der eine Digitalinformation in eine Analoginformation zum Steuern des Kopfglicdes
umgewandelt werden kann. Im besonderen wird die durch X(t)und Y(t)dargestellte Digitalinformation den
Digitalprozessoren 10 und 12 zugeführt. Die Digitalinformation
kann in einer gewünschten Weise verarbeitet werden, wie später noch im Zusammenhang mit den
Fig. 4 und 5 beschrieben wird, wobei zu geeigneten Zeiten SteuerstöUe für eine Beschleunigung und
Verlangsamung erzeugt werden. Die Ausgänge aus den Digitalprozessoren tO und 12 werden zu den Digital-Analog-Konvertern
14 und 16 geleitet, die Analog-Ausgangssignale λ, und //,erzeugen, die Sinus-Kosinus-Funktionen
der Eingangsinformation sind, und die die Werte
'ι/ι ~ 'm S'n
/,,, /,„ CIlS
für die .Y-Achse
und ähnliche Werte für die K-Achse aufweisen, wobei /,„
der Maximalwert des Stromes, ω = 2 π und ρ der
Abstand zwischen den magnetischen Teilwerten ist.
Nach der F i g. 1 sind die Ausgänge aus den Digital-Analog-Konvertern 14 und 16 Sinus-Kosinus-Funktionen,
die idealisierten Linearmotoren 18 und 20 zugeführt werden. Diese Motore 18 und 20 stellen
diejenigen Teile der Kopfglieder dar, die die treibende Kraft für die Kopfglieder in der X- und K-Richtung
ι ·■ ιηη ,4 ϊ η
unter Verwendung der Sinus-Kosinus-Funktionen ais
Eingang für das Kopfgüed ohne Beschleunigung oder Abbremsung vorgesehen werden. ]edoch kann bei
Verwendung des Digital-Analog-Konverters für eine stetige Steuerung zusammen mit einer Beschleunigung
und Abbremsung durch Steuerstöße eine gleichmäßige rasche Bewegung des Kopfgliedes und damit eine
Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit des Kopfglicdes gegenüber bekannten Einrichtungen erzielt werden.
Die F i g. 2a und 2b zeigen die Anwendung von .Steuerstößen bei der Beschleunigung und Abbremsung.
Die F i g. 2a zeigt die gleichwertige Digitalbeschleunigung,
während die Fig. 2b die resultierende Kopfbc· schleunigung zeigt. In der Fig. 2a ist am Punkt (n) cm
Beschleunigungssteuerstoß dargestellt, der eine beständige Beschleunigung des Kopfglitdes bewirkt, z. B. eine
Beschleunigung + I G, bis das Kopfglied die gewünschte
Endgeschwindigkeit erreicht, wie am Punkt (b) dargestellt. Am Punkt (bjwirti ein negativer Bcschieunigungssteuerstoß
ausgeübt, der gleich dem Bcschleunigungssteuerstoß am Punkt (a), jedoch entgegengesetzt
gerichtet ist. Am Punkt (b) beträgt daher nach dem Steuerstoß die Kopfbeschleunigung Null. Der versetzende
Feldvektor kann nunmehr veranlaßt werden, sich mit konstanter Geschwindigkeit in demjenigen Sinne zu
drehen, bei dem das Kopfglied sich mit der gewünschten Endgeschwindigkeit bewegt.
Am Pii.'ikt (c) ist es erwünscht, das Kopfglied so
abzubremsen, daß innerhalb der Zeitspanne die größte Durchschnittsabbremsung erfolgt, so daß ein Überschwingen
des Kcpfgliedes vermieden wird. Die Abbremsung wird am Punkt ("ς) durch einen negativen
Steuerstoß bewirkt. Erreicht die Geschwindigkeitskomponente des Kopfes den Wert Null, und zwar am Punkt
(d), so wird ein positiver Steuerstoß ausgeübt, der gleich dem Steuerstoß am Punkt (c), jedoch entgegengesetzt
gerichtet ist, wobei eine Nettobeschleunigung von Nuil
bewirkt und jede Bewegung des Kopfgliedes beendet wird.
Wie bereits ausgeführt, werden die Digitalkommandos, die für die Vor- oder Nacheilung des elektrischen
Ausgangskräfte der Motoren 18 und 20 eine Bewegung der Masse des Kopfes, die bei 22 und 24 symbolisch
dargestellt ist, wobei Mdie Masse darstellt.
Die Kästen 18—24 sind eine symbolische Darstellung des Kopfgliedes, das in der amerikanischen Patentschrift
34 57 482 beschrieben ist. Die Bewegung des Kopfgliedes ist als Ausgang aus den Kästen 22 und 24
dargestellt, wobei die Bewegungen des Kopfgliedes den ursprünglichen Digitaldaten X(t) Y(t)entsprechen.
Die Benutzung der Sinus-Kosinus-Funktion zum Steuern des Linearmotorteiles der Kopfglieder bewirkt
anstelle einer schrittweisen Steuerung eine beständige Analogsteuerung. Auf diese Weise kann der versetzende
Feldvektor veranlaßt werden, bei dem Positionsvektor eine Vor- oder Nacheilung um einen elektrischen
Winkel zu bewirken, der eine direkte Funktion der Beschleunigung oder Abbremsung ist, die für das
Kopfglied zum Ausführen der gewünschten Bewegung erforderlich ist. Es wird hierdurch möglich, die Anzahl
der den Digital-Analog-Konvertern 14 und 16 zugeführten Impulse zum Beeinflussen der Beschleunigung oder
der Abbremsung des Kopfgliedes zu erhöhen oder abzusenken.
Zum Beschleunigen und Abbremsen können die Digitaldaten dem Kopfglied natürlich auch direkt
zugeführt werden, oder es kann eine stetige Steuerung »Steuerstöße« genannt. Die Amplitude der Steuerstöße
an den Punkten (a). (b), (c)und (ankann die gleiche sein,
jedoch an den Punkten (a)und (d)d\e entgegengesetzte
Polarität aufweisen wie an den Punkten (b)und (c). Die Steuerstöße können jedoch auch unterschiedliche
Amplituden aufweisen. Es wird ferner darauf hingewiesen, daß die Strecke zwischen den Punkten (a) und (b)
normalerweise gleich der Strecke zwischen den Punkten (c) und (d) ist; jedoch können diese Strecken
auch unterschiedlich lang bemessen werden, wenn dies erwünscht ist. Die Steuerstöße können natürlich auch so
bemessen werden, daß sie allgemein proportional einer Momentanbeschleunigung sind, die von einem Computer
bestimmt wird als eine Funktion der Zeit durch Addition oder Subtraktion zu oder von den erforderlichen
Steuerstoßteilschritten.
Die F i g. 2b zeigt die resultierende Kopfbeschleunigung als Folge der Steuerstöße. Nach der F i g. 2b
beträgt die Beschleunigung des Kopfgliedes 1 G zwischen den Punkten (a) und (b). Null zwischen den
Punkten (b) und (c) und wird negativ zwischen den Punkten (c) und (d).
Die Fig.3a—3d zeigen das Geschwindigkeitsprofil
für das Kopfglied. Die F i g. 3a zeigt das Geschwindigkeitsprofil für das Kopfglied bei einer Beschleunigung
nach der Fig. 2b. Wie aus der Fig. 3a zu ersehen ist.
entsprechen die Punkte (a), (b), (c) und (d) des
Geschwindigkeitsprofils den gleichen Punkten (n). (b). (c)und (d)'in den Fi g. 2a und 2b. Nach der F i g. 3a weist
das Kopfglicd aufgrund der konstanten Beschleunigung /wischen den Punkten (a) und (b) eine steigende
Beschleunigung auf. wie bereits im Zusammenhang mit den F i g. 2a und 2b ausgeführt. Zwischen drn Punkten
(b)unC ^bleibt die Geschwindigkeit konstant als Folge
der Beschleunigung Null, während /wischen den Punkten (c) und (d) die Beschleunigung kleiner wird als
Folge der Abbremsung des Kopfgliedes.
Die F i g. 3a stellt daher das gewünschte Geschwindigkeitsprofil bei einer Bewegung des Kopfgliedes dar,
die größer ist als eine vorherbestimmte Mindeststrecke 2 N11. Die Strecke /V1, stellt im besonderen die Strecke
dar, die zum Erreichen der gewünschten Endgeschwindigkeit bei einer gegebenen Beschleunigung erforderlich
ist.
wenn das Kopfglied sich über eine kleiner als 2 N3 lange
Strecke bewegen soll. Wie aus der Fig. 3c zu ersehen ist, ist es erwünscht, die Beschleunigung und Abbremsung
mit Steuerstößen an den Punkten (a), (b), (c)und (d)
in derselben Weise durchzuführen, wie in Verbindung mit der F i g. 2a ausgeführt, wobei jedoch das Kopfglied
die gewünschte Endgeschwindigkeit niemals erreicht. Es muß daher eine erste Übersteuerung vorgesehen
werden, wenn das Kopfglied sich über eine Strecke bewegen soll, die kleiner als 2 N3 ist.
Die Fig. 3d schließlich zeigt das Geschwindigkeitsprofil , ür eine Bewegung des Kopfgliedes über eine sehr
kurze Strecke, bei der nicht genügend Zeit für eine Maximalbeschleunigung und -abbremsung zur Verfügung
steht. In diesem Falle wird das Kopfglied mit konstanter Geschwindigkeit bei konstanter Impulsquote
bewegt, die im aligemeinen viel niedriger ist als bei voller Beschleunigung, wie bereits ausgeführt, bis das
Kopfglied sich zum gewünschten Punkt bewegt hat.
Die Punkte (a), (b), (c) und (d) in den F i g. 2a, 2b und
3a —3c werden auch als Bezugspunkte in den F i g. 4 und 5 benutzt.
Rpi Hpr in Hpr Fi ο 4 Harcrpstplltpn Finrirhtnnu narh
der Erfindung wird eine eine Datenverschiebung darstellende Eingangsinformation Nx und Ny einem
Datenpufferspeicher 100 zugeführi. Der Datenpufferspeicher iOO kann aus einem Magnetkern, einem
Magnetband usw. bestehen, während die durch Nx und
Ny dargestellte Datenverschiebung aus einer Digitalinformation
besteht, die die Anzahl von Bewegungsschritten längs der X- und der K-Achse des Plattengliedes
darstellt. Dem Datenpufferspeicher 100 wird ferner ein Taktsignal zugeführt, das den Informationsausgang aus
dem Datenpufferspeicher bestimmt.
Der Ausgang aus dem Datenpufferspeicher wird zu den Registern 102 und 104 geleitet, wobei das Register
102 die die Digitaldaten Nx darstellende Information
und das Register 104 die die Digitaldaten Ny darstellende Information empfängt Die Register 102
und 104 sind mit Zurückversetzungseingängen versehen, über die die Register in den Ausgangszustand
zurückversetzt werden, nachdem die Information benutzt wurde, um das Kopfglied über die gewünschte
Strecke und in der gewünschten Richtung zu bewegen. Die in die Register 102 und 104 eingegebenen
Informationen werden als absolute Größen behandelt; jedoch wird das Vorzeichen oder die Polarität als ein
Ausgangssignal aus einem mit »Vorzeichen« bezeichneten Teil der Register 102 und 104 abgeleitet Das das
Vorzeichen darstellende Ausgangssignal wird zum Betätigen der Schaltglieder 106 und 108 benutzt. Die
Schaltglieder 106 und 108 bewirken je nach der Einstellung eine Vorwärts- oder eine Rückwärtsbewegung
des Kopfgliedes.
Das Ausgangssignal aus den Registern 102 und 104, das die Digitaldaten Nx und Ny darstellt, wird der
logischen Vergleichsschaltung 110 zugeführt um zu bestimmen, welches Digitaldatum den größeren Wert
aufweist. Das Ausgangssignal aus dieser Vergleichsschaltung wird dann zum Betätigen der Schalter 112 und
114 benutzt. Die Ausgänge aus den Registern 102 und 104 werden ferner einer Divisionsschaltung 116
zugeführt, die ein Ausgangssignal erzeugt, dessen numerischer Wert gleich oder kleiner als Eins ist,
welches Signal mit K bezeichnet wird. Dieses Signal K stellt
Die Divisionsschaltung 116 wird normalerweise so
eingerichtet, daß ein Ausgangssignal K erzeugt wird, bei dem X die Hauptachse und Y die Nebenachse ist. Ist
jedoch das Digitaldatum Ny größer als das Digitaldatum
Nx, so stellt Y die Hauptachse und X die Nebenachse
dar. Zu dieser Zeit steuert das Ausgangssignal aus der logischen Vergleichsschaltung 110 die Divisionsschaltung
116 so, daß die Eingangssignale der Schaltung 116
zugeführt werden mit der Folge, daß der Wert des Ausgangssignals K kleiner als Eins ist.
Die Ausgänge aus den Registern 102 und 104 werden 'erner dem Schalter 112 zugeführt, wobei, wie bereits
bemerkt, die logische Vergleichsschaltung 110 den Schalter 112 so betätigt, daß entweder die Information
aus dem Register 102 oder aus dem Register 104 und im besonderen die Information aus demjenigen Register
weitergeleitet wird, das die den höheren Wert aufweisende Information enthält, die als die Hauptsache
darstellend angesehen wird.
Der Ausgang aus dem Schalter 112 wird fernereinem Countdown-Reeister 120 zugeführt Die die Hauptachse
darstellende Information wird daher zum Countdown-Register 120 geleitet und wird aufgrund eines
Countdown-Taktsignals heruntergezählt, wie später noch ausführlich beschrieben wird. Der dem Countdown-Register zugeführte Eingang besteht aus einer
Digitalzahl, die größer als Null ist, und die dann aufgrund des Countdown-Taktsignals bis auf Null
heruntergezählt wird.
Der Ausgang aus dem Countdown-Register 120 wird der logischen Geschwindigkeitssteuerschaltung 122
zugeführt. Diese Schaltung empfängt nich' nur den Ausgang aus dem Countdown-Register 120, sondern
auch als zusätzlichen Eingang ein mit N3 bezeichnetes
Signal aus einem Register 124. Ein einstellbarer Regler 126 kann benutzt werden, um das Register 124 auf einen
gewünschten Wert von N3 einzustellen. Wie bereits in
Verbindung mit der F i g. 3a beschrieben, ist Na eine
Zahl, die die Strecke oder die Anzahl von Zählungen darstellt, die für eine Beschleunigung des Kopfgliedes
auf die gewünschte Endgeschwindigkeit und zum Abbremsen von der Endgeschwindigkeit auf die
Geschwindigkeit Null erforderlich sind. Es ist eine Beeinflussung des Wertes von N3 vorgesehen, da
Variable, wie die Eingangsinformation, die Art der Ausgangseinrichtung, die Güte der Medien usw. zu
verschiedenen Optimalwerten für die Beschleunigung
und die Geschwindigkeit unter verschiedenen Arbeitsbedingungen führen können.
Die Ausgänge aus der logischen Geschwindigkeitskontrollschaltung bestehen aus einer Reihe von mit (b),
(c), ^bezeichneten Signalen, die die Punkte (b), (c)una
(d) in den F i g. 2r, 2b und 3a —3c darstellen. Außerdem
erzeugt die logische Geschwindigkeitskontrollschaltung 122 einen mit rf^ajar ^ 20 bezeichneten Ausgang, der
kurze Bewegungen des Kopfgliedes übersteuert. Die Zahl 20 stellt 20 Teilbewegungen des Kopfgliedes dar
und ist nur als Beispiel gewählt. Es kann natürlich auch ein größerer oder ein kleinerer Wert als 20 gewählt
werden. Die Teilbewegungen oder Bewegungsschritte stellen willkürlich gewählte Bruchteile eines Zolls
(25,4 mm) dar, z. B. willkürlich gewählte Abschnitte der Strecke zwischen aufeinanderfolgenden magnetischen
Teilen des Kopfes und des Plattengliedes, wie in der amerikanischen Patentschrift Nr. 34 57 482 beschrieben.
Γ),ο Teilschritte können natürlich :e nach dep ^ornn^u.
ren Erfordernissen größer oder kleiner bemessen werden.
Das Ausgangssignal (b)dMS der logischen Geschwindigkeitskontrollschaltung
122 wird als Eingangssignal einem ODER-Gatter 128, einem zweiten ODER-Gatter 130 und als Haltesignal für einen Sägezahnwellengenerator
132 zugeführt. Das Ausgangssignal (c) aus der logischen Geschwindigkeitskonlrollschaltung 122 wird
als Eingangssignal einem ODER-Gatter 128 und einem ODER-Gatter 130 sowie als ein DOWN-Signal einem
Sägezahnwellengenerator 132 zugeführt.
Das Ausgangssignal (d) aus der logischen Geschwindigkeitskontrollschaltung
122 wird als Eingangssignal einem ODER-Gatter 134 und den Registern 102 und 104 als Zurückversetzungssignal zugeführt. Außerdem wird
ein Signal (d) aus der logischen Geschwindigkeitskon trollschaltung 122 einem Flipflop 136 als ein das Flipflop
in den Zustand »0« zurückversetzendes Signal und als ein STOP-Signal für einen Impulsgenerator 138 mit
einer feststehenden Frequenz zugeführt.
Vom Anschluß 139 aus wird ein START-Signal den ODER-Gattern 130 und 134 und dem Sägezahnwellenppnprator
1.12 7iicefiihrt Da«; START-Signal wird zu
einem ersten UND-Gatter 140 und zu einem zweiten UND-Gatter 142 geleitet. Das Übersteuerungssignal
(W1713J1,,.-20) aus der logischen Geschwindigkeitskontroilschaltung
122 wird den UND-Gattern 140 und 142 als Eingang über einen Inverter 144 zugeführt.
Wird aus einer äußeren Informationsquelle am Anschlußpunkt 139 ein START-Signal empfangen, so
wird normalerweise der Sägezahnwellengenerator 132 von diesem START-Signai in Betrieb gesetzt. Die
Steilheit der vom Generator erzeugten Sägezahnwelle kann mittels eines Reglers 146 eingestellt werden. Der
Ausgang aus diesem Generator dient zum Steuern eines Impulsgenerators 148 mit veränderlicher Frequenz,
wobei eine Impulsfolge erzeugt wird, die der Amplitude des Ausganges aus dem Sägezahnwellengenerator
entspricht. Die beiden Regler 146 und 126 sollen koordiniert werden, so daß der Generator 132
Sägezahnwellen mit der geeigneten Steilheit erzeugt, so daß die gewünschte Beschleunigung durchgeführt und
zusammen mit dem im Register 124 enthaltenen Wert die gewünschte Endgeschwindigkeit erreicht werden
kann. Der Ausgang aus dem Impulsgenerator 148 wird durch ein Gatter 150 geleitet, das unter der Kontrolle
des Flipflops 136 steht.
Bei Empfang eines START-Signals am Anschlußpunkt 139· wird daher das Flipfiop 136 in den Zustand
»1« versetzt, so daß der Ausgang aus dem Impulsgenerator 148 vom Gatter 150 weitergeleitet wird. Ein Signal
(d) aus der logischen Geschwindigkeitskontrollschaltung 122 bewirkt eine Zurückversetzung des Flipflops
136 in den Zustand »0«. Liegt ein Übersteuerungssignal (Nma)nr
< 20) aus der logischen Geschwindigkeitskontrollschaltung 122 vor, so wird das UND-Gatter 142
gesperrt und leitet das START-Signal nicht weiter. Liegt jedoch ein Übersteuerungssignal nicht vor, so läßt der
Inverter 144 zu, daß das UND-Gatter 142 das START-Signal weiterleitet.
Der Sägezahngenerator 132 stellt zusammen mit dem Impulsgenerator einen Taktgeber dar, wobei ein
Impulssignal mit veränderlicher Impulsfrequenz erzeugt wird. Dieses kontrollierbare Taktsignal wird durch ein
ODER-Gatter 152 weitergeleitet, sofern nicht da·; Übersteuerungssignal (Nmajor ί 20) eine Versetzung
des Flipflops 136 in den Zustand »1« verhindert.
- Γ)
Γ»·,.- UnlMll
rator 148 kann von einer Divisionsschaltung 154 geteilt werden, so daß der Impulsgenerator die Impulse mit
einer verhältnismäßig hohen Frequenz und mit größerer Genauigkeit erzeugen kann, als bei der Erzeugung von
Impulsen mit einer niedrigeren Frequenz. Das kontrollierbare Taktsignal wird ferner durch eine Multiplikationsschaltung
156 geleitet, in der das Taktsignal mit dem konstanten Wert K multipliziert wird, welcher
Wert K durch das Ausgangssignal aus der Divisionsschaltung 116 dargestellt wird. Die Konstante AC stellt
den Wert von
miniir
/vm„,„r
dar und ist immer gleich oder kleiner als Eins. Die Frequenz des Taktsignals aus der Multiplikationsschaltung
156 ist im allgemeinen kleiner als die Impulsfrequenz des Taktsignals aus dem ODER-Gatter 152. Das
Taktsignal aus der Multiplikationsschaltung 154 wird ferner zu einer Divisionsschaltung 158 geleitet, in der
das Taktsignal durch denselben Wert dividiert wird wie in der Divisionsschaltung 154, wodurch die Genauigkeit
des Taktsisnais erhöht wird, wie bereits ausgeführt.
Das Taktsignal aus der Divisionsschaltung 154 wird dem COUNT-DOWN-Register 120 als Countdown-Takt
zugeführt, so daß das Register 120 mit derselben Geschwindigkeit herabgezählt wird, mit der das
Taktsignal die Bewegung des Kopfgliedes steuert.
Das Übersteuerungssignal (Nmajor ^ 20) aus der
logischen Geschwindigkeitskontrollschaltung 122 wird in der nachstehend beschriebenen Weise zum Steuern
eines Impulsgenerators mit feststehender Frequenz benutzt. Das Übersteuerungssignal aus der Schaltung
122 wird dem UND-Gatter 140 als Eingang zugeführt, dem als zweiter Eingang noch das START-Signal vom
Anschlußpunkt 139 aus zugeführt wird. Liegen beide genannten Signale vor, so erzeugt das UND-Gatter 140
ein Signal, das den Impulsgenerator 138 mit feststehender Frequenz in Betrieb setzt. Wie bereits beschrieben,
wird das Flipflop 136 vom Übersteuerungssignal so betrieben, daß das Gatter 150 keine Ausgangssignale
aus dem Impulsgenerator 148 mit veränderlicher Frequenz weiterleitet. Daher wird der Ausgang aus dem
mit feststehender Frequenz arbeitenden Impulsgenerator 138 vom ODER-Gatter 152 weitergeleitet und ein
~aktsignal erzeugt, das die Bewegung des Kopfgliedes über kurze Strecken steuert.
Die Steuerstöße zum Beschleunigen und Abbremsen werden mittels eines eine Zahl Ns enthaltenden
Registers 160 erzeugt Das Register Nn ist mit einem
Einstellregler 162 versehen, mit dem der Wert von Nb
eingestellt v/crden kann. Das Register 160 kann eine Zahl bis zu einem Höchstwert von beispielsweise 10
enthalten, welcher Maximalwert einen Phasenwinkel von 90° darstellen kann, um den der versetzende
Feldvektor in bezug auf den Positionsvektor des Plattengliedes vor- oder nacheilt Jede Ziahl zwischen 0
und 10 kann daher einen Phasenwinkel von 9° für den versetzenden Feldvektor darstellen. Das Register kann
natürlich auch eine höhere Zahl als 10 enthalten, so daß der Phasenwinkel des versetzenden Feldvektors mit
größerer Feinheit bestimmt werden kann.
Die Zahl yVe entspricht der Anzahl von Steuerstößen,
mit denen der Phasenwinkel des versetzenden Feldvektors so beeinflußt werden kann, daß dieser Vektor dem
Positionsvektor des Plattengliedes vor- oder nacheilt.
Diese Zahl soll mit der gewünschten Beschleunigung so
[/^^!nmrt ..,~»·Ί»η Ί<*η A\n (AiP^nUIinI1n Dnr.nuin..n;
gung in verhältnismäßig kurzer Zeit im Vergleich mit der Aufzeichiiungsfunktion des Kopfgliedes erfolgt. Im
günstigsten Falle soll der Wert für die Beschleunigung sofort vorliegen.
Der Ausgang aus dem Register 160 wird der logischen Vergleichsschaltung 164 zugeführt, der außerdem der
Ausgang aus einem Zähler zugeführt wird. Ein hochfrequentes Taktsignal wird zu einem Gatter 168
geleitet, dessen Ausgang den Zähler 166 steuert. Das Gatter 168 kann durch einen Ausgang aus einem
Fl'pflop 170 gesperrt werden, welcher Ausgang vorliegt, wenn die logische Vergleichsschaltung 164 die Gleichheit
der Werte der vom Zähler 166 urtcl vom Register
160 erzeugten Signale feststellt
Das Flipflop 170 wird in den Zustand »1« versetzt von
einem der vier vom ODER-Gatter 130 weitergeleiteten Eingangssignale. Zuerst bewirkt das START-Signal vom
Anschlußpunkt 139 aus eine Versetzung des Flipflops 170 in den Zustand »1« mit der Folge, daß das
hochfrequente Taktsignal vom Gatter 168 zum Zähler 166 weitergeleitet wird, der eine entsprechende Zählung
ausführt. Der Zähler zählt die Anzahl von Impulsen aus, die die im Reeister 160 enthaltene Zahl darstellen, his
die logische Vergleichsschaltung 164 ein das Flipflop 170 in den Zustand »0« zurückversetzendes Signal
erzeugt.
Der Ausgang aus dem Zähler 166 wird den Gattern 172,174 und der Multiplikationsschaltung 176 zugeführt,
deren Ausgang zwei Gattern 178 und 180 zugeführt wird. Die Multiplikationsschaltung 176 multipliziert den
Steuerstoß mit der den Wert Kdarstellenden Zahl, wie
bereits beschrieben, so daß die Beschleunigung und die Abbremsung des Kopfgliedes längs der Haupt- und
Nebenachse die ordnungsgemäße Beziehung zueinander aufweisen. Die Gauer 172, i74, i78 und 180 werden
aufgrund von Signalen aus den ODER-Gattern 128 und 134 betrieben. Beispielweise wird das START-Signal
vom Anschlußpunkt 139 aus zum ODER-Gatter 134 geleitet und öffnet die Gatter 174 und 178, so daß der
Steuerstoß weitergeleitet wird und von den Summierungsschaltungen
182 und 184 zu den Signalen aus den Teilern 154 und 158 addiert wird.
Auf diese Weise wird bei Empfang eines START-Signals
vom Anschlußpunkt 139 aus das kontrollierbare Taktsignal erzeugt als Ausgang aus den Teilern 154 und
158, wobei zusätzliche Stöße von Impulsen summiert
werden mit den Taktsignalen aus den Teilern 154 und 158, wobei ein Beschleunigungsstoß erzeugt wird, der in
ordnungsgemäßer Beziehung zur Haupt- und Nebenachse für die Steuerung des Kopfgliedes steht.
Der zweite Eingang für das ODER-Gatter 130 besteht aus dem Signal (b) aus der logischen
Geschwindigkeitskontrollschaltung 122. Das Flipflop 170 wild dann wieder in den Zustand »0« zurückversetzt,
so daß der Zähler 166 eine Zahl herunterzählen kann, die gleich der im Register 160 enthaltenen Zahl ist,
wobei ein zweiter Steuerstoß erzeugt wird. Zu dieser Zeit betreibt das ODER-Gatter 128 die Gatter 172 und
180 derart, daß der Steuerstoß direkt zum Schalter 114 weitergeleitet wird und die entsprechende Abbremsung
bewirkt, wie in der F i g. 2a am Punkt ^dargestellt. Ein
dritter Eingang für das ODER-Gatter 130 besteht aus aa.m Signal (c)aus der logischen Geschwindigkeitskontrollschaltung
122, wobei das Flipflop wieder in den Zustand »1« versetzt wird, so daß der Zähler 166
nochmals die im Register 160 enthaltene Zahl auszählen kann. Das Signal (c) aus der logischen Geschwindig-
l„:»„i ♦ ii, u«i* λ**** u„«. :u* J«- nncD /"·.«♦«
128 in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, in bezug auf das Signal (b), wobei ein zusätzlicher
Abbremsungsstoß zum Schalter 114 geleitet wird, wie in
der F i g. 2a bei (^dargestellt.
Der letzte Eingang für das ODER-Gatter 130 besteht aus dem Signal (d)dtv logischen Geschwindigkeitskontrollschaltung
122, wobei das Flipflop nochmals in den Zustand »1« versetzt wird mit der Folge, daß der Zähler
166 zu der im Register 160 enthaltenen Zahl hinzuzählt, wobei ein Steuerstoß erzeugt wird Zu dieser Zeit
betreibt das ODER-Gatter 134 die Gatter 174 und 178 derart, daß der Beschleunigungsstoß erzeugt wird, wie
in der F i g. 2a am Punkt (^dargestellt ist
Das Register 160 und der Zähler 166 können gesperrt werden, so daß keine Steuerstöße erzeugt werden, wenn
die logische Geschwindigkeitskontrollschaltung 122 das Übersteuerungssignal (Nmajor ^ 20) erzeugt Zu dieser
Zeit wird das von einem Inverter 186 umgepolte Übersteuerungssignal wirksam und sperrt das UND-Gatter
188, das zwischen da' ODER-Gatter 130 und das Flipflop 170 geschaltet ist. Liegt ein Übersteuerungssignal
nicht vor, so erzeugt der Inverter 186 ein Signal am I IND-Ctattpr 188 das nunmehr alle Signale aus dem
ODER-Gatter 130 weiterleitet.
Der Schalter 114 bewirkt, daß die den Schaltern 106 und 108 zugeführten Signale die ordnungsgemäße
Polarität aufweisen und entweder eine Beschleunigung oder eine Abbremsung bewirken. Die Schalter 106 und
108 können nach dem Vorzeichen der ursprünglichen Eingangsinformation so betätigt werden, daß die
Bewegung des Kopfgliedes in der ordnungsgemäßen Richtung erfolgt.
Der Ausgang aus den Schaltern 106 und 108 wird zu zwei Registern 190 und 192 geleitet, die in beiden
Richtungen zählen, so daß eine Vorwärts- sowie eine Rückwärtsbewegung des Kopfes bewirkt werden kann.
Es wird ferner darauf hingewiesen, daß nach dem Einstellen der Schalter 106 und 108 auf die ordnungsgemäße
Bewegungsrichtung der Kopfglieder entsprechend dem Vorzeichen der Eingangsdaten die Beschleunigung
und Abbremsung von der Richtung der Signale bestimmt wird, die über den Schalter 114 und über die
Schalter 106 und 108 den Registern 190 und 192 zugeführt werden. Die Ausgänge aus den Registern 190
und 192 werden als Digitalsteuersignale den Digital-Analog-Konvertern 14 und 16 zugeführt, die in den
Fig.! und 4 dargestellt sind. Wie bereits in bezug auf
die F i g. 1 ausgeführt, bewirken die Digital-Analog-Konverter
eine Umwandlung der Digitalsignale in
Sinus-Kosinus-Analog-Signale, die bei Zuführung zum
Kopiglied einen resultierenden versetzenden Feldvektor erzeugen. Dieser Vektor soll dem Positionsvektor
des Plattengliedes um einen elektrischen Winkel vor- oder nacheilen, der eine direkte Funktion der erforderlichen
Beschleunigung oder Abbremsung ist Die Steuereinrichtung erzeugt im wesentlichen sofort
Steuerstöße, so daß die Beschleunigung und Abbremsung den in der F i g. 2b dargestellten Ablauf nehmen
kann. Die Steuereinrichtung wählt eine der Achsen als Hauptachse aus, die davon bestimmt wird, welcher der
Komponenten Nx und Nr den größeren Wert besitzL
Der versetzende Feldvektor dieser besonderen Achse wird dann um einen bestimmten elektrischen Winkel
gedreht, der von der in das Register 160 eingegebenen Größe bestimmt wird. Der versetzende Feldvektor der
anderen kfirzeren Nebenachse wird bestimmt von dem
Bruch aus der kürzeren Komponente N (Nx oder Ny)
dividiert durch die längere Komponente. Das Ergebnis besteht aus realen Beschleunigungen und Abbremsungen,
die auf das Konfglied einwirken, wobei die Werte der Komponenten längs jeder Achse im geeigneten
Verhältnis zueinander stehen und die Versetzung des Kopfgliedes in die gewünschte Richtung lenken.
Wie bereits beschrieben, erzeugen die Digital-Analog-Konverter
14 und 16 Sinus-Kosinus-Funktionen. Diese Konverter können aus einer herkömmlichen
Transistorschaltung bestehen, die auf den Digitaleinfeing
anspricht, wobei die Werte der Widerstände so bemessen sind, daß Sinus-Kosinus-Ausgangssignale
erzeugt werden. Die Digital-Analog-Konverter können natürlich auch aus der Schaltung und den Widerständen
für einen einzelnen Quadranten bestehen bei einer geeigneten logischen Zusammenschaltung, so daß der
einzelne Quadrant den vollen gewünschten periodischen Bereich für die Sinus-Kosinus-Funktionen umfaßt.
Die Ausgänge aus den Konvertern 14 und 16 werden zu mehreren Treiberverstärkern 194—200 geleitet, die
ihrerseits entsprechende Ausgangssignale i,x, ib„ iay und
iby erzeugen, die den Wicklungen oder Spulen 202—208
zugeführt werden. Diese Spulen sind im Kopfglied angeordnet und erzeugen die Antriebskraft für das
Kopfglied, das aus der in der amerikanischen Patentschrift 34 57 482 beschriebenen Ausführung bestehen
kann. Dieses Kopfglied ist ein lineares, zweiachsiges, zweiphasiges Synchronmotorkopfglied.
Die Fig. 5 zeigt den Aufbau der in der Fig. 4 dargestellten logischen Geschwindigkeitskontrollschaltung
122. Nach der Fig. 5 stellen die Eingänge aus dem Countdown-Register 120 und aus dem Register 124 die
Anzahl der Zählungen dar, die zum Erreichen der gewünschten Endgeschwindigkeit erforderlich sind. Die
Ausgangssignale aus der logischen Geschwindigkeitskontrollschaltung bestehen aus den in der F i g. 4
dargestellten Signalen (b), (c) und (d) sowie aus dem
Übersteuerungssignal Nmajnr
< 20.
Der Ausgang aus dem Countdown-Register 120 wird zu einem Register 300 geleitet, das den höchsten Wert
für Nmajor enthält. Der Ausgang aus dem Register 300
wird zu zwei logischen Vergleichsschaltungen 302 und 304 geleitet. Die Vefgleichsschältüngen 302 und 304
empfangen ferner Eingänge aus den Registern 306 und 308. Das Register 308 enthält eine feststehende
numerische Größe gleich der Größe 20, die sich auf die Bewegung des Kopfgliedcs über eine sehr kurze Strecke
bezieht. Das Register 308 enthält eine den Wert 2 N3
darstellende numerische Größe, die bereits in Verbindung
mit den F i g. 3a und 3b beschrieben wurde.
Die logische Vergleichsschaltung 302 erzeugt ein Ausgangssignal, das aus dem Obersteuerungssignal
(NmaJor ^ 20) besteht, wenn die im Register 306
enthaltene numerische Größe größer als oder gleich der im Register 300 enthaltenen numerischen Größe ist Die
Vergleichsschaltung 304 erzeugt einen Ausgang, wenn die im Register 308 enthaltene numerische Größe gleich
oder größer ist als die im Register 300 gespeicherte numerische Größe. Der Ausgang aus der Vergleichsschaltung
304 wird zu einem UND-Gatter 310 geleitet, während außerdem der Ausgang aus der Vergleichsschaltung
302 über einen Inverter 312 zu einem UND-Gatter 312 geleitet wird. Das UND-Gatter 310
wird daher gesperrt, wenn aus der Vergleichsschaltung 302 ein Ausgang vorliegt
Der Ausgang aus dem Register 300 wird einer Subtraktionsschaltung 314 zugeführt, die auch den
Ausgang aus dem Register 124 empfängt Die Subtraktionsschaltung 314 erzeugt ein Ausgangssignal,
das die Differenz zwischen dem im Register 300 gespeicherten Maximalwert von Ν™>™- und dem im
Register 124 gespeicherten Weil von N1 darstellt Der
Ausgang aus der Subtraktionssclialtung stellt den Punkt (b) in der F i g. 3a dar.
Der Ausgang aus der Subtraktionsschaltung 314 wird einer logischen Vergleichsschaltung 316 zugeführt, die
auch den Ausgang aus dem Countdown-Register 120 empfängt Die Vergleichsschaltung 316 erzeugt ein
Ausgangssignal, wenn der im Countdown-Register
jn enthaltene Wert bis auf den Wert des Signals
herabgezählt worden ist, das von der Subtraktionsschaltung 314 erzeugt wird. Der Ausgang aus der
Vergleichsschaltung 316 wird über ein UND-Gatter 318 und ein ODER-Gatter 320 weitergeleitet und stellt das
j Ausgangssignal (b) dar. Wie aus der F i g. 3a zu ersehen ist, tritt der Punkt (b) auf, wenn der im Register 120
enthaltene Wert bis auf den Wert herabgezählt worden ist, der vom Ausgang aus der Subtraktionsschaltung 314
dargestellt wird.
4Ii Der Ausgang aus dem Register 120 wird ferner als ein
erster Eingang zu einer logischen Vergleichsschaltung 322 geleitet, die einen zweiten Eingang aus dem
Register 124 empfängt Die Vergleichsschaltung 322 erzeugt daher ein Ausgangssignal, wenn das Count-
4) down-Register 120 bis auf den Wert N, heruntergezählt
worden ist, und dieses Ausgangssignal aus der Vergleichsschaltung 322 wird über ein UND-Gatter 324
und ein ODER-Gatter 326 als Ausgangssignal (cj weitergeleitet.
">" Der Ausgang aus dem Countdown-Register 120 wird
ferner als Eingang der logischen Vergleichsschaltung 328 zugeführt, die als zweiten Eingang einen Wert Null
empfängt. Erreicht das Countdown-Register 120 den Wert Null, so erzeugt die VergleichsschaUung 328 das
V) Ausgangssignal (d).
Um eine Übersteuerung zu bewirken, wenn der höchste Wert des Countdown-Registers 120 der im
Register 300 enthalten ist gleich oder kleiner als 2 N, ist,
ist eine Hilfsschaltung vorgesehen, die eine Divisions-
Mi schaltung 330 enthält, die den numerischen Wert des im
Register 300 enthaltenen Signals halbiert, wobei die logische Vergleichsschaltung 332 den Ausgang aus der
Divisionsschaltung 330 sowie den Ausgang aus dem Countdown-Register 120 empfängt. Die Vergleichs-
μ schaltung 332 erzeugt daher ein Ausgangssignal. wenn
der Wert im Countdown-Register 120 halbiert worden ist.
Das Ausgangssignal aus der Vergleichsschaltung 312
wird einem UND-Gatter 336 als erster Eingang zugeführt, das als zweiten Eingang den Ausgang aus
dem UND-Gatter 310 empfängt, welcher Ausgang nur erzeugt wird, wenn die Vergleichsschaltung 304
ermittelt, daß der Ausgang aus dem Register 300 gleich oder kleiner ist als 2 N3. Der Ausgang aus dem
UND-Gatter 310 wird femer durch einen Inverter 334 zu den UND-Gattern 318 und 324 geleitet, wobei die
Erzeugung eines Ausganges aus den Vergleichsschaltungen 316 und 322 verhindert wird, wenn der im
Register 300 enthaltene Wert gleich oder kleiner ist als 2N3.
Der Ausgang aus dem UND-Gatter 336, der bei der Hälfte des höchsten Wertes von Nmljor erzeugt wird,
wird den ODER-Gattern 320 und 326 als Eingang zugeführt Um zu sichern, daß beide Signale (b) und (c)
zur Erzeugung von Steuerstößen führen, ist eine eine kurze Verzögerung bewirkende Verzögerungsleitung
338 vorgesehen, so daß die Signale (b) und (c) nicht gleichzeitig erzeugt werden.
Die soweit beschriebene Steuereinrichtung arbeitet in der folgenden Weise: Die Anfangseingangsdaten
werden aus dem Datenpuffer 100 aufgrund eines Taktsignals in die Register 102 und 104 übertragen. Die
logische Vergleichsschaltung 110 ermittelt, welches Register die Hauptachse und welches Register die
Nebenachse enthält. Die Divisionsschaltung 116 erzeugt
die Konstante K, die den Wert
darstellt. Außerdem bestimmt das Relais 112 unter der
Kontrolle der Vergleichsschaltung 110 den ordnungsgemäßen
Eingang für das Countdown-Register 120.
Danach wird in das Register 120 der Wert von Nm3J„r
eingetragen. Zu dieser Zeit erzeugt der Dateneingang am Anschlußpunkt 139 ein Kommandosignal für den
Beginn einer Aufzeichnung durch das Kopfglied. Das Flipflop 170 öffnet das Gatter 168, und der Zähler 166
bewirkt eine Hinzuzählung zu der im Register 160 enthaltenen Zahl, die den Beschleunigungssteuerstoß
darstellt. Der Ausgang aus der Vergleichsschaltung 164 bewirkt eine Zurückversetzung des Flipflops 170 in den
Zustand »0« und eine Zurückversetzung des Zählers 166 in den Ausgangszustand. In der Zwischenzeit wurden
die aus dem Zähler 166 herausgezählten Impulse durch das Gatter 174 weitergeleitet und werden von einer
Summierungsschaltung 182 in den Hauptachsenimpulskanal
hineinsummiert. Der Beschleunigungssteuerstoß für die kleine Achse wird nach einer Abänderung durch
die Konstante K von der Multiplikationsschaltung 176
durch das Gatter 178 weitergeleitet.
1ri;t der .Startimpuls am Anschlußpunkt 139 auf, so öffnet das Flipflop 136 das Gatter 1*0, und der
Sägezahnwellengenerator 132 erhöht mit der Zeit linear
die Frequenz der vom Generator 148 erzeugten Impulse
vom Wert Null aus auf einen höheren Wert, wobei die Impulsfrequenz für die Hauptachse erzeugt wird. Die
Miiltiplikationsschaltung 156 behandelt diese Impulsfrequenz
mit dem Faktor K. wobei die Impulsfrequenz für die Nebenachse erzeugt wird. Die Kommandosignale
fur die Haupt- und Nebenachse werden von der Schalteinrichtung 114 zu den betreffenden Digital-Anaiog-Knnvertern
geleitet.
Dhs Countdown-Register 120 wird hcrunterge/ählt
von den Hauptachscnimpulscn. die vom Impulsgenerator
148 mit veränderlicher Frequenz erzeigt werden.
Die logische Geschwindigkeitskontrollschaltung 122 bestimmt die Punkte (b), (c) und (d), wie im
Zusammenhang mit der F i g. 5 beschrieben. Das Signal (ty bewirkt, daß der Sägezahnwellengenerator 132, daß
der Impulsgenerator mit einer konstanten Frequenz arbeitet, und ferner steuert das Signal (b)aas Gatter 128,
das seinerseits die Gatter 180 und 172 öffnet Das Ausgangssignal (b) bewirkt ferner, daß das Flipflop 170
in den Zustand »1« versetzt wird mit der Folge, daß der
ίο im Register 160 enthaltene Wert Nb vom Zähler 166
über die Vergleichsschaltung 164 ausgezählt wird. Der Ausgang aus dem Zähler 166 wird über die Gatter 172
und 180 und den Schaltkreis 114 weitergeleitet und steuert den Digital-Analog-Konverter vom Anfangssteuerstoß
aus im umgekehrten Sinne.
Die im Zusammenhang mit der F i g. 5 beschriebene logische Geschwindigkeitskontrollschaltung 122 erzeugt
die Signale (b), (c)\xnd (d) in der folgt-tden Weise.
Wenn das Countdown-Register 120 bis auf einen Wert
2(1 von NmaJor- N3 heruntergezählt worden ist, so wird das
Signal (^erzeugt. Beträgt der Wert im Countdown-Register 120 N3, so wird das Signal (c) erzeugt, und wenn
das Countdown-Register 120 auf Null heruntergezählt ist, so wird das Signal (überzeugt.
Die obengenannte Folge von Signalen wird erzeugt, wenn Nmajor größer als 2 N3 ist. Ist Nm3jor gleich oder
kleiner als 2 N3, so folgt das Signal (c) auf das Signal (b)
in einer kurzen Zeit, die von der Verzögerungsleitung 338 (F i g. 5) bestimmt wird. Ist Nm3jor gleich oder kleiner
in als ein sehr kleiner feststehender Wert, wie 20
Teileinheiten, so steuert das Obersteuerungssignal (Nm3jor
< 20) aus der Vergleichsschaltung 302 in F i g. 5 den Impulsgenerator 138 derart, daß das Taktsignal
erzeugt wird mit der Folge, daß das Flipflop 170 vom
r, Inverter 186 und dem UND-Gatter 188 nicht betrieben
werden kann.
Die Digitalsteuersignale, die die Beschleunigungsund
Abbremsungssteuerstöße umfassen, werden von den Digital-Analog-Konvertern in Sinus- und Kosinus-
4(1 signale umgewandelt, die für jede Achse wiederkehrende
Signale sind, wobei jede Achse mit dem Faktor K verknüpft ist, so daß das Kopfgeld sich in der
ordnungsgemäßen Richtung bewegt. Die den Kopfgliedern zugeführten Sinus-Kosinus-Ausgänge erzeugen
4i einen versetzenden Feldvektor, der dem Vektor des
Plattengliedes um einen elektrischen Winkel vor- oder nacheilt, der eine direkte Funktion der erforderlichen
Beschleunigung oder Abbremsung ist.
Die Steuereinrichtung nach der Erfindung wurde im
Vi Zusammenhang mit einem Kopfglitj von der in der
amerikanischen Patentschrift Nr. 34 57 482 beschriebenen Ausführung beschrieben. In den Fig. 6 und 7 sind
das Kopfglied dnd das Plattenglied ausführlich dargestellt. Das in der Fig. 6 dargestellte Plattenglied 400
->) kann aus einem ferromagnetischen Material, z. B. aus
Eisen hergestellt werden, und weist eine Anzahl paralleler Nuten 402 auf. wobei die eine Gruppe von
Nuten senkrecht zur X-Achse und die andere Gruppe von Nuten senkrecht zur K-Achse verläuft. Zwischen
mi den Nuten stehen daher magnetische Zähne nach oben
vor (404). Die Nuten verlaufen normalerweise rechtwinklig zueinander bei gleichem Abstand, so daß die
magnetischen Zähne einen quadratischen Querschnitt aufweisen.
ι·> Das in der F i g. 7 dargestellte Kopfglied 406 weist
vier Gruppen von Magneten 408, 410, 412 und 414 auf. die in einem Gehäuse 416 so angeordnet sind, daß die
Polflächen der Magnete an der Außenseite des
Gehäuses gelegen sind. Das Gehäuse 416 besteht aus einer nicht magnetisierbaren Platte mit öffnungen, in
die die Magnete eingesetzt sind.
Die Magnete der Gruppen 408 und 412 verlaufen z. B.
parallel zur X-Achse und dienen zum Antreiben und Einstellen des Kopfgliedes längs der XAchse, während
die Magnete der Gruppen 410 und 414 parallel zur V-Achse verlaufen und zum Antreiben und Einstellen
des Kopfgliedes längs der V-Achse dienen. Die Verschiebung des Kopfgliedes längs einer der Achsen
unter der Einwirkung einer ersten Gruppe von Magneten erfolgt unabhängig von der Verschiebung
durch die zweite Gruppe von Magneten.
Die Magnete in den Gruppen 408—414 sind einander gleich ausgeschaltet. Die Fig.6 zeigt eine Gruppe der
Magnete, die nachstehend ausführlich beschrieben wird. Jede Gruppe besteht aus zwei Magneten 418 und 420
mit je zwei Polstücken. Der Magnet 418 beispielsweise weist die Polstücke 422 und 424 auf, während der
Magnet 420 die Polstücke 426 und 428 aufweist. ;:o
Zwischen den Poistücken der Magnete 4i8 und 420 ist je
eine Spule angeordnet, z. B. trägt der Magnet 418 die Spule 204, die in Verbindung mit der Fig.4 genannt
wurde, während der Magnet 420 die Spule 202 trägt.
Alle Polstücke der Magnete weisen zwei Polflächen auf, wie in der F i g. 6 bei a und c für das Polstück 422
dargestellt. Das Polstück 424 weist die Polflächen a'und c', das Polstück die Polflächen dund buna das Polstück
428 die Polflächen d'una ö'auf. Jede Polfläche kann aus
einem einzelnen Steg bestehen, wie in der Fig.6 j<> dargestellt, kann jede: h auch aus mehreren auf Abstand
stehenden Stegen bestehen.
Der Abstand der Polflächen a und c voneinander ist so bemessen, daß der eine Steg S1^h über dem
nichtmagnetischen Material befindet, wenn der andere r, Steg sich über einem magnetischen Zahn 404 des
Plattengliedes 400 befindet. Alle Gruppen von Polflächen weisen den genannten Abstand voneinander auf.
Die beiden Polstücke 422 und 424 sind so angeordnet, daß die Polflächen a und a'zugleich über magnetischen 4»
Zähnen gelegen sind. Der Magnet 418 weist den gleichen Aufbau auf wie der Magnet 420, und der
Abstand der beiden Magnete voneinander ist so bemessen, daß die Polflächen des einen Magneten sich
zwischen einem Zahn und dem Zwischenraum zwischen v-,
den Zähnen befinden, wenn die Polflächen des anderen Magneten sich direkt über einem Zahn oder über einem
Zwischenraum zwischen Zähnen befinden.
Wie aus der Fig. 7 zu ersehen ist, sind z.B. die Magnete in den beiden parallelen Gruppen 408 und 412 >
<i so angeordnet, daß die Magnete entgegengesetzt gepolt sind, wodurch die Kräfte ausgeglichen und eine
Drehung des Kopfes 406 im Betrieb verhindert wird. Die Magnete in den Gruppen 410 und 414 sind in der
gleichen Weise angeordnet.
Die von den in der F i g. 4 dargestellten Digital-Analog-Konverter
14 und 15 erzeugten Sinus- und Kosinussignale werden den Spulen 204 und T02
zugeführt und erzeugen einen versetzenden Feldvektor in bezug auf den Positionsvektor des Plattengliedes, der
von den magnetischen Zähnen 404 bestimmt wird. Es kann bewirkt werden, daß der versetzende Feldvektor
dem Positionsvektor vor- oder nacheilt, so daß das Kopfglied in einer bestimmten Richtung längs einer
Achse beschleunigt oder abgebremst wird, wie in Verbindung mit der F i g. 4 beschrieben.
Durch die Verwendung von Sinus-Kosinus-Funktionen für die Erzeugung eines andauernden Analogsignals
kann eine Feinsteuerung der Bewegung des Kopfgliedes in bezug auf das Plattenglied durchgeführt werden im
Gegensatz zu der schrittweisen Steuerung nach der amerikanischen Patentschrift 34 57 482. Die vollständig
programmierte Steuerung der Beschleunigung und Abbremsung ermöglicht eine wesentliche Erhöhung der
Arbeitsgeschwindigkeit der magnetischen Einrichtung nach der Erfindung im Vergleich zu bekannten
derartigen Einrichtungen.
Die Einstellung des Kopfgliedes 406 in bezug auf das
Plattenglied 400 erfolgt in Abhängigkeit von den dem Kopfglied zugeführten Eingangsdaten und im besonderen
in Abhängigkeit von der Änderung der Stellung des Kopfgliedes in bezug auf die frühere Stellung. Die
absolute Stellung des Kopfgliedes in bezug auf das Plattenglied kann daher unter Berücksichtigung der
dem Kopfglied insgesamt zugeführten Eingangsdaten bestimmt werden. Umgekehrt kann die Bewegung des
Kopfgliedes zum Erzeugen eines Ausganges benutzt werden, der die Änderung der Stellung des Kopfgliedes
anzeigt. Diese Anzeige kann in Form von Digitalsignalen erfolgen.
Obwohl die Beschreibung und die Zeichnungen sich auf eine Steuereinrichtung beziehen, die zusammen mit
einem Kopfglied nach der amerikanischen Patentschrift Nr. 34 57 482 benutzt wird, so kann die erfindungsgemäße
Einstelleinrichtung natürlich auch mit anderen derartigen Einrichtungen benutzt werden, z. B. zum
Steuern von anderen als planaren Systemen. Die Einstellvorrichtung kann beispielsweise auf einer
polaren oder sphärischen Fläche oder auch auf einer Umfangsfläche bewegt werden.
Hierzu 5 Blatt Zuichniinucn
Claims (11)
1. Positionierungsvorrichtung zum Ausführen einer gesteuerten Relativbewegung zwischen zwei
Körpern entlang einer einzelnen Achse unter dem Einfluß periodischer Signale für die einzelne Achse,
bei der der'eine Körper für die eine Achse eine auf
die zugehörigen Signale ansprechende Erregervorrichtung trägt, die mit dem anderen Körper durch
magnetische Kräfte in Reaktion tritt, wobei die Relativbewegung synchron zu den periodischen
Signalen erfolgt und mit einer zur Erzielung momentaner Phasenänderungen betätigbaren Phaseneinstellungsvorrichtung
zur Einstellung von Beschleunigungen oder Verzögerungen für die Relativbewegung zwischen den beiden Körpern, dadurch
gekennzeichnet, daß die zu den Zeitpunkten der Beschleunigung oder Verzögerung
zwischen de;t beiden Körpern (400, 406) längs der
einzelnen A.chse betätigbare Phaseneinstellungsvorrichtung (122) zur Erzielung momentaner Phasenänderungen
der periodischen Signale Beschleunigungen oder Verzögerungen entsprechend der momentanen
Phasenänderungen der periodischen Signale hervorruft, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die
die Verschiebung des Erregerphasenwinkels durch einen kurzen Stoß digitaler Signale erzeugt, wobei
jedes Digitalsignal des Stoßes zine Verschiebung des
Winkels um einen bestimmten Wert erzeugt, und da3 eine Freq-.ienzeinstellungsvorrichtung (148,132)
zur Erhöhung oder Verringerung der Frequenzen der periodischen Signale entsprechend der Beschleunigung
oder Veriögsrung vorgesehen ist, wobei die Relativbewegung zw.jchen den beiden
Körpern (400, 406) längs der einzelnen Achse bei den derartigen Frequenzen entsprechend den
momentanen Geschwindigkeiten geändert und die plötzlichen Phasenänderungen der periodischen
Signale während der gesamten Beschleunigungsbzw. Bremsdauer aufrechterhalten werden.
2. Positionisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator (148)
variabler Frequenz, der seine Frequenz auf entsprechende Signale von der Steuersignalquelle (132) her
erhöht bzw. senkt, durch eine Impulszähleinrichtung (166), die einen zyklisch variierenden Digitalwert
abgibt, durch einen Digital-Analog-Wandler (14,16), der den zyklisch-variierenden Digitalwert in das
periodische Signal umwandelt, und durch eine Vorrichtung, die in den genannten Zeitpunkten
Impulsgruppen erzeugt, um den Digitalwert in der Zähleinrichtung schrittweise zu erhöhen oder
herabzusetzen und so abrupte Phasenänderungen hervorzurufen.
3. Positionierungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrichtung
(166) zyklisch in einer Richtung und zyklisch in der anderen Richtung zählt, wenn Impulse an ihren
ersten bzw. zweiten Eingang gelegt werden, wobei die die Impulsgruppen erzeugende Vorrichtung die
Impulsgruppen in jedem Zeitpunkt, wenn eine Beschleunigung beginnt und eine Verzögerung
endet, den Impulsen aus dem Impulsgenerator (148) auf einer ersten Leitung hinzufügt und die
Impulsgruppen in jedem Zeitpunkt, wenn eine
Verzögerung beginnt und eine Beschleunigung endet, auf eine zweite Leitung legt, und wobei
weiterhin eine Schaltvorrichtung (106, 108, 114) vorgesehen ist, die die erste Leitung mit dem ersten
oder zweiten Eingang und die zweite Leitung mit dem jeweils anderen Eingang verbindet,
4. Positionierungsvorrichtung nach Anspruch 3,
4. Positionierungsvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung aus einer Umschaltanordnung (114) besteht, die nach
Maßgabe der Einrichtung, die die Richtung der Relativbewegung wählt, die Verbindung zwischen
κι den Leitungen und dem ersten bzw. zweiten Eingang vertauscht
5. Positionierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periodischen
Signale elektrische Signale sind, daß der zweite Körper (400) ein ebenflächiger Körper aus ferromagnetischem
Material ist, der in der gewählten Richtung formiert ist, und daß der erste Körper (416)
als Kopf zwei Elektromagneten (418, 420) aufweist, die die Erregervorrichtung (418, 425) darstellen und
jeweils auf die beiden Signale ansprechen.
6. Positionierungsvorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektromagneten
(418, 420) voneinander in der gewählten Richtung um einen Abstand versetzt sind, der sich
2Ί von einer ganzzahligen Vielfachen der Teilung der
periodischen magnetischen Struktur (402, 404) um ein Bruchteil einer Teilung unterscheidet, der
demjenigen Bruchteil von 360° gleich ist, der der vorbestimmten Phasendifferenz entspricht
ίο
7. Positionierungsvorrichtung nach Anspruch 5
oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Polstücke (422, 424, 426, 428) der beiden Elektromagneten zur
gewählten Richtung so querversetzt sind, daß ein Kräftepaar entsteht, das einer Drehung eines
J) Körpers (406) entgegenwirkt
8. Positionicrungsvorrichtung nach Anspruch 5, 6
oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elektromagnet
(418,420) aus mindestens einem permeablen Kern mit zwei Polstücken (422, *24; 426, 428) und
einer Spule (202, 204) besteht, die auf das entsprechende periodische Signa! anspricht und das
eine Polstück zu einem Nordpol und das andere zu einem Südpol macht, wobei die Polstücke in der
Richtung der Achse um ein ungeradzahliges
•»■j Vielfaches der Hälfte einer Teilung der periodischen
Struktur (402,404) versetzt sind.
9. Positionierungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Relativbewegung zwischen den beiden
ίο Körpern (400,406) in Richtung zweier Koordinatenachsen
unabhängig voneinander erfolgen kann.
10. Positionierungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der eine Körper (406) bezüglich des anderen
■">■> Körpers (400) längs einer einzelnen Achse bewegbar
ist.
11. Positionierungsvorrichtung nach einem der
vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Sägezahnwellengenerator (132), der auf die
wi Beschleunigung oder Verzögerung des einen Körpers
(406) derart anspricht, daß sich seine Signalfrequenz für die periodischen Signale synchron mit dem
Bewegungszustand des einen Körpers (406) ändert.
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
US3617770A | 1970-05-11 | 1970-05-11 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE2123872B2 DE2123872B2 (de) | 1979-01-18 |
DE2123872C3 true DE2123872C3 (de) | 1979-10-11 |
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Family Applications (1)
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Families Citing this family (2)
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |