DE2123872C3 - Positionierungsvorrichtung zum Ausführen einer gesteuerten Relativbewegung zwischen zwei Körpern - Google Patents

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 ·■ ι_ηη ,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

VItVUgVII. "IV III UVI 1 Ig. I VIUI₆VJlVl

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.

LMC r i g. JU MCIli uäS vjcSClVwiriuigfC-ciiäprOiii uäi",

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.

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der Erfindung wird eine eine Datenverschiebung darstellende Eingangsinformation N_x und N_y einem Datenpufferspeicher 100 zugeführi. Der Datenpufferspeicher iOO kann aus einem Magnetkern, einem Magnetband usw. bestehen, während die durch N_x 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 N_x darstellende Information und das Register 104 die die Digitaldaten N_y 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 N_x und N_y 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 N_y größer als das Digitaldatum N_x, 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 N_a 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 (N_ma)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 (N_major ί 20) eine Versetzung des Flipflops 136 in den Zustand »1« verhindert.

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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

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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^_nUIi_nI_1n D_nr._nui_n.._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 a^a.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-

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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 (N_major ^ 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 N_x und N_r 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 (N_x oder N_y) 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„ i_ay 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 N_majnr < 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 (N_maJor ^ 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 N_mljo_r 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 N_m3J„_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 N_maJor- 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 N_major größer als 2 N₃ ist. Ist N_m3jor 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 N_m3jor gleich oder kleiner

in als ein sehr kleiner feststehender Wert, wie 20 Teileinheiten, so steuert das Obersteuerungssignal (N_m3jor < 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)

Patentansprüche:

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,

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.