DE2219155C3

DE2219155C3 - Anordnung zur Steuerung der Lage einer magnetischen Positioniereinrichtung

Info

Publication number: DE2219155C3
Application number: DE2219155A
Authority: DE
Inventors: Bruce Alden Del Mar Calif. Sawyer (V.St.A.)
Original assignee: Xynetics Inc
Current assignee: Xynetics Inc
Priority date: 1971-04-19
Filing date: 1972-04-17
Publication date: 1980-10-09
Also published as: AU4119272A; DE2219155B2; JPS5373B2; DE2219155A1; GB1392753A; SE405646B; SE7504491L; DE2265245C2; NL7205213A; GB1392752A; DE2265246A1; IT957643B; JPS5248271B1; US3836835A; DE2265246C2; FR2133838B1; JPS5024685A; GB1392751A; SE389206B; AU472542B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Lage einer magnetischen Positioniereinrichtung, die als Synchronmotor arbeitet, mit einem Stator mit einem Raster magnetischer Zähne und einem dazu relativ beweglichen Polschuhelement, das Sätze von Polschuhen mit Erregerwicklungen aufweist, mit Steuerschaltungen für die gewünschte Verschiebung und/oder die gewünschte Geschwindigkeit und/oder die gewünschte Beschleunigung d«js Polschuhelements relativ zum Stator und mit Phasenverschiebungsschaltungen für mindestens zwei phasenverschobene Erregerwechselströme des Polschuhelements.

Die Verwendung von Synchronmotoren als magnetische Positioniereinrichtung erweist sich häufig als geeignet, da die Bewegung eines ersten Gliedes relativ zu einem zweiten Glied synchron zur Periodizität der am Motor liegenden Eingangssignale erfolgt. Wenn beispielsweise Wechselsignale einer bestimmten Frequenz an den Motor gelegt werden, bewegt sich das erste Glied gegenüber dem zweiten um Teilstrecken mit einer Geschwindigkeit, die der Frequenz der Eingangssignale proportional ist. Synchronmotor sind weiterhin vorteilhaft, da sie es ermöglichen, bei einer gegebenen Masse das erste Glied gegenüber dem zweiten Glied schneller zu beschleunigen oder zu verlangsamen als bei anderen Motoren, wie z. B. Asynchronmotoren.

Unter bestimmten Umständen ist die Bewegung des ersten Gliedes des Synchronmotors der Periodizität der Eingangssignale jedoch nicht genau proportional. Das bewegliche Glied kann beispielsweise in Resonanz geraten, so daß die augenblickliche Bewegung des bewegten Gliedes den Eingangssignalen nicht genau proportional ist. Treibt der Synchronmotor z. B. ein Werkzeug oder einen Schreibstift an, erzeugt die Rotorresonanz Fehler der momentanen Auslenkung des Werkzeuges oder Schreibstiftes. Derartige Resonanzen sind immer unerwünscht und können zuweilen so stark auftreten, daß die gewünschte Funktion des Werkzeuges oder Schreibstiftes nicht ausführbar ist.

Bei der gesteuerten Bewegung eines beweglichen gegenüber einem feststehenden Glied in einem Synchronmotor bei gleichzeitiger Vermeidung unerwünschter Effekte, wie z. B. von Resonanzen, haben sich Schwierigkeiten gezeigt, da insbesondere der Synchronismus zwischen den Eingangssignalen und der Bewegung des bewegten Gliedes es erschwert hat, die Bewegung des bewegten Gliedes in jedem Augenblick präzise zu sieuern. Zur Behebung dieser Schwierigkeit wird der Leistungswinkel des Motors gesteuert, um eine Fehlerfunktion zu liefern, die eine verbesserte Kontrolle

Ober die Bewegung des beweglichen gegenüber dem feststehenden Glied ergibt Der Leistungswinkel läßt sich als der Winkel zwischen dem Zeiger oder Vektor der tatsächlichen Bewegung des bewegten Gliedes relativ zum feststehenden Glied und dem Zeiger oder Vektor der am Motor liegenden Eingangssignale definieren. Der Laistungswinkel läßt sich kontrolliert nachstellen, indem man die Phase der Eingangssignale augenblicklich um einen bestimmten Winkel nachstellt Hierdurch wird eine steuerbare Kraft erzeugt.

Bei bekannten Anordnungen zur Steuerung der Lage einer magnetischen Positioniereinrichtung, die als Synchronmotoren arbeiten, gemäß der eingangs erwähnten Art (US-PS'n 33 76 578 und 34 57 482) ist eine als Stator dienende Grundplatte und ein in einer oder zwei Achsrichtungen über die Grundplatte bewegbares Polschuhelement vorgesehen. Ist das Polschuhelement gegenüber der Grundplatte entlang zweier Koordinatenachsen bewegbar, kann die Bewegung gleichzeitig entlang jeder der Achsen erfolgen, wobei die Bewegung entlang der einen Achse von der Bewegung entlang der anderen Achse vollständig unabhängig ist.

Da das Polschuhelement nicht auf der Grundplatte aufliegt, kann seine Bewegung über die Grundplatte mit hoher Geschwindigkeit und hoher Beschleunigung oder Verzögerung erfolgen, insbesondere da die Masse des Polschuhelements verhältnismäßig niedrig ist.

Es ist ein auf einem typischen Servosystem be-uhender Lagerregelkreis für elektrische Antriebe der Walzenanstellung bei Blockbrammenstraßen bekannt (Elektrotechnische Zeitschrift A, Band 88, 1867, Heft 7, Seiten 172 bis 177), bei dem zur Erfüllung der Forderung eines schnellen Antriebs eine unterlagerte Geschwindigkeits- und Stromriickkopplung vorgesehen ist. Es ist weiterhin die Verwendung eines Synchronmotors als Stellantrieb in einer Lageregelrückkopplungsschleife bekannt (Control Engineering, 1970, Heft 5, Seite 66 bis 71), bei der die Rückkopplung in Form eines Getriebes oder eines Tachometers zur Lageerfassung vorgesehen ist.

Bekannt, ist ferner eine Anordnung zur Regelung der Stellung eines mechanischen Antriebs auf bestimmte, durch eine elektrische Führungsgröße vorgegebene Werte mit Hilfe eines elektrischen Stellmotors und eines unterlagerten Regelkreises, durch den der den Stellmotor speisende Strom erfaßt wird, wobei der innerste Regelkreis als Stromregelkreis ausgebildet ist (DE-AS 14 63 526). Als Sollwert für den Regelkreis wird dabei die Größe Null vorgesehen, sobald der Antrieb die durch die Führungsgröße vorgeschriebene Nullstellung erreicht hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung zur Steuerung der Lage einer magnetischen Positioniereinrichtung gemäß der eingangs erwähnten Art derart zu gestalten, daß eine geeignete Rückkopplung auch während der Beschleunigungs- bzw. der Verzögerungsphase erzeugt wird, um die Bewegungen des Motors zu dämpfen bzw. die Resonanzfrequenz des Läufergliedes auf einen Wert zu erhöhen, der oberhalb der normalen Drehzahlbereiche des Motors liegt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Detektoren für die Istverschiebung und/oder die Istgeschwindigkeit und/oder die Istbeschleunigung des Polschuhelements in jedem Augenblick und durch Komparatoren /um Vergleichen der gewünschten Verschiebung mit der Istverschiebung und/oder der gewünschten Geschwindigkeit mit der Istgeschwindigkeit und/oder der gewünschten Beschleunigung mit der

Istbeschleunigung, wobei die Differenz der Ausgangssignale m den Phasenverschiebungsschaltungen zur Steuerung der Phasenverschiebungen der Erregersignale in jedem Augenblick zur Minimalisierung der Differenzsignale rückgekoppelt werden und durch eine Dämpfungsschaltung, die mit den Phasenverschiebungsschaltungen zur Dämpfung jeder Drehung des Polschuhelements relativ zum Stator um eine Achse senkrecht zu letzterem verbunden ist, einen Funktionsgeber für eine Drehbewegung des Polschuhelements aufweist sowie durch eine Lageanzeigeeinrichtung und durch ein Rückkopplungselement als endgültiges Steuerelement zur Dämpfung jeder Drehung des Polschuhelements gesteuert wird, wobei das Rückkopplungselement mit dem Funktionsgeber verbunden ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Anordnung erweist sich insbesondere dadurch als vorteilhaft, daß sie auch bei konstanten Drehzahlen zu arbeiten vermag.

Wird dem linearen Synchronmotor ein gesteuerter Leistungswinkel angeboten, läßt sich die Bewegung des Polschuhelements relativ zum Stator so steuern, daß die Bewegung des Polschuhelements über den Stator in jedem Augenblick optimal erfolgt Diese optimale Bewegung entspricht der durch die Eingangssignale dargestellten Soll-Bewegung. Weiterhin dämpfte die Regelschleife die Resonanzen des Polschuhelements, insbesondere wenn die Regelschleife den Leistungswinkel steuert, indem sie die Geschwindigkeit darstellende Signale vom Ausgang des Polschuhelements auf dessen Eingang zurückführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Synchronmotors und insbesondere eines Synchronmotors mit einem entlang zweier Koordinatenachsen gegenüber einem Stator bewegbaren Polschuhelement,

Fig.2 eine vergrößerte Perspektivansicht des in F i g. 1 gezeigten Polschuhelements,

F i g. i ein vergrößerter Schnitt durch einen Teil des in F i g. 2 gezeigten Polschuhelements,

Fig.4 eine vergrößerte Teilansicht von Teilen des Polschuhelements und des Stators der Fig. 1, wobei der Stator geschnitten ist,

Fig.4a eine vergrößerte Teilansicht des in den vorhergehenden Figuren gezeigten Polschuhelements.

Fig.5 ein Vektordiagramm, das die Beziehung zwischen der augenblicklichen Lage des Polschuhelements und den an letzteren liegenden Antriebssignalen zeigt,

Fig.6 ein Schaltbild einer Anordnung mit offener Regelschleife zum Antrieb des Motors nach Fig. 1 bis 4a mit den die Funktion der Anordnung beschreibenden Gleichungen,

Fig.6a ein Zeigerdiagramm der Beziehungen zwischen den verschiedenen Parametern der in Fig. 6 gezeigten Anordnung,

Fig. 7 ein Blockdiagramm einer der Stufen der in F ι g. 6 gezeigten Anordnung,

Fig. 7a ein Zeigerdiagramm, das die Beziehung zwischen den Eingangsgrößen und den Ausgangsgrößen der Stufe gemäß F i g. 7 darstellt.

Fig. 8 ein B!o< !-.diagramm einer weiteren Ausführungsform der Stufen gemäß F i g. 7,

F i g. 8a ein Zeigerdiagramm der Eingangsgrößen und der Ausgangsgrößen der Stufe nach der Ausführungs-

form gemäß F i g. 8,

Fig. 9 in Blockform einer Anordnung mil einer Steuerschleife mil einer ßeschleunigungsgröße zur Steuerung eines Synchronmotors, wobei die die Funktion der Anordnung kennzeichnenden Gleichungen angegeben sind,

F i g. 9a eine der der F i g. 9 ähnliche Anordnung, die mit Digitalsignalen gesteuert wird,

Fig. 9b eine Anordnung, die ähnlich wie die Anordnung nach F i g. 9 mit Analogsignalen arbeitet,

Fig. IO das Blockdiagramm einer Anordnung, die mittels einer Steuerschleife die F'unktion des Motors unter Steuerung durch Beschleunigungsbefehle und Beschleunigungsrückführung steuert, wobei die die Funktion de:r Anordnung kennzeichnenden Gleichungen angegeben sind,

F i g. 11 ein Blockdiagramm einer Anordnung, bei der der Synchronmotor durch Beschleunigungsbefehle und rvtil f~!<»o/-»l-ni/i «/-It nl/oi t cri if^lf Im r*r\\ ti η rr noclniiiirl ti«i t-A

wobei die die Funktion der Anordnung kennzeichnenden Gleichungen angegeben sind,

Fig. 12 ein Blockdiagramm einer Anordnung zur Steuerung eines Synchronmotors mit Beschleunigungsbefehlen und Geschwindigkeitsrückkopplung, das eine Regelschleife für Bewegungsfehler aufweist, wobei die die Funktion der Anordnung kennzeichnenden Gleichungen angegeben sind,

Fig. 13a bis 13g Blockdiagramme verschiedener Ausführungsformen der Anordnung zur Steuerung der Funktion eines Synchronmotors mit Beschleunigungsbefehlen und Geschwindigkeitsrückkopplung,

Fig. 14 ein Blockdiagramm einer Anordnung zur Steuerung der Bewegung des Polschuhelements relativ zum Stator mit Geschwindigkeitsrückkopplung und Dämpfung einer Drehung des Polschuhelements relativ zum Stator um eine zu deren Oberfläche im wesentlichen senkrechten Achse, wobei die Oberfläche durch die Koordinaten bestimmt wird, entlang denen das Polschuhelement sich bewegt,

Fig. 15 ein Blockdiagramm einer Anordnung zur Steuerung der Bewegung des Polschuhelements relativ zum Stator durch Sienale. die sich mit dem Polschuhelement bewegenden Induktionstachogeneratoren erzeugen,

Fig. 16 eine Ausführungsform eines Induktionstachogenerators, der in der Anordnung gemäß Fig. 15 Anwendung findet,

Fig. 17 ein Blockdiagramm einer der Stufen der Anordnung nach Fig. 15, wobei die die Funktion der Stufe kennzeichnenden Gleichungen angegeben sind,

Fig. 18 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Anordnung zur Steuerung des Betriebs eines Synchronmotors mit digitaler Geschwindigkeitsrückkopplung,

Fig. 19 eine weitere Ausführungsform einer Anordnung zur Verschiebung des Zeigerwinkels entsprechend der in F i g. 7a gezeigten Beziehung und

F i g. 20 eine weitere Ausführungsform einer Anordnung zur Verschiebung des Zeigerwinkels entsprechend der Beziehung der F i g. 7a und zur Dämpfung der Verschiebung des Poischuhelements relativ zum Stator.

Fin Linear-Synchronmotor gemäß F i g. 1 weist einen plattenartigen Stator 12 und ein Polschuhelement 14 auf und ist in ähnlicher Weise wie die Motoren nach den US-PSn 33 76 578 und 34 57 482 aufgebaut. Die Bewegung des Polschuhelements 14 relativ zum Stator 12 kann entlang einer einzigen Achse oder entlang eines Paares von Koordinatenachsen magnetisch, wie bei dem Motor gemäß den USPSn 33 76 578 und 34 57 482, pneumatisch, wie nach der US-Patentanmeldung I Ol 998, oder kapazitiv erfolgen.

Wenn der lineare Synchronmotor magnetisch arbeilet, kamt das Polschuhelement 12 aus einem ferromagnetischen Material hergestellt und mit Nuten 16, die untereinander auf Abstand liegen, versehen sein, so daß magnetische Zähne 18 entstehen. In einem typischen Aufbau sind die Nuten 16 0,52 mm breit und 0,52 mm tief, und ihr Mittenabstand beträgt 1,04 mm. Der Abstand zwischen den Mittellinien der Nuten läßt sich also die Nutenteilung bezeichnen. Die Nuten können offen sein, wobei Luft als nichtmagnetisrhes f/aterial dient. Vorzugsweise werden die Nuten jedoch mil einem Kunststoff oder anderen nichtmagnetischen Feststoff ausgefüllt, um dem Stator 12 eine glatte Oberfläche zu geben. Die Nuten 16 und die Zähne 18 bilden zusammen eine Gitterstruktur.

— entlang einer einzigen Achse bewegbar, weist das Polschuhelement zwei Gruppen von Magneten 20 und 22 auf, die in einem Gehäuse 24 angebracht sind, wobei die Polflächen der Magneten sich an der Gehäuseoberfläche befinden, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Das Gehäuse 24 kann plattenartig sein, aus Aluminium- oder Kunststoff bestehen und zwei öffnungen aufweisen, die die Magneten aufnehmen. Die Magnetgruppen 20, 22 liegen parallel zum Stator 12 und dienen dazu, das Polschuhelement 14 über den Stator 12 fortzubewegen und einzustellen.

Da die beiden Gruppen von Magneten 20 und 22 gleich aufgebaut sein können, wird nachfolgend nur eine Gruppe beschrieben. Jede Gruppe kann aus zwei Magneten bestehen, deren jeder zwei Polstücke aufweist. Die Magnetgruppe 20 enthält einen Rahmen 26 und Polschuhe 28, 30, 32 und 34. Jeder Polschuh 28, 30,32,34 kann aus einem Stapel von gestanzten Blechen bestehen. Eine Wicklung 36 kann unter magnetischer Kopplung mit den Polschuhen 28 und 30, eine Wicklung 38 unter magnetischer Kopplung mit den Polschuhen 32 und 34 gewickelt sein. Ein U-förmiger Magnet 40 mit den Polschuhen 32 und 34 ist beispielsweise mittels einer Schraube an der Rippe 42 des Rahmens 26, ein entsprechender Magnet 44 mit den Polschuhen 32 und 34 an einer Rippe 46 des Rahmens 26 befestigt Der Rahmen 26 besteht aus nicht magnetischem Material, wie z. B. Aluminium, und in der vorzugsweise verwendeten Ausführungsform sind die Magneten 40 und 44 Permanentmagneten, die in den zugeordneten Polschuhen eine Vormagnetisierung bzw. einen Polarisienmgsfluß erzeugen.

Die Unterfläche jedes der Polschuhe 28 und 30 hat Zähne aus magnetischem Material und vorzugsweise eine Vielzahl von Zähnen der gleichen Breite und mit dem gleichen Abstand wie die Zähne 18 aus magnetischem Material des Stators 12. Beispielsweise kann der Polschuh 28 ein Paar Zähne »a« und »a< (Fig.4) haben, deren Breite jeweils der Breite der Zähne 18 und der Nuten 16 des Stators 12 entspricht. Alternativ kann jede der Polflächen der Polschuhe 28 und 30 eine Vielzahl von auf Abstand liegenden Zähnen aufweisen, wie in F i g. 3 gezeigt ist

Wenn die Polschuhe 28 und 30 gemäß Fig.4 aufgebaut sind, sind die Zähne »a« und »ca zueinander so angeordnet, daß, wenn einer sich über einem Zahn 18 aus magnetischem Material auf dem Stator 12 befindet, der andere sich über der Nut 16 aus nichtmagnetischem Material des Stators befindet Mit anderen Worten, der

Abstand /wischen den Mittellinien der Zähne »a« und »cx< kann gleich p(n± 1/2) sein, wobei η eine ganze Zahl und pdie Teilung des Gitters auf dem Stator 12 oder die Rntfernung zwischen den Mittellinien aufeinanderfolgender Nuten bzw. Zähne des Stators 12 ist. Die Polschuhe 30,32 und 34 sind entsprechend aufgebaut.

Der Polschuh 30 hat magnetische Zähne »a« und »cv. Die P'-ischuhe 28 und 30 des Magneten 40 haben untereinander einen solchen Abstand, daß die magnetischen Zähne a und «'gegenüber den Nuten 16 und den Zähnen 18 in gleicher Weise angeordnet sind und daß die magnetischen Zähne c und c' ebenfalls gegenüber den Nuten 16 und den Zähnen 18 in gleicher Weise angeordnet sind. Mit anderen Worten, die magnetischen Zähne a und a'befinden sich jeweils gleichzeitig mit den magnetischen Zähnen 18, ebenso wie die magnetischen Zähne c und c' sich gleichzeitig bei den magnetischen Zähnen 18 befinden.

Der Magnet 44 ist in ähnlicher Weise aufgebaut wie der Magnet 40. Die Magneten 40 und 44 sind so au( Abstand angeordnet, daß. wenn die Zähne eines Magneten direkt über einem Zahn 18 oder einer Nut 16 liegen, die Zähne des anderen Magneten sich in der Mitte zwischen einem Zahn 18 und einer Nut 16 befinden. Die Mittellinien entsprechender Zähne der Magneten 40 und 44 haben also den Abstand p(n ± I IA).

Die beiden Magneten einer Gruppe werden als A-Phasen-Magnet und B-Phasen-Magnet bezeichnet. In der vorzugsweisen verwendeten Ausführungsform mit zwei parallelen Gruppen von Magneten, wie sie die Fig."" zeigt, sind die Magneten einer Gruppe — wie z. B. die der Gruppe 20 — so angeordnet, daß die Α-Phase links und die B-Phase rechts liegt, und die Magneten der anderen Gruppe — wie z. B. der Gruppe 22 — so angeordnet, daß die B-Phase links und die Α-Phase rechts liegt. Diese Anordnung ergibt ein verbessertes Gleichgewicht der am Polschuhelement 14 liegenden Kräfte und hält dessen Neigung, sich um eine senkrechte zur Oberfläche des Stators 12 verlaufenden Achse zu drehen, so gering wie möglich. Bei dieser Anordnung liegen die Magneten einer Gruppe im Abstand pfn+l/4) und die Magneten der anderen Gruppe im ADstana p(n—1/4).

Wenn nun — vergl. Fig.4 — der Strom in der Wicklung 36 des A-Phasen-Magneten 40 mit voller Stärke fließt, addiert sich der erzeugte Magnetfluß zu dem durch den Permanentmagneten 40 in den Polflächen a und a' erzeugten Vormagnetisierungsfluß und subtrahiert sich von dem Vormagnetisierungsfluß, die der Magnet in den Polflächen cund c'erzeugt; damit reduziert sich der Fluß in den Polflächen c und c' ungefähr zu Null. Da die Zähne a und a' unmittelbar über den Zähnen 18 des Stators 12 liegen, wirkt auf das Polschuhelement 14 keine Kraft ein, die es über den Stator 12 bewegen könnte. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom i_B in der Wicklung 38 des Magneten 44 gleich Null, und die Flüsse in den Zähnen dund bdes Polschuhs 32 und in den Zähnen d'und b'des Polschuhs 34 sind im wesentlichen gleich. Die Größe dieser Flüsse kann die Hälfte des durch den A-Phasen-Magneten in den Zähnen a und a'(F i g. 4) erzeugten und ein Viertel des in den Zähnen a und a'in F i g. 4 erzeugten sein, wenn der Strom U durch die Wicklung 36 fließt Die Zähne dund d' liegen um 180° gegenüber den Zähnen b und b' verdreht, so daß im Ergebnis die Zähne b, b', d und d' keine Kräfte erzeugen, die das Polschuhelement 14 über den Stator 12 bewegen könnten. Unter diesen Bedingungen verbleibt das Polschuhelement 14 in der

Stellung gemäß Fi g. 4.

Um das Polschuhelement 14 jedoch nach rechts zu verschieben, wird der B-Phasenstrom mit einer Flußrichtung angeschaltet, daß die magnetischen Flüsse in d und d' auf Null und die Flüsse in b und b' auf ihr Maximum gehen. Wenn dies geschieht, wirkt auf das Polschuhelement 14 eine positive Kraft ein, die ihn nach rechts (F i g. 4) bewegt.

Wenn das Polschuhelement 14 sich um eine Viertelteilung bewegt hat, kann der B-Phasenstrom ab- und der A-Phasenstrom angeschaltet werden, wobei seine Polarität der in Fig.4 gezeigten entgegengesetzt sein muß. Dann bewegt sich das Polschuhelemenl 14 um eine Strecke nach rechts, die einer weiteren Viertelteilung entspricht, so daß die Zähne cund c'dann über den Zähnen 18 auf dem Stator 12 liegen. Für den nächsten Schritt kann der A-Phasenstrom ab- und der B-Phasenstrom mit einer der oben beschriebenen entgegengesetzten Polarität angeschaltet werden. Der nächste Schritt erfolgt durch Anschalten des in F i g. 4 gezeigten Stromes. Eine schrittweise Bewegung in der entgegengesetzten Richtung erfolgt, indem man die Ströme in der umgekehrten Reihenfolge schaltet.

Die Wicklungen 36 und 38 und die Α-Phasen- und B-Phasenmagneten lassen sich auch gleichzeitig erregen. Die an die Windungen 36 und 38 gelegten Signale können periodisch und gegeneinander um 90° phasenverschoben sein. Beispielsweise kann man Sinussignale an die Wicklung 36 und Cosinussignale an die Wicklung 38 legen. Wenn dies der Fall ist, erfolgt die Bewegung des Polschuhelements 14 nicht schrittweise, wie es die vorigen Absätze beschreiben, sondern kontinuierlich. Die Richtung der Bewegung des Polschuhelements 14 über den Stator 12 läßt sich umkehren, indem an die Phase eines der Eingangssignale — wie z. B. das Sinussignal — umgekehrt oder die Vektoren der Eingangssignale in der entgegengesetzten Richtung dreht.

Die oben beschriebene Anordnung erweist sich wie folgt als vorteilhaft: Sie erzeugt eine Bewegung des Polschuhelements 14 relativ zum Stator 12 in Synchronismus zur Periodizität der an den Wicklungen 36 und 38 liegenden Eingangssignale. Mit anderen Worten: Das Polschuhelement 14 legt eine der Teilung der Zähne 18 entsprechenden Strecke zurück, wenn die an den Wicklungen 36 und 38 liegenden Signale um eine Periode weitergelaufen sind. Weiterhin läßt sich das Polschuhelement schneller beschleunigen und verzögern als bei Asynchronmotoren.

Die Beschleunigung und Verzögerung des Polschuhelements und dessen gesteuerte Bewegung in Synchronismus mit der Periodizität der Eingangssignale werden weiterhin dadurch erleichtert, daß während der Bewegung des Polschuhelements relativ zum Stator zwischen diesen beiden keinerlei Reibung auftritt Da keine Reibung zwischen Polschuhelement und Stator auftritt kann das Polschuhelement verhältnismäßig leicht sein. Dieser Umstand erleichtert eine schnelle Beschleunigung und Verlangsamung des Polschuhelements und erleichtert weiterhin den schnellen Übergang des Polschuhelements von einer ersten zu einer anderen, erwünschten Stellung, die von der ersten verschieden ist

Wie ersichtlich, kann das Polschuhelement 14 ein Glied 48 in der Form eines Werkzeuges oder eines Schreibstiftes tragen. Die verschiedenen Teile der Anordnung — sind leicht zugänglich, und das Glied 48, A h. das Werkzeug oder der Schreibstift läßt sich leicht beobachten. Ein weiterer Vorteil ist daß das Glied 48

unmittelbar vom Polschuhclcment getragen wird, so daß die Stellung dieses Gliedes in direkter Beziehung zur Stellung des Polschuhelements steht.

Die oben beschriebene Anordnung hat weitere wesentliche Vorteile. Da die Wicklungen 36 und 38 periodische Signale erhalten, die der Bewegung des Polschuhelements relativ zum Stator entsprechen, läßt sich die Bewegung des Polschuhelenients entlang jeder der Koordinatenachsen in jedem Augenblick durch die Anzahl der Perioden und der^n Teile bestimmen, -lic an den Wicklungen 36 und 38 liegen. Weiterhin läUt sich die Bewegung des Polschuhelements entlang jeder der Koordinatenachsen durch magnetische Fühler ermitteln, die sich mit dem Polschuhelement über die Zähne 18 bewegen und ein Signal erzeugen, dessen Amplitude ein Minimum hat. wenn die Kühler über die Nuten 16 laufen. Auf diese Weise erzeugen die Fühler periodische Signale, deren Periode der Bewegung des Polschuhele-MIeMiS um cmc Siiecke euispi iciii, die gleich der Tciiuiig zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen 18 ist.

Verschiedene Mittel lassen sich einsetzen, um den Abstand zwischen Polschuhelement 14 und Stator 12 aufrechtzuerhalten, wie z. B. eine Luftkissenlagerung. Beispielsweise kann eine Steuerleitung 50 (F i g. 4a) eine Zuführung von einer Druckluftversorgung darstellen. Die Luftzuführung dieser Stellerleitung mündet in einem Rohr 52, das mittels einer in einer Bohrung 56 befindlichen Schraube 54 in Stellung gehalten wird. Ein Durchlaß 58 in der Schraube 54 stellt eine Strömungsverbindung zu den Durchlässen 60 her, die sich von der Schraube hinwegerstrecken und in Auslaßöffnungen 62 (F i g. 2) münden.

Die oben beschriebenen Linear-Synchronmotoren erzeugen eine Bewegung des Polschuhelenients relativ zu einem Stator, entlang linearer Koordinatenachsen, wie beispielsweise einer X- und einer V-Achse. Es lassen sich z. B. auch Synchronmotor verwenden, bei denen die Bewegung nach Polarkoordinaten oder eine Drehung um eine bestimmte Achse erfolgt.

Die Grundgleichung für die magnetische Kraft in Motoren — inkl.Synchronmotoren — nachdem Prinzip

f =

wobei
F =

magnetische Kraft zwischen dem Polschuhelement 14 und dem Stator 12
Energieinhalt des magnetischen Feldes
Verschiebung des Polschuhclements 14 relativ zum Stator 12 entlang der X-Achse

Für magnetische Anordnungen
FluBüfaden ist bekannt, daß

/·" - I 2 (MMKl-

mit weicheisernen

Ul'

ist. mit

MMK = magnetmotorische Kraft zwischen dem Polschuhelement 14 und dem Stator 12 und

/' = magnetische Permanenz (Kehrwert des magnetischen Widerstandes bzw. ckr Reluktanz) zwischen dem Polschuhelement 14 und dem Stator 12.

Aus der Glex'hung 2 läßt sich die Kraft zwischen dem Polschuhelement 14 und dem Stator 12 für jede Achse ableiten. Es gilt also:

F, I 2(MMK)-' '.''
ι ν

F, = Kraft zwischen Polschuhelement und Stator in ■Y-Richtung,

/ , ■ 12 (MMK)- '/'

F₁ = Kraft zwischen Polschuhelement und Stator in

Y- Richtung,
und

13 b)

F, = Kraft zwischen Polschuhelement und Stator in Z-Richtung, d. h. der zum Stator 12 senkrechten Achse.

Wenn ein Zahn — wie z. B. der Zahn a im Polschuh 28 — sich relativ zum Stator bewegt, ändert sich die Permeanz zwischen Zahn und Stator nach folgender Beziehung:

\ 'A cos

P, = const.
κ = const.

ρ = Teilung zwischen den Zähnen 18 auf dem Stator 12.

Es gilt also:

/' = /',. ( Kl' cos

const.

Da jeder Polschuh zwei um 180" versetzte Zähne aufweist (z. B. sind die Zähne a und c auf dem Polstück 28 um 180" versetzt), hebt sich der konstante Term P„ in Gl. 4 weg, so daß die Tangentialkraft für den A-Phasen-Magneten — /. B. den Magneten 20 — sich ausdrücken läßt als

( ι ' I ι ■ COS

= Kraft zwischen dem Magneten 20 und dem Stator in .Y-Richtung

Il

Ci = const.

ί.\ = Strom in der Wicklung 36.

In analoger Weise läßt sich die Kraft fü,- den B-Phasen-Magneten — wie z. B. den Magneten 22 — ausdrücken als:

■ ι/ι ■ sin

(5a)

Wenn

i ι = / · cos (2 .7 .ν p)

i„ = / · sin (2 .τ ν />)

ist. gilt
F₁ + Fι, = ( · / I cost

. ι,ϊ\

sin" I = C/.

P J

vor- oder nacheilen läßt. Die Ströme sich also in Wirklichkeit zu

Fn = Kraft zwischen dem Magneten 22 und dem

Stator in ,Y-Richtung
cn = const.
in = Strom durch die Wicklung 38.

Wie oben beschrieben, stehen die Ströme durch die Wicklungen 36 und 38 periodisch in Beziehung zu der Verschiebung zwischen dem Polschuhelement und dem Stator bzw. mit anderen Worten, zu der zwischen dem Stator und den den entsprechenden Wicklungen zugeordneten Magneten erzeugten Kraft, /i und in lassen sich also mit trigonometrischen Funktionen des

2 .τ χ ...
Arguments—— ausdrucken.

c = const.

/ = Spitzenwert des Stromes durch jeder der Wick lungen 36 und 38.

Die obige Diskussion basierte auf der Annahme, daß der Zeiger der Bewegung der Polschuhelementes 14 relativ zum Stator 12 entlang jeder Achse um 90" gegenüber dem Zeiger der an die Wicklungen für diese Achse gelegten Eingangsströme phasenverschoben ist — wie z. B. die Wicklungen 36 und 38 für die ,Y-Achse Es ist jedoch eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung, daß der Leistungswinkel zwischen dem Vektor der augenblicklichen Verschiebung des Polschuhelements relativ zum Stator und dem Vektor der resultierenden Ströme, die in jedem Augenblick an den Wicklungen — wie z. B. den Wicklungen Ϊ6 und 18 für die .Y-Achse — liegen, steuerbar gemacht wird. Dies läßt sich erreichen, indem man die Ströme an den Wicklungen — z. B. 36 und Ϊ8 — um einen Winkel θ und in ergeben

ι (¹^ \

,., = /■ cos ( _p _f <-,)

i„ = I sin { ~^ρΛ i (->). \ P I

I liermii wird

(7.H

Wie aus der folgenden Diskussion ersichtlich sein wird, stellt θ einen steuerbaren Winkel dar. Die Tatsache, daß ein Winkel θ zwischen dem Vektor der augenblicklichen Verschiebung des Polschuhelements relativ zum Stator und dem Vektor der resultierenden, in diesem Augenblick an den Wicklungen — z. B. 36 und 38 — für die ,Y-Achse liegenden Ströme besteht, führt zu einer Kraft, die die Bewegung des Polschuhelementes relativ zum Stator verursacht. Diese Erleichterung geht so vor sich, daß die Ist-Bewegung des Polschuhelements relativ zum Stator in jedem Augenblick sehr genau der für diesen Augenblick gewünschten Soll-Bewegung les Polschuhelements relativ zum Stator entspricht.

Die Erzeugung des Leistungswinkels θ ist in F i g. 5 gezeigt. Der Zeiger der Verschiebung des Polschuhelements 14 relativ zum Stator 12 entlang einer bestimmten Achse wie der X-Achse ist bei 70 gezeigt. Eine um 90 verschobene Komponente wird in das System eingebracht und ist bei 72 gezeigt. Diese um 90' verschobene Komponente läßt sich auf verschiedene Art und Weise steuern, wie es im folgenden beschrieben wird. Die Kombination der vektiorellen Komponenten 70 und 72 ergibt einen Vektor 74, der den Zeiger der an die Wicklungen — wie die Wicklungen 36 und 38 — für die -Y-Richtung gelegten Signale darstellt. Der Winkel Θ

winkel zwischen den Eingangssignalen zum F olschuhelement und der augenblicklichen Stellung des Polschuhelements dar.

Der Leistungswinkel läßt sich als eine Feder betrachten, die eine Kraft nach der Funktion (sin Θ) erzeugt und zwischen dem Polschuhelement 14 und dem Stator 12 in Richtung einer bestimmten Achse — wie der .Y-Achse — liegt. Betrachtet man den Leistungswinkel derart ais Feder, dann wird diese gespannt, um nach Maßgabe der Federspannung auf dem Polschuhelement relativ zum Stator eine Kraft in Richtung einer bestimmten Achse — wie z. B. der Λ'-Achse — auszuüben. Die resultierende Verschiebung des Polschuhelements verursacht eine Rückstellung der Feder, wenn der Leistungswinkel nicht auf irgendeine andere Weise aufrechterhalten wird.

Fig. 6 ist eine Systemdarstellung eines S\pchnmnn. tors, der nach den Prinzipien einer Stcierschleifc arbeitet. Der Synchronmotor und die entspre* hemie träge Last sind gestrichelt bei 80 gezeigt. Die Eingangssignal werden über Leitungen .in Jen Motor gelegt, die beispielsweise als Leitung 82 angedeutet ^u\d In der Fi ^σ. 6a können die Fin^iinüssiüniilc einen nin \ bezeichneten Phasenwinkel aufweisen Die Signale .mf der Leitung 82 sind schematisch als an ein Differenii.il 84 gelegt dargestellt.

Die Ausgangssignale des Differentials 84 werden nach einer beschreibenden oder Übertragungsfunktion bewertet, die bei 86 schematisch als Teil des Synchronmotors 80 dargestellt ist. Die beschreibende oder Übertragungsfunktion 86 ist als D (A, >a) dargestellt, wobei A die Eingangssignale auf der Leitung 82, D die beschreibende oder Übertragungsfunktion und jh) eine Frequenzfunktion der auf die Leitung 82 gegebenen periodischen Signale ist Die beschreibende oder Übertragungsfunktion 86 ist in Wirklichkeit nichtlinear, läßt sich aber innerhalb eines bestimmten begrenzten Wertbereichs als eine Konstante K_n, betrachten.

Die durch die beschreibende oder Übertragungsfunktion 86 dargestellte Ausgangsgröße stellt eine Kraft dar, die auf dem Polschuhelement 14 ausgeübt wird, um eine Verschiebung x„ des Polschuhelements entlang einer bestimmten Achse — wie der X-Achse — zu bewirken. Die Umsetzung der Kraft in die Verschiebung x_o ist durch einen Block 88 mit der Funktion 1/Ms² dargestellt, in der Λ/ die Masse des Polschuhelements, Ms das Integral der dem Polschuhelement durch eine Kraft erteilte Beschleunigung, die eine bestimmte Geschwindigkeit der Polschuhelemente bewirkt, und Ms¹ ein Doppelintegral der Beschleunigung ist, die eine Verschiebung des Polschuhelements bewirkt. Innerhalb des Motors 80 ist eine Leitung 90 gezeigt, die eine mechanische Rückführung zur Rückstellung der Feder darstellt, die bei der Bewegung des Polschuhelements die dem Leistungswinkel θ entsprechende Kraft ausübt.

Die Übertragungsfunktion, die den Synchronmotor und die Masse des Polschuhelements nach F i g. 6 beschreibt, läßt sich schreiben als

G₁₁(S) = XJs)A.

(10)

Wie oben beschrieben, stellt die beschreibende Funktion D {A, jm) für einen begrenzten Wertebereich eine Konstante K_n, dar. Entsprechend läßt sich die Funktion G(s,}umschreiben als

C(s) = K_nMs¹

(ID

Km = const.

M = Masse des Polschuhelcments

l/s³ = Doppelintegral zur Umsetzung einer Beschleunigung in eine Verschiebung.

Durch Einsetzen der Gleichung 11 in die Gleichung 10 ergibgsich:

eine grundlegende Gleichung für Regelsysteme, die auf Seite 50 des Buches »Control Engineering« von Gordon Murphy, Boston Technical Publishers, Inc., 1965, angegeben ist. In dieser Gleichung ist

= das Eingangssignal des Synchronmotors 80 in

Zeigerdarstellung = die tatsächliche Verschiebung des Motors 80

relativ zum Stator in Zeigerform = das Verhältnis der Übertragungsfunktion der

Motorverschiebung zu den Eingangssignalen,

und 5 = eine komplexe variable Funktion.

Die Gleichung 9 läßt sich — entsprechend der Diskussion auf Seite 50 des Buches Gordon Murphy, »Control Engineering«, auch ausdrucken als

(12)

A/5"

F i g. 7 zeigt eine Anordnung zur Erzeugunf einer Zeigerwinkeldrehung des weiteren als AZiJ beze chnet,

is die in weiteren Ausführungsformen enthalten ist Ein »Zeiger« läßt sich als Vektorielle Darstellung des Augenblickwertes eines Parameters wie eines Eingangssignals oder die Verschiebung des Polschuheleiments betrachten.

In der in der F i g. 7 dargestellten Ausführungsform kommen die Signale auf zwei Leitungen 90 und 92 von einem Generator 94. beispielsweise einem Digital-Ana-Iog-Resolver. Das Signal auf der Leitung 90 läßt sich als P ■ cos β und das Signal auf der Leitung 92 als P · sin β darstellen, um eine bestimmte Phasenbeziehung zwischen den Signalen — wie einen Phasenabstand von 90° — anzudeuten. Das Signal auf der Leitung 90 wird an eine Stufe 95 gelegt, wo das Signal P ■ cos β durch Multiplikation mit (—1) in ein Signal ( — P-cosß)

jo umgewandelt wira Die Signale aus der Stufe 90 gehen zusammen mit Signalen veränderlicher Amplitude vom Anschluß 98 an einen Multiplikator 96. Diese Signale haben eine veränderliche Amplitude, könner eine unabhängige Variable darstellen und lassen sich durch einen Wert L/bezeichnen. Die Signale werden zwischen dem Anschluß 98 und einem Anschluß 99 erzeugt, der auf einem geeigneten Bezugspotential — wie z. B. Massepoiential — liegt. Die Veränderliche Spannung LJ ist vorgesehen, um den in F i g. 5 gezeigten Leistungs-

4Ii winkel θ zu steuern.

Die Signale aus dem Multiplikator 96 lassen sich als UP ■ cos β darstellen und gelangen zu einem Addierer fOO, der auch die Signale P ■ sin β von der Leitung 92 erhält. Die Ausgangssignale des Addierers 100 gelangen zu einem Anschluß 102. In gleicher Weise werden die Signale von der Leitung 92 zusammen mit den Signalen U, die zwischen den Anschlüssen 98 und 99 liegen, auf einem Multiplikator 104 gegeben. Die Ausgangssignale des Multiplikators 104 haben die Form UP · sin ß. Diese Signale und die Signale von der Leitung 90 gehen an einen Addierer 106, dessen Ausgangssignal an einen Anschluß 108 gelegt ist.

Die Signale am Anschluß 102 lassen sich als (jP ■ sin β — UP ■ cos ß) darstellen, die Signale am Anschluß 108 analog als P(cos ß+j(J ■ sir.ß). Die sich zwischen den Anschlüssen 108 und 102 ergebenden Signale lassen sich darstellen als

/'., = P (cos jl + ) sin />') + UP (sin fl - j cos /f)

/-T zur Darstellung des Phasenabstandes von 90" zwischen den Signalen auf der Leitung 92 zu denen auf der Leitung 90, und Vektor der zwischen den Anschlüssen 108 und 102 anstehenden Signale.

Die Funktion des in Fig,7 gezeigten AZD's ergibt sich aus der Fig.7a, in der /J den augenblicklichen Winkel der Signale auf den Leitungen 90 und 92 und δ die von dem AZD der F i g. 7 erzeugte Phasenverschiebung darstellen. In der F i g. 7a ist P die zusammengefaßte Phase der Eingangssignale auf den Leitungen 90 und 92 und UP der von dem AZD erzeugte Vektor. Der sich aus den Signalen ergebende Vektor zwischen den Anschlüssen 102 und 108 ist als P₀ dargestellt. Dieser Vektor ist um einen Winkel β gegenüber dem Vektor der Signale auf den Leitungen 90 und 92 verschoben. Die Signale P₀ lassen sich darstellen als

erzeugt, mit einem Faktor K bewertet und in der bewerteten Form auf einen Addierer 132 gegeben, der sie zu den Signalen von einer Leitung 134 addiert, die eine gewünschte Verschiebung x(s) darstellen. Die Ausgangssignale des Addierers 132 werden auf den Motor 80 gegeben, der ebenfalls in Fig.6 gezeigt ist Der Motor 80 ist als Funktion

10

P₁, =1 I

(14)

15

25

30

wobei der Faktor i/i + U² daraus folgt daß P₀ die Hypothenuse des_ rechtwinkligen Dreiecks mit den Katheten Pund t/Pist

Wie aus F i g. 7a ersichtlich, hängt die Amplitude des Vektors P₀ vom augenblicklichen Wert des Signals i/ab. Diese Veränderlichkeit der Amplitude des vektorieiien Signals P₀ ist zuweilen unerwünscht, da sie, wenn sie zu groß wird, die verschiedenen Eingangsstufen sättigen kann. F i g. 8 zeigt einen AZD, der ein Ausgangssignal P₀ mit konstanter Amplitude erzeugt In der in der F i g. 8 gezeigten Ausführungsform führen die Leitungen 90 und 92 Signale der Form P ■ cos β bzw. P · sin ß. Die Signale der Leitung 90 werden in einer Stufe 95, die mit der Stufe 95 der Fig.7 identisch ist, mit (-1) mu'tipliziert Die Ausgangssignale der Stufe 95 laufen zu einer Stufe 96, die mit der Stufe 96 in der Fig.7 identisch ist Entsprechend ist die Stufe 104 der Stufe 104 in der Fig. 7 identisch. Die Stufen 96 und 104 nehmen die Signale der Anschlüsse 98 und 99 auf, die 35 und ebenfalls mit den Anschlüssen 98 und 99 der F i g. 7 identisch sind.

Die Ausgangssignale des Multiplikators 96 liegen an einem Addierer 110, der auch die Signale des Multiplikators 112 aufnimmt Der Multiplikator 112 multipliziert die Signale der Leitung 92 mit den Signalen, die die Stufe 116 aus den Signalen U zwischen den Anschlüssen 98 und 99 erzeugt Die Ausgangssignale der Stufe 116 lassen sich darstellen als ^i-U². Entsprechend multipliziert ein Multiplikator 114 die Signale von der Leitung 90 und die Signale von der Stufe 116 und gibt sie auf einen Addierer 118, wo sie zu den Signalen des Multiplikators 104 addiert werden. Die Ausgangssignale der Addierer 110 und 118 liegen an den Anschlüssen 120 bzw. 12Z

Die Signale P₀ zwischen den Anschlüssen 120 und 122 haben eine konstante_Amplitude, wie es die Fig.8a zeigt Die Signale P₀ werden aus zwei um 90° verschobenen Vektoren erzeugt, von denen einer den Wert (/T^-TP · Po) und der andere den Wert P₀ hat Das resultierende Signal P_n läßt sich ausdrücken als

nach Gleichung 12 dargestellt Die Verschiebung des Motors relativ zum Stator entspricht der Größe Xafs).

Die Eingangsgröße A(s) zum Motor 80 läßt sich darstellen als

A (s) = X₁ + Kx₁ = (1 + Xs²) x, (s), (16)

wobei s* eine doppelte Differentiation darstellt Weiterhin, wie aus F i g. 10 ersichtlich, gilt

A(s)G„(s) = x

(17)

Indem man in Gleichung 17 die Werte für Gn(s) und A(s) einsetzt, ergibt sich

+ 1

= χ Μ

X₁(S)

Ks'- + 1 M ,

(18)

P_n = P Tl/² -t (1 - U²) = P.

(15)

Da die von dem in F i g. 8 gezeigten AZD erzeugten Signale P₀ trotz veränderlicher Spannung U eine konstante Amplitude haben, können sie diejenigen Eingangsstufen, die den Betrieb des Synchronmotors steuern, nicht sattigen.

Fi g. 9 zeigt in Form eines Blockdiagramms ein dem in Fig.6 gezeigten ähnliches System, aber zusatzlich mit einem Beschleunigungseingang, der mit x(s) bezeichnet ist. Diese Signale werden auf der Leitung 130

60 Wie aus der Gleichung 18 ersichtlich, nähert sich die tatsächliche Verschiebung xj(s) des Polschuhelements der gewünschten Verschiebung x(s) entsprechend den am Polschuhelement liegenden Eingangssignalen um so mehr, je genauer K gleich WK_n, wird. Wie einzusehen ist, ist es wünschenswert daß die Ist-Verschiebung in jedem Augenblick der für diesen Augenblick gewünschten Soll-Verschiebung nahekommt oder ihr gleich ist Es stellt also einen Vorteil dar, wenn man «,·<»' der Leitung 130 in Fig.9 eine Eingangsgröße vorsieht, die der erlaubten Soll-Beschleunigung des Polschuhelementes in jedem Augenblick entspricht Dieser Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß eine Einstellung des Bewertungsfaktors K für die Soll-Verschiebung einen flexiblen Betrieb des Synchronmotors erlaubt, da sich damit die Ist-Verschiebung des Poischuhelements der Soll-Verschiebung annähern läßt, indem man den Faktor K optimal relativ zum Wert M/K_m einstellt Jedoch kann das offene System der Fig.9 zu Schwierigkeiten führen, wenn keine idealen Bedingungen vorliegen. Wenn z. B. dns Polschuhelement des Synchronmotors zu schwingen anfängt, lassen sich diese Schwingungen mangels geeigneter Mittel in dem System nach F i %. 9 nicht dämpfen. Wie einzusehen ist, können solche Schwingungen infolge einer Vielzahl von Faktoren auftreten — beispielsweise infolge von auf dem Polschuhelement aufgebrachten Störungen.

Fig.9a zeigt schematisch ein digitales System, cJas dem offenen System nach F i g, 9 entspricht Das System der Fig.9a entspricht im wesentlichen dem im einzelnen in der US-Patentanmeldung Nr. 36 J77 beschriebenen und beanspruchten. Das System weist eine Leitung 140 auf, an der digitale Signale stehen, die die Teilschritte der gewünschten Verschiebung x.{s) darstellen, während die Signale auf einer Leitung 142 den Zunahmen der gewünschten Beschleunigung des Polschuhelementes entsprechen. Die Signale auf der Leitung 142 werden mit dem Faktor K bewertet und in einem digitalen Addierer 144 zu den Signalen der Leitung 140 addiert. Die Signale gelangen dann an einen Digital-Analog-Resolver 146, der zwei um 90° verschobene Signale — beispielsweise ein Sinus- und ein Cosinussignal — erzeugt, die die Eingangssignale des Synchronmotors darstellen.

Fig.9b stellt schematisch in Form eines Blockdiagramms eine Analogausführung des Systems der F i g. 9 dar. Fn der F i g. 9b gezeigten Ausführungsform werden digitale Signa,'?, die die Inkremente einer Soll-Verschiebung χ, darstcilen, auf einen Digital-Annlng-Resolver 148 und digitale Signale, die den Inkrementen der Soll-Beschleunigung x) entsprechen, auf einen Digital-Analog-Umsetzer 150 gegeben. Die Stufe i52 bewertet die Ausgangssignale des Umsetzers 150 mit dem Faktor K und gibt sie auf einen AZD 154 der auch die Ausgangssignale des Resolvers 1*8 erhält. Der AZD 154 kann auf gleiche Weise aufgebaut sein wie der der F i g. 7 und 8, der oben im einzelnen beschrieben ist.

Fig. 10 zeigt ein System mit geschlossener Regelschleife zweck? Erzielung einer verbesserten Steuerung. In dem System der Fig. 10 liegen die Signale, die die Soll-Verschiebung x(s) darstellen, auf einer Leitung 160 und die der Soll-Beschleu./igung x.(s) entsprechenden Signale auf einer Leitung 162. . 'ie Signale auf der Leitung 162 werden in einer Stufe 164 mit dem Faktor K bewertet und auf ein Differential bzw. einen Komparator 166 gegeben, wobei der Ausdruck »Differential« in dieser Anmeldung als dem Ausdruck »Komparator« gleichwertig verwendet wird. Die Signale des Differentials 166 werden auf eine Stufe wie beispielsweise einen Addierer oder einen AZD (vergl. F i g. 7 und 8) gegeben, der sie mit den Signalen ^r(s) auf der Leitung 160 verknüpft.

Die Ausgangssignale des Addierers oder AZD 168 laufen zu einem Synchronmotor 170, der dem oben beschriebenen Synchronmotor entspricht. Die resultierende Verschiebung der Polschuhelemente — wie z. B. der Grundplatte — in dem Synchronmotor wird erfaßt und in Signale umgewandelt, die der Verschiebung x\(s) entsprechen. Die die Verschiebung x,(s)aes Polschuhelements darstellenden Signale liegen auf der Leitung 172 und werden doppelt differenziert (vergl. »s²« in Fig. 10), um Signale zu erhalten,die die Ist-Beschleunigung x,(s) des Polschuhelements relativ zum Stator darstellen. Alternativ läßt sich auf dem Polschuhelement ein Akzelromctcr vorsehen, das direkt Signale liefert, die der Ist-Beschleunigung x,(s) des Polschuhelements — relativ zum Stator — entsprechen. Die Beschlcunigungssignale werden sodann mit einem Faktor K₁, bewertet und auf das Differential 166 gegeben. Das Differeniial 166 ergibt auf eine Stufe wie /. B. den AZI) 168 Signale, die der Differenz zwischen der SoII-Heschlciinigiing \(s) und der Ist-Beschleunigung x,(s) entsprechen. Diese Diffcrcn/sigrialc stellen Fehlersignale dar, die den l.eisiiingswinkcl steuern, den eine Stufe wie /.. I!. der Addierer oder AZD 168 liefert.

Die Eingangsgröße A(s) zum Motor läßt sich darstellen als

Diese Gleichung läßt sich schreiben als

.l(s) = .Vj(s) I- KV-V₁-(S) - K..S-X... (I¹Ja)
Da .-1(S) = V₁₁(S)ZGj₁(S) ist (vgl. Gl. 17), gi!·

χ, (S)/G_h{s) = (KV M) .ν, - K_n s-.V₁₁. (19h)
Durch Umstellung d-τ Ternic ergibt sich

^{1 X} · ■ ' (19 c)

_t) x„ [S) = S) /

Durch Einsetzen des Ausdrucks für Ci_h(s) 'ler Gl. I 2 folgt:

Ks¹ + 1

Ks-

Aus einem Vergleich der Gleichung 20 und 18 folgt, daß dem Nenner der Term K₁, hinzugefügt wurde, indem die Beschleunigungttignale x',(s) zu der Stufe wie dem AZD 168 rückgeführt wurden. Indem man den Term K₁, aufnimmt, setzt man die Resonanzfrequenz der dem Polschuhelement entsprechenden Masse herab, da die virtuelle Masse des Polschuhelements erhöht wird. Eine Senkung der Resonanzfrequenz des Polschuhelements ist erwünscht, da diese dann niedriger ist als die Frequenzen, bei denen Störungen gewöhnlich auftreten. Durch Aufnahme des Terms K₁, erhöht sich außerdem die Flexibilität der Steuerung des Synchronmotors 170, so daß die Ist-Verschiebung x,{s)des Polschuhelements der Soll-Verschiebung x(s)des Polschuhelements weiter angenähert werden kann. Wie bereits für die Ausführungsform der F i g. 9 angegeben, bewirkt die Aufnahme eines zusätzlichen Terms wie des Terms K₀ eine Annäherung der Istverschiebung x,(s)des Polschuhelements an die Sollverschiebung x(s) unter der Annahme idealer Bedingungen, d. h. wenn dem Polschuhelement keine Störungen aufgezwungen werden.

F i g. 11 zeigt ein System mit einer Regelschleife, bei dem die Geschwindigkeit darstellende Signale zum Eingang des Synchronmotors 180 rückgeführt werden. In der in Fig. 11 gezeigten Ausführungsform werden die Sollverschiebung x(s)darstellende Signale über eine Leitung 182 auf den Addierer 184 gegeben, der auch auf der Leitung 186 die Sollbeschleunigung x, darstellende Signale erhält, nachdem sie in einer Stufe 188 mit dem Faktor K bewertet wurden.

Die Signale vom Addierer 184 gelangen zu einer Stufe wie beispielsweise den AZD 190, ebenso die .Signale aus einem Differential 192. Das Differential 192 erhält auf der Leitung 194 Signale, die die Sollgeschwindigkeit χ, des Polschuhelements relativ zum Stator darstellen, nachdem sie in der Stufe 196 mit einem Faktor /bewertet wurden. Das Differential 192 erhält weiterhin über die Leitung 200 Signale, die die Istgeschwindigkeit \„ des Polschuhelements darstellen. Alternativ läßt sich auf dem Polschuhclcment ein Akzeleroincter vorsehen, das der Istbeschleunigiing x„ der Polschiihclemcnte entsprechende Signal·: liefert, die dann integriert werden, um der ^geschwindigkeit x„

des Polschuhelementes entsprechende Signale zu erhalten,

Die Signale auf der Leitung 200 lassen sich erzeugen, indem man die Istverschiebung x₍₎des Polschuhelements darstellende Signale auf eine Leitung 202 gib!. Diese Signale werden in der Stufe 204 differenziert, deren Ausgangssignale die Istge-xhwindigkeit x_u des Polschuhelements darstellen, und in einer Stufe 206 mit dem Faktor fo bewertet.

Die an den Synchronmotor 180 in Fig. 11 gelegten Signale lassen sich darstellen als

A (s) = x, (s) + K.v, (S) l· /.ν, - /, x„. (21)

Gl. 21 läßt sich umschreiben zu

A (s) = x, + Kr x, + /s.v, - /;, sx„ . (2Ia)

A(s) = (Ks¹ -I- fs + I) x-, - /;,sx„ . (21 b)

Da nach Gl. 17 A(s) = x„(s) (,_h(s) ist, jilt

- ^(2lci

und somit

x„ (s) _ Ks¹+ fs f I

Das in Fig. 11 gezeigte System läßt sich unter allen Bedingungen, d.h. auch unter äußeren Störungen und bei unvollkommenen Molorelementen — stabil halten. Diese Stabilität wird erreicht durch Rückführung von der Istgeschwindigkeit *„des Polschuheiemente darstellenden Signalen zum Motoreingang. Weiterhin können Signale, die die Sollgeschwindigkeit *, des Polschuhelements darstellen, zusammen mit den die Istgeschwindigkeit X₁, des Polschuhelements darstellenden Signalen auf ein Differential 192 gegeben werden, so daß dessen Ausgangssignale der Differenz zwischen -Soll- und Istgeschwindigkeit entsprechen. Diese Differenzen stellen Fehler dar, d. h. z. B. Schwingungen des Polschuhelements. Die Fehlersignale werden so auf eine Stufe wie z. B. den AZD 190 gegeben, daß sie sich aufheben. Indem man die Fehlersignale auf den AZD 190 gibt, steuert das Differential 192 den von dem AZD gelieferten Leistungswinkel Θ. Auf diese Weise werden in dem System der Fig. Il Schwingungen des Polschuhelements gedämpft

Die Äusführungsform der Fig. 12 entspricht der in Fig. 11 gpzeigten, außer das eine zusätzliche Rückführung für die Verschiebung des Polsr· iiheleir.ents, relativ zum Stator, darstellende Signale λ,, vorgesehen isi. Diese Signale liegen auf der Leitung 202 und laufen zu einem Differential 210 zurück, wo sie mit den Signalen x(s), die die Sollverschiebung des Pulschuhelenients relativ zum Stator verglichen werden. Die Ausgangssignale des Differentials 210 stellen Verschiebungsfehler des Polschuhelements dar. Sie werden in einer Stufe 212 mit dem Faktor K_c bewertet und in einem Addierer 214 mit den Ausgangssignalen des Addierers 184 verknüpft. Die resultierenden Signale gehen dann zur Stufe 190, die ein Addierer oder ein AZD sein kann, wie es zuvor beschrieben wurde.

Die in Fig. 12 am Motor liegende Eingangsgröße A(s)\äüt sich schreiben als

,l(s) = .X₁-(S) + Kx₁(S) + /.X₁-(S) + /„x„ + K₁, x, - A,x„ und umschreiben zu

A (s) = χ, + As²X₁ + /SX₁- - f„sx„ t- A₁, χ, - A₁, x„ .

Nach Umstellung der Terme in Gl. 22 folgt:

,1(S) = (Ks² + fs r A₁. + I)X₁ - (f„s + K_e)x„. DaA(s) = X₀(S)/G„(s) ist (Gleichung 17), folgt

rYr + (f„s + K₁.)x„ = (Kr + fs + K₁, + l)x, .

122)

(22a)

(22b)

Durch Einsetzen des Ausdrucks für Gifs) aus Gleichung 12 ergibt sich

Λ/

und damit

(f„s f K₁. + -J-s¹ + IVv,, = (Ks¹ l· fs + K, + Dx₁

x„ _ Ks² -t- fs l· K, f- I

x, ⁼ A/ ■ ..

,. s- ι- l„s ι Κ, ι I

(22c)

(Ü2.I)

Das in der Fig. 12 ge/eigte· System bietet eine noch bessere Flexibilität gegenüber dem System der Fig. 11. Dies folgt aus der Tatsche. <laö die Gleichung 22d der Gleichung 21c entspricht, außer d.iß im Zähler und Nenner des Ausdrucks tier CiI. ]2 noch der lerin K₁ vorliegt. Indem nun den Term Kj in den Zahler und

Nenner der Gleichung 22d aufnimmt, läßt sich der Wert K_e in geeigneter Weise so auswählen, daU die Istverschiebung x„ des Polschuhelements unter verschiedenen Betriebsbedingungen an die Sollverschiebung x, des Polschuhelements herankommt. Durch Aufnahme des Terms K_e in den Zähler und den Nenner der Gleichung 12 liegt ein weiterer Term vor, dessen Wert sich ho einstellen läßt, daß sich eine stabile Regelschleife ergibt.

Die Fig. 13a bis 13g zeigen eine Reihe von Systemen mit Geschwindigkeitsrückführung, um eine Dämpfung der Bewegung des Polschuhelements zu erreichen. Die in den Fig. 13a bis 13g gezeigten Systeme stellen verschiedene digitale und analoge Anordnungen mit Rückführung der augenblickliche ι Istgeschwindigkeit des Polschuhelements dar. Weiterhin können in den Systemen der Fig. 13a bis 13g Signale, die Funktionen der Soll- und der Istgeschwindigkeit des Polschuhelements sind, auf ein Differential gegeben werden, um einem Addierer 236, der ihnen die Ausgangssignale de: Addierers 230 hin/iisiddtcrt. Die Ausgangssignale de: Addierers 236 werden auf einen Digital-Analog-Resol ver 238 gegeben, der die Digital- zu Analogsignal umsetzt, damit sie auf den Synchronmotor gegeber werden können.

Die in der Fig. 13c gezeigte Ausführungsform zeig ein System, das teils digital, teils analog aufgebaut ist Digitale Signale, die die Zunahmen der Sollverschie bung χ-, und der Sollbeschleunigung V, des Polschuhele ments darstellen, werden auf einen Addierer 24( gegeben, nachdem die x, darstellenden Signale mi einem Faktor k bewertet wurden. Die Aufgangs ;ignal< des Addierers 240 gelangen zu einem Digital-Analog Resolver 242, der sie in die analoge Form umsetzt. Die Analogsignale aus dem Resolver 242 werden sodann au eine Stufe wie z. B. den AZD 244 gegeben, der der Leistungswinkel θ steuert. Diese Signale liegen dann an* Motor und bewirken eine Verschiebung des Polschuh·

iwiiuiicii uicseri i» cicmcni», icimiv lüii'i oiaiur.

Funktionen entsprechen. In den Systemen der Fig. I3a bis 13g lassen sich weiterhin verschiedene Kombinationen der Soliverschiebung, -geschwindigkeit und -beschleunigung auf den Synchronmotor geben, um dessen Leistungswinkel zu steuern. In den Systemen der Fig. 13a bis 13g lassen sich die die Funktionen der Istgeschwindigkeiten des Polschuhelements darstellenden Signale erzeugen, indem man Signale V₀ erzeugt, die die Istbeschleunigung des Polsterelements darstellen, und diese ein- oder zweimal integriert, um Signale zu erhalten, die die Istgeschwindigkeit X₀ bzw. die Istverschiebung Ar„darstellen.

In der in Fig. 13a gezeigten Ausführungsform liegt ein digitales System vor, bei dem Zunahmen einer Sollverschiebung x„ einer Sollbeschleunigung Kx, und einer Sollgeschwindigkeit fx, auf den Synchronmotor und insbesondere dessen Polschuhelement gegeben werden. Die die Zunahmen von ^r, und K>/darstellenden digitalen Signale werden in einem Addierer 220 verknüpft. Die die Zunahme der Sollgeschwindigkeit ft, darstellenden Signale werden in einem Differential 222 mit Signalen verknüpft, die Inkremente der Istgeschwindiekeit f~x~ darstellen: es geben sich Signals Hip Zunahme des Fehlers zwischen der Ist- und der Sollgeschwindigkeit des Polschuhelements darstellen. Diese Fehlersignale werden auf einer Leitung 224 auf einen Addierer 226 gegeben, der sie zum Ausgangssignal des Addierers 220 addiert. Das Ausgangssignal gelangt zu einem Digital-Analog-Resolver 228, dessen Analog-Ausgangssignal auf den Synchronmotor gegeben wird.

In der in F i g. 13b gezeigten Ausführungsform liegen nur Signale vor, die digitale Zunahmen der Sollverschiebung Xi und der Sollbeschleunigung x) des Polschuhelements darstellen. Die die Sollbeschleunigung Jry darstellenden Signale werden mit dem Faktor k bewertet und auf einen Addierer 230 gegeben, der sie zu den Signalen addiert, die Zunahmen der Sollverschiebung x, des Polschuhelements darstellen.

Die die Zunahme der Sollbeschleunigung λϊ darstellenden Signale werden weiterhin auf ein Differential 232 gegeben, das sie mit den Signalen verknüpft, die Zunahme der Istbeschleunigung x₀ des beweglichen Gliedes darstellen. Die Ausgangssignale des Differentials 232 stellen Zunahmen des Fehlers zwischen der Soll- und der Istbeschleunigung des Polschuhelements dar. Diese Fehlersignale integriert eine Stufe 234, und nach einer Bewertung mit dem Faktor /gelangen sie zu Sodann werden vom Polschuhelement her analoge Signale geliefert, die als x„ bezeichnet sind und die Geschwindigkeit des Polschuhelements angeben; diese Signale werden mit dem Faktor f_o bewertet und auf ein

>5 Differential 246 gegeben. Im Differential 246 werden sie mit den Signalen fx, verknüpft, die die Sollgeschwindig keit des Polschuhelements relativ zum Stator darstellen Die Signale aus dem Differential 246 stellen Fehlersignale de;, die den Differenzen zwischen den Soll- und

jn den Istgeschwindigkeiten des Polschuhelements entsprechen. Diese Signale werden auf den AZD 244 gegeben, um einen Teil des vom AZD gelieferten Leistungswinkels zu steuern unci die Bewegung des Polschuhelements zu dämpfen.

ji Das in Fig. 13d gezeigte System stellt eine Abänderung des in Fig. 13c gezeigten dar. In dem in Fig. 13d gezeigten System werden die x) darstellenden Signale auf einen Digital-Analog-Resolver 250 gegeben, der sie in die analoge Form umsetzt; die Analogsignale

An gelangen zu einem Differential 252, wo sie mit analogen Signalen x„ verknüpft werden, die der Beschleunigung des Polschuhelements, relativ zum Stator entsprechen.

Dip Fphlprcianajp Hpc njffprpriiinjc 9?2 '"PrHen in Her

Stufe 254 integriert, deren Ausgangssignale der Differenz zwischen den Ist- und Sollgeschwindigkeiten des Polschuhelements entsprechen. Die Fehlersignale der Stufe 254 werden mit dem Faktor f_o bewertet werden und auf eine Stufe wie z. B. einen AZD 256 gegeben, um den Leistungswinkel zu steuern. Der AZD

5n 256 entspricht dem AZD 244 der F ig. 13c

Die Ausführungsform der Fig. 13e arbeitet ebenfalls teils analog und teils digital. In der in F i g. 13e gezeigten Ausführungsform werden die digitale Signale jr» die die Zunahme der Sollverschiebung des Polschuhelements darstellen, auf einen Digital-Analog-Resolver 260 gegeben, der sie in Analogsignale umwandelt, und gelangen sodann in Analogform auf eine Stufe wie z. B. den AZD 262, um den Leistungswinkel θ zu steuern. Digitale Signale, X, die Zunahme der Sollbeschleunigung des Polschuhelements darstellen, werden in einer Stufe 264 analogisiert und in einem Differential 266 mit Signalen X₀ verglichen, die die Istbeschleunigung des Polschuhelements relativ zum Stator darstellen. Die Ausgangssignale, die den Beschleunigungsfehlern entsprechen, werden in den Geschwindigkeitsfehlern entsprechende Signale umgesetzt, und über einen Addierer 268 auf den PAR 262 gegeben, wie es für die Ausführungsform der F i g. 13d erläutert wurde. Die die

2]

Istbeschleunigung darstellenden Signale werden mit dem faktor k bewertet und über den Addierer 268 auf den AZD 262 gegeben.

Das in Fig. I3f gezeigte System stellt ein vollständig analog arbeitendes System dar. In diesem System werden die Sollverschiebungssignale x, direkt auf eine Stufe wie den AZD 270 gegeben, um den Leistungswinkel θ zu erzeugen. Entsprechend werden die Analogsignale, Jie die Sollbeschleunigung Jr; des Polschuhelements darstellen, direkt auf ein Differential 274 gegeben, mit dem Faktor k bewertet und gelangen zu einem Addierer 276. Die Ausgangssignale des Difitrentials 274 werden auch integriert und dann auf den Addierer 276 .gigeben. In jeder anderen Hinsicht ist das System der Fig. 13f mit dem System der Fig. I3e im wesentlichen identisch.

Die Ausführungsform der Fig. 13g arbeitet ebenfalls vollständig analog. In dieser Ausfiihmngsform werden Analogsignale, die die Sollverschiebung x,des Polschuhein Differential 322. dessen Ausgangssignal um den Faktor k bewertet wird und sodann auf ein Tor 323. Die durch das Tor 323 laufenden Signale erreichen einen Kondensator 324 und laden diesen. Am Kondensator 324 liegt dann ein Analogsignal, das eine Vorspannung für die durch ein Differential 326 laufenden Signale darstellt. Diese Signale erzeugt ein vom Polschuhelement 330 getragenes Akzelerometer 328, um die Beschleunigung des Polschuhelements relativ zum Stator in A"-Richtung zu erfassen. Die vom Kondensator 324 im Differential 326 erzeugte Vorspannung gleicht Offset-Fehler aus, die in den vom Akzelerometer 328 gelieferten Signalen vorliegen können, wenn der Stator nicht genau waagerecht liegt.

Die Ausgangssignale des Akzelerometers 328 werden in der Stufe 332 mit dem Faktor k bewertet und gelangen dann zum Differential 326, das die Vorkomponente der Akzelerometersignale durch Subtraktion heraushebt; dies ist die Aufgabe der am Kondensator

AZD gegeben, um den Leistungswinkel θ zu steuern. Die die Sollgeschwindigkeit x, des Polschuhelements darstellenden Signale werden mit dem Faktor f bewertet und auf ein Differential 282 gegeben, das sie mit Analogsignalen vergleicht, die — nach einer Bewertung mit dem Faktor f„ — der Istgeschwindigkeit x„ des Polschuhelements, entsprechen. Die vom Differential 282 erzeugten Fehlersignale gelangen zu einem Addierer 284, der sie zu den Signalen addiert, die der Sollbeschleunigung Jr', des Polschuhelements, bewertet um einen Faktor k, entsprechen. Die Ausgangssignale des /Jdierers 284 gelangen sodann zum PAR 280, wo sie den Leistungswinkel steuern.

Die Fig. 14 zeigt ein System zur Steuerung des Polschuhelementes, relativ zu einem Stator, entlang eines Paares von Koordinatenachsen, z. B. die X- und die V-Achse. Das System der F i g. 14 dämpft auch eine Drehung des Polschuhelements relativ zum Stator um eine Achse, die zu der von der X- und der V- Achse aufgespannten Ebene im wesentlichen senkrecht liegt. In dem System der Fig. 14 liegen auf den Leitungen 300 und 302 zwei digitale Signale, die die positiven oder negativen Zunahmen der Sollverschiehiing *. des Polschuhelements darstellen.

Diese Signale werden vom Digital-Analog-Resolver 304 in Analogsignale umgesetzt, die der Sollverschiebung des Polschuhelements entlang der Achse X entsprechen. Die vom Resolver 304 gelieferten Signale stehen untereinander in bestimmter Phasenbeziehung — z. B. können sie Sin- und Cos-Signale sein. Diese Signale werden sodann auf ein Paar PARs 306, 308 gegeben.

Digitale Signale, die Zunahmen der Sollbeschleunigung X, des Polschuhelements entlang der Λ-Achse darstellen, liegen auf einer Leitung 310 und werden durch einen Digital-Analog-Konverter 312 in Analogsignale umgesetzt Die Ausgangssignale des Konverters 312 können in einer Stufe 314 integriert werden, deren Ausgangssignale dann der Sollgeschwindigkeit x, des Polschuhelementes in Jf-Richtung entsprechen. Alternativ können Signale, die Inkremente der Sollgeschwindigkeit darstellen, auf der Leitung 316 vorliegen und durch einen Konverter 318 analogisiert werden. Die Ausgangssignale des Konverters 318 oder des Integrators 314 werden auf einen Addierer 320 gegeben, der sie zu den Ausgangssignalen des Konverters 312 addiert, die die Sollbeschleunigung darstellen.

Die Ausgangssignale des Addierers 320 gelangen auf ιιαιιι ucin l/uiwniauicii uca

j*t ncgciiucii o^aiiiig

Differentials 326 werden die Signale in der Stufe 334 integriert und auf ein Differential 322 gegeben, um die Amplitude der das Differential durchlaufenden Signale zu steuern. Die Ausgangssignale des Differentials 322 werden auf einen Addierer 336 und ein Differential 338 gegeben.

Die für die V-Achse vorgesehenen Stufen entsprechen denen für die -Y-Achsen. Unter diesen Stufen befindet sich ein Paar von AZD's 340 und 342, die den PARs 306 und 308 entsprechen. Die Ausgangssignale der AZD's 340 und 342 werden über Treiberstufen auf die Wicklungen der Antriebsvorrichtungen 341 und 343 gegeben, die den Antriebsvorrichtungen 20 und 22 der Fig.2 entsprechen. Diese Antriebsvorrichtungen 341 und 343 bewirken die Bewegung des Polschuhelements relativ zum Stator in V-Richtung. Unter den Stufen für die V-Richtung befindet sich weiterhin ein Addierer 344 und ein Differential 346, die dem Addierer 336 und dem Differential 338 für die ^-Richtung entsprechen.

Weiterhin ist an gegenüberliegenden Enden des Kopfes 330 ein Paar Akzelerometer 348 und 350 vorgesehen, die die Beschleunigung des Polschuhelemcnlc 711m Stator in V-Rirhtnnir prfa«en. Wie einzusehen ist, haben die Ausgangssignale der Akzelerometer 348 und 350 gleiche Amplituden, wenn die gegenüberliegenden Enden des Kopfes 330 der gleichen Beschleunigung in V-Richtung ausgesetzt sind. Wenn jedoch das Polschuhelement 330 sich relativ zum Stator um eine Achse drehen will, die zu der von der X- und der V-Achse aufgespannten Ebene im wesentlichen senkrecht verläuft, liefert das Akzelerometer 348 ein anderes Signal als das Akzelerometer 350. Die Differenz zwischen den von den Akzelerometern 348 und 350 gelieferten Signalen stellt die Drehbeschleunigung des Poischuhelements relativ zum Stator um eine Achse dar, die zu der von der X- und der V-Achse aufgespannten Ebene im wesentlichen senkrecht steht

Die Ausgangssignale der Akzelerometer 348 und 350 werden jeweils mit dem Faktor k bewertet und auf einen Addierer 352 gegeben, der sie addiert; sein Ausgangssignal entspricht dem Mittelwert der Ausgangssignale der Akzelerometer 348 und 350 und der Beschleunigung des Polschuhelementes relativ zum Stator in V-Richtung. Die Ausgangssignale des Addierers 352 laufen zu einem Differential 354, das dem Differential 326 für die Ä"-Richtung entspricht Weiterhin erhält das Differential 354 Signale aus einer Offset-Korrekturschleife, die der Korrekturschleife aus dem Tor 323, dem Kondensator

324 und dem Differential 326 für die X-Richtung entspricht.

Die Offset-Korrekturschleife für die K-, X- und Drehachse enthält ein Tor 356, das Signale aus einem invertierenden Verstärker 350 erhält. Der Inverter 358 erhält seinerseits aus dem Computer ein logisches Signal mit niedriger Amplitude, das die stationäre Lage des Polschuhelements relativ zum Stator bewirkt und auf eine hon? Amplitude springt, wenn der Befehl zur Bewegung des Polschuhelementes erteilt wird. Da diese Signale vom Verstärker 358 invertiert werden, schließt das Tor 356 und läßt nur dann Signale hindurch, wenn der Computer befiehlt, das Polschuhelement festzuhalten. Wenn das Tor 356 schließt, läuft aus dem Differential 360 ein Signal durch das Tor, das die Schwerkraftkomponente und andere Beschleunigungsfehler darstellt, und lädt den Kondensator 361.

Auf diese Weise erzeugt die Offset-Korrekturschleife bei jeder Bewegung des Polschuhelements relativ zur Platte ein .Signal mit einem konstanten Term, der der Spannung entspricht, die die Schleife beim letzten Stillstand des Polschuhelements erzeugte, indem man eine Offset-Korrekturschleife zur Erzeugung einer Vorspannung für das Differential 354 vorsieht, geben die dieses durchlaufenden Signale nur die tatsächliche Beschleunigung des Polschuhelements relativ zum Stator wieder. Auf diese Weise werden Fehler eliminiert, die eine nicht horizontale Ausrichtung des Stators verursacht.

Die Signale der Akzelerometer 348 und 350 werden weiterhin auf ein Differential 362 gegeben, das die Differenz zwischen den Amplituden der beiden Beschleunigungssignale hindurchläßt. Diese Amplitudendifferenz stellt diejenige Komponente der Beschleunigung dar, die sich aus der Drehung des Polschuhelementes relativ zum Stator um eine Achse ergibt, die im wesentlichen senkrecht zu der von der X- und der K-Achse aufgespannten Ebene verläuft. Das Ausgangssignal des Differentials 362 geht an eine Offset-Korrekturschleife 364, die auf ähnliche Weise, wie es oben erläutert wurde, Fehler kompensiert, die eine nicht horizontale Ausrichtung des Stators verursacht.

r-v: - !.:_.. j ... i^/-»rr . \r ■ . ιιτ ■**· 4

l>ll· I C3UIUCI CIIUCIl, UIC \_MI 3C I" fVWl I CtV IU I 3Cl IICII C -ΙΟΤ

durchlaufenden Akzelerometersignale werden bei 366 integriert; es ergeben sich Signale, die der Drehgeschwindigkeit des Polschuhelements relativ zum Stator um eine Achse entsprechen, die zu der von der X- und der K-Achse aufgespannten Ebene im wesentlichen senkrecht liegt. Die Signale aus dem Integrator 366 gehen an einen Addierer 336 und das Differential 338. Die Ausgangssignale des Integrators 366 werden im Addierer 336 zu den Ausgangssignalen des Differentials 322 addiert und im Differential 338 von den Ausgangssignalen des Differentials 322 subtrahiert.

Sodann werden die Ausgangssignale des Addierers 336 an den AZD 306 gelegt, um den von diesem erzeugten Leistungswinkel θ zu steuern; entsprechend laufen die Ausgangssignale des Differentials 338 zum AZD 308, um den von diesem erzeugten Leistungswinkel zu steuern.

Auf diese Weise werden die Leistungswinkel der von den AZD's 306,308 erzeugten Signale so gesteuert, daß eine Drehung des Polschuhelements relativ zum Stator um eine Achse, die im wesentlichen senkrecht zu der von der X- und der K-Achse aufgespannten Ebene liegt, unterbunden wird. Eine entsprechende Steuerung ist für die Leistungswinkel der Ausgangssignale der AZD's 340 und 342 für die K-Achse vorgesehen, um eine Drehung des Polschuhelemcnts relativ /um Stator um die im wesentlichen --enkrechi zu der von der X- und der K-Achse aufgespannten Ebene liegende Achse weiter zu verhindern.

Die Fig. 15 zeigt ein Dämpfungssystem mit einem Induktionstachogenerator zur Verbesserung der Steuerung der Verschiebung des Polschuhelements, relativ zum Stator durch Dämpfung der Bewegung des Polschuhelements in X- und K-Richtung und durch Unterbinden einer Drehung des Polschuhelements um eine senkrecht zu der von der X- und der K-Achse aufgespannten Ebene senkrechten Achse. Das in Fig. 15 gezeigte System weist Digital-Analog-Resolver 400 und 402 auf, die die digitalen Signale, die die Zunahme der Sollverschiebung des Polschuhelements relativ zum Stator in X- und K-Richtung darstellen, in analoge Signale umwandeln, die ebenfalls diese Verschiebung enilang der X- und der K-Achse darstellen. Das in Fig. 15 gezeigte System enthält weiterhin einen Addierer 404, der dem Addierer 320 in Fig. 14 entspricht und Signale erzeugt, die die Sollgeschwindigkeit x, in X-Richtung und die Sollbeschleunigung X₁ in X-Richtung darstellen. Das System enthält weiterhin einen Addierer 406, dessen Ausgangssignale die Sollgeschwindigkeit y, in K-Richtung und die Sollbeschleunigung y, in K-Richtung darstellen.

Die Signale aus dem Resolver 400 werden auf die AZD's 408 und 410 gegeben, die den steuerbaren Leistungswinkel θ für die Steuerung der auf die Antriebsglieder 412 und 414 angebrachten Kräfte zur Bewegung des Kopfes relativ zum Stator in X-Richtung liefern. In gleicher Weise werden die Ausgangssignale des Resolvers 402 auf die AZD's 416 und 418 gegeben, die den steuerbaren Leistungswinkel zur Steuerung der auf die Antriebsglieder 419 und 420 zwecks Bewegung des Polschuhelements relativ zum Stator in K-Richtung aufgebrachten Kräfte liefern.

Die Geschwindigkeit des Polschuhelements relativ zum Stator in K-Richtung wird von den Induktionstachogeneratoren 422 und 424 erfaßt. Der Aufbau der Induktionsiachogeneratoren 422 und 424 ist in Fig. 16 gezeigt und wird unten im Detail erläutert.

r->:- Λ : 1_ J -T-.-U npn.ntnrr AtI Uor.r.

phasenversetzt sein und folgenden Beziehungen folgen:

= E„ ■ cos

C_n = £„ · sin

dy„
dt

d.K,
di

(23 a)

mit

e.» = erstes Signal aus dem Tachogenerator 422,
es = zweites Signal aus dem Tachogenerator,
" ρ = Teilung der Zähne in dem Stator

y„ = Verschiebung des Polschuhelements relativ zum Stator in K-Richtung und

Eo = maximale Ausgangsspannung des Tachogenerators.

Die Ausgangssignale des Tachogenerators 422 laufen zu einer Einheit 430, in der die trigonometrischen Funktionen von den Spannungen e^ und ee der Gleichung 23 eliminiert werden. Diese Eliminierung dei ,ι trigonometrischen Funktionen ist wesentlich, um eine Spannung zu erhalten, die ausschließlich geschwindigkeitsproportional ist. Der Aufbau und die Funktion dieser Einheit 430, die im folgenden als »ΤΕΤ«

bezeichnet wird, sind weiter unten im Zusammenhang mit der Ausfiihrungsform der Fig. 17 im Detail erläutert. Der TET 430 eliminiert die trigonometrischen Funktionen, indem er die Signale des Tachogenerators mit den Ausgangssignalen des Resolvers 402 verknüpft, die die Sollverschiebung y, darstellen. Entsprechend eliminiert ein TET 432 die trigonometrischen Funktionen aus den Ausgangssignalen des Tachogenerators 424.

Die Ausgangssignale des TETs 430 und 432 werden in einem Addierer 434 addiert, um Signale zu erzeugen, die die Geschwindigkeit des Polschuhelements relativ zum Stator in V-Richtung darstellen. Diese Signale werden in einem Kompensationsnetzwerk 436 zur Verbesserung der Stabilität weiterverarbeitet. Die resultierenden Signale gehen an ein Differential 438, das Signale durchläßt, die dem Fehler zwischen der Soll- und der Istgeschwindigkeit des Polschuhelementes relativ zum Staior in V-Richtung entsprechen. Die Ausgangssignale des Differentials 438 laufen dann zu einem Addierer 440 und einem Differential 442.

Die Ausgangssignale der TETs 430 und 432 gehen weiterhin auf ein Differential 444, dessen Ausgangssignale die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der TETs darstellen. Diese Differenzsignale entsprechen der Drehgeschwindigkeit des Polschuhelements relativ zum Stator um eine Achse, die im wesentlichen senkrecht zu der von der X- und der V-Achse aufgespannten Ebene liegt. Diese Differenzsignale werden kompensiert, um die Stabilität der Steuerung zu /erbessern, und auf den Addierer 440 und das Differential 442 gegeben. Auf diese Weise werden die die Drehgeschwindigkeit des Polschuhelements darstellenden Signale im Addierer 440 zu den Signalen addiert, die den Geschwindigkeitsfehler des Polschuhelements relativ zum Stator in V-Richtung darstellen, und im Differential 442 von den Signalen subtrahiert, die den Geschwindigkeitsfehler des Polschuhelements relativ zum Stator in V-Richtung darstellen.

Die Ausgangssignale des Addierers 440 und des Differentials 442 werden auf den AZD 416 bzw. den AZD 418 gegeben. Diese Signale stellen Korrektursinniiltt A*\r A\t* rVpeKcnkitiinmintran Aoe Pnlc^hnhetomenlc

relativ zum Stator um die Achse dämpfen, die im wesentlichen senkrecht zu der von der X- und der K-Achse aufgespannten Ebene liegt. Weiterhin liefern ein Addierer 456 und ein Differential 448 Signale an die AZD's 408 und 410 für die X-Achse, um die Drehung des Polschuhelementes relativ zum Stator um eine Achse, die senkrecht zu der von der X- und der V-Achse aufgespannten Ebene liegt, weiter zu verhindern.

Die Fig. 16 zeigt eine Ausführungsform der in den Fig. 15 enthaltenen Induktionstachogeneratoren 422 und 424. In der in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform weist der Stator 12 Nuten 16 und Zähne 18 auf, wie es in der F i g. 4 gezeigt ist Der Tachogenerator hat ein Paar Magneten 480 und 482, die von einem Permanentmagneten 484 überbrückt werden. Der Magnet 480 ist mit einem Paar von Zähnen 486 und 488 versehen, deren Abstand p(n±l/2) beträgt. Entsprechend weist der Magnet 482 ein Paar Zähne 490 und 492 auf, mit einem Abstand von p(n± 1/2). Der Abstand der Zähne auf dem Magnet 480 und der Zähne auf dem Magnet 482 läßt sich ausdrucken als p(n± 1/4).

Auf den Zähnen 486 und 488 sind die Wicklungen 493 bzw. 494 aufgebracht und differentieli in Reihe geschaltet, um die Spannung e^ der Gleichung 23 zu erzeugen. Entsprechend tragen die Zähne 490 und 492

die Wicklungen 495 und 496, die, differentieli in Rei.ie geschaltet, die Spannung e» der Gleichung 23a erzeugen. Die Spannungen e.\ und en werden in dem Polschuhelement induziert, wenn sich das Polschuhelement in X-Richtung über den Stator bewegt. Die Spannung e.t läßt sich ausdrucken als

■, = /·,'„ · cos

2.7 y„ dr..
/; ut

mit

£",, = Spitzenwert der in den Wicklungen 493 und 494 induzierten Spannung.

Entsprechend läßt sich die Spannung e» ausdrücken

ι'« = /·-'„ · sin

V„ d V₁,

Eine Ausführungsform des TETs ist in Fig. 17 gezeigt. Wie bereits im Zusammenhang mit dem System der Fig. 15 erläutert, erzeugen Tachogeneratoren wie die der Bezugszeichen 422 und 424 ein Paar Signale die sich als

und

E„ ■ cos

t", ■ sin

2.7 V, dy„

/) dl

d/

darstellen lassen. Die vom Resolver 402 gelieferten Signale lassen sich darstellen als

und

mit

E— const.

f.. . 2.7 V₁-" j

h ■ sin

L pJ

Die cos-Signale aus dem Tachogenerator — bspw. 422 — und dem Resolver auf einen Multiplikator 502. Die Ausgangssignale der Multiplikatoren 500 und 502 addiert ein Addierer 504, dessen Ausgangssignal das Ausgangssignal des TETs darstellt. Die Multiplikatoren 500 und 502 und der Addierer 504 bilden einen TET, wie z. B. den TET 430 der F i g. 15.

Die Funktionen des TETs 430 ergibt sich aus der folgenden mathematischen Analyse. Der Multiplikator 500 liefert Signale folgender Form:

_ _ dv„ /
£„£--· (c

2.
cos -

Entsprechend liefert der Multiplikator 502 Signale F

_b5 der Form

_ _ dv„ / . 2.-T ν,Λ / . 2.7 V₁A

£,.£ -^- ■ ( sin — )(sin — j. |24a)

Jf V P J \ P J

>', läßt sich jedoch ausdrücken als

(25)

mit

P P

Entsprechend InBt sich das Ausgangssignal des Addierers 504 ausdrücken als

κ = Differenz zwischen der Soll- und der Istverschiebung des Polschuhelements relativ zum Stator ir V-Richtung.

T, »

dt

\ ρ

dt

\ P

(26)

T_e = Ausgangssignal des Addierers 504.

Nach einer bekannten trigonometrischen Beziehung gilt:

cos A ■ cos, B + sin A ■ sin B = cos (A — B). (27)

Betrachtet man A als 2 jrjOund SaIs(JO+«) 2 iz, folgt ».-Ty. /2:ty. YI

p Vp /J

Damit folgt

(28)

(28 a)

da cos « «1, wenn man α klein hält. Entsprechend liefert der TET 430 ein Ausgangssignal, aus dem die trigonometrischen Funktionen von y_o eliminiert sind.

Die Fig. 18 zeigt ein System, mit verbesserter Leistung durch Rückführung digitaler Signale, die Zunahme der Istgeschwindigkeit des Polschuhelements relativ zum Stator darstellen. Das System kompensiert gleichfalls die Schwierigkeiten, die bei einer nich (horizontalen Ausrichtung des Stators auftreten können. Das System liefert digitale Signale, die den Zunahmen der Sollverschiebung, -geschwindigkeit und -beschleunigung des Polschuhelements relativ zum Stator entsprechen. Diese Signale lassen sich als *,+ /*,+λλ', far die A"-Richtung; darstellen und werden auf die Kornparatoren 520 und 522 gegeben. Der Komparator 520 läßt Signale durch, die den positiven Zunahmen ents prechen, der Komparator 522 Signale, die den negativen Zunahmen entsprechen. Die Signale der Komparatoren 520 und 52!2 werden durch einen Resolver 524 in Analogsignfile umgesetzt, der durch Zählung der Eingangsimpulse eine Integration vollzieht. Ein Teil des Ausgangssißnals des Resolvers 524 wird auf ein Polschuhelement 526 gegeben.

Mit dem Polschuhelement bewegt sich ein Analog-Akzeleromcter 528, das die Beschleunigung des Polschuhelementes in A"-Richtung erfaßt. Diese Signale werden in einer Stufe 530 kompensiert, in einer Stufe 532 mit dem Faktor k bewertet und auf einen Komparator 534 gegeben. Das Tor 534 liegt in einer Offset-Kortekturschleife 536, den Toren 540,542, einem Zähler 544 und einem Spannungsumsetznetzwerk 546.

Der Komparator 534 erhält vom Netzwerk 546 ein Signal, das einen Vorspannungspegcl im Komparator erzeugt, um den Durchgang der Signale durch diesen zu steuern. Die durch den Komparator laufenden Signale werden durch den Generator 538 von analogen in digitale mit einer Impulsfrequenz umgewandelt, die der Amplitude der Analogspannung proportional ist. Diese Signale laufen nur dann durch die Tore 540,542, wenn das Polschuhelement 526 sich nicht bewegt. Dies ergibt

2i) sich daraus, daß die Tore 540 und 542 auch über Inverterverstärker 548 und 550 durch Computersignale angesteuert werden, die die Bewegung des Polschuhelements bewirken. Diese logischen Signale haben eine hohe Amplitude, wenn das Polschuhelement sich bewegen soll, um eine niedrige Amplitude, wenn das Polschuhelement stillstehen soll.

Da die Tore 540 und 542 nur dann Signale durchlassen, wenn das Polschuhelement stillsteht, stellen die durch die Tor? laufenden Signale Fehler dar, die sich

»ι aus der Abweichung des Stators von der Horizontalen ergeben. Die durch die Tore 540 und 542 gelassenen Impulse werden vom Zähler 544 gezählt und in eine Analogspannung umgesetzt, die von der Stufe 546 zu einem Bezugs- oder Vorspannungssignal verwandelt wird. Dieser Bezugspegel wird während der Bewegung des Polschuhelementes im Netzwerk 546 aufrechterhalten. Diese Spannung wird auf das Differential 534 gegeben, um während der Bewegung des Polschuhelementes bis zu dem Zeitpunkt, wenn das Polschuhele- ment wieder stillsteht, einen Bezugs- oder Vorwert darzustellen. Durch das Vorsehen eines solchen Bezugsoder Vorwertes im Differential 534 entsprechen die vom Akzelerometer 528 durch das Differential laufenden Signale nur der Beschleunigung des Polschuhele- 5 ments relativ zum Stator in /Y-Richtung.

Während der Bewegung des Polschuhelements durchlaufen diejenigen digitalen Signale die der Generator 538 als lnkremente der Beschleunigung des Polschuhelements relativ zum Stator in X-Richtung liefert, die Tore 552 und 554, da diese vom Rechner mit Befehlssignalen angesteuert werden, die die Bewegung des Polschuhelements bewirken. Die durch die Tore 552 und 554 laufenden Signale werden an die Komparatoren 520 und 522 gelegt Die den positiven tnkrementen entsprechenden Ausgangssignale des Tores 554 liegen am Komparator 522 und werden dort mit Signalen verknüpft, die negative lnkremente der Sollverschiebung χ/, -geschwindigkeit *,■ und 'beschleunigung Jf, des Polschuhelementes darstellen. Entsprechend werden die

bo negativen lnkremente darstellenden Ausgangssignale des Tors 332 im Komparator 320 mit den Signalen verknüpft, die die positiven lnkremente der Sollverschiebung x„ -geschwindigkeit j, und -beschleunigung Jr! des Polschuhelements darstellen. Auf diese Weise

hi entsprechen die an den Resolver 524 gegebenen Signale lediglich der Differenz zwischen der Soll- und der Istgeschwindigkeit des Polschuhelements relativ zum Stator in A"-Richtung.

Die Fig. 19 zeigt eine Anordnung, die sich anstelle der in den F i g. 6 und 7 gezeigten Systeme verwenden läßt, um unter Verwendung eines Drehresolvers einen steuerbaren Leistungswinkel zu erzeugen. Der Resolver weist ein Paar Wicklungen 560 und 562 auf, die untereinander in einer bestimmten Phasenbeziehung — z. B. 90° Phasenunterschied — stehen. Die Wicklungen 560 und 562 befinden sich auf einem feststehenden Glied, wie beispielsweise einem Ständer. Ein Anschluß der Wicklungen 560 und 562 liegt jeweils an einem Bezugspotential, z. B. dem Massepotential. Der andere Anschluß der Wicklungen 560 und 562 nimmt Signale der Form (P · cos ß) bzw. (P - sin ß) auf.

Im Ständer ist eine Welle 564 angeordnet; ihre Achse entspricht der Ständerachse. Die Welle 564 trägt ein Paar magnetoresistiver bzw. Hall-Effekt-Vorrichtungen 566 und 568, die untereinander in bestimmter Phasenbeziehung — z. B. 90° Phasenverschiebung — stehen. Ein Anschluß der Wicklungen 566 und 568 liegt jeweils auf einem Bezugspotential, z.B. Masse, der andere Anschluß der Wicklungen 566 und 568 an Anschlußklemmen, an denen die Ausgangsspannung ansteht

Die Welle 564 wird um einen Winkel δ (Fig.7a) gegenüber dem Ständer gedreht Da der Ständer Signale mit einem Winkelversatz von β (in Zeigerform) aufnimmt ist der Winkelversatz dtr vom Rotor gelieferten Signale (β+ό). Die Beziehung zwischen den Winkeln β und δ zur Erzielung des Leistungswinkels θ ist aus F i g. 7a ersichtlich.

F i g. 20 zeigt eine Einrichtung, die in einer vorgegebenen Modulatoreinrichtung ein vollständiges Beschleunigungserfassungs- und Integrationssystem und eine Dämpfungsschleife für den Synchronmotor zusammenftät In der in Fig.20 gezeigten Ausführungsform liegen auf einem Leistungspaar 570,572 Signale, die eine erste trigonometrische Funktion darstellen — z. B. cos (2 η x/p). Wie einzusehen ist, stellen diese Signale eine trigonometrische Funktion der Sollverschiebung des Polschuhelements relativ zum Stator in A'-Richtung dar. Entsprechend liegen auf dem Leitungspaar 574 und 576 Signale der trigonometrischen Funktion sin (2 η x/p\

Die Signale der Leitungen 570, 572 liegen an den Endpunkten eines Potentiometers 578, dessen einer Abgriff an einem Bezugspotential, z. B. Masse, liegt. Entsprechend sind die Signale der Leitungen 574 und 576 an die Endanschlüsse eines Potentiometers 580 gelegt, dessen einer Abgriff ebenfalls an einem

Bezugspotential — z. B, Masse — liegt

Die Potentiometer 578 und 580 weisen bewegliche Arme auf, die über ein Gestänge 582 mit einer Welle 584 verbunden sind. Ein Ende einer Spannfeder 586 ist mit der Welle 584 und das andere Ende an einem festen Bauteil, z. B. einem Gehäuse 588, befestigt Weiterhin ist auch der Rotor 590 einer Bremsvorrichtung 592 mit der Welle 584 gekoppelt und dreht sich mit dieser. Weiterhin trägt die Welle 584 einem Arm 594, an dessen

ι ο freiem Ende sich ein Gewicht 596 befindet Der Arm 594 wird normalerweise durch eine Feder 598 zentriert, deren eines Ende am Arm 594 und deren anderes Ende am Gehäuse 588 befestigt ist

Das Signal auf dem beweglichen Arm des Widerstan-

r. des 578 wird auf einem Summierer 600 gegeben, ebenso wie das Signal auf der Leitung 574. Entsprechend liegt das Signal des beweglichen Armes des Potentiometers 580 am Summierer 602, der es zu dem Signal de. Leitung 570 addiert Die Ausgangssignale der Summierer 600

2(i und 602 werden über Leistungsverstärker 604, 606 auf das Polschuhelement gegeben, um diesen mit einem steuerbaren Leistungswinkel zu beaufschlagen und so die Bewegung des Polschuhelements in ^-Richtung zu steuern.

Jede Beschleunigung des Polschuhelements relativ zum Stator in ^-Richtung resultiert in einer entsprechenden Beschleunigung der Masse 596, die dadurch mit dem Arm 594 zusammen ausschwingt und die Welle 584 dreht. Die Winkelbeschleunigung wird von der Dreh-

i(i bremse 592 kontrolliert, die die Beschleunigung in eine

Geschwindigkeit entsprechend der Winkelverschiebung

der Welle 584 und der beweglichen Arme der

Potentiometer 578 und 580 umsetzt Die Kombination der cos-Signale vom Anschluß 570,

α Addierer 602 und Potentiometer und der sin-Signale vom Anschluß 574, Addierer 600 und Potentiometer 578 stellen einen AZD dar, der den Eingangszeiger des Motors verschiebt, um der. Leistungswinkel proportional zur Drehauslenkung der Welle 589 und damit die Geschwindigkeit des Polschuhelements in Λ-Richtung zu steuern. Hieraus ergibt sich der gewünschte Geschwindigkeitsterm, der die Bewegung des Polschuhelements entlang der X-Achse dämpft

Die Masse 596 läßt sich durch die Feder 598 in der

Ruhelage zentrieren. Diese Feder 598 ist jedoch, wie einzusehen ist, nicht unbedingt erforderlich. Die Spannfeder 586 ist vorgesehen, um eine Abweichung des Stators von der Horizontalen auszugleichen.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung der Lage einer magnetischen Positioniereinrichtung, die als Syn- ϊ chronmotor arbeitet, mit einem Stator mit einem Raster magnetischer Zähne und einem dazu relativ beweglichen Polschuhelement, das Sätze von Polschuhen mit Erregerwicklungen aufweist, mit Steuerschaltungen für die gewünschte Verschiebung ι ο und/oder die gewünschte Geschwindigkeit und/oder die gewünschte Beschleunigung des Polschuhelements relativ zum Stator und mit Phasenverschiebungsschaltungen für mindestens zwei phasenverschobene Erregerwechselströme des Polschuhele- i: ments, gekennzeichnet durch Detektoren für die Istverschiebung und/oder die Istgeschwindigkeit und/oder die Istbeschleunigung des Polschuhelements (28 bis 34) in jedem Augenblick und durch Komparaioren zum Vergleichen der gewünschten m Verschiebung mit der Istverschiebung und/oder der gewünschten Geschwindigkeit mit der Istgeschwindigkeit und/oder der gewünschten Beschleunigung mit der Istbeschleunigung (Fig.7), wobei die Differenz der Ausgangssignale zu den Phasenver- r, Schiebungsschaltungen zur Steuerung der Phasenverschiebungen der Erregersignale in jedem Augenblick zur Minimalisierung der Differenzsignale rückgekoppelt werden und durch eine Dämpfungsschaltung (Fig. 15), die mit den Phasenverschie- «ι bungsschal'.ungen zur Dämpfung jeder Drehung des Polschuhelements relativ zum Stator (12) um eine Achse senkrecht zu ietztere-:«i verbunden ist, einen Funktionsgeber (Fig. ί5, 18) für eine Drehbewegung des Polschuhelements ι jfweist sowie durch π cine Lagenanzeigeeinrichtung und durch ein Rückkopplungselement (28 bis 34) als endgültiges Steuerelement zur Dämpfung jeder Drehung des Polschuhelements (28 bis 34) gesteuert wird, wobei das Rückkopplungselement mit dem Funktionsgeber -to (Fig. 15,18)verbunden ist.

2. Anordnung zur Steuerung der Lage nach Anspruch I, gekennzeichnet durch ein Zweifachdiffercnzierglied (S²) oder einen Beschleunigungsmesser das bzw. der mit dem beweglichen -r> Polschuhelement verbunden ist und die Istbeschleunigung fXJdes Polschuhelements relativ zum Stator feststellt.

3. Anordnung zur Steuerung der Lage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Integra- > <> tionsstufe für die Istgeschwindigkeit (X,,) des Polschuhelements, die dem Zweifachdifferenzierglied (204) oder dem Beschleunigungsmesser (Fig. 11,12,13a, 13b, 13c) folgt.

4. Anordnung zum Steuern der Lage nach v, Anspruch 1 mit einem Meßwertwandler für eine Funktion einer gewünschten Verschiebung und mit einem Meßwertumformer für die gewünschte Geschwindigkeit des Polschuhelements relativ zum Stator, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenver- mi schiebungsschaitung (190) zum Meßwertumformer für die Verschiebung geschaltet ist, daß ein Verschiebungskomparator (210) in einer Rückkopplungsschleife zu dem Meßwertumformer für die Verschiebung (182, 184, 186, 188) und zu einer h\ Lageanzeigeeinrichtung (202) des Polschuhelemen'.s geschaltet ist, und daß eine Differenziereinrichtung zu der I.ageanzeigeeinrichtung (202) geschaltet ist, wobei der Ausgang der Differenziereinrichtung zu einem Geschwindigkeitskomparator (102) (Fig. 12) geschaltet ist

5. Anordnung zur Steuerung der Lage nach Anspruch 1 für eine Positioniereinrichtung in Form eines zweiachsigen Linearmotörs, dessen Polschuhelement zueinander vertikal angeordnete Sätze von Polschuhe aufweist und der Phasenvcrschiebungsschaltungen für vier Erregerwechselströrwe besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Rückkopplung der Differenzsignale der Verschiebung, der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung für eine Bewegung entlang jeder der beiden Achsen vorgesehen ist.