DE2264323A1

DE2264323A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur steuerung der bremsung eines antriebs

Info

Publication number: DE2264323A1
Application number: DE2264323A
Authority: DE
Inventors: Alfons Rickert
Original assignee: Nixdorf Computer AG
Current assignee: Nixdorf Computer AG
Priority date: 1972-12-30
Filing date: 1972-12-30
Publication date: 1974-07-18
Also published as: JPS5343630B2; JPS505781A; DE2264323B2; DE2264323C3; US3893695A

Description

DIPLOM-INGBNIKUH

KAHL-HEINZ SCIIAUMBUHG

Nixdorf Computer AG

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4790 Paderborn . .„ „„ 21. DE11972

Pontanusstr. 55

1N5 1972 D

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Steuerung der Bremsung eines Antriebs ·

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Bremsung eines Antriebs zur Verzögerung der Bewegung einer Last auf einem vorbestimmten Weg bis in eine Ziel· position, bei dem mittels eines von gleichmäßig beabstandeten Wegmarken abgeleiteten Taktes eine dem jeweils verbleibenden Restweg analoge Größe zur Steuerung des Bremsvorganges abgeleitet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Eine Steuerung der Bremsung von Antrieben, durch die die Bewegung einer Last auf einem vorbestimmten Weg bis in den Ruhezustand verzögert wird, erfolgt beispielsweise zum Zwecke der genauen Beförderung von magnetischen oder optischen Leseköpfen, Werkstücken oder auch Aufzügen mit schnellstmöglicher und günstigster Geschwindigkeit in die Zielposition. Dabei sind Anforderungen verschiedener Art zu erfüllen, die beispielsweise die Vermeidung eines übermäßigen Über-

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schwingens der Last an der Zielposition oder die Vermeidung von Korrekturschritten betreffen, die durch ungenaues Erreichen der Zielposition erforderlich werden können. Solche Störungseinflünse können einerseits durch die Masse der zu befördernden Last, andererseits auch durch unregelmäßige Reibungseinflüsse während des Bremsvorganges verursacht werden.

Es ist bereits bekannt (siehe z.B. DT-AS 1 100 898), Verzögerungssteuerungen zur Erreichung einer Zielposition bei Anstrebung optimaler Bedingungen von unterschiedlichen Startpositionen aus derart durchzuführen, daß man den Bremsvorgang einer die optimale Bremsver— zögerung kennzeichnenden parabolischen Bremscharakteristik annähert. Es ist ferner bekannt (siehe z.B. DT-AS 1 588 074), die parabolische Bremscharakteristik dadurch zu erreichen, daß man einen mittels Taktung des Weges abgeleiteten dem jeweils verbleibenden Restweg analogen Wert radiziert. Auf diese Weise erhält man stets eine die gemäß der parabolischen Bremsverzögerung vorgegebene Geschwindigkeit für den Restweg kennzeichnende Sollgröße, da bekanntlich Geschwindigkeit und Weg über eine parabolische Funktion zusammenhängen. Diese Sollgröße ermöglicht dann einen Regelvorgang zur Nachstellung der jeweiligen Istgeschwindigkeit auf den Sollwert.

Die bekannten Verfahren zur Annäherung der Bewegung einer Last bei der Verzögerung an die optimale parabolische Bremscharakteristik weisen jedoch verschiedene Nachteile auf. Sie sind mit einer nur im optimalen Falle erreichbaren relativ geringen Genauigkeit unter einem sehr hohen schaltungstechnischen Aufwand durchzuführen, ferner zeigt sich, daß trotz praktisch

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fehlerfrei arbeitender Schaltungsanordnungen die angestrebte Zielposition auch bei der parabolischen Bremscharakteristik nur fehlerhaft erreicht wird, da bei
der Bremsung unvermeidliche Toleranzen der Reibungseinflüsse auftreten, deren Auswirkungen natürlich auch durch sehr genau arbeitende Schaltungen nicht zu kompensieren sind. Außerdem ist die genaue Kachbildung
der Bremsparabel in der Praxis nicht möglich, da die Signale zur Erzeugung dieses Verlaufs zunächst digital erzeugt werden, denn aus dem durch die bewegte
Last zurückgelegten Weg lassen sich bei erträglichem Aufwand nur digitale Werte durch Auswertung von Taktsignalen ableiten. Demgemäß wird auch bei Umformung
der digitalen Werte in analoge Werte letztlich ein
solcher parabolischer Verlauf der Bremscharakteristik das Ergebnis sein, der stufenförmig angenähert ist.
Auch bei feinster Stufung, deren Auflösung durch die Taktunterteilung des zurückgelegten Weges vorgegeben ist, ergeben sich dann Ungenauigkeiten, die das einwandfreie Erreichen des. angestrebten Zielpunktes ohne zusätzliche Korrekturen unmöglich machen.

Ein Anwendungsfall von Steuerungen der hier betrachteten Art, bei dem höchste Genauigkeit bei wirtschaftlichster Arbeitsweise gefordert wird, ist beispielsweise der Transport von Schreibköpfen in Datenverarbeitungsanlagen. Derartige Bewegungen müssen im Sinne einer Beibehaltung der durch elektronische Datenverarbeitung möglichen Betriebsgeschwindigkeit mit höchstmöglicher Geschwindigkeit erfolgen und an einer vorgegebenen Stelle mit höchster Genauigkeit innerhalb möglichst kurzer Zeit zum Stillstand kommen, um beispielsweise in einem Datendrucker ein einheitliches und durch

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v/eitere elektronische Einrichtungen auswertbares Schriftbild zu erhalten. Bei Antrieben dieser Art wird zur Erhöhung der Genauigkeit meist ein zweistufiger Betrieb der Verzögerung durchgeführt. Zunächst wird der Druckkopf aus der Normalgeschwindigkeit bis zu einer bestimmten Stelle vor der eigentlichen Zielposition abgebremst und dann der Antrieb auf die sogenannte Schleichgeschwindigkeit umgeschaltet. Der noch verbleibende relativ kurze Restweg wird dann mit Schleichgeschwindigkeit durchgeführt, und bei kürzestmöglichem Abstand vor der Zielposition wird eine Bremsvorrichtung eingeschaltet, die den Druckkopf in der Zielposition stillsetzt. Dieses Verfahren erfordert also eine relativ geringe Genauigkeit für die Schleichgeschwindigkeit, Jedoch eine hohe Genauigkeit zur Erreichung eines vorgegebenen Punktes, an dem die Schleichgeschwindigkeit einsetzen soll. V/erden hier größere Ungenauigkeiten zugelassen, so wird die Zeit bis zum Erreichen der Zielposition verlängert. Unabhängig davon, ob der letztlich erreichte Ruhezustand oder bereits der Anfangspunkt des Schleichbetriebs als Zielposition anzusehen sind, muß auch hier eine hohe Bremsgenauigkeit verwirklicht werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung anzugeben, wodurch es möglich wird4 bei geringstmöglichem Aufwand, jedoch hoher Genauigkeit ein einwandfreies Erreichen einer vorgegebenen Position einer bewegten Last auf einem vorbestimmten Weg zu gewährleisten.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebil-

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det, daß während jeweils eines vorgegebenen Taktzeit— rauras eine dem Verhältnis zwischen Istgeschwindigkeit und dem jeweiligen Restweg proportionale Größe erzeugt und deren Wert mit einem vorgegebenen, während des Bremsvorganges konstanten Wert für ein Verhältnis zwi schen Geschwindigkeit und Restweg entsprechend einer über den vorbestimmten Weg wirksamen linearen, gegenüber einer parabolischen langsameren Geschwindigkeitsabnahme verglichen wird und daß abhängig von dem Vorzeichen des Vergleichsergebnisses ein die Bremsung bzw. den Freilauf oder die Beschleunigung des Antriebes bewirkendes Signal erzeugt wird.

Maßgebend für die Erfindung ist die Erkenntnis, daß ein geradliniger Verlauf der Bremscharakteristik mit einer geringfügigen Zeitverzögerung gegenüber dem parabolischen Verlauf in Kauf genommen werden kann, wenn dadurch gewährleistet ist, daß die angestrebte Zielposition genauer erreicht werden kann als bei einer parabolischen Bremscharakteristik. Für den Verlauf der Bremscharakteristik gibt das Verhältnis zwischen Geschwindigkeit und jeweils verbleibendem Restxveg die Steigung in einem jeweils in Betracht kommenden Punkt an. Wird nun als vorgegebener Wert ein konstantes Verhältnis zwischen Geschwindigkeit und Restweg verwendet, so bedeutet dies,- daß eine lineare Brems charakteristik vorgegeben wird. Durch die Größe des gewählten konstanten Wertes kann die Steigung der die lineare Bremscharakteristik wiedergebenden Geraden gegenüber der optimalen Bremsparabel leicht bestimmt werden. Wird nun aus dem jeweiligen Analogwert des Restweges und der leicht abzuleitenden Istgeschwindigkeit ein Verhältnis gebildet und die-

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ses mit dem vorgegebenen konstanten Wert verglichen, so ist in einfachster Weise eine Aussage darüber möglich, wie weit der jeweilige Augenblickswert der Geschwindigkeit von dem durch den linearen Verlauf der Bremscharakteristik vorgegebenen Geschwindigkeitswert abweicht, so daß eine entsprechende Korrektur durchgeführt werden kann. Erfolgt dieser Vorgang taktgesteuert, so ist eine Geschwindigkeitskorrektur während einzelner Taktintervalle möglich, so daß sich letztlich ein Bremsvorgang einstellt, der stufenförmig der vorgegebenen Bremsgeraden angenähert ist.

Diese stufenförmige Annäherung bringt infolge des linearen Verlaufs der Bremscharakteristik nicht derart große Fehler und einen derart hohen Aufwand mit sich wie die stufenförmige Annäherung einer Parabel. Die stufenförmige Annäherung einer Parabel bei zv/ar konstantem Bremsmoment ist nämlich infolge einer erforderlichen parabolisch sich ändernden Steuergröße schwieriger als die stufenförmige Annäherung einer Bremsgeraden. Die hier veränderliche Beschleunigung ergibt sich ohne besondere Steuergröße durch die taktgesteuerte Einstellung des Bremssignals von selbst. Der wesentliche Vorteil eines Verfahrens nach der Erfindung liegt, also darin, daß die Steuerung der Bremscharakteristik bei linearem Verlauf unter sehr geringem Aufwand mit sehr hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann, so daß eine geringfügige zeitliche Verlängerung des Bremsvorganges bis zum Erreichen der Zielposition in Kauf genommen werden kann. Ferner ist keine besondere Taktsteuerung für den Bremsvorgang erforderlich, da der Bremsvorgang durch den vom V/eg geschwindigkeitsabhängig abgeleiteten Takt gesteuert wird.

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Durch die Anwendung einer linearen Bremscharakteristik ist es außerdem ohne zusätzlichen Aufvand möglich, den Einsatzpunkt des Bremsvorganges automatisch zu kennzeichnen, da der nach der Erfindung durchgeführte Vergleich jeden Schnittpunkt der Geschwindigkeit-Weg-Charakteristik mit der Bremsgeraden signalisiert. Da die Bremsgerade in dieser Charakteristik'den Einsatzpunkt der Bremsung mit dem der Zielposition entsprechenden Endpunkt verbindet, tritt dieses Kriterium bei Wegstrecken, die langer als der vorbestimmte Verzögerungsweg sind, automatisch beim ersten Durchlaufen der Bremsgeraden auf. Dies gilt, wie noch beschrieben wird, bei entsprechender Steigung der Bremsgeraden aber auch für kürzere Wegstrecken, bei denen die Bremsgerade von der noch ansteigenden Geschwindigkeit-Weg-Charakteristik durchlaufen wird.

Das Verfahren nach der Erfindung kann derart weiter ausgebildet sein, daß der vorgegebene V/ert für eine die ideale parabolische Verzögerungscharakteristik schneidende lineare Verzögerungscharakteristik erzeugt wird. Dadurch ist es möglich, den tatsächlich erreichten Zielort sehr nahe dem Endpunkt einer parabolischen Bremscharakteristik anzuordnen. Dadurch, daß die lineare Bremscharakteristik den parabolischen Verlauf schneidet, ist also zunächst ein weitgehendes Angleichen des Bremsvorganges an den parabolischen Verlauf durch Erzeugung eines konstanten Dauerbremsmoments möglich, bis durch die Auswertung des genannten Vergleichs bei Erreichen eines bestimmten noch verbleibenden Restweges und einer bestimmten Geschwindigkeit der Schnittpunkt der linearen Charakteristik mit der parabolischen Charakteristik festgestellt wird. Von diesem Zeitpunkt

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an, der dem tatsächlich zu erreichenden Zielort relativ nahe liegen kann, wird die Bremsung dann entsprechend dem linearen Verlauf weiter geregelt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der genannten Größe eine Integration der dem Restweg analogen Größe über jeweils eine Taktperiode durchgeführt wird. Durch die Integration wird nämlich das Produkt zwischen der dem Restweg analogen Größe und der auf die jeweilige Taktperiode entfallenden Zeit gebildet, das dem Verhältnis zwischen Restweg und Istgeschwindigkeit entspricht, da die Zeit einer Taktperiode der Istgeschwindigkeit umgekehrt proportional und die auf die Taktperiode entfallende Weglänge konstant ist. Auf diese Weise können sehr einfache Schaltelemente mit Speichereigenschaften zur Darstellung der dem Verhältnis zwischen Istgeschwindigkeit und dem Jeweiligen Restweg proportionalen Größe verwendet v/erden, so daß aufwendigere Schaltungsanordnungen, die etwa eine Radizierung durchführen, vermieden werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Integration über jeweils eine halbe Taktperiode durchzuführen, sofern die Anfangs- und die Endflanken der Taktimpulse mit hinreichender Genauigkeit auswertbar sind.

Sehr einfach kann die Integration durch taktgesteuerte Aufladung eines Kondensators mit einem Konstantstrom erfolgen, der proportional der dem Restweg analogen Größe bemessen wird. Dieser Kondensator kann wahrend aufeinanderfolgender Taktperioden abwechselnd aufgeladen und entladen werden.

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Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine mit einer den Endpunkt des vorbestimmten V/eges kennzeichnenden Sollgröße und mit einer die jeweilige Position der Last kennzeichnenden Istgröße angesteuerte Subtrahierschaltung, die eine der Differenz ihrer Eingangsgrößen entsprechende Ausgangsgröße liefert und der ein Digital-Analog-V/andler nachgeschaltet ist, welcher den Arbeitspunkt einer im Ladestrom— kreis eines Kondensators angeordneten Konstantstromquelle einstellt, und durch eine mit aus der Bewegung der Last aus den V/egmarken abgeleiteten Taktsignälen ansteuerbare Schaltervorrichtung zur taktgesteuerten Entladung des Kondensators und taktgesteuerten Wirk— samschaltung einer Bremssteuerschaltung, die das Ausgangssignal einer das Unterschreiten einer vorgegebenen, entsprechend dem konstanten Wert für ein Verhältnis zwischen Geschwindigkeit und Restweg bemessenen Referenzspannung durch die Kondensatorladespannung kennzeichnenden Vergleicherschaltung als Bremssignal an den Antrieb weiterleitet.

Diese Schaltungsanordnung arbeitet also mit digitalen Bausteinen, die die Durchführung der Erfindung bei relativ geringem Aufwand ermöglichen, jedoch durch das Prinzip der Erfindung eine optimale Genauigkeit bei der Erreichung des Zielpunktes gewährleisten. Sie ermöglicht die Abgabe eines Signals, das zur Auslösung einer Bremsung, eines Freilaufs oder einer Beschleunigung des zugeordneten Antriebs nutzbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Prinzipbild einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Darstellung von Signalverlaufen in der Anordnung nach Fig. 1 und

Fig. 5 eine Darstellung von Bewegungen in einem Geschi%'indigkeit-V/eg-Diagramm bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild einer Anordnung zur Durchführung eines BremsVorganges mit einer Charakteristik in Form einer Bremsgeraden dargestellt. Eine Anordnung dieser Art kann zur Bremsung beliebiger Lasten verwendet v/erden, die über einen vorgegebenen Weg an einer Zielposition zum Stillstand gebracht v/erden sollen. Ein besonders wichtiges Anwendungsbeispiel ist der Transport eines Schreibkopfes in einem Datendrucker, anhand eines solchen Anwendungsfalls wird die Erfindung im folgenden beschrieben.

Eine einen Arbeitstakt erzeugende Vorrichtung 10 liefert Taktsignale, die bezüglich des Weges gleichmäßig beabstandet sind, deren zeitlicher Abstand jedoch entsprechend der Geschwindigkeit der bewegten Last veränderlich ist. Die Taktsignale können beispielsweise durch einen Wandler erzeugt v/erden, der abhängig von der Bewegung der Last mit magnetischen, optischen oder mechanischen Impulsen beaufschlagt v/ird. Eine derartige Vorrichtung kann in einfacher Weise als eine mit der Drehzahl des Antriebs rotierende Scheibe ausgebildet sein, die an ihrem Umfang in regelmäßigen Abständen Löcher aufweist, durch die hindurch eine Lichtquelle auf eine Fotozelle einwirkt. Die Fotozelle liefert dann elektrische Taktsignale, deren Frequenz von der Drehgeschwindigkeit der Lochscheibe abhängig ist.

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Die Taktsignale v/erden auf einen Zähler 12 geleitet, dessen Zählerstand die jeweilige IstDOsition bzw. den (jeweils zurückgelegten Weg angibt. Ferner ist ein Zielpositionsgeber 13 vorgesehen, in den die Zielposition beispielsweise über ein Tastenfeld oder eine elektronische Steuerung als ein der Summe der Taktimpulse des Gesamtweges entsprechender Wert eingegeben wird. Für den Betrieb eines Schreibkopfes in einem Datendrucker ergibt sich die Zielposition meist aus Schaltbefehlen der Schreibsteuerung der zugeordneten Datenverarbeitungsmaschine, so daß dann der Zielpositionsgeber 13 eine zur Datenverarbeitungsmaschine gehörende Schaltungsanordnung sein kann. Die Ausgangssignale des Zählers 12 und des Zielpositionsgebers werden auf eine Subtrahierschaltung 14 geleitet, deren Ausgangssignal die Differenz ihrer beiden Eingangssignale angibt. Die Differenz zwischen Istposition und Zielposition entspricht dem jeweils noch zurückzulegenden Restweg. Dieses digitale Signal wird einem Digital-Analog-Wandler 15 zugeführt, der ein Analogsignal abgibt, das direkt proportional dem noch zurückzulegenden Restweg ist.

Das analoge Ausgangssignal des Digital-Analοg-Wandlers-15 dient zur Einstellung des Arbeitspunktes einer Konstantstromquelle -16, die mit einem Kondensator 17 verbunden ist. Dieser wird mit einem eingeprägten Kon-.stantstrom aufgeladen, dessen Stärke dem analogen Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 15 proportional ist. Die Ladespannung am Kondensator 17 steigt demzufolge von einem Anfangswert ausgehend linear an, so daß bei abwechselnder Auf- und Entladung ein säge«- zahnförmiger Spannungsverlauf am Kondensator 17 ent-

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steht. Dem Kondensator 17 ist hierzu eine Schalter— vorrichtung 18 parallelgeschaltet, die schematisch als Arbeitskontakt dargestellt ist und über eine mit den positiven Flanken der Taktimpulse gesteuerte bistabile Schaltung 19 während jeder zweiten Taktperiode wirksam wird, so daß der Kondensator 17 abhängig vom Arbeitstakt abwechselnd aufgeladen und entladen wird.

Die Ladespannung Uc des Kondensators 17 wird zusammen mit einer Referenzspannung Ur einer Vergleicherschaltung 20 zugeführt. Diese gibt ein Ausgangssignal an eine von der bistabilen Schaltung 19 gesteuerte v/eitere bistabile Schaltung 21 ab, wenn die Ladespannung Uc des Kondensators 17 kleiner als die Referenzspannung Ur ist. Die bistabile Schaltung 21 arbeitet als Bremssteuerschaltung und gibt an ihrem Ausgang 22 ein Signal ab, das für seine Dauer eine Bremsung des Antriebes eines Schreibkopfes bewirkt.

Die bistabile Schaltung 21 hat einen mit der Vergleicherschaltung 20 verbundenen vorbereitenden Eingang und einen mit der ersten bistabilen Schaltung 19 verbundenen auslösenden Eingang. Wie noch beschrieben wird, erfolgt an ihrem Ausgang 22 ein Signalwechsel, wenn ein Ausgangssignal der Vergleicherschaltung 20 vorhanden ist und ein Signalübergang an dem zugeordneten Ausgang der ersten bistabilen Schaltung 19 erfolgt. Der Ausgang 22 nimmt also abhängig vom Umschalten der bistabilen Schaltung 19 den Ausgangszustand der Vergleicherschaltung 20 an.

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Mit der in Pig. 1 gezeigten Schaltung wird eine Bremsung mit linearer Bremscharakteristik dadurch erzeugt, daß das den jeweiligen Restweg angebende analoge Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 15 an der Konstantstromquelle 16 einen konstanten Ladestrom einstellt, der mit dem Kondensator 17 über jeweils eine Taktperiode integriert wird und zu einer Kondensatorladung führt, deren Spannung Uc jeweils das Verhältnis zwischen der Istgeschwindigkeit und dem verbleibenden Restweg angibt. Dies hat seine Ursache darin, daß die im Kondensator 17 während einer Taktperiode angesammelte Ladung einen Wert hat, der das Produkt des konstanten Ladestroms und der jeweiligen, auf eine Taktperiode entfallenden Zeit ist. Da das auf eine Taktperiode entfallende Wegelement konstant ist, gibt die Kondensatorladung bzw. die Kondensatorspannung Uc also das Verhältnis zwischen Restweg und Istgeschwindigkeit an, denn die auf eine Taktperiode entfallende Zeit ist <ier Istgeschwindigkeit dann umgekehrt proportional. Wird die Kondensatorspannung Uc und gleichzeitig die konstante Referenzspannung Ur der Vergleicherachaltung 20 zugeführt, so kann diese in einfacher Weise ein Kriterium darüber liefern, wie weit die Kondensatorspannung Uc, d.h. das Verhältnis zwischen Istgeschwindigkeit und Restweg von einem vorgegebenen und konstanten Wert, also von einer vorgegebenen Bremsgeraden, abweicht. Liegt die Kondensatorspannung Uc über der Referenzspannung Ur, so kann dieses Kriterium einer Bremscharakteristik mit einer gegenüber der vorgegebenen Bremsgeraden zu starken Neigung zugeordnet werden, und es wird kein Bremssignal über die Bremssteuerschaltung 21 erzeugt. Der Antrieb des Schreibkopfes bzw. der zu verzögernden Last hat dann Freilauf, bis der Zustand eintritt,

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daß die Kondensatorspannung Uc gleich oder kleiner als die Referenzspannung Ur wird. Dieses Kriterium kann einer Bremscharakteristik mit einer gegenüber der vorgegebenen Bremsgeraden zu geringen Neigung zugeordnet werden, so daß ein entsprechendes Ausgangssignal der Vergleicherschaltung 20 taktgesteuert über die Bremssteuerschaltung 21 und deren Ausgang 22 als Bremssignal auf den Antrieb geleitet werden kann.

In Fig. 2 sind Signalverlaufe dargestellt, die das Verständnis der Funktion einer Anordnung nach Fig. Λ erleichtern. Diese Signa] verlaufe sind ^jeweils mit dem Bezugszeichen versehen, das in Fig. 1 für die betreffende Funktionseinheit gewählt ist.

Der Signalverlauf 10 gibt die Taktimpulse wieder, die von der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung 10 geliefert werden. Die jeweilige Taktperiode TP entspricht einem Taktimpuls mit darauf folgender Taktimpulspause. Es ist zu erkennen, daß bei dem in Fig. 2 gewählten Beispiel infolge einer Bewegungsverzögerung die Taktperioden von links nach rechts langer werden.

Der Signalverlauf 19 kennzeichnet die Arbeitsweise, der ersten bistabilen Schaltung 19. Diese wird jeweils mit der positiven Flanke der Taktimpulse umgesteuert, so daß sie die Schaltervorrichtung 18 in einer entsprechenden Weise steuert, wie aus einem Vergleich der Signalverlaufe 18 und 19 in Fig.2 zu erkennen ist. Damit wird auch unmittelbar klar, wie der Kondensator 17 abhängig von der Betriebsstellung der Schaltervorrichtung 18 laufend aufgeladen und entladen wird. In Fig. 2 ist der Signalverlauf 17 als

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die Spannung Uc des Kondensators dargestellt, die einen im wesentlichen sägezahnförmigen Verlauf hat. Durch den mit der Konstantstromquelle 16 eingeprägten konstanten Ladestrom ist der Verlauf der Kondensatorspannung Uc während der Aufladungen linear, während der Entladungen kann dieser Verlauf durch in Fig. 1 nicht besonders dargestellte Schaltelemente so beschleunigt werden, daß er gleichfalls praktisch linear ist.

In Fig. 2 ist die Kondensatorspannung Uc in ihrer Lage relativ zu der konstanten Referenzspannung Ur dargestellt. Der erste Ladevorgang des Kondensators 17 führt zu einer Kondensatorspannung Uc, die unter der Referenzspannung Ur liegt, so daß an der Vergleicherschaltung 20 ein Ausgangssignal bestehen bleibt, das bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel einer Verzögerung der betrachteten Bewegung bereits vorhanden war. Entsprechend existiert auch am Ausgang 22 ein Bremsßignal, das durch den mit der bistabilen Schaltung 19 verbundenen auslösenden Eingang der bistabilen Bremssteuerschaltung 21 zuvor in nicht dargestellter, jedoch aus den in Fig. 2 gezeigten Zusammenhängen verständlicher Vfeise eingeleitet würde.

Auf die in der zweiten in Fig. 2 dargestellten Taktperiode liegende Entladung folgt eine erneute Aufladung des Kondensators 17» die infolge der weiteren Verzögerung der betrachteten Bewegung zu einer Kondensatorspannung Uc führt, die über der Referenzspannung Ur liegt. Aus Fig. 2 geht hervor, daß für die Dauer dieses Kriteriums eine Signaländerung am

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Ausgang der Vergleicherschaltung 20 erfolgt, die über den vorbereitenden Eingang der Bremsateuerschaltung 21 jedoch erst mit dem nächsten Umschalten der bistabilen Schaltung 19 am auslösenden Eingang eine Änderung des Bremssignals am Au-sgang 22 hervorruft, die eine Steuerung des Antriebes in den Freilaufzustand zur Folge hat.

Durch den Freilauf des Antriebes v/erden nun die Taktperioden des Signalverlaufs 10 wieder verkürzt, so daß Jeweils abhängig von der Länge des verbleibenden Restv/eges auf die in Fig. 2 dargestellten Vorgänge wieder ein Zustand folgen kann, in dem die Kondensatorspannung Uc unter der Referenzspannung Ur liegt. Es erfolgt dann in nunmehr verständlicher Weise eine Umschaltung des Signals am Ausgang 22 vom Freilaufzustand in den Bremszustand, und zwar für das dargestellte Beispiel abhängig von einer negativen Flanke des Signalverlaufs 19.

In Fig. 3 ist ein Geschwindigkeit-Weg-Diagramra entsprechend einer Funktion ν = f (W) dargestellt, das die Bewegung einer angetriebenen Last zwischen einer Startposition A und einer Zielposition E wiedergibt. Die Anfangsbeschleunigung der Last erfolgt längs einer parabolischen Beschleunigungscharakteristik biß zum Erreichen einer als Beispiel angenommenen Höchstgeschwindigkeit vi, die dann zwischen den Punkten B und C beibehalten wird. Bei Punkt C setzt eine Verzögerung über einen vorgegebenen Restweg RW1 ein, die längs der Linie CDE verläuft und die Last im Zielpunkt E zum Stillstand bringt. Wird nun mittels

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einer Anordnung der in Fig. 1 gezeigten Art laufend eine überwachung des Verhältnisses zwischen Istgeschwindigkeit und Restweg durchgeführt, so v/ird beim Schnittpunkt der horizontal verlaufenden Linie. BC im Punkt C mit der Linie GDE eine Zustandsänderung am Ausgang der Vergleicherschaltung 20 eintreten, da am Punkt C die Bremsgerade CE liegt und das Verhältnis zwischen Istgeschwindigkeit und Restv/eg dann dem durch die Neigung der Bremsgeraden CE vorgegebenen Wert entspricht. Dies kann auf in Fig. 1 nicht dargestellte Weise als Kriterium für den Einsatz der Bremsung gewertet werden, d.h. es ist ein automatisches Einsetzen des Bremsvorganges möglich. Ebenso ist es jedoch auch möglich, an beliebigen anderen Stellen während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs eine Bremsung einsetzen zu lassen,.« wenn der Zielpunkt E mit dem in Fig. 1 gezeigten Zielpositionsgeber Λ3 entsprechend festgelegt wurde. In federn Falle ist der Einsatzpunkt der Bremsung abhängig von der Neigung der Bremsgeraden CE automatisch dann gegeben, wenn die Gerade BC die Bremsgerade CE schneidet.

Bei Punkt C wird ein Bremssignal erzeugt, das zunächst kontinuierlich vorhanden bleibt, da der nun erreichte Bereich des Restweges RW1 eine gegenüber der Bezugsspannung Ur kleinere Kondensatorspannung Uc hervorruft. Durch das nun konstante Bremsmoment wird zunächst im Bereich CD die ideale Bremsparabel durchlaufen. Erst wenn die Geschwindigkeit so weit abgesunken ist, daß bei dem dann noch verbleibenden Restweg eine wieder über dem durch die Referenzspannung Ur vorgegebenen Wert liegende Kondensatorspannung Uc infolge langer Ladezeit durch geringe Geschwindigkeit

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entsteht, wird das Bremssignal am Ausgang 22 der Bremssteuerschaltung 21 unterbrochen und die mit der zu befördernden Last gekoppelte Antriebsvorrichtung in den Freilauf geführt. Dieser Zustand bleibt so lange erhalten, bis wiederum die Bremsgerade CE geschnitten wird und am Kondensator 17 eine Spannung Uc entsteht, die unter der Bezugsspannung Ur liegt. Dann wird wieder ein Bremssignal erzeugt, das die Bremsung im Sinne einer Einhaltung der linearen Bremscharakteristik CE steuert. Dieser stufenartig mit kleinen Parabelelementen abfallende Vorgang setzt sich fort bis zum Erreichen des Zielpunktes E.

Es ist zu erkennen, daß mit einer sehr einfach und größtenteils aus digitalen Einheiten aufgebauten Anordnung der in Fig. 1 gezeigten Art eine sehr genaue Steuerung insbesondere im letzten Teil (Abschnitt DE in Fig. 3) einer Bremscharakteristik erreicht werden kann, wobei zu beachten ist, daß die dafür erforderliche Zeit bei geeigneter Neigung der Bremsgeraden OB nur geringfügig gegenüber der mit einer parabelförroigen Bremscharakteristik möglichen Zeit für den Bremsvorgang verlängert ist. Dieser Unterschied ist aus der Differenz zwischen dem Restweg RW1 und dem Endpunkt der im weiteren Verlauf in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Bremsparabel zu ersehen.

Im folgenden wird nun ein Bremsvorgang betrachtet, bei dem eine Anordnung nach Fig. 1 besondere Vorteile bringt. Ein solcher Vorgang ist beispielsweise eine kurze Sprungbewegung, bei deren Bremsbeginn die Höchstgeschwindigkeit vi auf der in Fig. 3 gezeigten Linie BC noch nicht erreicht ist. Hierzu sei beispielsweise

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angenommen, daß der Zielpositionsgeber 13 auf die Zielposition H eingestellt ist. In diesem Falle wird die Vergleicherschaltung 20 ihren Ausgangssignalzustand ändern, wenn die Bremsgerade PH auf der parabelförmigen Beschleunigungskennlinie bei der Geschwindigkeit v2 durchlaufen wird. Dieses Kriterium kann auf nicht dargestellte V/eise als Bremsbeginnkriterium ausgewertet werden. Zu diesem Zeitpunkt ist noch der Restweg RV/2 bis zur Zielposition H vorhanden, der bedeutend kurzer als der Restweg RW1 ist. In bereits beschriebener Weise erfolgt nun eine Bremsung zunächst mit konstantem Bremsmoment längs einer Parabel bis zu dem Punkt G, an dem diese Parabel die Bremsgerade FH schneidet. Vom Funkt H an beginnen nun die bereits für die Strecke DE der zuvor beschriebenen Bremsgeraden CE erläuterten Vorgänge, bis die Zielposition H erreicht ist.

Mit einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung läßt sich also auch für solche Sprungbewegungen, deren Länge kürzer ist als die zuvor beschriebene Weglänge für eine Normalbremsung, das Erreichen eines Zielpunktes mit der Genauigkeit verwirklichen, wie sie bei langen Wegstrecken möglich ist. Dazu sind keine anderen und zusätzlichen Schaltungsmaßnahmen erforderlich.

In Pig. 3 ist ferner ein Bremsvorgang dargestellt, der dem für die kurze Sprungbexiregung gezeigten entspricht, wenn Geschwindigkeiten über der angenommenen Höchstgeschwindigkeit vi möglich sind. In diesem Falle wird die Beschleunigung längs der vom Startpunkt A ausgehenden Parabel bis zum Punkt K auf eine

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Geschwindigkeit v3 erfolgen und im Punkt K die verlängerte Bremsgerade KE durchlaufen, so daß dadurch automatisch ein Bremsvorgang bis zur Zielposition E ausgelöst wird. Dieser Bremsvorgang erfolgt zunächst in beschriebener V/eise längs einer in Fig. 3 strichpunktiert dargestellten Parabel, bis die Bremsgerade KE im Punkt D¹ wieder geschnitten wird. Danach erfolgt die Bremsung in der beschriebenen stufenförmigen Annäherung der Geraden D¹E bis zur Zielposition E.

Eine Anordnung der in Fig. 1 gezeigten Art kann auch derart abgeändert werden, daß die Steuerung nicht mit Taktperioden, sondern z.B. entsprechend dem Taktintervall oder der Länge der Taktimpulse erfolgt. In diesem Falle ist es möglich, die Bremssignale durch direkte Steuerung der Aufladung des Kondensators 17 mit den Taktimpulsen bzw. Taktintervallen zu erzeugen, so daß auf die bistabilen Schaltungen 19 und 21 verzichtet werden kann.

Es ist ferner möglich, eine Referenzspannung Ur zu verwenden, die proportional dem jeweils ermittelten Restweg bemessen wird, wobei dann der Kondensator 17 nicht mit dem Restweg proportionalen Konstantströmen, sondern mit einem vorgegebenen Strom taktgesteuert aufgeladen wird. Auch diese Verfahrensart führt durch Vergleich der beiden erhaltenen Spannungen zu einem Kriterium, das die Abv/eichung des Verhältnisses zwischen Istgeschwindigkeit und jeweiligem Restweg von einem vorgegebenen Wert anzeigt, so daß eine Brerassteuerung längs einer linearen Bremscharakteristik möglich ist.

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Das Signal am Ausgang 22, das für das beschriebene Ausführungsbeispiel die Zustände "Bremsen" und "Freilauf¹¹ kennzeichnet, kann auch zur Steuerung von Beschleunigungsvorgängen ausgenutzt werden, die anstelle von "Freilauf" erforderlich werden können.

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Claims

Patentansprüche

1 ,J Verfahren zur Steuerung der Bremsung eines An- ;riebs zur Verzögerung der Bewegung einer Last auf einem vorbestimmten Weg bis in eine Zielposition, bei dem mittels eines von gleichmäßig beabstandeten Wegmarken abgeleiteten Taktes eine dem Jeweils verbleibenden Restweg analoge Größe zur Steuerung des Bremsvorganges abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß während jeweils eines vorgegebenen Taktzeitraums eine dem Verhältnis zwischen Istgeschwindigkeit und dem jeweiligen Restweg proportionale Größe erzeugt und deren Wert mit einem vorgegebenen, während des Bremsvorganges konstanten Wert für ein Verhältnis zwischen Geschwindigkeit und Restweg entsprechend einer über den vorbestimmten Weg wirksamen linearen, gegenüber einer parabolischen langsameren Geschwindigkeitsabnahme verglichen wird und daß abhängig von dem Vorzeichen des Vergleichsergebnisses ein die Bremsung bzw. den Freilauf oder die Beschleunigung des Antriebes bewirkendes Signal erzeugt wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert für eine die ideale parabolische Verzögerungscharakteristik schneidende lineare Verzögerungscharakteristik erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der genannten Größe eine Integration der dem Restweg analogen Größe über jeweils eine Taktperiode durchgeführt wird.

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4-, Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Integration durch taktgesteuerte Aufladung eines Kondensators mit einem Konstantstrom erfolgt, der proportional der dem Restweg analogen Größe bemessen wird.
5· Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator während aufeinanderfolgender Taktperioden abwechselnd geladen und entladen wird.
6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine mit einer den Endpunkt des vorbestimmten Weges kennzeichnenden Sollgröße und mit einer die jeweilige Position der Last kennzeichnenden Istgröße angesteuerte Subtrahierschaltung (14-), die eine der Differenz ihrer Eingangsgrößen entsprechende Ausgangsgröße liefert und der ein Digital-Analog-Wandler (15) nachgeschaltet ist, welcher den Arbeitspunkt einer im Ladestromkreis eines Kondensators (17) angeordneten Konstantstromquelle (16) einstellig, und durch eine mit aus der Bewegung der Last aus den Wegmarken abgeleiteten Taktsignalen ansteuerbare Schaltervorrichtung (18) zur taktgesteuerten Entladung des Kondensators (17) und taktgesteuerten Wirksamschaltung einer Bremssteuerschaltung (21), die das Ausgangssignal einer das Unterschreiten einer vorgegebenen, entsprechend dem konstanten V/ert für ein Verhältnis zwischen Geschwindigkeit und Restweg bemessenen Referenzspannung (Ur) durch die Kondensatorladespannung (Uc) kennzeichnenden Vergleicherschaltung (20) als Bremssignal an den Antrieb weiterleitet.

409829/0905
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltervorrichtung (18) zur taktgesteuerten Entladung des Kondensators (17) durch das erste Ausgangssignal einer taktgesteuerten bistabilen Schaltung (19) v/irksam schaltbar ist, deren zweites Ausgangssignal den die Weiterleitung des Bremssignals bewirkenden Schaltzustand der Bremssteuerschaltung (21) auslöst.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremssteuerschaltung (21) eine zv/eite bistabile Schaltung ist, die durch den übergang der taktgesteuerten bistabilen Schaltung (19) in ihren zweiten Schaltzustand auslösbar ist und einen mit der Vergleicherschaltung (20) verbundenen vorbereitenden Eingang auf v/eist.

AO 9"8 29/0905

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